Wie entstehen Schneeflocken? Warum sie sechs Ecken haben und alle verschieden sind

Fang eine Schneeflocke mit einem dunklen Handschuh und schau genau hin, bevor sie schmilzt. Vielleicht siehst du einen perfekten sechszackigen Stern, filigraner als jeder Schmuck. Er entstand in einer Wolke einen Kilometer oder mehr über dir, wuchs beim Fallen vielleicht eine halbe Stunde lang und besteht aus rund einer Trillion Wassermolekülen, die mit erstaunlicher Präzision angeordnet sind.

Alles beginnt mit einem Staubkorn

Kalte Wolken sind voller winziger Wassertröpfchen. Erstaunlicherweise können sie weit unter 0 °C flüssig bleiben, bis etwa −40 °C, wenn nichts ihnen beim Gefrieren hilft. Sie brauchen einen Startpunkt.

Dieser Startpunkt ist meist ein mikroskopisches Teilchen: ein Staub-, Ton- oder Pollenkorn, sogar Bakterien in der Luft. Wassermoleküle lagern sich daran an und gefrieren – ein winziger Eiskristall entsteht. Ist er einmal da, wächst er rasch, indem er Wasserdampf direkt aus der Luft aufnimmt. Die unterkühlten Tröpfchen ringsum verdunsten und versorgen ihn.

Warum sechs Ecken?

Die Antwort liegt in der Form des Wassermoleküls. Jedes H₂O-Molekül ist gewinkelt, und im Eis verbinden sich die Moleküle über Wasserstoffbrücken in festen Winkeln mit ihren Nachbarn. Daraus entsteht ein Gitter aus Sechseckringen – die Struktur gewöhnlichen Eises.

Weil die Bausteine in einem Sechseckmuster zusammenpassen, wächst der Kristall mit sechszähliger Symmetrie. Selbst die kleinsten Schneekristalle sind einfache Sechseckprismen, wie winzige Bleistifte oder sechseckige Münzen.

Wie Äste wachsen

Würde ein Sechseckplättchen gleichmäßig wachsen, bliebe es ein Sechseck. Doch die sechs Ecken ragen etwas weiter in die Luft als die flachen Seiten. Dort treffen sie auf mehr Wasserdampf und wachsen etwas schneller.

Je schneller eine Ecke wächst, desto weiter ragt sie hinaus – und desto schneller wächst sie wieder. Dieser sich selbst verstärkende Effekt, eine Verzweigungsinstabilität, macht aus Ecken Arme und aus Armen Äste. Weil alle sechs Arme im selben Moment dieselben Bedingungen erleben, wachsen sie im Gleichschritt – darum wirken Schneeflocken so symmetrisch.

Die Temperatur bestimmt die Form

In den 1930er-Jahren züchtete der japanische Physiker Ukichiro Nakaya in seinem Labor auf Hokkaido die ersten künstlichen Schneekristalle. Er entdeckte, dass die Form vor allem von der Temperatur und der verfügbaren Menge an Wasserdampf abhängt.

Seltsamerweise springt die Form mit sinkender Temperatur hin und her: Plättchen, dann Nadeln und Säulen, dann wieder Plättchen und Sterne, dann Säulen. Warum genau, wird noch erforscht; es hängt von feinen Unterschieden ab, wie schnell sich Moleküle bei verschiedenen Temperaturen an Flächen und Kanten anlagern.

Nakaya nannte Schneekristalle berühmt Briefe vom Himmel: Wer ihre Form liest, erkennt, welche Bedingungen sie durchlaufen haben.

Warum keine zwei Flocken gleich sind

Eine fallende Schneeflocke treibt durch Luftschichten mit leicht unterschiedlicher Temperatur und Feuchte. Jede Änderung verändert ihr Wachstum und fügt einen neuen Ring, Ast oder ein Plättchen hinzu. Weil keine zwei Kristalle exakt denselben Weg nehmen und jeder so viele Moleküle enthält, ist die Chance auf zwei identische komplexe Flocken praktisch null.

Der Farmer Wilson Bentley aus Vermont machte das sichtbar. 1885 fotografierte er als Erster einen Schneekristall, indem er eine Kamera an ein Mikroskop koppelte, und nahm danach über 5.000 weitere auf.

Warum Schnee weiß ist

Ein einzelner Schneekristall ist klar wie Glas. Doch Schnee am Boden ist ein lockeres Gewirr unzähliger Kristalle mit Luft dazwischen. Licht, das in eine Schneewehe eindringt, wird an all diesen winzigen Flächen in alle Richtungen und für alle Farben fast gleich stark reflektiert und gestreut. Das Ergebnis ist Weiß. Tief in dichtem Schnee oder Gletschereis, wo weniger Luft ist, kann ein zartes Blau erscheinen, weil Eis etwas rotes Licht schluckt.

Kurz gesagt

• Schneeflocken wachsen, wenn Wasserdampf in einer kalten Wolke an einem winzigen Teilchen gefriert.
• Sie haben sechs Ecken, weil Wassermoleküle im Eis ein Sechseckgitter bilden.
• Ecken wachsen schneller als Flächen und bilden Äste, die im Gleichschritt wachsen.
• Die Temperatur bestimmt die Grundform – Plättchen, Nadeln, Säulen oder Sterne; die Feuchte sorgt für Komplexität.
• Komplexe Schneeflocken sind praktisch nie identisch, weil jede ihren eigenen Weg nimmt.
• Schnee ist weiß, weil seine vielen Kristallflächen alle Farben des Lichts streuen.