Wie Schneekristalle entstehen

Ob Eiswürfelbehälter im Kühlschrank oder gefrorene Seen – Eis nimmt stets die Form seines Gefäßes an. Ganz anders bei Schneeflocken: Hier führt der simple Vorgang des Gefrierens von Wasser stattdessen zu zahllosen komplexen Formen. Deren Vielfalt verblüfft zu Recht – gemäß der alten Redewendung, dass sich keine zwei Schneeflocken exakt gleichen. Im Schneefall eröffnet sich für Naturfreunde eine wundersame Welt, die der amerikanische Autor Henry David Thoreau (1817 – 1862) so beschrieb: »Wie angefüllt mit kreativem Genie ist die Luft, die das erzeugt! Ich würde es kaum mehr bewundern, wenn echte Sterne fielen und an meinem Mantel hängen blieben.«

Wasser ist ein so präsenter Stoff, dass man erwarten würde, es wäre bereits alles über Thoreaus »kreatives Genie« bekannt – wie nämlich Schneeflocken ihre komplexen Strukturen entwickeln. Tatsächlich aber ist ein großer Teil des Wachstums dieser winzigen Meisterwerke auch heute noch ziemlich schwierig zu erklären, selbst auf einer rein qualitativen Ebene. Beim Wachstum der Schneeflocken handelt es sich um ein hochgradig nichtlineares Nichtgleichgewichtsphänomen, bei dem kleinste Prozesse im Nanobereich die Entwicklung komplexer Muster auf allen Skalen beeinflussen können. Die Analyse von Schneeflocken vereint daher Moleküldynamik, Oberflächenphysik, Wachstumsinstabilitäten, Strukturbildung und Statistische Mechanik. Die Forscher beginnen denn gerade erst zu verstehen, wie die Gebilde ihre typischen Formen erhalten.

Schneekristalle entstehen immer dann, wenn...