Wie ist es das zu erklären, dass Schneeflocken solche Muster bilden?
Sieht so aus, als würde dahinter ein über alles herrschender Künstler stecken.
4 Antworten
Ein Künstler würde wohl auch einmal achteckige (oder siebzehneckige) Schneeflocken designen. Tatsächlich sind alle sechszählig — das zeigt, daß ein Naturgesetz dahinterstecken muß, denn kein Künstler würde sich so einschränken.
Tatsächlich sind alle Kristalle zwei-, drei-, vier- oder sechszählig. Dahinter steckt eine einfache Mathematik, die einfach damit zusammenhängt, daß 2⋅cos(2π/n) nur für n=1,2,3,4,6 ganzzahlig ist. Interessanterweise gibt es dazu auch eine halbe Hintertür, nämlich die sogenannten Quasikristalle, die regelmäßig aber nicht periodisch aufgebaut sind und daher mehr Zähligkeiten erlauben (nämlich auch 5,8,10,12).
Daß Eiskristalle immer sechszählig sind, kann man aber mit keinem simplen Argument demonstrieren, da die Form der Eiskristalle von allen möglichen Wechselwirkungen zwischen den Wassermolekülen abhängt.
Jeder Eiskristall sieht anders aus als jeder andere, weil die Schneeflocken alle einen individuellen Weg durch die turbulenten Strömungen in der Wolke genommen haben und daher anderen Bedingungen (Druck, Temperatur, Feuchtigkeit) ausgesetzt waren.
Man sieht, dass Eis hexagonal kristallisiert (also Sechsecke bildet, auch wenn die meist je nach Bedingungen ein wenig unterschiedlich aussehen). Das liegt am Kristallsystem (und letztlich auch an der Form des Wassermoleküls und dessen Interaktionen).
Cryst struct ice - Eis – Wikipedia
Wasser ordnet sich (im festen Zustand) bienenwabenförmig an, und die H-Atome bilden Wasserstoffbrückenbindungen.
Viele andere Verbindungen kristallisieren auch hexagonal.
So sieht man diese Form auch bei Basaltsäulen.
Auch Aquamarin (himmelblau) bildet sehr schöne hexagonale Säulen.
Ich habe selber einige Kristalle hergestellt (im Rahmen der Dissertation), und bei der Röntgenstrukturanalyse wird immer auch das Kristallsystem bestimmt (neben anderen Daten).
Einen hexagonalen Kristall hatte ich nicht, wohl aber einen kubischen, und dann noch Kristalle in folgenden Systemen: monoklin (3 verschiedene), orthorhombisch (2 verschiedene).
So richtig und umfassend erklären kann ich das auch nicht. Aber es fällt natürlich sofort auf, dass bei allen Formen eine hexagonale Geometrie vorherrscht. Und die lässt sich mit der Geometrie der Wasserstoffbrücken erklären. Jedes Wassermolekül bildet 4 Brücken aus, je zwei über die Wasserstoffatome und 2 über die beiden freien Elektronenpaare des Sauerstoffmoleküls. Dieses tetragonale Netzwerk ergibt in der Ebene ein hexagonales Muster.
Aus https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/wie-bilden-sich-schneeflocken/
Wie sich die Formen von Schneekristallen im Detail entwickeln, ist nach wie vor Gegenstand der Forschung. Das liegt unter anderem daran, dass die veränderliche Oberfläche der Kristalle einen sehr subtilen Einfluss auf das Eiswachstum ausübt. Diese Prozesse lassen sich nur schwer beobachten oder berechnen. Außerdem ist ein Schneekristall auf seinem Weg durch die Wolken oft höchst unterschiedlichen Temperatur- und Feuchtigkeitswerten ausgesetzt. Dadurch können sehr komplexe kristalline Formen entstehen.
War doch einfach, oder nicht?