Naturwunder Schneeflocke: Warum jede einzigartig ist
Schnee-Flocken
Liegt die Lufttemperatur nahe am Gefrierpunkt, werden die einzelnen Eiskristalle durch kleine Wassertropfen miteinander verklebt und es entstehen an einen Wattebausch erinnernde Schneeflocken. Bei trockener Luft kann in kälteren Luftschichten gebildeter Schnee auch bei Temperaturen um 5 °C noch als Schnee die Erde erreichen, da ein Teil der Flocke sublimiert und die dafür aufzubringende Energie die verbleibende Flocke kühlt.[8] Andererseits kommt es vor, dass auch bei unter 0 °C Regen fällt, dann als gefrierender Regen. Für diesen Effekt wird in manchen Medien der Begriff Blitzeis verwendet. Diese Komponenten hängen von Struktur und Schichtungsstabilität der oberen und unteren Luftschichten, von geografischen Einflüssen sowie Wetterelementen wie zum Beispiel Kaltlufttropfen ab. Bei tiefen Temperaturen bilden sich nur winzige Flöckchen, der sogenannte Schneegriesel. Die weiße Farbe des Schnees liegt darin begründet, dass der Schnee aus Eiskristallen besteht. Jeder einzelne Kristall ist – wie Eis als solches – transparent; das Licht aller sichtbaren Wellenlängen wird an den Grenzflächen zwischen den Eiskristallen und der umgebenden Luft reflektiert und gestreut. Eine ausreichend große Ansammlung von Eiskristallen mit zufälliger Lagebeziehung zueinander führt damit insgesamt zu diffuser Reflexion; Schnee erscheint daher weiß. Ein ähnlicher Effekt ist beispielsweise auch bei Salz beim Vergleich von Pulver und größeren Kristallen zu beobachten. Der mittlere Durchmesser von Schneeflocken beträgt ca. fünf Millimeter, bei einem Gewicht von 4 Milligramm. Je höher die Temperatur wird, desto größer werden die Flocken, da die Kristalle antauen und dann zu großen Flocken verkleben. Das Guinness-Buch der Rekorde verzeichnet für die größte je dokumentierte Schneeflocke einen Durchmesser von 38 cm. Fällt eine Schneeflocke auf Wasser, dann erzeugt sie einen schrillen hohen Klang mit einer Frequenz von 50 bis 200 Kilohertz, der für Menschen unhörbar ist (Ultraschall). Nicht alle Forscher dieses Forschungsgebiets bestätigten diesen Effekt.
Sternförmiger Eiskristall (Dendrit) 
Plättchenförmiger Eiskristall 
Mischform aus Plättchen und Dendriten
Nahaufnahme mit Elektronenmikroskop
SCHNEEFLOCKEN-FORSCHUNG
Völlig einzigartig? Wie verschieden Eiskristalle wirklich sind
Am Kitami Institute of Technology in Hokkaido haben Kristallografen dieses System nun weiter verfeinert. Dazu analysierten sie den atomaren Aufbau der Kristalle mit Röntgenstrahlung. Nach dem heutigen Stand der Forschung gibt es acht Kategorien fester Niederschläge, darunter Säulen-, Graupel- und Eiskeimkristalle. Innerhalb dieser Kategorien unterscheiden die Forscher noch einmal 35 Typen, zum Beispiel skelettartiger oder speerspitzenartiger Kristall – und insgesamt 121 Untertypen. Richtig bleibt allerdings, dass die Vielfalt der individuellen Formen wohl fast unendlich ist. Vermutlich sind niemals zwei vollkommen gleiche Eiskristalle vom Himmel gefallen.
Herrscht eine hohe Thermik, so bewegen sich die Kristalle mehrfach vertikal durch die Erdatmosphäre, wobei sie teilweise aufgeschmolzen werden und wieder neu kristallisieren können. Dadurch wird die Regelmäßigkeit der Kristalle durchbrochen und es bilden sich komplexe Mischformen der Grundformen aus. Sie weisen eine verblüffend hohe Formenvielfalt auf. Über 5000 verschiedene Schneekristalle wurden schon von Wilson A. Bentley ab 1885 fotografiert. Als erstem Menschen gelangen nach neuestem Stand Johann Heinrich Ludwig Flögel 1879 fotografische Aufnahmen von Schneekristallen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit gibt es und gab es noch nie zwei komplexe Schneekristalle, die exakt gleich waren. Der Grund hierfür liegt in den sehr großen kombinatorischen Möglichkeiten vieler einzelner Merkmale. Eine Schneeflocke enthält etwa 1018 Wassermoleküle, darunter ca. 1014 Deuterium-Atome. Auch im sichtbaren Bereich eines Lichtmikroskops lassen sich leicht schon hundert Merkmale unterscheiden, die an verschiedenen Orten ausgebildet werden können. In Kombination ergeben sich sehr viele mögliche Variationen, weshalb die möglichen Formen komplexer Kristalle äußerst zahlreich sind, weit größer als die Anzahl an Atomen im Weltall.
Ebenso verblüffend wie die beobachtete Formenvielfalt ist die ausgeprägte Symmetrie, die manchen Schneekristallen eine hohe Selbstähnlichkeit verleiht und sie zu einem Vorzugsbeispiel der fraktalen Geometrie werden ließ (Koch-Kurve). Die verschiedenen Verästelungen wachsen in einem Exemplar manchmal in ähnlicher Weise und offenbar mit ähnlicher Geschwindigkeit, auch wenn ihre Spitzen, an denen sie weiter wachsen, oft mehrere Millimeter auseinander liegen. Ein möglicher Erklärungsversuch, der ohne Annahme einer Wechselwirkung über diese Entfernung hinweg auskommt, besteht in dem Hinweis, dass die Wachstumsbedingungen an verschiedenen vergleichbaren Keimstellen an den Spitzen zu gleichen Zeitpunkten manchmal recht ähnlich sind. Weit häufiger als schöne, symmetrische Schneeflocken sind jedoch asymmetrische und unförmige. Die regelmäßig erscheinenden Formen werden allerdings häufiger fotografiert und abgebildet.
Die größte Komplexität der Schneekristalle zeigt sich bei hoher Luftfeuchtigkeit, da diese auch noch filigraneren Strukturen das Wachsen zulässt. Bei sehr niedrigen Temperaturen sind die Eiskristalle nicht nur kleiner und einfacher gebaut, sondern es schneit auch weniger als bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt, da die Luft dann kaum noch Feuchtigkeit enthält – mehr lesen.