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Warum sind Schneeflocken immer sechseckig?

24. November 2015

  • D Naturwissenschaften und Mathematik
Schneekristalle – ein kleines Naturwunder (Foto: Andreas./Flickr CC 2.0) Array

Schneekristalle – ein kleines Naturwunder (Foto: Andreas./Flickr CC 2.0)

Jede Schneeflocke ist sechseckig und einzigartig. Es gibt keine, die exakt wie eine andere ist. Um zu verstehen, warum Schneeflocken Unikate sind, aber immer eine sechseckige Grundform haben, muss man wissen, warum es überhaupt schneit. 

Schnee entsteht in den Wolken, wenn es richtig kalt ist. Damit sich Schneekristalle bilden können, müssen die Temperaturen in den Wolken zwischen minus vier und minus 20 Grad Celsius liegen. Dann gefrieren die feinen Wassertröpfchen in den Wolken und legen sich an sogenannten Kristallationskeimen ab. Ein Kristallationskeim kann zum Beispiel ein Staubteilchen sein. Wie das Wort schon sagt, fängt der Schneekristall hier an zu keimen. 

Die Form der Schneeflocke ist auf die molekulare Struktur des Wassers zurückzuführen. Ein Schneekristall wächst „dendritisch“. Das heißt, er bildet lange Arme aus, ähnlich wie Äste an einem Baum (griechisch: dendron = Baum). Kanten wachsen schneller als Flächen. Die Ecken stehen hervor, deshalb lagern sich hier mehr Wassermoleküle ab als an den Flächen. Die sechseckige Grundform kommt zustande, weil die gefrorenen Wassermoleküle eine besondere Struktur bilden:  Die Struktur ist ausschließlich auf 60°- bzw. 120°-Winkeln aufgebaut. Diese Anordnung der Moleküle hat mit der elektrischen Ladung der Atome eines Wassermoleküls zu tun. 

Ein Wassermolekül besteht aus zwei Atomen Wasserstoff und einem Atom Sauerstoff. Die Ladungsverteilung in diesem (60°- bzw. 120°-) gewinkelten Molekül ist asymmetrisch: leicht negativ beim Sauerstoff, leicht positiv bei den beiden Wasserstoffatomen. Diese geladenen Atome reagieren auf die Atome anderer Moleküle um sie herum: Sie ziehen sich an oder stoßen sich ab. Die Moleküle können sich also nicht frei bewegen wie sie möchten, sondern sie richten sich nach der elektrischen Ladung der anderen Moleküle. Die sechseckige Form ist für Wassermoleküle energetisch eine besonders günstige Form. 

Auf ihrem Weg von der Wolke zum Boden werden die Schneeflocken immer größer, weil sich immer mehr Wassermoleküle an sie heften. Während die Schneeflocke in Richtung Erde fällt, durchläuft sie außerdem ganz unterschiedliche Umgebungen. Es reicht schon aus, wenn sich Temperatur oder Luftfeuchtigkeit nur minimal unterscheiden – schon entsteht eine ganz andere Struktur. Jede Schneeflocke wächst anders als die andere. Je feuchter und wärmer die Luft, desto zarter und verästelter sind die Schneesterne. 

Auch wenn eine Schneeflocke nur etwa ein Mikrogramm wiegt, besteht sie aus unzähligen Wassermolekülen. Und diese unzähligen Wassermoleküle haben unendlich viele Möglichkeiten, sich zusammenzusetzen. Da kann man sich plötzlich gut vorstellen, dass es keine Schneeflocke gibt, die wie eine andere ist. Jede ist einzigartig.

Bei der Beantwortung der Frage hat uns Dr. Renate Treffeisen unterstützt. Sie ist Wissenschaftlerin am Alfred-Wegener-Institut – Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung. 

Redaktion WiD: lz

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