mini|Schneekristalle, fotografiert vom Schneeforscher Wilson Bentley Schnee besteht aus feinen Eiskristallen und ist die häufigste Form des festen Niederschlags.
Etymologie Schnee – althochdeutsch snēo, Genitiv snēwes (8. Jahrhundert), mittelhochdeutsch / mittelniederdeutsch snē, altniederdeutsch snēo, mittelniederländisch snee, niederländisch sneeuw, altenglisch snāw, englisch snow, altnordisch snœr, snjōr, schwedisch snö, gotisch snaiws (germanisch *snaigwa-), russisch sneg (снег), litauisch sniẽgas 'Schnee', verwandt mit dem griechischen (Akkusativ Singular) nípha (νίφα), lateinisch nix (Genitiv: nivis), walisisch nyf 'Schnee'.
Alle Formen sind (ablautende) Abstraktbildungen von der indoeuropäischen Wurzel *sneigṵh- 'schneien, (sich) zusammenballen, zusammenkleben'.Wolfgang Pfeifer: Etymologisches Wörterbuch des Deutschen. 5. Auflage. Deutscher Taschenbuch Verlag, München 2000, S. 1229.
Kristallbildung mini|Sternförmiger Eiskristall (Dendrit) mini|Plättchenförmiger Eiskristall mini|Mischform aus Plättchen und Dendriten mini|Nahaufnahme mit Elektronenmikroskop Schnee entsteht, wenn sich in den Wolken feinste Tröpfchen unterkühlten Wassers an Kristallisationskeimen (zum Beispiel Staubteilchen) anlagern und dort gefrieren. Dieser Prozess setzt jedoch erst bei Temperaturen unter −12 °C ein, wobei Wasser in Abwesenheit von Kristallisationsansätzen bei bis zu −48 °C flüssig bleiben kann.Gerhard Karl Lieb: Schnee und Lawinen. Vorlesung im WS 2001/02, Institut für Geografie und Raumforschung, Graz. Die in Wolken natürlich entstehenden Eiskristalle, weniger als 0,1 mm groß, fallen durch zunehmende Masse nach unten und können infolge des unterschiedlichen Dampfdrucks von Eis und unterkühltem Wasser weiter anwachsen. Darüber hinaus resublimiert der in der Luft enthaltene Wasserdampf, geht also direkt in Eis über, und trägt damit zum Kristallwachstum bei. Es bilden sich die bekannten sechseckigen Formen aus. Wegen der besonderen Struktur der Wassermoleküle sind dabei nur Winkel von exakt 60° oder 120° möglich.
Die verschiedenen Stammformen der Schneekristalle hängen von der Temperatur ab – bei tieferen Temperaturen bilden sich Plättchen oder Prismen aus, bei höheren Temperaturen sechsarmige Dendriten (Eissterne, Schneesterne). Auch die Luftfeuchtigkeit beeinflusst das Kristallwachstum. Wenn sich Schneekristalle bilden, steigt in der Wolke auch die Temperatur, denn beim Gefrieren geben die Kristalle Energie ab (Kristallisationsenthalpie), während sie beim Verdampfen Energie (Verdampfungsenthalpie) aufnehmen.
Herrscht eine hohe Thermik, so bewegen sich die Kristalle mehrfach vertikal durch die Erdatmosphäre, wobei sie teilweise aufgeschmolzen werden und wieder neu kristallisieren können. Dadurch wird die Regelmäßigkeit der Kristalle durchbrochen und es bilden sich komplexe Mischformen der Grundformen aus. Sie weisen eine verblüffend hohe Formenvielfalt auf. Über 5000 verschiedene Schneekristalle wurden schon von Wilson A. Bentley ab 1885 fotografiert. Als erstem Menschen gelangen nach neuestem Stand Johann Heinrich Ludwig Flögel 1879 fotografische Aufnahmen von Schneekristallen. Mit hoher Wahrscheinlichkeit gibt es und gab es noch nie zwei komplexe Schneekristalle, die exakt gleich waren. Der Grund hierfür liegt in den sehr großen kombinatorischen Möglichkeiten vieler einzelner Merkmale. Eine Schneeflocke enthält etwa 1018 Wassermoleküle, darunter ca. 1014 Deuterium-Atome. Auch im sichtbaren Bereich eines Lichtmikroskops lassen sich leicht schon hundert Merkmale unterscheiden, die an verschiedenen Orten ausgebildet werden können. In Kombination ergeben sich sehr viele mögliche Variationen, weshalb die möglichen Formen komplexer Kristalle äußerst zahlreich sind, weit größer als die Anzahl an Atomen im Weltall.
Ebenso verblüffend wie die beobachtete Formenvielfalt ist die ausgeprägte Symmetrie, die manchen Schneekristallen eine hohe Selbstähnlichkeit verleiht und sie zu einem Vorzugsbeispiel der fraktalen Geometrie werden ließ (Koch-Kurve). Die verschiedenen Verästelungen wachsen in einem Exemplar manchmal in ähnlicher Weise und offenbar mit ähnlicher Geschwindigkeit, auch wenn ihre Spitzen, an denen sie weiter wachsen, oft mehrere Millimeter auseinander liegen. Ein möglicher Erklärungsversuch, der ohne Annahme einer Wechselwirkung über diese Entfernung hinweg auskommt, besteht in dem Hinweis, dass die Wachstumsbedingungen an verschiedenen vergleichbaren Keimstellen an den Spitzen zu gleichen Zeitpunkten manchmal recht ähnlich sind. Weit häufiger als schöne, symmetrische Schneeflocken sind jedoch asymmetrische und unförmige. Die regelmäßig erscheinenden Formen werden allerdings häufiger fotografiert und abgebildet.
Die größte Komplexität der Schneekristalle zeigt sich bei hoher Luftfeuchtigkeit, da diese auch noch filigraneren Strukturen das Wachsen zulässt. Bei sehr niedrigen Temperaturen sind die Eiskristalle nicht nur kleiner und einfacher gebaut, sondern es schneit auch weniger als bei Temperaturen knapp unter dem Gefrierpunkt, da die Luft dann kaum noch Feuchtigkeit enthält.
Schneeflocken Liegt die Lufttemperatur nahe am Gefrierpunkt, werden die einzelnen Eiskristalle durch kleine Wassertropfen miteinander verklebt und es entstehen an einen Wattebausch erinnernde Schneeflocken. Bei trockener Luft kann in kälteren Luftschichten gebildeter Schnee auch bei Temperaturen um 5 °C noch als Schnee die Erde erreichen, da ein Teil der Flocke sublimiert und die dafür aufzubringende Energie die verbleibende Flocke kühlt. Andererseits kommt es vor, dass auch bei unter 0 °C Regen fällt, dann als gefrierender Regen. Für diesen Effekt wird in manchen Medien der Begriff Blitzeis verwendet. Diese Komponenten hängen von Struktur und Schichtungsstabilität der oberen und unteren Luftschichten, von geografischen Einflüssen sowie Wetterelementen wie zum Beispiel Kaltlufttropfen ab. Bei tiefen Temperaturen bilden sich nur sehr kleine Flöckchen, der Schneegriesel.
Die weiße Farbe des Schnees liegt darin begründet, dass der Schnee aus Eiskristallen besteht. Jeder einzelne Kristall ist – wie Eis als solches – transparent; das Licht aller sichtbaren Wellenlängen wird an den Grenzflächen zwischen den Eiskristallen und der umgebenden Luft reflektiert und gestreut. Eine ausreichend große Ansammlung von Eiskristallen mit zufälliger Lagebeziehung zueinander führt damit insgesamt zu diffuser Reflexion; Schnee erscheint daher weiß. Ein ähnlicher Effekt ist beispielsweise auch bei Salz beim Vergleich von Pulver und größeren Kristallen zu beobachten.
Der mittlere Durchmesser von Schneeflocken beträgt ca. fünf Millimeter, bei einer Masse von 4 Milligramm. Je höher die Temperatur wird, desto größer werden die Flocken, da die Kristalle antauen und dann zu großen Flocken verkleben. Das Guinness-Buch der Rekorde verzeichnet für die größte je dokumentierte Schneeflocke einen Durchmesser von 38 cm.
Fällt eine Schneeflocke auf Wasser, dann erzeugt sie einen schrillen hohen Klang mit einer Frequenz von 50 bis 200 Kilohertz, der für Menschen unhörbar ist (Ultraschall).Lawrence A. Crum, Hugh C. Pumphrey, Ronald A. Roy, and Andrea Prosperetti: The underwater sounds produced by impacting snowflakes. In: Journal of the Acoustical Society of America, Band 106, Nr. 4, 1999, S. 1765–1770. Nicht alle Forscher dieses Forschungsgebiets bestätigten diesen Effekt.Tahani Alsarayreh, Len Zedel: Snow falling on water, does it really make noise? In: UAM Proceedings, 2009, PDF, 46 MB, S. 945ff.
Schneefall mini|Schneefall im Düsseldorfer Hofgarten Da Schneeflocken eine große Oberfläche und somit einen hohen Luftwiderstand haben, fallen sie mit Geschwindigkeiten von etwa 4 km/h verhältnismäßig langsam – zum Vergleich: mittelschwerer Regen fällt mit ca. 20 km/h, Hagel kann noch weitaus höhere Geschwindigkeiten erreichen. Die Fallgeschwindigkeit von Schneeflocken ist weitgehend unabhängig von ihrer Größe, da die Oberfläche der Flocken (fast) proportional zu ihrer Größe wächst, wodurch der Luftwiderstand in etwa konstant bleibt.Bart Geerts: Fall speed of hydrometeors, Teil der Resources in Atmospheric Sciences der University of Wyoming. Durch Schneefall kann das in der Luft enthaltene Mikroplastik zu Boden gezogen werden.
Wie alle irregulär geformten Objekte tendieren auch Schneekristalle dazu, mit ihrer flachsten Seite nach unten zu fallen. Dies mag auf den ersten Blick unlogisch erscheinen, da sich Objekte eigentlich mit dem geringsten Luftwiderstand bewegen. Dies würde in der Tat zutreffen, wenn die flache Seite der Schneeflocke immer exakt parallel zur Fallrichtung orientiert wäre. Allerdings ist es sehr wahrscheinlich, dass sie sich während ihres Falles aufgrund von kleinen Störungen (Turbulenzen) einmal zur Fallrichtung neigt. Aufgrund der sie umströmenden Luft unterliegt die Schneeflocke dabei einem Kräftepaar (größere Strömungsgeschwindigkeiten an ihren Rändern), welches sie so dreht, dass ihre flache Seite nach unten zeigt (Ebene der größten Ausdehnung der Flocke normal zur Fallrichtung). Demselben Mechanismus unterliegen auch ein vom Baum fallendes Blatt, ein fallengelassenes Blatt Papier und die Rayleigh’sche Scheibe zur Messung der Schallgeschwindigkeit. Charakteristisch für flächige Schneeflocken ist daher der bekannte taumelnde Fall, der in einer passenden leichten Aufwärtsströmung etwa in Ausatemluft oder an einer warmen Hausfassade zum stationären Tanz wird.
Eine andere Auswirkung von turbulenter Umströmung ist, dass Schneeflocken und andere Objekte dazu tendieren, sich hintereinander anzuordnen und dann einander einzuholen. Ein Schneekristall, der in die Wirbelzone hinter einen anderen gerät, kann darin schneller fallen, so dass er mit diesem kollidiert und verklumpt, ähnlich wie ein Radfahrer im Windschatten hinter einem anderen weniger Antriebskraft benötigt, um dasselbe Tempo zu halten. In V-Formation fliegende Vögel nützen die Aufwärtsströmung an den Außenseiten der Randwirbel des jeweils Vorausfliegenden, um mit geringerem Energieaufwand horizontal zu fliegen. Sind Schneepartikel allerdings so klein wie Staub, fallen sie im Wesentlichen ohne Turbulenz in der Umströmung; die Reynolds-Zahl, ein Produkt aus Länge, Geschwindigkeit und Viskosität ist dann sehr klein, wie für Stahlkugeln in Honig.
Intensität des Schneefalls Die Intensität des Schneefalls kann auf zwei Arten angegeben werden, entweder in Form der horizontalen Sichtweite bei Schneefall oder als Niederschlagsmenge. Letztere kann als Niederschlagshöhe angegeben werden, also der Höhe der Wassersäule des geschmolzenen Schnees oder in Form des durchschnittlichen Schneehöhenwachstums in Zentimeter pro Stunde (cm/h). Der in den Medien häufiger auftretende Begriff Starkschnee kann mit starkem Schneefall gleichgesetzt werden, wird von Meteorologen jedoch kaum verwendet.
Der Deutsche Wetterdienst benutzt folgende Definition für die Niederschlagsintensität von Schnee: leicht: Niederschlagshöhe in 60 Minuten < 1,0 mm, in 10 Minuten < 0,2 mm mäßig: Niederschlagshöhe in 60 Minuten ≥ 1,0 mm bis < 5,0 mm, in 10 Minuten ≥ 0,2 mm bis < 0,9 mm stark: Niederschlagshöhe in 60 Minuten ≥ 5,0 mm, in 10 Minuten ≥ 0,9 mm
Daneben hat der Deutsche Wetterdienst im Rahmen seiner Warnkriterien Schneefallstärken für Wetterwarnungen (Stufe 1), Warnungen vor markantem Wetter (Stufe 2), Unwetterwarnungen (Stufe 3) und Warnungen vor extremem Unwetter (Stufe 4) definiert. Dabei gilt beispielsweise für ein Unwetter: Schneefall von mehr als 10 cm in 6 Stunden oder mehr als 15 cm in 12 Stunden im Flachland.
Eine Niederschlagshöhe von 1,0 mm entspricht der Angabe 1 Liter/m². Bei Schneefall entspricht 1 mm Niederschlag ungefähr 1 bis 2 cm Neuschnee.Niederschlag auf der Website von Meteoschweiz, abgerufen am 15. Januar 2019
Bei der Einteilung nach Sichtweite werden ebenfalls drei Stufen definiert, wobei die Sichtweite über 4 km, zwischen 1 und 4 km oder unter 1 km liegt.
Schneeschmelze