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Energie und Entropie, Marginalia, Physik im Alltag und Naturphänomene

Strukturbildung im kalten Schnee

In unserer Gegend schneit es seit Tagen bei einer Temperatur von mindestens – 7 °C. Der Schnee ist „trocken“ wie Sand. Jedenfalls lässt er sich nicht zu Schneebällen formen. Er zerfällt krümelig, auch wenn man sich mit warmen Händen noch so bemüht. Der Schnee wird somit zum leichten Spielball des Windes, der ihn wie nichts vor sich hertreibt, verwirbelt und zu aerodynamisch geformten Verwehungen auftürmt. Allein das ist schon erstaunlich, denn diese Strukturen sind relativ fest. So fest, dass ich beim Schneeräumen die Arbeit mit dem Schneeschieber aufgeben musste. Ganz abgesehen davon, dass die zusammenhängenden Massen nicht mehr zu schieben waren, wurde auch der Kraftaufwand, die Verwehungen mit dem großflächigen Schieber abzutragen sehr schnell zu groß.
Denn zum einen mussten die fest vernetzten erstaunlich schweren Schneefladen aus den Schneewänden gewissermaßen herausgeschnitten und zum anderen auch noch angehoben und mit Schwung möglichst weit wegbefördert werden. Wenn sich dabei wegen einer geringen Asymmetrie in der Gewichtsverteilung des Schneefladens auf dem Schieber dieser auch nur um ein Weniges um die Stielachse drehte, rutschte er sofort wieder herunter.
Ich bin daher dazu übergegangen, mit einer normalen Schaufel ziegelförmige Teile von leichter zu bewältigender Größe aus dem Schnee herauszuschneiden – allerdings um den Preis eines entsprechend größeren Zeitaufwands. Später fiel mir ein, dass ich mit all den Schneeziegeln leicht ein Iglu hätte bauen können. Aber wenn mir das jemand während der Arbeit vorgeschlagen hätte, wäre ich vermutlich übergriffig geworden.
Als ich dann später auch noch feststellte, dass das Dach des Carports durch eine Art Schneebrett verlängert wurde (siehe oberes Foto) drängten sich einige Fragen auf. Zum Beispiel: Wie schafft es die Natur – was mir selbst beim Formen eines kleinen Schneeballs unter Einsatz von Handwärme zum Verschmelzen der Schneekristalle nicht gelang – aus styroporflockenartigem* Schnee derartig feste Verbände zu fabrizieren? Ich habe eine Vermutung und die kam mir, als ich das relativ schnelle Wachstum der im Foto dargestellten Schneeskulptur beobachtete:
Der Wind peitscht die Schneekristalle über das Dach des Carports. Die Bahnen der Kristalle krümmen sich wegen der weitgehend ruhigen Luft hinter dem Gebäude nach unten und knallen auf die hintere Kante des Dachs. Dort prallen sie mit hoher Geschwindigkeit auf den bereits deponierten Schnee. Die beim Aufprall freiwerdende Bewegungsenergie führt dazu, dass die Kristalle mit einander verschmelzen. Man spricht auch von Sinterung. Dadurch entstehen feste Verbindungen, die sogar so stabil sind, dass die unentwegt weiter aufprallenden Kristalle ein über das Ende des Daches hinauswachsendes hartes Schnee-Eis-Brett formen. Interessanterweise bricht dieses Brett nicht einfach unter der Last der zunehmenden eigenen Schwere ab, sondern biegt sich langsam nach unten. Denn durch die Biegung schmelzen die dabei im konkaven Bereich zusammengepressten Kristalle verstärkt zusammen. Jedenfalls ist auf diese Weise die im Foto dargestellte äußerst feste, schwere und trotz erheblichem Überstands bis jetzt immer noch stabile Skulptur entstanden. Das untere Foto zeigt diese Skulptur von unten und macht die auf unterschiedliche Windepisoden zurückgehenden Schichten und ihre schwerkraftsmäßig bedingte Verbiegung sichtbar.
Ich gehe davon aus, dass bei den Schneewehen ähnliche Sinterungsvorgänge stattfinden, die ihre Verschmelzungswärme aus der Bewegungsenergie der aufprallenden Kristalle beziehen. Damit ist wenigstens geklärt, dass meine Mühe beim Schneeschieben nicht der Boshaftigkeit der Natur, sondern plausiblen Naturgesetzen geschuldet ist. Doch ist das ein Trost, angesichts der Tatsache, dass es munter weiter schneit, während ich das hier schreibe?


* Nach der Maloche mit dem Schneeschieben ersetze ich „styroporflockenartig“ lieber durch „zuckersandartig“, denn die Dichte kam gefühlt der von Sand wesentlich näher.

Diskussionen

30 Gedanken zu “Strukturbildung im kalten Schnee

  1. Das Prinzip der Sinterung schön erklärt.Kristalls im Mittel freigesetzt?

    Du kannst ja diesen Überhang etwas beobachten.
    Bin gespannt, wann das Ganze bricht und wodurch genau.

    Verfasst von kopfundgestalt | 9. Februar 2021, 09:57
    • Inzwischen hat es aufgehört zu schneien. Es ist windstill und die Sonne scheint, so wie man sich das wünscht. Der Überhang hat sich weiter gekrümmt und wie ein Rollmops (mir fällt gerade kein besserer Vergleich ein) eingewickelt. Es scheint eine enorme Haltekraft zwischen den Kristallen zu herrschen. Ich beobachte weiter… 🙂

      Verfasst von Joachim Schlichting | 9. Februar 2021, 11:16
      • Rollmops…ja irre. Ich kann mir das regelrecht vorstellen.

        Verfasst von kopfundgestalt | 9. Februar 2021, 13:13
      • Jetzt hängt der Rollmops etwas durch und ist mit tropfenden Eiszapfen gespickt, aber er denkt noch nicht daran abzustürzen.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 9. Februar 2021, 16:03
      • Hat er einen Willen? Allein die Anzahl der Kristalle könnte einer feisten Neuronenzahl gleichkommen.
        Nein, ausgemachter und hausgemachter Blödsinn. wie er nur von mir kommen mag 😉
        Irgendwie erinnern mich diese Transformationen an manche im Insektenreich.

        Verfasst von kopfundgestalt | 9. Februar 2021, 16:10
      • Vielleicht würde Arthur Schopenhauer das so sehen (Die Welt als Wille und Vorstellung). Aber klar ist, dass es sich um ein kollektives Phänomen handelt. Alle beteiligten Kristalle und ihre Verbindungen untereinander stehen für die Stabilität des Mopses gerade. Äh, nein, krumm, wie auch immer. 😉

        Verfasst von Joachim Schlichting | 9. Februar 2021, 22:09
  2. Eine tolle Erklärung! Hier schneit es nicht mehr, es scheint sogar die Sonne. Mal sehen wann die Schneelawinen von den Dächern rutschen 🙂

    Verfasst von eyeandview | 9. Februar 2021, 11:32
  3. Ha, ha! „Aber wenn mir das jemand während der Arbeit vorgeschlagen hätte, wäre ich vermutlich übergriffig geworden.“ – Ja, es gibt Vorschläge, die darf nur man selbst sich machen.
    Was sich auf Deinem Carport gebildet hat, ist, was es in Groß wohl auch im Gebirge gibt, und was schon manchen Skifahrer verleitet hat, sich dorthin zu begeben, wo er keinen Grund mehr unter sich hat. Ein spannendes Phänomen.
    Den Schnee, der wie Staub (fast wie Rauch) herum wirbelte und von den Windböen immer wieder weggepustet wurde, so dass auf einer Seite des Hofes die Dächer völlig schneefrei blieben und fast nichts auf den Bäumen lag, habe ich am Wochenende auch fasziniert beobachtet. Jetzt fallen die Flocken langsamer, sind größer und offenbar feuchter und überzuckern die Äste wieder.

    Verfasst von christahartwig | 9. Februar 2021, 12:43
    • Danke für den Hinweis auf die Überhangsbildung im Gebirge. Ich denke, dass man die auf ähnliche Weise erklären könnte. Es ist der starke Wind, der die Energie dazu liefert. Auch deine Beobachtung, dass an den Bäumen zunächst nichts hängenblieb habe ich hier machen können. Als ich meiner Tochter ein Foto unseres Schneechaos schickte, schrieb sie zurück, dass es ein Fake sei, denn der Baum auf dem Bild sei doch völlig schneefrei. Auf jeden Fall spannend!

      Verfasst von Joachim Schlichting | 9. Februar 2021, 13:01
      • Weniger spannend aber dafür sehr hübsch fand ich an den letzten beiden Tagen das, was ich Kinderschnee nenne – diese sanft rieselnden einzelnen Flocken, als hätte ein Kind sie gemalt. Heute hat es sogar für etwas eine halbe Stunde bei Sonne geschneit, und ich habe mich gefragt, ob es auch so etwas wie einen Schneebogen gibt. Zum Nachschauen hätte ich raus gemusst, und es ist leider verdammt glatt. Ich werde immer ängstlicher, mir die Knochen zu brechen.

        Verfasst von christahartwig | 10. Februar 2021, 14:35
      • Solche „Schneebögen“ gibt es in der Tat. Dabei muss der „Schnee“ jedoch aus ganz bestimmten hexagonalen Eiskristallen bestehen, die zu kollektrov aerodynamisch ausgerichtet zu Boden sinken. An diesen Kristallen wird das Sonnenlicht reflektiert und tritt als Bogen, manchmal sogar vollkreisförmig in Erscheinung. Je nach Form und Orientierung der Eiskristalle gibt es verschiedene Bögen. Man nennt sie Halos. Oft sind die Kristalle in großer Höhe, sodass man von ihnen gar nichts merkt und nur durch die Existenz der Halos auf sie schließen kann.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 10. Februar 2021, 17:30
      • Halos. Klar, das sagt mir war. An die hatte ich in dem Zusammenhang noch gar nicht gedacht, obwohl ich wusste, dass sie mit Eiskristallen in großer Höhe zu tun haben. Danke.

        Verfasst von christahartwig | 13. Februar 2021, 13:04
      • Nicht nur in großer Höhe. Manchmal kann man sie auch in Augenhöhe sehen (z.B. beim Skilaufen im Gebirge), wenn die Sonne tiefsteht.

        Verfasst von Joachim Schlichting | 13. Februar 2021, 13:31
      • Die Erfahrung fehlt mir. Ich laufe nicht Ski. Aber vielleicht lassen sich mit einer Schneefräse ähnliche Erfahrungen machen. Ich würde meinem Hauswirt davon vorschwärmen. Unser Grundstück ist das einzige, auf dem der Schnee nicht ansatzweise geräumt wurde, sondern nur der von den Mietern getrampelte Pfad ein bisschen mit Streu garniert.

        Verfasst von christahartwig | 13. Februar 2021, 13:55
      • Ich laufe auch kein Ski. Aber mir sind immer mal wieder Fotos dazu geschickt worden. Mit der Schneefräse wird es nicht funktionieren, weil wie gesagt perfekte Kristalle notwendig sind, die sachte zu Boden sinken.
        Bei uns (auf dem Lande) gibt es überwiegend auch nur Trampelpfade. Die jungen Leute kennen wohl keinen Schnee mehr und vor allem, dass er nicht nur Vergnügen bereitet, sondern auch Pflichten nach sich zieht. Hoffen wir, dass die Schmelzphase nicht auch noch durch zwischenzeitlich erneutes Gefrieren garniert wird. 😉

        Verfasst von Joachim Schlichting | 13. Februar 2021, 14:10
      • Vor letzterem graut mir. Es wäre nicht das erste Mal, dass das Wegstück zwischen Tor und Haustür bei jedem Verlassen des Hauses zum gefährlichsten Teil des Ausgangs wird. Es drohen dann auch noch die Eiszapfen, die sich in ca. 12 m Höhe genau über der Haustür an der Dachkante bilden – Damoklesschwertern gleich.

        Verfasst von christahartwig | 13. Februar 2021, 14:27
      • Ich drück dir die Daumen, dass alles nicht so schlimm wird! 😉

        Verfasst von Joachim Schlichting | 13. Februar 2021, 14:41
      • Danke. 😉

        Verfasst von christahartwig | 13. Februar 2021, 14:45
  4. Das habe ich so ähnlich erlebt, Joachim. Es hat mich allerdings beruhigt dass du den Begriff „styropor“ nachträglich durch etwas dichteres ersetzt hast, denn an Schaumstoff habe ich beim Schippen definitiv nicht gedacht.
    Von der Wirkung der Sonne war ich heute nicht nur ästhetisch begeistert, auch als Mitarbeiterin habe ich sie geschätzt:
    zum einen ließ sie Schnee- und Eisreste auf dem gepflasterten Weg in Nullkommanix verschwinden, von fest zu gasförmig ohne Zwischenstation.
    Und die Oberfläche der Schneelandschaft wurde sachte angetaut und sogleich wieder gefroren, sodass nun eine zarte Kruste weitere Schneeverwehungen verhindert, auch wenn der Wind wieder auffrischen sollte.
    Beide Effekte erfüllen mich mit Dankbarkeit.

    Verfasst von Ule Rolff | 9. Februar 2021, 19:39
    • Ja, liebe Ule, so ähnlich habe ich es heute auch erlebt. Allerdings habe ich mit einer Spätfolge zu kämpfen. Die eine Hausseite mit rechteckigem Anbau lag im Schneesturm und dadurch ist offenbar haufenweise Schnee unter die Dachpfannen gefegt worden. Jedenfalls sickerte heute im Sonnenschein Wasser durch die Wände über zwei Stockwerke. Vermutlich kann man da nur abwarten, dass der Schnee mit der Zeit abgetaut uns schließlich auch das Wasser wieder aus den Wänden verschwunden ist. Wenn es beim neuen Tapezieren bliebe, wäre ich froh. Ich hoffe nur, dass nichts Schlimmeres dahinter steckt.
      Ansonsten hast du natürlich gut beobachtet, dass der hohe Schnee durch eine Eisschicht vor evtl. wieder auffrischendem Wind isoliert ist. Zum Ausgleich gab es heute in der Sonne viele positive Momente zum Ausgleich 🙂

      Verfasst von Joachim Schlichting | 9. Februar 2021, 20:38
  5. Immer wieder neue Entdeckungen… was die Natur alles kann! Sie hält uns in Atem 😅

    Verfasst von Johanna | 12. Februar 2021, 09:23

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