Warum haben alle Schneeflocken eine sechseckige Struktur?

Schneekristalle - wie sie entstehen

Aus feuchter Luft entsteht bei tiefer Temperatur direkt Eis. Dieser Vorgang nennt sich Deposition, der Wasserdampf deponiert zu Eis. Eiskristalle wachsen als Prismen, Sterne, Stäbchen, Plättchen oder Säulen immer aus einer sechseckigen Grundform heraus. Diese Form entsteht aus der Anordnung der Moleküle, wenn sie einen festen Zustand erreichen und Eis bilden. Die Eiskristalle verändern sich ständig, von ihrer Bildung in der Atmosphäre bis zum Schmelzen. Während dem Fallen wachsen sie auf Kosten des sie umgebenden Wasserdampfes. Während diesem Vorgang entsteht Kristallisationswärme, die wieder abgegeben werden muss, damit der Eiskristall weiter wachsen kann.

Bei kalter Witterung bleibt während dem Fallen genug Zeit. Der Eiskristall wächst rundum regelmässig mit hexagonaler Symmetrie. Die Wärme kann am besten an den Ecken des Hexagons abgeführt werden, deshalb wächst dort der Eiskristall am schnellsten. An den Ecken bilden sich speerförmige Spitzen, die sich in die Länge ziehen. Je höher die Luftfeuchtigkeit, je näher die Temperatur bei null Grad, um so feiner, zarter und verästelter die einzelnen Schneesterne. Jeder Eiskristall legt seine eigene Reise durch verschiedene Luftschichten von unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Aufwinde können seine Reise verlängern. So entstehen unendlich viele Variationen, da jeder Schneestern anderen Bedingungen und Prozessen unterworfen ist.

Bei Temperaturen von null Grad verhaken sich die Schneekristalle und bilden gemeinsam einzelne Schneeflocken. Die sternförmigen Schneekristalle verzahnen sich besonders gut, wegen ihren Zacken, aber auch die Plättchen, Prismen, Stäbchen, Nadeln und Säulchen bilden Schneeflocken, je nach Geometrie besser oder weniger gut.

http://www.kl.unibe.ch/kl/ipsla /2000_01/s4/WETTER%203/LAWINEN/ SCHNEEFLOCKE.HTM

m ersten Jahrtausend vor Christus haben Gelehrte in China bereits beobachtet, dass Schneekristalle immer eine sechszählige Geometrie haben. Deshalb wurde in der chinesischen Alchemie das Wasser mit der Zahl sechs verbunden.

Doch im Westen setzte sich diese Erkenntnis erst im 17. Jahrhundert durch. Der Astronom Johannes Kepler (1571-1630) verfasste das Werk „De nive sexangula“ (Vom sechseckigen Schnee). Darin spekulierte er über den Grund für die Regelmäßigkeit der Schneeflocken. Die Schlüsse, zu denen er kam, waren aus heutiger Sicht falsch – doch stellte er die richtigen Fragen und versuchte als erster, eine wissenschaftliche Erklärung für das Phänomen zu finden.

Zeichnungen aus Robert Hookes „Micrographia“ von 1665 – die erste umfassende Veröffentlichung mit mikroskopischen Zeichnungen. © www.snowcrystals.net

1762 wies der Franzose M. Guettard nach, dass die Form der Schneeflocken von der Temperatur abhängt. Um 1930 lies der Japaner Ukichiro Nakaya unter kontrollierten Bedingungen Schneeflocken in einer Kühlkammer wachsen. Er bestätigte, dass der wesentliche Faktor für die Form des Schnees tatsächlich die Temperatur ist; einen weiteren Einfluss hat außerdem die Luftfeuchtigkeit.

Das letzte Geheimnis des Schnees

Warum Schneeflocken immer eine sechszählige Geometrie haben und warum sich die Arme immer im 60 Grad-Winkel verzweigen, ist geklärt. Doch noch immer unklar ist, warum sich alle sechs Arme einer Schneeflocke identisch entwickeln. Eine Theorie besagt, dass aufgrund der äußeren Bedingungen und der räumlichen Erfordernisse jeweils nur das Wachstum möglich sei, das tatsächlich an allen Armen auftritt. Ob das tatsächlich die Erklärung ist, muss sich noch zeigen. Eine weitere Theorie besagt laut dem britischen Physiker und Wissenschaftsjournalisten Philip Ball, dass das Gitter des Kristalls sehr schwache Schwingungen habe, die für dieses koordinierte Wachstum der an sich unabhängigen Arme verantwortlich seien.

http://www.wissen.swr.de/warum_ chemie/eisblumen/themenseiten/t 5/s4.html

Je nach den Umweltbedingungen nehmen die Schneekristalle verschiedene Formen an. Sie sind jedoch immer sechseckig, weil sich die Wassermoleküle im Winkel von 120 Grad anordnen. Der Formenreichtum reicht von einem sechsstrahligen Stern über sechseckige Eisplättchen bis zu dreidimensionalen Gebilden.

Von Fachleuten werden sie Prismen, Nadeln oder Säulchen genannt .

LG

Betty

Alles richtig, soweit ich weiß, sind auch alle Schneeflocken auf der Welt anders, ähnlich wie Fingerabdrücke. Eigentlich Unglaublich!

Das ist aber bei allen Kristallen so. Bestimmte Flächen wachsen schneller als andere. Man darf hier die Kristall-Morphologie, die durchaus verzerrt sein kann, nicht mit der Symmetrie der Kristall-Struktur verwechseln.

Beim Wachstum der Schneekristalle spielen zusätzlich Diffusionsprozesse und Instabilitäten, wie z.B. die Mullins-Sekerka-Instabilität [Mullins W.W. and Sekerka R.F., J. Appl. Phys. 35 (1964) 444.] , die ein flächiges Wachstum verhindert, eine wichtige Rolle (vgl. http://www.its.caltech.edu/~atomic/sn...). Ähnliche Wachstumsprozesse hat man auch reihenweise in der Metallurgie beobachtet.

Bei den Schneekristallen kommen vereinfacht gesagt also zwei Dinge zusammen: Bevorzugte Wachstumsrichtungen, die sich aus der Kristallstruktur des Eises ergeben, führen zusammen mit den Effekten der verschiedenen Instabilitäten zu dendritischem Wachstum.

Zitat von Wikipedia: Schnee - Kristallbildung: "Wegen der besonderen Struktur der Wassermoleküle sind dabei nur Winkel von 60° bzw. 120° möglich"

Das hexagonale Kristallsystem der Schneeflocke ist von der Natur so vorgegeben, also eine Naturkonstante. Das Gleiche trifft auf kristallisierte Minerale zu.

So ist z.B. kristallisiertes Kochsalz immer ein Würfel, der Diamant immer ein Oktaeder, Aquamarin, Calcit, Smaragd sind immer hexagonal usw.

Wie die meisten schon geschrieben haben liegt es an den Wassermolekülen. Sie sehen sehr schön aus. Schnneflocken haben aber auch daher sechseckige struktur damit sie leichter aufeinander liegen. Wenn mann über den schnee geht hört mann wie dieser unter den füssen knirscht, dabei werden die eiskristalle gebrochen.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thum...

Schnee entsteht, wenn sich in den Wolken feinste Tröpfchen unterkühlten Wassers an Kristallisationskeimen (zum Beispiel Staubteilchen) anlagern und dort gefrieren. Dieser Prozess setzt jedoch erst bei Temperaturen unter -12 °C ein, wobei Wasser in Abwesenheit von Kristallisationsansätzen bis zu -40 °C flüssig bleiben kann.[1] Die dabei entstehenden Eiskristalle, weniger als 0,1 mm groß, fallen durch zunehmendes Gewicht nach unten und wachsen durch den Unterschied des Dampfdrucks zwischen Eis und unterkühltem Wasser weiter an. Auch resublimiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf, geht also direkt in Eis über und trägt damit zum Kristallwachstum bei. Es bilden sich die bekannten sechseckigen Formen aus. Wegen der besonderen Struktur der Wassermoleküle sind dabei nur Winkel von 60° bzw. 120° möglich.

Die unterschiedlichen Stammformen der Schneekristalle hängen von der Temperatur ab – bei tieferen Temperaturen bilden sich Plättchen oder Prismen aus, bei höheren Temperaturen sechsarmige Dendriten (Sterne). Auch die Luftfeuchtigkeit beeinflusst das Kristallwachstum.

Herrscht eine hohe Thermik, so bewegen sich die Kristalle mehrfach vertikal durch die Atmosphäre, 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, sodass landläufig behauptet wird, es gäbe keine zwei identischen Schneekristalle. Über 6000 verschiedene Kristallformen wurden 1962 von Bentley und Humphreys gezählt. Wenn sich Schneekristalle bilden, steigt in der Wolke auch die Temperatur, denn beim Gefrieren geben die Kristalle Wärme ab, während sie beim Verdampfen Wärme aufnehmen.

Ebenso verblüffend wie die beobachtete Formenvielfalt ist ihre ausgeprägte Symmetrie, die Schneekristallen eine hohe Selbstähnlichkeit verleiht und sie zu einem Vorzugsbeispiel der fraktalen Geometrie werden ließ (Koch-Kurve). Die verschiedenen Verästelungen wachsen in einem Exemplar stets in derselben 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 sicherlich immer recht ähnlich sind.[2]

Die größte Komplexität der Schneekristalle zeigt sich bei einer hohen Luftfeuchtigkeit, da diese auch noch filigraneren Strukturen das Wachsen ermöglicht. 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.

Ja es liegt tatsächlich an der besonderen Strukur der Wassermoleküle, die stets in einem Winkel von 60° kristallisieren.

Leider muß ich da der ansonsten sehr detallierten Antwort mit den 120° widersprechen. Denn nur 60° mal 6 Ecken ergeben 360° und mehr geht ja nun mal nicht...

Es ist auch richtig, dass es nie 2 identische Flocken geben wird; ein guter Grund für eine weitere Clever-Frage!

Übrigens ist ein 6-Eck das stabilste mögliche symmetrische Gebilde. Siehe Bienenwaben etc.

LG Torsten

Also, sechseckig, unwahrscheinlich schön anzusehen, einzigartig, da jede Flocke anders aussieht, das seit millionen Jahren und doch so schnell vergänglich. Ist die Natur nicht wunderbar?

Bekanntlich hat Wasser 3 Moleküle.Auch wissen wir,dass sich Wasser beim Einfrieren ausdehnt.Deswegen haben Schneeflocken eine sechseckige Struktur, da die Molekülteilchen sich wegen der Ausdehnung verdoppeln.