Orientierung der Eiskristalle in der Schneedecke

Wie in jedem anderen Kristall auch, sind in einem Eiskristall die Bausteine – in diesem Fall die Wassermoleküle – regelmässig auf einem Kristallgitter angeordnet. Im Fall von Eis hat das Gitter eine sechseckige Grundfläche und eine senkrecht darauf stehende Längsachse, die Kristallographen als c-Achse bezeichnen (Abb. 1). Die Ausrichtung dieser c-Achse definiert, wie die Eiskristalle in der Schneedecke orientiert sind.

Die Orientierung der Eiskristalle in der Schneedecke beschäftigt Schneeforscher schon seit längerem. Sie vermuten, dass sie die physikalischen und mechanischen Eigenschaften des Schnees beeinflusst – und damit möglicherweise die Verdichtung der Schneedecke. Bisher gab es jedoch erst eine Studie, die die Kristallorientierung statistisch verlässlich messen konnte: Sie untersuchte anhand von Laborexperimenten, wie sich wechselnde Temperaturen in der Schneedecke auf die Ausrichtung der Kristalle auswirken.

Forschenden des SLF und des Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement (LGGE) in Grenoble ist es nun erstmals gelungen, anhand von antarktischen Schneeproben aufzuzeigen, dass die Schneetemperatur auch unter natürlichen Bedingungen die Orientierung von Eiskristallen beeinflusst. Bei der Concordia-Station in der Ost-Antarktis variieren die Schneetemperaturen 10 cm unter der Schneeoberfläche von -25 °C im Sommer bis zu -70° C im Winter. Die Forschenden sammelten vor Ort Schneeproben aus 0 bis 3 m Tiefe. In der Schweiz untersuchten sie diese im Computertomographen auf ihre Mikrostruktur (Dichte, spezifische Oberfläche und Porengrösse). Ausserdem analysierten sie fast 80 Dünnschnitte mit dem Automatic Ice Texture Analyser (AITA), einem Gerät, das die Orientierung der Kristalle auf wenige Grad genau misst.

Temperatur beeinflusst die Orientierung von Eiskristallen

Die Resultate bestätigen die Experimente im Labor: Die Eiskristalle wandeln sich als Folge unterschiedlicher Temperaturen nicht nur um, sondern ändern dabei auch ihre Orientierung. Dies bedeutet, dass die mechanischen Eigenschaften der Schneedecke vermutlich nicht nur von der Mikrostruktur, sondern auch der Orientierung der Eiskristalle abhängen.

In der Antarktis hilft dieses Verständnis, Bohrkerne aus dem Firn besser zu interpretieren. Da der Schnee dort aufgrund der immerwährenden Minusgrade sehr alt wird, geben diese Bohrkerne Einblick in die jahrtausendalte Klimageschichte des Kontinents. Über die Antarktis hinaus dürften diese Resultate dazu beitragen, mechanische Eigenschaften des Schnees noch besser zu verstehen.