Die erstaunliche Vielfalt der Schneeflocken lässt den Gedanken aufkommen, dass jeder einzelne einzigartig ist. Obwohl "keine zwei Flocken gleich" eine attraktive Metapher sein mag, ist es nicht ganz richtig. Das hindert uns jedoch nicht daran, auf die komplizierten Kristallstrukturen zu blicken, die an unseren Handschuhen hängen. Es hindert die Forscher auch nicht daran, jeden Kristalltyp, der sich bilden könnte, sorgfältig zu katalogisieren.
Dank ihrer Arbeit hat der Chemielehrer Andy Brunning, der das Grafik- und Chemie-Blog Compound Interest führt, eine faszinierende Grafik erstellt, die 39 Arten fester Niederschläge zeigt, darunter 35, bei denen es sich um Schneekristalle oder Flocken handelt. Die anderen dargestellten Niederschlagsformen sind Graupel, Eis, Hagelkörner und gefrorene Hydrometeorpartikel.
Zinseszins (CC BY 4.0) Brunning schreibt:
Sie mögen sich fragen, was die Formen von Schneeflocken mit Chemie zu tun haben. Tatsächlich hat das Studium der Kristallstrukturen von Festkörpern eine eigene Disziplin, die Kristallographie, die es uns ermöglicht, die Anordnung der Atome in diesen Festkörpern zu bestimmen. Kristallographie funktioniert, indem Röntgenstrahlen durch die Probe geleitet werden, die dann gebeugt werden, wenn sie durch die darin enthaltenen Atome hindurchtreten. Die Analyse des Beugungsmusters ermöglicht es, die Struktur des Festkörpers zu erkennen. Diese Technik wurde von Rosalind Franklin verwendet, um die Doppelhelix-Anordnung der DNA zu fotografieren, bevor Watson & Crick ihre Struktur bestätigte.
Frühere Versuche haben einige unterschiedliche Zahlen für die Gesamtkategorien der festen Niederschläge ergeben. Die neue Grafik basiert auf Arbeiten von Forschern aus Japan. Die 39 Kategorien können weiter in 121 Untertypen unterteilt werden, berichtet Susannah Locke für Vox. Und sie können alle in acht größere Gruppen eingeteilt werden:
- Säulenkristalle
- Flache Kristalle
- Kombination von Säulen- und Flächenkristallen
- Aggregation von Schneekristallen
- Gestrandete Schneekristalle
- Keime von Eiskristallen
- Unregelmäßige Schneepartikel
- Anderer fester Niederschlag.
Kenneth Libbrecht, Physiker bei Caltech, schreibt auf seiner Website über die Bildung von Schneekristallen:
Die Geschichte beginnt in einer Wolke, wenn ein winziger Wolkentropfen zum ersten Mal zu einem winzigen Eispartikel gefriert. Wenn Wasserdampf auf seiner Oberfläche zu kondensieren beginnt, entwickelt das Eispartikel schnell Facetten und wird so zu einem kleinen hexagonalen Prisma. Für eine Weile behält es diese einfache facettierte Form bei, während es wächst.
Wenn der Kristall jedoch größer wird, beginnen aus den sechs Ecken des Sechsecks Zweige zu sprießen (dies ist die dritte Stufe im Diagramm rechts). Da die atmosphärischen Bedingungen (z. B. Temperatur und Luftfeuchtigkeit) in dem kleinen Kristall nahezu konstant sind, wachsen die sechs Knospungsarme ungefähr gleich schnell aus.
Während es wächst, wird der Kristall in den Wolken hin und her geblasen, sodass sich die Temperatur, die es sieht, mit der Zeit zufällig ändert.
Diese Temperaturänderungen verwandeln die Arme in verschiedene Formen und geben uns die verschiedenen Schneeflocken und Kristalle, die wir sehen. Da alle Arme den gleichen Schwankungen ausgesetzt sind, können sie symmetrisch wachsen. In Wirklichkeit seien die meisten Schneekristalle unregelmäßig, schreibt er.
Warum die ganze Zeit damit verbringen, Schneeflocken zu klassifizieren? Wie Libbrecht erklärt, ist dies wirklich die Untersuchung, wie Kristalle entstehen. Und dieses Wissen kann zur Herstellung von Kristallen für eine Vielzahl anderer Anwendungen genutzt werden - Silizium und andere Halbleiter in Computern und der Elektronik bestehen zum Beispiel aus Kristallen.
Außerdem sind sie atemberaubend.
