Eisneubildung

Die Eisneubildung bezeichnet den Übergang von Wasser oder Wasserdampf in festes Eis. Sie umfasst die Bildung von Eiskristallen durch Nukleation sowie das anschließende Kristallwachstum. Eisneubildung tritt typischerweise bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt auf, kann aber auch durch Deposition aus dem Wasserdampf erfolgen, bei der Moleküle direkt aus der Dampfphase zu Eis werden.

Der Nukleation gehen zwei Hauptmechanismen voraus: Homogene Nukleation, die in reinem Wasser nur bei sehr niedrigen Temperaturen (ungefähr minus 38 bis minus 40 Grad Celsius) auftritt, und heterogene Nukleation, bei der Oberflächen oder Fremdpartikel wie Staub, organische Agenzien oder biologische Keime als Keime fungieren und die Bildung von Eis bereits bei deutlich höheren Temperaturen ermöglichen.

Je nach Temperatur und Feuchte entstehen charakteristische Eiskristallformen. Reines Eis bei Normaldruck bildet die stabile Phase Eis Ih (hexagonal). Unter unterschiedlichen Bedingungen entwickeln sich Teller-, Nadeln- oder dendritische Kristalle; aus diesen Strukturen entstehen Schneeflocken. In der Atmosphäre fördert Feuchtigkeit in kühler Luft die Bildung von Eiskristallen in Wolken, was Schneefall oder andere Niederschlagsformen beeinflusst.

Bedeutung: Die Eisneubildung spielt eine zentrale Rolle in der Meteorologie und Klimaforschung, da sie Wolkenarten, Niederschläge und die Strahlungsbilanz beeinflusst. Technisch führt Vereisung an Tragflächen, Leitungen und Sensorik zu Sicherheits- und Betriebsproblemen. In der Lebensmittel- und Materialwissenschaft wird Eisbildung genutzt, um Textur und Haltbarkeit von Tiefkühlprodukten zu steuern.

Messmethoden umfassen Laborexperimente in Wolkenkammern, Mikroskopie der Kristallformen sowie Differential-Scanning-Calorimetrie und Röntgenbeugung. In der Atmosphärenforschung kommen Radar- und Lidar-Techniken zur Erfassung von Eiskristallen in Wolken zum Einsatz.