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

Knirschender Schnee

Beim Laufen durch Neuschnee zerstört jeder Schritt geräuschvoll das feine, aber feste Eisgefüge in der Schneedecke.

Der Schnee schreit, ächzt, quietscht unter dem Tritte,
wie neues unschmiegsames Leder,
und wunderbare weiße Wellen sind überall
Peter Altenberg (1859 –1919)

Beim Gehen entstehen je nach Untergrund charakteristische Geräusche. Ob wir über das Pflaster eines Gehwegs spazieren, das Gras einer Wiese oder den Sand am Strand – immer begleitet uns ein anderer Sound. Als ganz besonders eindrucksvoll empfinden es viele Menschen, wenn Schnee unter den Füßen knirscht. Solche Töne bringt eine winterliche Landschaft aber nicht immer hervor. Bei frisch gefallenem Pulverschnee sind die lockeren Flocken noch weitgehend intakt. Er gibt unter jedem Schritt sehr leicht nach und lässt allenfalls ein leises und dumpfes »Pfuff« hören. Man geht wie auf Watte. Auch feuchter Schnee tönt eher unauffällig.
Schnee besteht aus Eiskristallen, und die kommen in der Natur in unterschiedlichen Formen vor – unter anderem als Hagel, als Firn, in Eisschollen oder in Gletschern. All diese Konfigurationen unterscheiden sich vor allem in ihrer Dichte. Frisch gefallener Schnee hat eine Dichte von 100 bis 200 Kilogramm pro Kubikmeter und weist damit eine Porosität von 80 bis 90 Prozent auf. Es besteht also aus wesentlich mehr luftgefülltem Hohlraum als aus fester oder flüssiger Substanz. Diese Durchlässigkeit spielt für die anschließenden strukturellen Veränderungen des Schnees eine wichtige Rolle.
Bei diesen kommt es zu Phasenübergängen zwischen fest, flüssig und gasförmig, oder auch zur Festkörperdiffusion, also dem Transport fester Teilchen. Hinter alldem steckt die Vorliebe der Natur, unter den jeweiligen Temperatur und Feuchtigkeitsbedingungen so viel Energie wie möglich an die Umgebung abzugeben (zweiter Hauptsatz der Thermodynamik). Vereinfacht gesprochen strebt jede Schneeflocke die Kugelgestalt an, um auf diese Weise ihre Grenzfläche zu minimieren. Es laufen Prozesse ab, in denen die Eiskristalle des flockigen Schnees miteinander verschmelzen und regelrecht zusammensintern. Der Begriff Sintern steht für ein Verfahren aus der Metallurgie, aber der Vorgang beim Altern des Schnees ist ganz ähnlich: Kleinere Eispartikel wachsen zu größeren Einheiten zusammen. In vielen Fällen ist das mit einer Rekristallisation verbunden. Dabei verschwinden Versetzungen im Kristallgefüge, die beim Aufeinandertreffen der zufällig angeordneten Schneeflocken entstanden sind.
Das Schicksal frisch gefallenen Schnees in den Polarregionen führt den zeitlichen Ablauf der Sinterung vor Augen. An der Oberfläche ist die Decke zunächst noch sehr porös. Die Dichte nimmt mit der Tiefe zu, bis sich schließlich unter zunehmendem Druck eine massive Eis trägt oft mehrere Zentimeter. Tiefes, mächtiges Gletschereis erscheint sogar blau, weil hier mit der Zeit fast alle Licht streuenden Luftbläschen herausgepresst wurden.
Für das Phänomen des knirschenden Eises genügt es, eine der ersten Phasen einer solchen Metamorphose zu betrachten. Sobald der Schnee gelandet ist, berühren sich die Flocken noch ziemlich locker. Alsbald sackt der Schnee unter dem eigenen Gewicht ein wenig zusammen. Die einander berührenden Kristalle reorganisieren sich und geben dabei Grenzflächenenergie an die Umgebung ab…

PDF: Knirschender Schnee

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