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F.A.Z. v. 1.3.2000

Laut rieselnder Schnee

Eiskristalle erzeugen im Wasser intensiven Ultraschall / Von Rainer Scharf

Nicht nur Hagel oder Regen, der über Seen oder Flüssen niedergeht, erzeugt im Wasser charakteristische Geräusche, sondern auch Schnee. Das haben Forscher festgestellt, die seit Jahren in den Flüssen Alaskas mit Sonargeräten den Zug der Lachse verfolgen. Die Ultraschallgeräusche der Schneeflocken waren so stark, dass sie die Sonarüberwachung störten. Wie die federleichten Schneeflocken derart intensive akustische Signale erzeugen können, haben kürzlich Wissenschaftler der University of Washington in Seattle genauer untersucht.

Die Forscher um Lawrence Crum haben mit einem empfindlichen Hydrophon, einer Art Mikrophon, die Geräusche aufgenommen, die während einiger Schneestürme unter Wasser entstanden ("Journal of the Acoustical Society of America", Bd. 106, S. 1765). Etwa jede zehnte Schneeflocke, die auf die Oberfläche traf, erzeugte einen zehn Tausendstelsekunden langen Ultraschallpuls. Da dessen Frequenz etwa 100 Kilohertz beträgt, ist das Geräusch für das menschliche Ohr nicht hörbar. Vermutlich kann es aber von Delfinen wahrgenommen werden.

Ähnliche Ultraschallgeräusche entstehen, wenn ein Wassertropfen auf eine Wasseroberfläche trifft. Rund eine Fünfzigstelsekunde nach dem hörbaren "Plopp" des aufschlagenden Tropfens folgt der unhörbare, aber dennoch wesentlich intensivere Ultraschallpuls. Denn sobald der Tropfen die Oberfläche durchdringt, reißt er winzige Luftblasen mit sich in die Tiefe, die unter Wasser heftig oszillieren. Schneeflocken sind zwar viel zu leicht, als dass sie die Spannung der Wasseroberfläche überwinden könnten. Dennoch glauben die Wissenschaftler um Crum, dass auch beim Schneefall Luftblasen entstehen.

Dafür haben die amerikanischen Forscher mehrere plausible Erklärungen. So sind zum Beispiel in den Kristallen einer Flocke häufig Luftblasen eingeschlossen. Diese werden frei, sobald der Schnee die Wasseroberfläche berührt und die Kristalle schmelzen. Schneeflocken sind aber auch recht fragile Gebilde, die zehnmal so viel Luft enthalten wie Eis. Wenn eine Schneeflocke beispielsweise auf die Wasseroberfläche trifft, zieht sie durch Kapillarkräfte Wasser an. Die Flocke schmilzt, und es entsteht für Sekundenbruchteile eine Art Schaum, der zahlreiche Luftblasen enthält.

In beiden Fällen müssen sich die freigesetzten Luftblasen ihrer neuen Umgebung anpassen. Nach Meinung der Wissenschaftler werden die Bläschen dadurch zu Oszillationen angeregt, wodurch die akustischen Signale entstehen. Inzwischen konnten Rechnungen die beobachteten Eigenschaften der Ultraschallwellen bestätigen.
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