Freitag, 17. Februar 2012

Mathematisches Modell rekonstruiert erstmals Entstehung von Schneekristallen

Einige Beispiele der von Wilson Bentley fotografierten Schneekristalle (s. Buchempfehlung). | Copyright: W. Bentley, Public Domain

London/ England - Sie gelten als mathematisch-geometrische Meisterleitung der Natur und keine ihrer abermilliarden Variationen ist mit einer anderen identisch: Schneekristalle. Bislang waren einige dieser frostigen Formwunder derart komplex, dass es selbst mit Computern nicht möglich war, ihre Entstehung mathematisch zu simulieren. Britischen Wissenschaftlern ist dies nun erstmals gelungen.

Allgemein entstehen Schneekristalle immer dann, wenn sich in den Wolken feinste Tröpfchen unterkühlten Wasserdampfs an sogenannten Kristallisationskeimen (bspw. Staubteilchen) anlagern und dort gefrieren. Abhängig von Temperatur und der Sättigung des Wasserdampfs bilden sich unterschiedliche Arten von Kristallen, angefangen von einfachen Plättchen und Prismenstrukturen über Stäbchen bis hin zu den filigranen geometrischen Schneesternen, sogenannten Dendriten.

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Da die Voraussetzungen zur Entstehung der unterschiedlichen Kristallarten an der Eis-Luftgrenze jedoch derart feinfühlig und komplex sind, war es bislang nicht möglich, diese selbst mit Hilfe von Computermodellen zu simulieren.

Schema der Entstehung unterschiedlichen Schneekristallarten nach Ukichiro Nakaya: | Quelle: K. G. Libbrecht, The physics of snow crystals, arxiv.org/abs/1202.1272

Als besonders schwierig galt bislang vor allem die Simulation des gleichzeitigen Wachstums verschiedener Kristallformen während der Bildung der jeweiligen Arme der Dendrit-Sterne.

Das Team um John Barrett vom Imperial College in London hat dieses Problem nun offenbar gelöst und präsentiert einen Artikel über ihr Forschungsergebnis vorab auf "arxiv.org", dem Dokumentenserver für Vorabveröffentlichungen wissenschaftlicher Artikel.

Wie die Forscher darlegen, ist es ihnen mit den eigens entwickelten Computermodellen erstmals gelungen, eine Vielzahl natürlicher Schneekristallformen zu simulieren, darunter plättchenförmige Eiskristalle, Prismen, hohle und geschlossene Säulen, Stäbchen und sogar Dendriten.

Das Computermodell, so berichtet der "The ArXiv Physics Blog" (technologyreview.com/blog/arxiv), ermöglicht damit erstmals auch einen Einblick in die Art und Weise, wie die Kristalle entstehen, wenn das Modell beispielsweise eine lineare Abhängigkeit zwischen der Geschwindigkeit vorhersagt, mit der die Kristallspitze im Verhältnis zur Sättigung des gefrierenden Wasserdampfs wächst.

- Den vollständigen Artikel finden Sie HIER

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / arxiv.org / technologyreview.com/blog/arxiv

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