Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schnee per Mausklick - Forscher simulieren das Wachstum von Schneekristallen mit dem Computer

06.03.2012
Einem internationalen Forscherteam ist es gelungen, das Wachstum von Schneekristallen zu simulieren. Beteiligt waren neben Mathematikern der Universität Regensburg auch Wissenschaftler des Londoner Imperial College. Die Forscher nutzten dafür eigens entwickelte Computermodelle. Diese ermöglichen erstmals auch einen Einblick in die Art und Weise, wie Schneekristalle überhaupt entstehen.

Skifahrer stehen auf Pulverschnee. Für eine ordentliche Schneeballschlacht eignet er sich aber weniger gut. Schnee ist eben nicht gleich Schnee. Dies gilt auch für die wunderschönen Schneekristalle, aus denen die weiße Pracht besteht. In unzähligen Formen sind diese Meisterwerke der Natur zu finden; kein Schneekristall gleicht dem anderen bis ins kleinste Detail.


Links ein Schneekristall aus dem Computer (Barrett, Garcke, Nürnberg) und rechts das Foto eines echten Schneekristalls von Prof. Dr. Kenneth G. Libbrecht, California Institute of Technology. Foto: Kenneth G. Libbrecht

Zwar scheint sich die Formenvielfalt an gewisse Grundmuster zu halten – fast alle sind mehr oder weniger sechseckig. Gerade aber die hochgradig verästelten Schneesterne sowie die komplexen Bedingungen, unter denen die unterschiedlichen Kristallarten entstehen, geben der Wissenschaft weiterhin Rätsel auf.

Eines konnte nun von Forschern der Universität Regensburg und des Imperial College in London gelöst werden: Die Wissenschaftler haben die Entstehung und das Wachstum von Schneekristallen mithilfe von speziellen Computermodellen auf der Basis von physikalischen Grundgleichungen simuliert.

Dies war bislang nicht möglich. Das Team um den Regensburger Mathematiker Prof. Dr. Harald Garcke und Prof. Dr. John Barrett und Dr. Robert Nürnberg vom Londoner Imperial College präsentierte das Forschungsergebnis vorab auf „arxiv.org“, dem Dokumentenserver für Vorabveröffentlichungen wissenschaftlicher Artikel.

Welche Gestalt Schneekristalle am Ende haben, hängt von der Temperatur in der Luft und von der Luftfeuchtigkeit ab. Bei tiefen Temperaturen und niedriger Luftfeuchtigkeit entstehen keine außerordentlich spektakulären Formen. Zumeist bilden sich dann winzige sechseckige Säulen oder Plättchen. Steigt bei niedrigen Temperaturen aber die Luftfeuchtigkeit, so bilden sich Seitenarme, aus denen wieder Seitenarme herauswachsen – diese komplexen und verzweigten Muster nennt man Dendriten.

Dem internationalen Forscherteam ist es gelungen, eine Vielzahl natürlicher Schneekristallformen zu simulieren, darunter plättchenförmige Kristalle, Säulen und sogar Dendriten. Zudem erlauben die Computermodelle auch einen Einblick in die Art und Weise, wie die Kristalle entstehen. So sind jetzt beispielsweise Vorhersagen zur Geschwindigkeit möglich, mit der die Kristallspitze im Verhältnis zur Sättigung des gefrierenden Wasserdampfes wächst.

Die Formbildung von Schneekristallen zu untersuchen, hat viele ästhetische Aspekte, aber auf den ersten Blick nur wenig praktische Relevanz. Die Form eines Schneekristalls lässt aber Rückschlüsse auf die meteorologischen Bedingungen zu, unter denen sie entstanden und gewachsen sind. Schneekristalle werden so zu „Briefen aus dem Himmel“, wie sie der japanische Physiker Ukichiro Nakaya genannt hat.

Zudem spielt Kristallwachstum für viele weitere Anwendungsgebiete eine wichtige Rolle: Beispiele sind etwa das Wachsen von Kristallen in der Halbleitertechnologie und der Solarindustrie, oder aber die Erstarrung von klassischen Werkstoffen wie zum Beispiel Eisenlegierungen aus der Schmelze. Die Entwicklung neuer Verfahren in diesen Bereichen basiert gerade auch auf einem besseren Verständnis des Kristallwachstums.

Die Ergebnisse des Forscherteams finden sich auf dem Dokumentenserver für Vorabveröffentlichungen wissenschaftlicher Artikel „arxiv.org“ unter:

http://arxiv.org/abs/1202.1272

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Harald Garcke
Universität Regensburg
Fakultät für Mathematik
Tel.: 0941 943-2773/2992
Harald.Garcke@mathematik.uni-regensburg.de

Alexander Schlaak | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht Satelliten erfassen Photosynthese mit hoher Auflösung
13.10.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie

nachricht Erforschung des grönländischen 79°-Nord-Gletschers
12.10.2017 | Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Im Focus: Smart sensors for efficient processes

Material defects in end products can quickly result in failures in many areas of industry, and have a massive impact on the safe use of their products. This is why, in the field of quality assurance, intelligent, nondestructive sensor systems play a key role. They allow testing components and parts in a rapid and cost-efficient manner without destroying the actual product or changing its surface. Experts from the Fraunhofer IZFP in Saarbrücken will be presenting two exhibits at the Blechexpo in Stuttgart from 7–10 November 2017 that allow fast, reliable, and automated characterization of materials and detection of defects (Hall 5, Booth 5306).

When quality testing uses time-consuming destructive test methods, it can result in enormous costs due to damaging or destroying the products. And given that...

Im Focus: Cold molecules on collision course

Using a new cooling technique MPQ scientists succeed at observing collisions in a dense beam of cold and slow dipolar molecules.

How do chemical reactions proceed at extremely low temperatures? The answer requires the investigation of molecular samples that are cold, dense, and slow at...

Im Focus: Kalte Moleküle auf Kollisionskurs

Mit einer neuen Kühlmethode gelingt Wissenschaftlern am MPQ die Beobachtung von Stößen in einem dichten Strahl aus kalten und langsamen dipolaren Molekülen.

Wie verlaufen chemische Reaktionen bei extrem tiefen Temperaturen? Um diese Frage zu beantworten, benötigt man molekulare Proben, die gleichzeitig kalt, dicht...

Im Focus: Astronomen entdecken ungewöhnliche spindelförmige Galaxien

Galaxien als majestätische, rotierende Sternscheiben? Nicht bei den spindelförmigen Galaxien, die von Athanasia Tsatsi (Max-Planck-Institut für Astronomie) und ihren Kollegen untersucht wurden. Mit Hilfe der CALIFA-Umfrage fanden die Astronomen heraus, dass diese schlanken Galaxien, die sich um ihre Längsachse drehen, weitaus häufiger sind als bisher angenommen. Mit den neuen Daten konnten die Astronomen außerdem ein Modell dafür entwickeln, wie die spindelförmigen Galaxien aus einer speziellen Art von Verschmelzung zweier Spiralgalaxien entstehen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Astronomy & Astrophysics veröffentlicht.

Wenn die meisten Menschen an Galaxien denken, dürften sie an majestätische Spiralgalaxien wie die unserer Heimatgalaxie denken, der Milchstraße: Milliarden von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresbiologe Mark E. Hay zu Gast bei den "Noblen Gesprächen" am Beutenberg Campus in Jena

16.10.2017 | Veranstaltungen

bionection 2017 erstmals in Thüringen: Biotech-Spitzenforschung trifft in Jena auf Weltmarktführer

13.10.2017 | Veranstaltungen

Tagung „Energieeffiziente Abluftreinigung“ zeigt, wie man durch Luftreinhaltemaßnahmen profitieren kann

13.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle

16.10.2017 | Physik Astronomie

Was läuft schief beim Noonan-Syndrom? – Grundlagen der neuronalen Fehlfunktion entdeckt

16.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Gewebe mit Hilfe von Stammzellen regenerieren

16.10.2017 | Förderungen Preise