Schneeflocke - Snowflake

Frisch gefallene Schneeflocken
Makrofotografie der natürlichen Schneeflocke

Eine Schneeflocke ist ein einzelner Eiskristall , der eine ausreichende Größe erreicht hat, sich mit anderen verschmolzen hat und dann als Schnee durch die Erdatmosphäre fällt . Jede Flocke bildet Keime um ein Staubpartikel in übersättigten Luftmassen, indem sie unterkühlte Wolkenwassertröpfchen anzieht , die gefrieren und sich in Kristallform anlagern. Wenn sich die Flocke durch unterschiedliche Temperatur- und Feuchtigkeitszonen in der Atmosphäre bewegt , entstehen komplexe Formen , so dass sich einzelne Schneeflocken im Detail voneinander unterscheiden, aber in acht grobe Klassifikationen und mindestens 80 einzelne Varianten kategorisiert werden können. Die Hauptbestandteile von Eiskristallen, aus denen Kombinationen auftreten können, sind Nadel, Säule, Platte und Reif. Schnee erscheint weiß, obwohl er aus klarem Eis besteht. Dies ist auf Reflexion diffundieren des gesamten Spektrums von Licht durch die kleinen Kristallfacetten der Schneeflocken.

Formation

Natürlich gebildete Schneeflocken unterscheiden sich voneinander durch den Zufall der Bildung. Die charakteristischen sechs Äste hängen mit der Kristallstruktur des Eises zusammen .

Schneeflocken bilden sich um mineralische oder organische Partikel in feuchtigkeitsgesättigten, unter dem Gefrierpunkt liegenden Luftmassen. Sie wachsen durch Nettoakkretion zu den beginnenden Kristallen in hexagonalen Formationen. Die Kohäsionskräfte sind hauptsächlich elektrostatisch.

Kern

In wärmeren Wolken muss ein Aerosolpartikel oder "Eiskern" im Tröpfchen vorhanden sein (oder mit ihm in Kontakt stehen), um als Kern zu wirken. Die Partikel, die Eiskeime bilden, sind sehr selten im Vergleich zu Kernen, auf denen sich flüssige Wolkentröpfchen bilden; Es wird jedoch nicht verstanden, was sie effizient macht. Ton, Wüstenstaub und biologische Partikel können wirksam sein, in welchem ​​Umfang ist jedoch unklar. Künstliche Kerne umfassen Partikel von Silberjodid und Trockeneis , und diese werden verwendet, um den Niederschlag bei der Wolkenaussaat zu stimulieren . Experimente zeigen, dass eine „homogene“ Nukleation von Wolkentröpfchen nur bei Temperaturen unter −35 °C (−31 °F) auftritt.

Wachstum

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von Raureif an beiden Enden einer Schneeflocke "mit einer Kappe bedeckt".

Sobald ein Wassertropfen als Eiskern gefroren ist, wächst er in einer übersättigten Umgebung – in der flüssige Feuchtigkeit mit Eis über seinen Gleichgewichtspunkt hinaus bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt koexistiert. Das Tröpfchen wächst dann durch Ablagerung von Wassermolekülen in der Luft (Dampf) auf der Eiskristalloberfläche, wo sie gesammelt werden. Da Wassertröpfchen aufgrund ihrer schieren Fülle so viel zahlreicher sind als die Eiskristalle, können die Kristalle auf Kosten der Wassertröpfchen auf Hunderte von Mikrometern oder Millimetern anwachsen . Dieser Prozess ist als Wegener-Bergeron-Findeisen-Prozess bekannt . Durch die entsprechende Verarmung an Wasserdampf verdampfen die Tröpfchen, so dass die Eiskristalle auf Kosten der Tröpfchen wachsen. Diese großen Kristalle sind eine effiziente Niederschlagsquelle, da sie aufgrund ihrer Masse durch die Atmosphäre fallen und kollidieren und zu Clustern oder Aggregaten zusammenkleben können. Diese Aggregate sind normalerweise die Art von Eispartikeln, die auf den Boden fallen. Guinness World Records listet die größten aggregierten Schneeflocken der Welt als diejenigen vom Januar 1887 in Fort Keogh , Montana, auf , die eine Breite von 15 Zoll (38 cm) haben sollen – weit außerhalb des normalerweise dokumentierten Bereichs von aggregierten Flocken von drei oder vier Zoll Breite. Es wurden Einkristalle von der Größe eines Dime (17,91 mm im Durchmesser) beobachtet. In Raureif gekapselte Schneeflocken bilden Kugeln, die als Graupel bekannt sind .

Aussehen

Farbe

Schneekristalle wirken bei starker Sonneneinstrahlung wie kleine Prismen

Obwohl Eis an sich klar ist, erscheint Schnee aufgrund der diffusen Reflexion des gesamten Lichtspektrums durch die Streuung des Lichts durch die kleinen Kristallfacetten der Schneeflocken, aus denen er besteht, normalerweise weiß.

Form

Die Form der Schneeflocke wird weitgehend durch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit bestimmt, bei der sie gebildet wird. Selten können sich bei einer Temperatur von etwa -2 ° C (28 ° F) Schneeflocken in dreifacher Symmetrie bilden – dreieckige Schneeflocken. Die meisten Schneepartikel haben eine unregelmäßige Form, obwohl sie allgemein als symmetrisch dargestellt werden. Es ist unwahrscheinlich, dass zwei Schneeflocken gleich sind, aufgrund der geschätzten 10 19 (10 Trillionen) Wassermoleküle, aus denen eine typische Schneeflocke besteht, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und in unterschiedlichen Mustern wachsen, abhängig von der sich ändernden Temperatur und Luftfeuchtigkeit in der Atmosphäre, die die Schneeflocke fällt auf dem Weg zu Boden durch. Schneeflocken, die identisch aussehen, aber auf molekularer Ebene variieren können, wurden unter kontrollierten Bedingungen gezüchtet.

Obwohl Schneeflocken nie perfekt symmetrisch sind, nähert sich das Wachstum einer nicht aggregierten Schneeflocke oft einer sechsfachen radialen Symmetrie an , die aus der hexagonalen Kristallstruktur des Eises resultiert. In diesem Stadium hat die Schneeflocke die Form eines winzigen Sechsecks. Die sechs "Arme" der Schneeflocke oder Dendriten wachsen dann unabhängig von jeder der Ecken des Sechsecks, während jede Seite jedes Arms unabhängig wächst. Die Mikroumgebung, in der die Schneeflocke wächst, ändert sich dynamisch, wenn die Schneeflocke durch die Wolke fällt und winzige Änderungen der Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflussen die Art und Weise, wie Wassermoleküle an der Schneeflocke haften. Da die Mikroumgebung (und ihre Veränderungen) um die Schneeflocke nahezu identisch sind, neigt jeder Arm dazu, auf fast die gleiche Weise zu wachsen. In derselben Mikroumgebung zu sein garantiert jedoch nicht, dass jeder Arm gleich wächst; bei einigen Kristallformen ist dies tatsächlich nicht der Fall, da der zugrunde liegende Kristallwachstumsmechanismus auch beeinflusst, wie schnell jeder Oberflächenbereich eines Kristalls wächst. Empirische Studien deuten darauf hin, dass weniger als 0,1% der Schneeflocken die ideale sechsfach symmetrische Form aufweisen. Sehr selten werden zwölf verzweigte Schneeflocken beobachtet; sie behalten die sechszählige Symmetrie bei.

Einstufung

Eine frühe Klassifikation von Schneeflocken durch Israel Perkins Warren .

Schneeflocken bilden sich in einer Vielzahl von komplizierten Formen, was zu der Vorstellung führt, dass "keine zwei gleich sind". Obwohl fast identische Schneeflocken im Labor hergestellt wurden, ist es sehr unwahrscheinlich, dass sie in der Natur gefunden werden. Erste Versuche, identische Schneeflocken zu finden, indem ab 1885 Tausende von ihnen mit einem Mikroskop von Wilson Alwyn Bentley fotografiert wurden, fanden die große Vielfalt an Schneeflocken, die wir heute kennen.

Ukichiro Nakaya entwickelte ein Kristallmorphologiediagramm, das die Kristallform mit den Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen, unter denen sie gebildet wurden, in Beziehung setzt , das in der folgenden Tabelle zusammengefasst ist:

Kristallstrukturmorphologie in Abhängigkeit von Temperatur und Wassersättigung
Temperaturbereich Sättigungsbereich (g/m 3 ) Arten von Schneekristallen

unter der Sättigung

Arten von Schneekristallen

über der Sättigung

0 °C (32 °F) bis −3,5 °C (26 °F) 0,0 bis 0,5 Massivplatten Dünne Platten

Dendriten

−3,5 °C (26 °F) bis −10 °C (14 °F) 0,5 bis 1,2 Feste Prismen

Hohlprismen

Hohlprismen

Nadeln

−10 °C (14 °F) bis −22 °C (−8 °F) 1,2 bis 1,2 Dünne Platten

Massivplatten

Sektorierte Platten

Dendriten

−22 °C (−8 °F) bis −40 °C (−40 °F) 0,0 bis 0,4 Dünne Platten

Massivplatten

Säulen

Prismen

Wilson Bentley Schliffbild zeigt zwei Klassen von Schneeflocke, Platte und Säule. Fehlt ist ein Beispiel für eine Nadel.

Die Form einer Schneeflocke wird hauptsächlich durch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit bestimmt, bei der sie gebildet wird. Das Einfrieren von Luft auf -3 ° C (27 ° F) fördert planare Kristalle (dünn und flach). In kälterer Luft bis -8 °C (18 °F) bilden sich die Kristalle als hohle Säulen, Prismen oder Nadeln. In bis zu -22 °C kalter Luft werden die Formen wieder plattenförmig, oft mit verzweigten oder dendritischen Merkmalen. Bei Temperaturen unter −22 °C (−8 °F) werden die Kristalle je nach Sättigungsgrad plättchenförmig oder säulenförmig. Wie Nakaya entdeckte, hängt die Form auch davon ab, ob die vorherrschende Feuchtigkeit über oder unter der Sättigung liegt. Formen unterhalb der Sättigungslinie tendieren eher zu fest und kompakt. Kristalle, die sich in übersättigter Luft bilden, tendieren eher zu Spitzen, zart und verziert. Je nach Bedingungen und Eiskeimen bilden sich auch viele komplexere Wachstumsmuster wie Seitenflächen, Kugelrosetten und auch planare Typen. Wenn sich ein Kristall in einem Säulenwachstumsregime bei etwa −5 °C (23 °F) zu bilden begonnen hat und dann in das wärmere plattenförmige Regime fällt, dann sprießen plattenförmige oder dendritische Kristalle am Ende der Säule und produzieren so als "gedeckelte Spalten" bezeichnet.

Magono und Lee haben eine Klassifikation frisch geformter Schneekristalle entwickelt, die 80 verschiedene Formen umfasst. Sie sind in den folgenden Hauptkategorien (mit Symbol) aufgeführt:

  • Nadelkristall (N) – Untergliedert in: Einfache und Kombination von Nadeln
  • Säulenkristall (C) – Untergliedert in: Einfach und Kombination von Säulen
  • Plattenkristall (P) – Unterteilt in: Regelmäßiger Kristall in einer Ebene, Planer Kristall mit Verlängerungen, Kristall mit unregelmäßiger Anzahl von Ästen, Kristall mit 12 Ästen, missgebildeter Kristall, strahlende Ansammlung ebener Äste
  • Kombination von Säulen- und Plattenkristallen (CP) – Untergliedert in: Säule mit ebenen Kristallen an beiden Enden, Kugel mit ebenen Kristallen, ebenen Kristall mit räumlichen Ausdehnungen an den Enden
  • Säulenkristall mit verlängerten Seitenflächen (S) – Untergliedert in: Seitenflächen, schuppenartige Seitenflächen, Kombination von Seitenflächen, Kugeln und Säulen
  • Randkristall (R) – Unterteilt in: Randkristall, dichtrandiger Kristall, graupelartiger Kristall, graupel
  • Unregelmäßiger Schneekristall (I) – Unterteilt in: Eispartikel, umrandete Partikel, Bruchstück eines Kristalls, Sonstiges
  • Schneekeimkristall (G) – Unterteilt in: Minutensäule, Skelettkeim, sechseckige Platte, winziger Sternkristall, winzige Plattenanordnung, unregelmäßiger Keim

Sie dokumentierten jeweils mit mikroskopischen Aufnahmen.

Die Internationale Klassifikation für saisonalen Schnee auf dem Boden beschreibt die Schneekristallklassifizierung, sobald sie auf dem Boden abgelagert wird, die Kornform und Korngröße umfasst. Das System charakterisiert auch die Schneedecke, da sich die einzelnen Kristalle metamorphisieren und verschmelzen.

Als Symbol verwenden

Schneeflocke im Wappen von Lumijoki

Die Schneeflocke ist oft ein traditionelles saisonales Bild oder Motiv, das rund um die Weihnachtszeit verwendet wird , insbesondere in Europa und Nordamerika. Als Christian Fest feiert Weihnachten die Menschwerdung von Jesus , der nach christlichem Glauben sühnt für die Sünden der Menschheit; So symbolisieren Schneeflocken in europäischen und nordamerikanischen Weihnachtstraditionen Reinheit. Schneeflocken werden auch traditionell mit dem Wetter der „ Weißen Weihnachten “ in Verbindung gebracht, das oft während der Weihnachtszeit auftritt. In dieser Zeit ist es sehr beliebt, Schneeflocken aus Papier herzustellen, indem man ein Stück Papier mehrmals faltet, ein Muster mit einer Schere ausschneidet und es dann entfaltet. Das Buch Jesaja bezieht sich auf die Sühne der Sünden, die sie vor Gott „weiß wie Schnee“ erscheinen lässt (vgl. Jesaja 1,18 );

Schneeflocken werden auch oft als Symbole für Winter oder kalte Bedingungen verwendet. Zum Beispiel Schneereifen die Traktion bei harten Winterfahrbedingungen verbessern werden mit einer Schneeflocke auf dem Berg - Symbol gekennzeichnet. Eine stilisierte Schneeflocke ist ein Teil des Emblems der seit 1968 Olympischen Winterspielen , Olympischen Winterspiele 1972 , Olympischen Winterspielen 1984 , Olympischen Winterspiele 1988 , 1998 Olympischen Winterspielen und Olympischen Winterspielen 2002 .

Die drei Grade im Order of Canada (Companion, Officer und Member) .

Eine sechszackige stilisierte sechseckige Schneeflocke, die für den kanadischen Orden (ein nationales Ehrensystem) verwendet wird, ist gekommen, um das Erbe und die Vielfalt des Nordens der Kanadier zu symbolisieren .

In der Heraldik ist die Schneeflocke eine stilisierte Ladung . Drei verschiedene Schneeflockensymbole sind in Unicode kodiert : "Schneeflocke" bei U+2744 (❄); "feste dreiblättrige Schneeflocke" bei U+2745 (❅); und "schwere Chevron- Schneeflocke" bei U+2746 (❆).

Galerie

Eine Auswahl von Fotografien von Wilson Bentley (1865–1931):

Siehe auch

Verweise

Weiterlesen

Externe Links