Bildung von Niederschlag durch Eiskristalle


1. Wachstum von Schneesternen

Eis hält die Wassermoleküle fester an sich als ein Wassertropfen; auftreffende Moleküle werden nicht mehr so bald losgelassen.

Die Folge: Wenn ein unterkühlter Wassertropfen und ein Eiskristall nebeneinander schweben, sammelt das Eis die Wassermoleküle der Luft auf. Für den Wassertropfen sinkt damit die relative Feuchte unter den Sättigungswert; er gibt Wassermoleküle ab, um die Luft wieder auf 100 % relative Feuchte zu bringen. Wie sehr er sich dabei auch anstrengt, der Eiskristall nimmt die Moleküle wieder auf.

Unterm Strich bewegen sich somit die Wassermoleküle vom Tropfen zum Kristall. Der Kristall wächst auf Kosten des Tropfens:
Kristall-Wachstum
Der Eiskristall wächst dadurch rasch zum Schneestern weiter.

2. Vergraupelung

Hat ein Schneestern eine Größe von 1 mm erreicht, dann fällt er relativ zu den umgebenden kleineren Wolkentropfen und kollidiert mit ihnen. Die Wassertropfen gefrieren sofort an dem Schneekristall; man nennt das "Vergraupelung".
Eine Variante: Der winzige Eiskristall kann mit einem großen Regentropfen zusammenstoßen, wobei das Wasser sofort zu einer kleinen Eiskugel gefriert.

3. Schneeflocken

Wenn zwei Schneesterne kollidieren, bildet sich eine Eisbrücke zwischen ihnen aus, die sie verbindet. Diesen Vorgang nennt man "Sintern". Je schneller das Sintern geschieht, desto eher werden die Kristalle verbunden bleiben. Das neue Gebilde heißt Schneeflocke.

Schneeflocken sinken weiter nach unten mit etwa 1m/s und gelangen in Bereiche mit Lufttemperaturen über 0 °C. Sie schmelzen und fallen als Regentropfen zu Boden. Man muß sich das mal vorstellen: Auch wenn es im Hochsommer am Erdboden 30 °C warm ist, gibt es hoch oben in der Wolke Schnee. Ist es dagegen im Winter am Erdboden unter 0 °C, bleibt der Schnee beim Fallen natürlich erhalten.

4. Graupel und Hagel

In einer Wolke mit vielen Wassertropfen, aber wenig Aufwind - z. B. Nimbostratus - setzt sich der Prozess der Vergraupelung fort. Der ursprüngliche Schneestern hat nun eine unförmige Gestalt angenommen: ein Graupel ist entstanden, der sich aus vielen kleinen gefrorenen Tröpfchen zusammensetzt. Der Kern des Graupels kann hier sogar aus einem gefrorenen Regentropfen statt aus einem Schneestern bestehen. Maximal 5 mm beträgt der Durchmesser eines Graupels.

Eine Gewitterwolke mit starkem Aufwind (Cumulonimbus) enthält von allen Wolken die größte Wassermenge. Das auf den Graupel auftreffende Wasser ist so viel, daß die entstehende Gefrierwärme nicht sofort an die Umgebung abgeführt werden kann. Die Folge: Das Wasser hat Zeit, sich erst um den Graupel zu verteilen und alle Hohlräume auszufüllen, bevor es gefriert. Es entsteht eine kompakte Kugel.