Von der Vielfalt des Winters

Die Schneeflocken-Männer

Die Luft ist in den letzten Tagen stark abgekühlt. Sogar in den Minus-Bereich fallen die Temperaturen und das, obwohl der Himmel bedeckt ist. Die aufgezogenen Wolken sehen nach Niederschlag aus und Wilson A. Bentley weiß, was er nun zu tun hat. Er zieht den schwarzen Mantel über, schnappt sich eine ebenso schwarze Tafel und geht vor die Tür. Dort steht er dann. Völlig regungslos. Bis er plötzlich mit schnellen Schritten in den nahegelegenen Schuppen rennt, in welchem er verschwindet. Es ist der 15. Januar 1885 im US-Bundesstaat Vermont. Bentley gelingt nach jahrelanger Arbeit das erste brauchbare Foto einer Schneeflocke.

Wieder ist es Winter, nur sind mittlerweile 136 Jahre vergangen. Wir sind nicht in Nordamerika, sondern in den heimischen Alpen, unweit des Brennerpasses. Dr. Norbert Span ist Glaziologe und Meteorologe und während er mit den Tourenski den Berg hinaufsteigt, lastet ein schwerer Rucksack auf seinen Schultern. Mit jedem Höhenmeter, den Span überwindet, sinkt die Lufttemperatur. Dann plötzlich fängt es an zu schneien. Pünktlich. Genau so hat es der Schneeflocken-Mann von heute prognostiziert. 

Für Spans Vorhaben ist ganz offensichtlich eine penible Vorarbeit nötig. Die geht dem studierten Meteorlogen allerdings ziemlich leicht von der Hand – vor allem, weil nicht die nächsten Tage, oder Wochen vorhergesagt werden müssen, sondern lediglich die kommenden Stunden. Wenn die aber vielversprechend erscheinen, hält ihn nichts mehr im warmen Haus, ganz egal ob tagsüber, oder mitten in der Nacht. Denn dann steigt er am liebsten auf die umliegenden Berge – oder wenn es die Zeit nicht erlaubt, steht er ähnlich wie Bentley in seinem Garten und wartet.

Hier oben am Berg allerdings, da sieht die Sache schon etwas anders aus. Seit zwei Stunden ist Norbert Span nun schon unterwegs und die Uhr läuft gegen ihn. Die tageszeitliche Erwärmung wird die 0°-Grenze schon bald in unerreichbare Höhen treiben. Noch einige Höhenmeter, dann lässt er sich irgendwo im nirgendwo nieder. Hier ist weder ein Gipfelkreuz noch eine warme Hütte zu finden. Keine Aussicht. Nichts. Zumindest nichts, was mit bloßem Auge zu sehen wäre.

Der Meteorologe aber sieht diese Unternehmung nicht mit den Augen eines Skitourengehers. Für ihn ist genau dieser Ort der Höhepunkt seiner Tour. Die Temperatur stimmt nämlich. Noch dazu geht ein leichter Wind – ein Umstand, der durchaus von Vorteil sein kann. Wir messen etwa -10°C, als Norbert Span sein Werkzeug aus dem riesigen Rucksack zieht: Eine Kombination aus Kamera, Lupenobjektiv und Mikroskop. Was nun kommt ist filigrane Handarbeit, wofür dicke Handschuhe ungeeignet sind. Eine gewisse Leidensfähigkeit muss man als Schneeflocken-Mann wohl mitbringen. 

Viel hat sich seit Bentleys Zeiten in der Schneeflocken-Fotografie nicht geändert. Natürlich: Die Kamerasensoren, die Objektive und die Möglichkeiten der Bildbearbeitung. Das Grundprinzip aber ist das selbe. Span hält, ähnlich wie Bentley die schwarze Tafel, ein kleines Glasblättchen vor sich. Immer wieder kontrolliert Span seinen Fang – so lange bis er zufrieden ist. Dann muss alles blitzschnell gehen.

Das Glasblättchen wird auf dem Mikroskopunterbau platziert, das Licht eingeschalten, der Fokus gesetzt und der Auslöser betätigt. Klick.

Es ist ein wunderschöner sechseckiger Schneekristall, den wir auf dem Kameradisplay zu sehen bekommen. Ein echtes Unikat, denn auch wenn die Kristalle untereinander eine gewisse Ähnlichkeit aufweisen können, so gibt es diese eine Flocke nur ein einziges Mal. Das ist sie, die Entropie des Winters. Vereinfacht gesagt das Maß der Unordnung, nach der die Natur weiter und weiter strebt. Die ständige Entstehung immer neuer Kristallformationen. 

Auch daran hat sich seit Bentley nichts geändert. Der Mann aus Vermont aber war ein einfacher Farmer und hätte mit dem Begriff der Entropie vermutlich ohnehin nicht viel anfangen können. Schließlich beschäftigten sich damals nur bedeutende Physiker wie Planck, Clausius und Boltzmann mit diesem Thema. Dem Schneeflocken-Mann von damals aber fiel natürlich dennoch die Vielfalt der Flocken auf. „I have yet found no exact duplicate. In this inexhaustible storehouse of crystal treasures, what a delight is in store for all future lovers of snowflakes and of the beautiful in nature.” 

© Jericho Historical Society | www.snowflakebentley.com

Trotzdem wurde der Fotograf damals nur zu gerne als verrückter Spinner abgestempelt. Die Menschen sahen keinen Nutzen in dem Lebenswerk. Bentley aber ließ sich nicht beirren, fotografierte in seinem Leben mehr als 5000 Schneeflocken. Das gelang ihm sogar so gut, dass es mehr als einhundert Jahre lang niemand für nötig hielt, sein Werk fortzuführen. 1931 stirbt Bentley an einer Lungenentzündung, die er sich ironischerweise in einem Schneegestöber eingefangen hatte. Erst nach seinem Tod überschlagen sich die Ereignisse: Die Schneeflockenbilder finden großen Zuspruch, das Lebenswerk des Fotografen wird gewürdigt und die Fotoplatten werden sogar in einem Museum der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. 

Während wir über die Entropie, das Wetter in den Alpen und Wilson A. Bentley philosophieren, schmilzt auf dem Glasblättchen der Eiskristall zu Wasser. Vorbei ist es mit der faszinierenden Schönheit dieser Schneeflocke. Ein für alle Mal. Glücklicherweise aber ist der Niederschlag stärker geworden. Unendlich viele dieser wahrlich einmalig schönen Eisstrukturen tanzen nun gleichzeitig vom Himmel. Und Norbert Span hängt schon wieder über dem Mikroskop. Klick.

Ein Bild vom Eis:
KUNST | SCHNEE

Die kalte Jahreszeit lässt Seen frieren, auf denen wir Schlittschuhlaufen können. Eiskletterer steigen gefrorene Wasserfälle empor. Skifahrer rauschen auf Eiskristallen den Hang hinunter. Fotos von verschneiten Berglandschaften strahlen eine wunderbare Ruhe aus. Nicht anders ist es aber, wenn vor der Kameralinse nur ein einzelner Eiskristall zu finden ist. Eis fasziniert uns Menschen in jeder Hinsicht! Im Interview mit dem Glaziologen, Meteorologen und Schneeflocken-Fotografen Dr. Norbert Span.

Hallo Norbert! Du bist Glaziologe und Meteorologe. Hast du dich schon bei dieser wissenschaftlichen Arbeit gezielt auf die Schneeflocke konzentrieren können, oder hattest du da ganz andere Aufgaben?

Eigentlich habe ich mich als Meteorologe und Glaziologe mehr mit den Gletschern und deren Wechselwirkung mit dem Klima beschäftigt – aber die Faszination für das Eis ist weit… Die Schneekristalle habe ich daher in der Freizeit bewundert und erkundet.

Kannst du erklären, woher dein Interesse am Eis und Wetter stammt? Wo liegt da die Faszination?

Das fünfte Element (Eis) hat mich neben den Weiten des Universums immer am meisten fasziniert. Ich weiß nicht genau warum, ist es die Farbe, das Medium oder die verschiedenen Erscheinungsformen? Oder einfach nur das Staunen über das faszinierendste Element im Universum? Eis strahlt Ruhe aus, es liegt der Keim der Ewigkeit darin und es spricht mich magisch an!

Neben dieser „menschlichen Sicht“ auf das Eis – was ist Eis aus der Sicht eines Wissenschaftlers?

Das Rezept ist einfach: Ein Sauerstoffatom plus zwei Wasserstoffatome plus Kälte ergibt EIS! Diese einfache Erkenntnis steckt jedoch voller Geheimnisse. Einige Eigenschaften des Stoffes Eis sind nach wie vor ungeklärt – andere wurden erst vor kurzem geklärt.

Hast du hierfür ein Beispiel?

Ja, klar! Warum gefriert heißes Wasser schneller als kaltes? Der Physiker David Auerbach fand erst 1996 die Lösung: Beim Erhitzen entweichen im Wasser gelöste Luftbläschen und die entgaste Flüssigkeit friert leichter an den Wänden des Glases an. Natürlich gefriert Wasser mit einem hohen Luftanteil auch, aber eben erst bei –4° bis –6° Celsius.

Noch etwas: Bis vor kurzen glaubte man noch, dass die Schlittschuhe auf dem Eis gleiten, weil der Druck unter den schmalen Kufen das Eis zum Schmelzen bringen würde. Aber das ist falsch! Die Oberfläche des Mediums Eis ist auch bei normalen Druck immer flüssig, da die obersten Moleküle nur schwach miteinander verbunden sind!

Als Hobbyastronom ist für dich das Eis sogar  Bindeglied zwischen Erde und Weltall.

Das kann man so sagen, ja. Insgesamt existieren im Universum zwölf verschiedene uns bekannte Eisarten. Auf der Erde kommt aber nur das uns bekannte „normale“ Eis Ih vor (Eins h). Dabei hat nur unser Eis die Eigenschaft auf dem Wasser zu schwimmen!

Auch im Universum spielt das Eis eine herausragende Rolle. So bestehen die Kometen aus bis zu 90% Eis! Viele Monde der Riesenplaneten Jupiter und Saturn sind mit Kilometerdicken Eispanzern bedeckt. Auch an den Polen des Mars finden wir Wasser- und Trockeneis. Es gibt sogar Theorien, wonach Eiskometen das Wasser im Lauf von Jahrmillionen auf die Erde gebracht haben. 

Auch wenn jede Schneeflocke ein Unikat ist, so entstehen doch alle auf die mehr oder weniger gleiche Art und Weise, oder? Was geht da in den Wolken vor sich?

Anfangs fliegt nur ein winziges sechseckiges Prismenblättchen durch die Wolke und da die Spitzen dieses Sechseckes ein klein bisschen weiter in die umgebende Luft hineinragen, docken hier diffundierende Wassermoleküle eher an. So lugt diese Spitze noch weiter hinaus und der Effekt wiederholt sich – ein sich selbst verstärkender Kreislauf. So entstehen die Arme und Seitenarme der Schneeflocke. 

Die Bedingungen für das Wachstum, die Form und Größe hängen nur von der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit ab. Die Schnelligkeit des Wachstums vom Luftdruck – je höher der Luftdruck, umso verzweigter die Struktur.

Das Wachstum der sechsarmigen Schneekristalle ist synchronisiert. Was dafür verantwortlich ist? Ganz einfach: Nichts! Die sechs Arme wachsen unabhängig voneinander, allerdings unter denselben Umweltbedingungen. Symmetrische Eiskristalle sind wahrlich erstaunlich, aber doch nicht außergewöhnlich, denn die große Mehrheit an Schneekristallen ist bei genauer Betrachtung eben nicht symmetrisch. 

Was genau muss demnach passieren, damit  der geliebte Pulverschnee vom Himmel fällt?

Wie sehen diese Schneeflocken aus, wie entstehen sie und stimmt es, dass es in den Rocky Mountains mehr davon gibt als hier?

Genaugenommen geht es beim Pulverschnee um Schneedendriten. Diese Schneekristalle können bis zu 5mm groß werden und sind sehr flach – ca. 0,1mm. Sie haben sechs symmetrische Äste mit vielen zufälligen Seitenästen. Die größten Sterndendriten entwickeln sich bei ca. -15°C – das ist der berühmte Pulverschnee. Diese Temperatur kommt in den Rockies öfter vor als in den Alpen – bei uns herrscht eher ein gemäßigter Winter mir milden Temperaturen – in den Rockies ist es kälter.

Irgendwann fällt die Schneeflocke dann auf die Erde. Damit ist die Reise aber noch lange nicht vorbei. 

Die Metamorphose des Schnees gehört sicher zu den interessantesten Phänomenen, die es im Winter zu beobachten gibt. Sie ist letztlich dafür verantwortlich, ob wir durch staubenden Pulverschnee pflügen, über glitzernde Firnhänge gleiten oder aber im Bruchharsch einen Sturz nach dem anderen bauen. Von großer Bedeutung sind die Umwandlungsprozesse jedoch auch innerhalb der Schneedecke, da die Stabilität der Schneedecke und damit die Lawinengefahr eng mit dem Schneedeckenaufbau zusammenhängen und dieser sich permanent verändert. 

Nachdem also die Natur in einem recht komplexen Prozess eine Schneeflocke in die Luft gezaubert hat und sich mehre davon zu einer Schneeflocke verbunden haben, fällt diese aus der Wolke heraus. So eine Flocke wiegt etwa stattliche viertausendstel Gramm! Auf dem Weg nach unten durchquert sie viele Luftschichten mit unterschiedlichen Temperaturen, Wind und Feuchtigkeitsverhältnissen. Am Boden bildet sich dann irgendwann eine erste Schneedecke.

Natürlich gelten auch in dieser Schneedecke die Naturgesetze: Die Spitzen der Eiskristalle werden abgebaut und Senken aufgefüllt. So werden die Formen vereinfacht und die Oberflächen verkleinert. Dadurch entstehen kleine kugelförmige Körner von 0,2 bis 1 mm Durchmesser. Ein weiteres Gesetz der Natur: Die Großen fressen die Kleinen! Dies bewirkt, dass der Schnee immer körniger wird. Die kleinere Oberfläche der Kristalle bedingt natürlich auch weniger Platz – die Schneedecke setzt sich. Nach wenigen Tagen ist die Schneedecke auf die halbe Höhe zusammengesunken und hat inzwischen eine Dichte von ca. 150 bis 250 kg/m3 erreicht. 

Im Laufe der Zeit ist die Schneedecke unterschiedliche Temperaturen ausgesetzt. Kälteeinbrüche lassen Harschdeckel entstehen oder den Wasserdampf an der Schneeoberfläche und anderen kalten Flächen sublimieren: Oberflächenreif entsteht. Endet der Winter, endet auch das Leben der meisten Eiskristalle. Nur wo die Frühlingssonne den Schnee nicht erreicht, entsteht durch wiederholtes Schmelzen und Gefrieren Firnschnee. 

Auch auf den Gletschern schmilzt oft nicht der gesamte Schnee eines Winters. Dort dauert es etwa 10 Jahre, bis aus dem Eiskristall wasserundurchlässiges Gletschereis wird. Der ehemalige Schnee hat nun eine Dichte von ca. 900 kg/m3 erreicht und beginnt ab einer Mächtigkeit von ca. 30 Metern aufgrund der Schwerkraft langsam in Richtung Tal zu fließen. In den Alpen vergehen manchmal bis zu 1000 Jahre, bis dieses Eis schmilzt. In Grönland oder Spitzbergen verweilen die Schneekristalle bis zu 100.000 Jahre und in der Antarktis sogar bis zu 400.000 Jahre im Eiskörper.

Eiskristalle haben die unterschiedlichsten Formen. Prismen, Röhren, Nadeln. Schnee ist nicht gleich Schnee. Was bedeuten diese vielfältigen Erscheinungsarten und wodurch lassen sie sich erklären?

Je nach Temperatur in der Wolke fallen die Kristalle sehr unterschiedlich aus. Beim Züchten von Schneekristallen im Labor fällt auf, dass ihre Form von Temperatur und Feuchtigkeit abhängt. Dieses Verhalten wird im sogenannten morphologischen Diagramm zusammengefasst. Dort lässt sich ablesen, welche Schneekristalle sich unter welchen Bedingungen bilden. So sehen wir zum Beispiel, dass bei -2°C dünne Plättchen und Sterne wachsen, während bei -5°C schlanke Nadeln und Säulen entstehen. Außerdem zeigt sich, dass einfache Formen eher bei niedriger, und komplizierte Formen eher bei hoher Feuchtigkeit zu beobachten sind. Warum sich die Form von Schneekristallen bei verschiedener Temperatur und Feuchtigkeit so sehr verändert ist zwar noch ein wissenschaftliches Geheimnis, wird aber bereits erforscht. Eine Übersicht über die verschiedenen Formen gibt übrigens mein Schneekristall-Thermometer.

Hinter diesem hübschen Thermometer  steckt sicherlich eine Menge Arbeit, oder?

Ich habe die Schneekristalle seit dem Jahre 2004 fotografiert – jedes Mal, wenn es schneit, stehe ich draußen und fange die Schneekristalle mit einer kühlen Glasplatte ein – in der Hoffnung einzelne Schneekristalle zu erwischen. In einem Winter sind es etwa fünf Ereignisse mit Schneekristallen – bei mir in Steinach am Brenner auf 1120m Seehöhe – weiter oben ist es natürlich besser für mich!

Die Fotografie der Flocken ist sicher eine sehr anspruchsvolle Sache. Wie genau gehst du da vor?

Fällt der erste Schnee, springe ich in eine arktistaugliche Thermo-Kluft, schnüre die Moonboots, flitze ins Gartenhaus, komme mit einem Glasplättchen zwischen den dick verpackten Fingern wieder hinaus ins Freie, hebe es in den weißen Himmel und warte, bis die ersten Flocken auf der kalten Scheibe andocken. Dann fische ich meinen akklimatisierten Marderhaar-Pinsel aus der Tasche, putz vorsichtig die Platte und zerlege vorsichtig die Flocken, bis mein geübtes Auge einzelne Kristalle ausmacht. Diese lege ich vorsichtig unters Objektiv. 

Das ganze fotografische Equipment steht auch draußen, damit es abkühlen kann. Schneekristalle schmelzen oder verdunsten sehr schnell, ich habe also nur wenig Zeit für die Fotos – da geht es immer um Sekunden oder maximal Minuten. Ich mache im Laufe eines Schneefalls oft bis zu hundert Aufnahmen – erst vor dem Computer wähle ich dann die faszinierendsten Kristalle aus. Natürlich ist das ein subjektiver Prozess, denn was heißt schon „schön“ oder „spannend“, wenn’s um Naturwunder geht. 

Jeder meiner Kristalle hat eine Geschichte und ist für mich etwas Besonderes, da er den Flug durch die Atmosphäre bis hin auf meine Glasplatte überstanden hat. So gesehen habe ich zu jedem Kristall eine besondere Beziehung. 

Kannst du uns erklären was „der Schneekristall“ auf der Zugspitze ist und was dieses Besucher-Zentrum mit dir zu tun hat?

Der Schneekristall ist ein interaktives Besucherzentrum, wo die Faszination der Schneekristalle dem Publikum nähergebracht wird. Die Tiroler Zugspitzbahn hat eine Idee für ihren Kristall (Glasgebäude oben auf der Bergstation) gesucht – und ich habe Herrn Franz Dengg die Idee vorgeschlagen. Er hat Gefallen daran gefunden und die Umsetzung finanziert!

Kann eigentlich jeder solche Fotos machen, oder gibt es spezielle Profi-Tipps, die du unseren Lesern mit auf den Weg geben kannst?

Die Hauptarbeit ist die Geduld – und die richtige Location, beziehungsweise die richtige Temperatur zu finden. Die Kristalle selbst lassen sich heutzutage sogar mit dem Handy (Makrofunktion) fotografieren! Besser gelingt es aber natürlich mit einer System-, oder Spiegelreflexkamera und einem Lupen-, oder einem Mikroskopobjektiv. Es eignet sich aber auch ein Makroobjektiv mit Zwischenringen. Schwarze Tücher, Handschuhe oder Glasplatten eignen sich besonders gut zum Einfangen der Kristalle. Im besten Fall kann man den Kristall dann noch von unten mit LEDs beleuchten. Hat man einen Eiskristall gefangen, muss man umschalten: Von der vielen Geduld zur Eile. Die Kristalle schmelzen sehr schnell!

Besten Dank für das Interview und viel Erfolg im kommenden Winter!

Autor: Benni Sauer

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