AhA: Warum ist jede Schneeflocke einzigartig?

Bleibt der Schnee aus, schießt die alpine Artillerie aus allen Rohren, um winterlichen Urlaubsorten einen weißen Anstrich zu geben. Aus den Düsen ihrer Schneekanonen gelangt fein verteiltes Wasser in die Luft. Bei ausreichender Kälte gefriert es sofort und bedeckt die Pisten mit einer harschen Schicht. Mit Schnee haben die gefrorenen Wassertröpfchen nicht viel zu tun. Sie sind schwerer und dichter als natürlicher Schnee und eher mit Hagel verwandt. Es sind kompakte Eiskristalle.

Schneekristalle dagegen zeigen unterm Mikroskop eine fein verästelte Struktur. Sie sehen aus wie Farne oder Sterne mit sechseckiger Symmetrie, manchmal auch wie Nadeln oder Säulen. In der Atmosphäre wachsen Schneeflocken auf kleinen Staubkörnchen, wenn kalte Luft mit Feuchtigkeit übersättigt ist. Welche Form sie dabei annehmen, hängt davon ab, wie schnell sich neue Wassermoleküle anlagern. Wassermoleküle bestehen aus je einem Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatomen. Sie ziehen sich wechselseitig an. „Jedes Wassermolekül hat am liebsten vier andere Wassermoleküle um sich herum“, sagt Karina Morgenstern, Oberflächenphysikerin an der Leibniz-Universität in Hannover. Die Sauerstoffatome binden zwei weitere Wasserstoffatome, diese suchen ihrerseits je einen weiteren Partner.

Kompakte Eiskristalle, in denen jedes Wassermolekül vier Nachbarn hat, bilden sich aber nur, wenn den Molekülen genügend Zeit bleibt, auf der Oberfläche an die entsprechenden Orte zu wandern. Enthält die Luft dagegen viel Feuchtigkeit, treten in rascher Abfolge neue Wassermoleküle hinzu. „Dann wachsen die Schneekristalle schnell, und es entstehen filigrane Gebilde.“

Die Wachstumsgeschwindigkeit ändert sich auf dem langen Weg der Schneeflocke zum Erdboden ständig. Mal wächst die Flocke bevorzugt an ihren Spitzen, dann wieder mehr in die Breite. Jeder so entstehende Stern ist ein Unikat. Er hat seine eigene Geschichte, hat Luftschichten unterschiedlicher Temperatur und Feuchtigkeit durchquert.

Karina Morgenstern und ihr Team haben im Labor die kleinsten, gerade noch stabilen Eiskristalle gezüchtet. Sie bestehen aus lediglich sechs Wassermolekülen, die zusammen ein Sechseck formen – eine wunderbare Symmetrie, der man im Reich der Schneeflocken immer wieder begegnet. Thomas de Padova