Wie Schneeflocken überleben

Überlebenskampf
Bei welcher Temperatur schneit es? Eine Frage, die auf den ersten Blick trivial erscheint. Doch so einfach ist die Sache gar nicht – Null Grad sind zwar ideal, aber nicht Voraussetzung! Denn auch bei Plusgraden setzen Schneeflocken alles daran, um am Leben zu bleiben – wer will schon als Regentropfen enden?

Woran liegt’s?
Es wird jedem schon mal aufgefallen sein: Es hat 4 Grad plus – und Schneeflocken tanzen vom Himmel! An einem anderen Tag wiederum knapp über 0 Grad und es regnet. Ob’s schneit oder nicht muss also von mehr abhängen, als nur von der Temperatur. Und tatsächlich ist es oft mehr eine Frage der Luftfeuchtigkeit, wobei bloß ein Grundsatz gilt: Je trockener es ist, umso wärmer darf es sein!

Schneefall im Mai

Auch bei Plusgraden schneit es häufig! (Foto: APA)

Ab in die Wäsche!
Um das zu verstehen, wechseln wir kurz in den Haushalt und waschen Wäsche. Wer keinen Trockner besitzt (so nebenbei: diese Dinger sind richtige Stromfresser!), hängt die Wäsche oldschool (aber umweltfreundlich) irgendwo zum Trocknen auf – Balkon, Terrasse oder Garten (wer keinen hat, denkt sich einen). Nun wird jedem schon mal aufgefallen sein: die Wäsche ist mal schneller trocken, mal langsamer. Abgesehen davon, dass es regnen kann (was auch erklären würde, warum die Wäsche nicht trocknet), hat das bloß einen Grund: die Luftfeuchte – je niedriger sie ist, umso mehr Wasser kann von der feuchten Wäsche verdunsten und umso so schneller ist sie wieder trocken.

Völlig normal
Verdunstungsprozesse finden in der Natur immer und überall statt: Wasserlacken nach Regen verdunsten, Morgentau nach einer kalten Sommernacht verdunstet. Wenn es nicht regnen würde, würde irgendwann jedes Gewässer austrockenen – also verdunsten. Das funktioniert auch wenn es kalt ist, allerdings nur, solange die Luft noch Feuchte aufnehmen kann. Ein Maß hierfür ist die (relative1) Luftfeuchtigkeit – liegt die bei 100%, ist die Luft gesättigt, also voll.

Nichts ist umsonst
Der Clou bei dieser Sache ist aber: Verdunstung kostet! Und zwar Energie, also Wärme. Das kann jeder selbst überprüfen – nach dem Schwimmen im Sommer beispielsweise, ist einem angenehm kühl, egal wie heiß es ist. Warum? Das Wasser auf der Haut verdunstet, die dafür benötigte Energie (Wärme) wird dem Körper entzogen und kühlt ihn dadurch (Verdunstungskälte).

Aller Anfang ist Schnee
Wechseln wir zurück zum Schnee. In unseren Breiten schneit es eigentlich zu jeder Jahreszeit, man kann sogar sagen, dass bei uns so gut wie jeder Niederschlag als Schnee geboren wird2. Bloß schaffen es die Schneeflocken nicht immer bis zum Boden – im Sommer etwa schmelzen sie gerne (no na) zu Regentropfen. Auch im Winter passiert das hin und wieder (im Flachland öfter), in der Regel aber überleben die kleinen Gesellen in der kalten Jahreszeit bis nach unten und erledigen ihren weißen Job.

Rollenspiele
Stellen wir uns nun kurz mal vor, wir wären so eine Flocke. Auf unserem Weg zum Boden haben wir anfangs ein lustiges Leben, die Temperatur liegt unter Null, passt also. Irgendwann allerdings kann es vorkommen, dass wir in eine Luftschicht fallen, in der die Temperatur positiv ist – damit beginnt ein Überlebenskampf, umso härter, je feuchter die Luft.

Lösung: Schwitzen!
Zu Beginn setzt nämlich die Wärmeleitung ein – und zwar ausschließlich von warm zu kalt, nie umgekehrt. Damit wird mir (als Schneeflocke) plötzlich ziemlich heiß, mein kristalliner Zustand ist in Gefahr! Ich beginne zu schmelzen, um mich herum bildet sich ein dünner Wasserfilm – was mich zwar Substanz kostet, mir aber mein Überleben sichern kann. Denn solange die Luftfeuchte nun unter 100% ist, kann diese Wasserschicht verdunsten, was wie gesagt Wärme kostet – ich kühle mich dadurch praktisch selbst! Wäre ich gerade keine Schneeflocke, hätte ich auch einfacher schreiben können: Ich beginne zu schwitzen – es wäre das gleiche Prinzip.

Theorie und Praxis
In der Theorie ist es damit möglich, dass es selbst bei 10 Grad plus noch schneit! Vorausgesetzt, die Luftfeuchte liegt dabei unter 20% – was dann doch eher selten vorkommt, ist ja Niederschlag per se feucht. Außerdem würde bei zu trockener Luft die Gefahr bestehen, dass sich die Flocke selbst “wegverdunstet”. In Österreich kommen so niedrige Werte der Luftfeuchte während eines Niederschlagsereignisse praktisch nicht vor, die obere Temperaturgrenze für Schneefall liegt damit bei etwa +5 Grad – wie eine Untersuchung der Jahre 1982-2006 ergeben hat3:

  max. Temp              min. Luftfeuchte
Wien          +5,1°                        44%
Innsbruck          +4,7°                        30%

Ablaufdatum
Kühlung durch Verdunstung ist also umso effektiver, je trockener die Luft ist. Blöd, dass aufgrund der ständigen Verdunstung selbst, die Feuchte kontinuierlich zunimmt (eh klar – bei Verdunstung geht ja Wasser von der flüssigen in die gasförmige Phase über). Diesen Trick kann die Flocke also nicht ewig anwenden, sie muss zwangsläufig wieder in eine Luftschicht mit negativen Temperaturen kommen, sonst heißt es Game Over und Auferstehung als Regentropfen. Doch selbst dieser Tod wäre nicht umsonst!

Tödlicher Nutzen
Denn auch der Wechsel in die flüssige Phase kostet Wärme! Zwar nicht ganz so viel wie Verdunstung4, aber hier zählt die Masse: Opfern sich genug Schneeflocken, kann durch die, der Umgebungsluft entzogenen, Schmelzwärme die Temperatur so stark zurückgehen, dass die Schneefallgrenze um einige 100 Meter absinkt – unter idealsten Voraussetzungen sogar um bis zu 3000 Meter5! Funktioniert besonders gut in Tälern (weil hier das abzukühlende Luftvolumen kleiner ist, als im Flachland) – was immer wieder für weiße Überraschungen sorgt. Wir sehen also: Auch Schneeflocken haben eine ausgeklügelte Überlebensstrategie :)

Erniedrigung der Schneefallgrenze

Erniedrigung der Schneefallgrenze in Abhängigkeit der Niederschlagsmenge. Vertikal ist die Höhe der Schneefallgrenze (links) bzw. die Lufttemperatur am Boden (rechts) aufgetragen, horizontal die Niederschlagsmenge in einem Tal (oben) bzw. in einer Ebene (unten). Voraussetzung: Gleichbleibende Luftmasse, kein Wind. (Quelle: Diplomarbeit Hofer5)

PS: Selbiges Prinzip funktioniert auch, wenn der Schnee schon liegt. Manchmal ändert sich die Schneedecke trotz Plusgraden kaum (der Schnee schmilzt), manchmal rinnt er förmlich dahin (der Schnee taut). Auch das nur eine Frage der Feuchte …


Fußnoten:
Man unterscheidet zwischen absoluter [g/m³] und relativer [%] Luftfeuchte. Der absolute Gehalt gibt den tatsächlichen Wasserdampfgehalt der Luft (unabhängig der Temperatur) an, die relative das Verhältnis vom vorhandenen zum maximal möglichen (temperaturabhängig).

Mit Ausnahmen. Nieselregen, wie er beispielsweise aus Hochnebel fällt, hat andere Ursachen.
3 Quelle: Methoden zur Bestimmung der Schneefallgrenze; Rohregger, J.; Diplomarbeit 2008
Die Verdunstungsenergie beträgt in etwa 2,3 kJ/g, die für das Schmelzen 0,3 kJ/g
5 Quelle: Klimatologie der Schneefallgrenze; Hofer, L.; Diplomarbeit 2007

Dank an Thomas Kumpfmüller (AustroControl)

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