Schnee ist weiß, aber es gibt mehrere Weißtöne und manchmal nimmt er sogar andere, originellere Farbtöne an. Ein Tauchgang zwischen Physik und Wetter mit dem Direktor des Snow Study Center in Grenoble.
Makelloses Weiß, das in der Sonne funkelt. Wenn der Schnee den Boden bedeckt, hat er die Kraft, Landschaften in etwas Magisches zu verwandeln. Aber warum ist sie weiß? Es besteht aus Eis und Luft und die Eiswürfel, die aus unserem Gefrierschrank kommen, sind nicht weiß, sondern durchsichtig! Wie ist das also möglich?
Schnee ist weiß, gerade weil Eis transparent ist. Wenn wir sagen, dass Eis transparent ist, bedeutet das, dass sichtbares Licht und all die verschiedenen Farben, aus denen es besteht, beim Durchgang durch das Eis höchstwahrscheinlich nicht absorbiert werden.
Schnee ist in der Tat eine Art Schaum aus Eis und Luft: Das durch ihn hindurchtretende Licht wird kaum absorbiert, wenn es durch das Eis oder die Luft dringt, die beide transparent sind.
Andererseits wird das Licht an jeder Luft-Eis-Grenzfläche reflektiert (wie ein Spiegel) oder gebrochen (Richtung innerhalb des Eises geändert) und schließlich aus der Schneedecke austreten, da die Wahrscheinlichkeit, dass dies der Fall ist, sehr gering ist absorbiert.
Der größte Teil des sichtbaren Lichts, das in den Schnee eindringt, tritt also nach oben aus und macht den Schnee weiß.
Diese weiße Schneefarbe ist für unseren Planeten sehr wichtig. Tatsächlich bedeutet dies, dass, wenn Schnee den Boden bedeckt, der Großteil des Sonnenlichts in Richtung Atmosphäre reflektiert wird, im Gegensatz zu nacktem oder mit Vegetation bedecktem Boden, der dunkler ist und mehr Licht absorbiert. Die weiße Farbe des Schnees begrenzt daher die Aufnahme von Sonnenenergie und damit die Erwärmung. Je stärker jedoch die Temperatur steigt, desto weniger Schnee liegt auf dem Boden, desto dunkler wird die Farbe des Planeten und desto wärmer wird es. Es handelt sich um ein „Runaway“-Phänomen, das wir auch „positives Feedback“ nennen, das mit der Albedo (also dem Anteil der von einem Medium reflektierten Sonnenstrahlung) des Schnees zusammenhängt und für unser Klima sehr wichtig ist.
50 Schneeschattierungen
Schnee ist nicht nur weiß, er kann verschiedene Weißtöne annehmen.
Dies entsteht durch die Wechselwirkung von Licht mit der Struktur des Schnees. Die Struktur des Schnees, also die dreidimensionale Anordnung von Luft und Eis auf der Skala eines Mikrometers (ein Millionstel Meter, also etwa fünfzig Mal weniger als die Dicke eines Haares), variiert je nach Umgebung stark Zustand des Schnees.
Je feiner der Schnee strukturiert ist, wie es beispielsweise bei Neuschnee der Fall ist, desto größer ist die Oberfläche der Luft-Eis-Grenzfläche im Verhältnis zum im Schnee enthaltenen Eisvolumen. Um den Vergleich mit einem Bällebad zu ziehen: Bei Neuschnee hätten wir dann eine große Menge sehr kleiner Bälle, also eine große Oberfläche aus Kunststoff, die mit der Luft in Kontakt kommt. Später bildet sich der Schnee und unser Pool würde größere Kugeln in kleineren Mengen enthalten, was zu einer geringeren Kontaktfläche zwischen Luft und Kunststoff führt.
Die absorbierte Lichtmenge ist proportional zum Eisvolumen, während die gestreute Lichtmenge proportional zur Oberfläche der Luft-Eis-Grenzfläche ist. Je größer also das Verhältnis zwischen der Oberfläche der Grenzfläche und dem Eisvolumen ist, also je feiner die Struktur, desto weißer wird der Schnee. Neuschnee erscheint daher weißer als beispielsweise Schnee mit einer gröberen Struktur, der bereits geschmolzen und wieder gefroren ist.
Dieser Weißton, der durch das Zusammenspiel von Licht und Schneestruktur entsteht, ist auch die Quelle einer wichtigen positiven Rückmeldung für unser Klima. Denn wenn die Temperatur steigt, nimmt die Struktur des Schnees tendenziell zu, der Schnee wird weniger weiß, absorbiert mehr Sonnenenergie und kann daher schneller schmelzen.
Schnee in Farbe
Aber Schnee ist nicht nur weiß, es gibt auch orangen, roten, schwarzen, violetten oder sogar grünen Schnee. Wenn solche Farben auftreten, liegt das daran, dass der Schnee farbige Partikel enthält, die unterschiedlicher Herkunft sein können.
Dort finden wir häufig Ruß, der bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe entsteht und den Schnee grau färbt.
In den französischen Gebirgszügen kommt es nach Episoden von Mineralstaubablagerungen aus der Sahara häufig zu orangefarbenem oder sogar rotem Schnee.
Schließlich enthält Schnee lebende Organismen, insbesondere Algen, die Pigmente produzieren, die verschiedene Farben haben können. In den Alpen wird die am häufigsten vorkommende Schneealgenart genannt Sanguina Nivaloides und färbt den Schnee blutrot, was Sie vielleicht schon bei einem Spaziergang in den Bergen im Spätfrühling beobachtet haben.
Durch die Veränderung der Farbe des Schnees bewirken alle diese farbigen Partikel, dass die Menge des von ihm absorbierten Sonnenlichts zunimmt und das Schmelzen des Schnees beschleunigt wird.
Das Weiß des Schnees und seine subtilen Nuancen sind daher für die Entwicklung der Schneedecke und für das Klima unseres Planeten von großer Bedeutung.
Das EBONI-Projekt und das ALPALGA-Projekt wurden von der Nationalen Forschungsagentur (ANR) unterstützt, die projektbasierte Forschung in Frankreich finanziert. Ihre Aufgabe ist es, die Entwicklung grundlegender und abgeschlossener Forschung in allen Disziplinen zu unterstützen und zu fördern und den Dialog zwischen Wissenschaft und Gesellschaft zu stärken. Weitere Informationen finden Sie auf der ANR-Website.
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