Klein und harmlos sieht jede einzelne aus. Und doch haben Schneeflocken seit einigen Tagen Hamburg fest im Griff. Während unsere Stadt den schneereichsten Winter seit vielen Jahren erlebt, liegt die Frage nahe: Wie entsteht überhaupt eine Schneeflocke?
Die perfekte Frage für die TU-Expertinnen und -Experten am Institut für Material- und Röntgenphysik. Hier beschäftigen sie sich in ihrer Forschung unter anderem mit Wasser und wie es kristallisiert. Dazu gehören letztlich auch Schneeflocken. Aber entgegen landläufiger Meinung sind diese mehr als einfach nur gefrorene Wasserpartikel, die aus den Wolken zu Boden segeln.
Rund 120 Grundformen
„Jede Schneeflocke braucht einen sogenannten Kristallisationskeim“, erklärt Doktorandin Stella Gries. „Das sind Verunreinigungen in der Luft wie feine Salze oder Staubteilchen. Auch möglich sind chemische Stoffe wie Schwefel, die durch Abgase in die Luft geraten sind.“ An diesen Keimen docken nun bei ausreichender Kälte in den Wolken Wassertröpfchen an. „Beim Gefrieren ordnen sich Wassermoleküle bevorzugt so an, dass eine Struktur mit sechs Seiten entsteht. Die Arme und Verzweigungen einer sternförmigen Schneeflocke weisen wegen dieser Kristallsymmetrie immer einen Winkel von 60 Grad oder 120 Grad zueinander auf.“
Doch das ist erst der Anfang. „Jede Schneeflocke hat ihren eigenen individuellen Weg durch die Wolke“, so Stella Gries weiter. „Dort ist es mal kälter oder weniger kalt, mal feuchter oder weniger feucht. All das hat Auswirkungen auf das Aussehen der Schneeflocke. Es gibt Formen wie Sterne, Plättchen oder Nadeln. Insgesamt werden rund 120 Schneeflockenformen unterschieden.“
Dazu kommt: Jede Schneeflocke durchläuft den Zyklus innerhalb einer Wolke teilweise tausende von Malen. Größe und Aussehen verändern sich nochmals. „Es ist praktisch ausgeschlossen“, fasst Expertin Gries zusammen, „zwei identische Schneeflocken zu finden.“
Geometrie zum Staunen
Auch Gries‘ Kollege Prof. Patrick Huber beschäftigt sich in seiner Arbeit intensiv mit der Kristallisation von Wasser. „Alle Naturphänomene folgen mathematischen Gesetzmäßigkeiten“, sagt der Leiter des Instituts für Material- und Röntgenphysik an der TU Hamburg. „Geometrische Symmetrien prägen Kristalle – und bei Schneeflocken wird diese Ordnung für jeden sichtbar.“
Aber kann man sich als Fachmann am Anblick einer einzelnen Schneeflocke noch so erfreuen wie ein wissenschaftlicher Laie? „Ich halt es da mit dem berühmten US-Physiker Richard Feynman“ (1918 - 1988, Anm. d. R.), sagt Patrick Huber. „Er wurde auch mal gefragt, ob einem Physiker nicht die Faszination für viele Dinge verloren geht, wenn er wisse, wie sie genau funktionieren. Feynman antwortete: Ganz im Gegenteil – es macht sie sogar noch faszinierender!“ Ob Richard Feynman allerdings jemals bei Minusgraden Schneemassen wegschippen musste, ist nicht überliefert.
