Von Marie Dumont - Forscherin, Direktorin des Schneestudienzentrums, Nationales Zentrum für Meteorologische Forschung, Météo France
Schnee ist weiß, aber es gibt viele verschiedene Weißnuancen, und manchmal nimmt er sogar andere, ungewöhnlichere Farbtöne an. Ein Ausflug zwischen Physik und Meteorologie mit der Direktorin des Schneestudienzentrums in Grenoble.
Strahlend weiß und im Sonnenschein glitzernd hat Schnee, wenn er den Boden bedeckt, die Fähigkeit, Landschaften in etwas Magisches zu verwandeln. Aber warum ist er weiß? Er besteht aus Eis und Luft, doch die Eisklötze, die wir aus unserem Gefrierschrank holen, sind nicht weiß, sie sind durchsichtig! Wie ist das also möglich?
Schnee ist genau deshalb weiß, weil das Eis durchsichtig ist. Wenn man sagt, dass Eis durchsichtig ist, bedeutet das, dass sichtbares Licht und die verschiedenen Farben, aus denen es besteht, beim Durchdringen des Eises kaum absorbiert werden.
Schnee ist eigentlich eine Art Mischung aus Eis und Luft: Das Licht, das durch ihn hindurchgeht,
wird sowohl beim Durchgang durch das Eis als auch durch die Luft - beide durchsichtig - kaum absorbiert.
An jeder Luft-Eis-Grenzfläche hingegen wird das Licht reflektiert (wie in einem Spiegel) oder gebrochen (die Richtung des Lichts ändert sich innerhalb des Eises) und tritt schließlich aus der Schneeschicht wieder aus, weil es kaum absorbiert wird.
So tritt der größte Teil des sichtbaren Lichts, das in den Schnee eindringt, nach oben hin wieder aus und verleiht dem Schnee seine weiße Farbe.
Die weiße Farbe des Schnees ist für unseren Planeten von großer Bedeutung. Es bedeutet nämlich, dass, wenn der Schnee den Boden bedeckt, der Großteil des Sonnenlichts in die Atmosphäre reflektiert wird, im Gegensatz zu unbedecktem Boden oder vegetationsbedeckter Fläche, die dunkler sind und mehr Licht absorbieren. Die weiße Farbe des Schnees begrenzt also die Absorption von Sonnenenergie und damit die Erwärmung. Je höher jedoch die Temperatur, desto weniger Schnee liegt auf dem Boden, desto dunkler wird die Erde und desto mehr erwärmt sie sich. Dies ist ein sich verstärkender Prozess, der auch als "positive Rückkopplung" bezeichnet wird und mit dem Albedo des Schnees (d. h. dem Anteil des reflektierten Sonnenlichts) zusammenhängt und eine entscheidende Rolle im Klimasystem spielt.
50 Nuancen von Schnee
Schnee ist nicht einfach nur weiß, er kann verschiedene Weißnuancen annehmen.
Dies liegt an der Wechselwirkung des Lichts mit der Struktur des Schnees. Die Struktur des Schnees, das heißt die räumliche Anordnung von Luft und Eis im Mikrometerbereich (ein Millionstel Meter, etwa fünfzigmal dünner als ein menschliches Haar), variiert stark je nach Zustand des Schnees.
Je feiner die Struktur des Schnees, wie etwa bei frischem Schnee, desto größer ist die Oberfläche der Luft-Eis-Grenzfläche im Verhältnis zum Eisvolumen im Schnee. Um dies mit einem Bällebad zu vergleichen: Bei frischem Schnee hätte man sehr viele kleine Bälle, was einer großen Kunststoffoberfläche im Kontakt mit Luft entspricht. Später, wenn der Schnee altert, hätte das Bällebad weniger, dafür größere Bälle, was zu einer geringeren Kontaktfläche zwischen Luft und Kunststoff führt.
Die Menge des absorbierten Lichts ist proportional zum Eisvolumen, während die Menge des gestreuten Lichts proportional zur Oberfläche der Luft-Eis-Grenzfläche ist. Je größer also das Verhältnis zwischen Oberfläche und Volumen ist, das heißt je feiner die Struktur, desto weißer erscheint der Schnee. Frischer Schnee erscheint daher weißer als Schnee mit gröberer Struktur, z. B. Schnee, der geschmolzen und wieder gefroren ist.
Diese Nuancen des Weiß, die durch die Wechselwirkung zwischen Licht und der Schneestruktur entstehen, sind auch für eine wichtige positive Rückkopplung in unserem Klimasystem verantwortlich. Wenn die Temperatur steigt, neigt die Schneestruktur dazu, gröber zu werden; der Schnee wird weniger weiß, absorbiert mehr Sonnenenergie und kann daher schneller schmelzen.
Schnee in Farbe
Schnee ist aber nicht immer nur weiß. Man kann auch Schnee in orange, rot, schwarz, violett oder sogar grün finden. Solche Farben treten auf, wenn der Schnee farbige Partikel enthält, die unterschiedlicher Herkunft sein können.
Häufig findet man Rußpartikel aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe, die
den Schnee grau färben.
In den französischen Gebirgsregionen ist es üblich,
orangen oder sogar roten Schnee nach Episoden von Staubablagerungen aus der Sahara zu sehen.
Schließlich enthält der Schnee auch lebende Organismen, insbesondere Algen, die Pigmente in verschiedenen Farben produzieren können. In den Alpen ist die häufigste Schneelagealge
Sanguina Nivaloides, die
den Schnee blutrot einfärbt, eine Erscheinung, die man vielleicht schon bei einem Frühlingsspaziergang in den Bergen gesehen hat.
Wenn die Farbe des Schnees durch solche farbigen Partikel verändert wird, steigt die Menge des absorbierten Sonnenlichts, was das Abschmelzen beschleunigt.
Die Weiße des Schnees und seine subtilen Nuancen sind daher von großer Bedeutung für die Entwicklung der Schneedecke und das Klima unseres Planeten.
Quelle: The Conversation unter Creative-Commons-Lizenz