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#schongewusst: So entstehen Eiskristalle

Schaut man derzeit aus dem Fenster, ist an Schnee und Eis eigentlich gar nicht zu denken – Sonne bei frühlingshaften Temperaturen bis 22 Grad Celsius. An unserem Exponat „Eiskristalle“ im Themenbereich Natur der Dauerausstellung können unsere Besucherinnen und Besucher dennoch Wasser beim Gefrieren beobachten – und zwar aus nächster Nähe. Doch wie funktioniert das eigentlich genau?

Das Exponat besteht aus einer Glasplatte, die von unten stark gekühlt wird. Von oben kann die Platte von den Gästen mit Wasser benetzt werden. Sobald das Wasser auf der Glasplatte eine gewisse Temperatur ein paar Grad unter dem Gefrierpunkt erreicht hat und ein Kristallisationskeim auf der Platte vorhanden ist – beispielsweise Staubteilchen –, beginnen in Sekundenschnelle beeindruckende Eiskristalle zu wachsen. Um die Entstehung noch besser zu verfolgen, können die Gäste durch einen Polarisationsfilter schauen, der die Kristalle zusätzlich in allen Regenbogenfarben schillern lässt:

Durch diesen Prozess entstehen in der Natur so einmalige Formen wie zum Beispiel Schneeflocken. Jede Flocke ist sechseckig und dabei immer einzigartig. Um zu verstehen, warum das so ist, muss man wissen, warum es überhaupt schneit. Und das funktioniert folgendermaßen: Damit sich Schneekristalle in Wolken 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 nutzen dabei die bereits erwähnten Kristallisationskeime. An diesen fängt der Schneekristall dann an zu wachsen. Die spezielle sechseckige Form einer Schneeflocke ist auf die winkelige Struktur von Wassermolekülen zurückzuführen, aus denen die Schneeflocke besteht. Die Wassermoleküle binden sich über Wasserstoffbrücken aneinander und formen dabei sechseckige Ringstrukturen, die Grundform der Schneekristalle. Auf dem Weg von der Wolke zum Boden werden die Schneeflocken immer größer, weil sich immer mehr Wassermoleküle an sie heften. Große Flocken, die auf uns herabschweben, haben also einen längeren Weg hinter sich als kleine Flöckchen. Dabei ist jede Flocke ein Unikat: Durch minimale Abweichungen in der Form werden neue Verästelungen oder ergänzende sechseckige Plättchen angelagert.

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Genauso spannend ist auch die Form von Eiszapfen. Voraussetzung für ihr Entstehen sind Schnee, Frost und Sonne. Wenn Schnee auf Hausdächern schmilzt, tropft das Wasser am Dachüberstand herab. Ist es gleichzeitig frostig, erstarren zuerst die Wassermoleküle an der Oberfläche des Tropfens und überziehen den hängenden Wassertropfen mit einer dünnen Eishülle. Weiteres Wasser, das auf dieser dünnen Eisschicht nach unten läuft, gefriert ebenfalls durch den Kontakt mit der kalten Luft – der Eiszapfen wächst in die Länge und in die Breite. Dass der Eiszapfen nach unten hin schmaler wird und eine breite Basis hat, erklärt die Wissenschaft damit, dass es manche Tropfen – je nach Witterung – einfach nicht schaffen, bis ans Ende des Zapfens zu gelangen, sondern bereits vorher festfrieren.