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Physik im Alltag und Naturphänomene, Rubrik: "Schlichting! "

Anhänglicher Schnee

img_0263rvSchlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft 2 (2017) S. 58 – 59

Schnee, der sich leicht ballen läßt,
schmilzt bald.
Jean Paul (1763–1825)

Eiskristalle haften gut aneinander – dafür sorgt flüssiges Wasser. Einerseits wirkt es bei Tauwetter durch Kapillarkräfte im Flockengeäst. Andererseits benetzt selbst bei starken Minusgraden eine feuchte Schicht die Oberflächen und klebt diese direkt zusammen.

Bei optimalen Bedingungen für den Bau eines Schneemanns löst die gerollte Kugel das Weiß gleich streifenweise von der Wiese. Zurück bleiben fast komplett frei geräumte grüne Schneisen. Dafür sollte es nicht zu kalt sein: Besonders gut haftet das Material, wenn die Temperatur etwas über dem Gefrierpunkt liegt.
Diese Aggregation spielt sich ähnlich ab wie bei feinem, feuchtem Sand, mit dem man ziemlich stabile Kunstwerke konstruieren kann (»Das Geheimnis der Sandburgen«). Sandkörner binden Wasser stark an sich. Wenn es zwischen mehrere von ihnen dringt, haften sie durch Kapillarkräfte fest aneinander. Vergleichbares geschieht bei den Eiskristallen. Sie sind im Schnee relativ locker miteinander verbunden. Wasser kann die Luft aus den kleinen Hohlräumen verdrängen und so den Zusammenhalt verstärken.
Die gleiche Wirkung wird erzielt, wenn man feuchten Schnee zusammendrückt. Mit der Volumenverringerung verschwindet ein Teil der Luft zwischen den Kristallen, und das vorhandene flüssige Wasser bekommt Kontakt zu sehr viel mehr Eisfläche. Das erhöht die Zahl der Bindungen zwischen den Wassermolekülen und damit die Festigkeit. Wer Erfahrungen mit Schneeballschlachten hat, dürfte schon einmal am eigenen Leib erfahren haben, wie hart so ein Wurfgeschoss sein kann. Bei sehr tiefen Temperaturen gelingt das aber kaum noch. Man spricht von Pulverschnee, weil sich die einzelnen kleinen Schneeflocken nur schwer zu einem größeren Gefüge vernetzen lassen. Es fehlt einfach an Klebstoff, also einem genügend dicken Wasserfilm. Im Unterschied zum feuchten Sand, der nur wegen der Kapillarkräfte so gut aneinander haftet, kommt beim Schnee ein weiterer Faktor hinzu. Die Kristalle vernetzen sich bereits beim Herabfallen zu einer luftigen Struktur, indem sie an ihren Berührungspunkten zu größeren Flocken zusammenfrieren. Auch diese Verbindungen verdanken sich letztlich einer äußerst dünnen Wasserschicht. Eis ist nämlich unter normalen Umständen stets benetzt. Anders als bei Sand grenzt die Luft nicht direkt daran, sondern dazwischen liegt selbst bei extremer Kälte ein flüssiger Überzug von wenigen dutzend Nanometern Dicke. Anschaulich gesprochen sind die Moleküle am Rand nicht so stark ins Kristallgitter eingebunden. Darum ist weniger Energie nötig, sie herauszulösen und in eine schwächer geordnete Phase zu überführen…

PDF: Anhänglicher Schnee

 

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