Schnee und Firn
BERICHT über das akademische Jahr 1939/40
DRUCK: ART. INSTITUT ORELL FÜSSLI A.-G., ZÜRICHINHALTSVERZEICHNIS Seite
I. Rektoratsrede 3
II. Ständige Ehrengäste, der Universität 21
III. Jahresbericht 22
a) Hochschulkommission . . . 22
b) Dozentenschaft 22
c) Organisation und Unterricht 26
d) Feierlichkeiten, Kongresse und Konferenzen . . . 29
e) Ehrenpromotionen 30
f) Studierende 30
g) Prüfungen 32
h) Preisaufgaben 33
i) Stiftungen, Fonds und Stipendien 34
k) Kranken- und Unfallkasse der Universität . . . 36
l) Witwen-, Waisen- und Pensionskasse der Professoren der Universität 36
m) Zürcher Hochschulverein 38
n) Stiftung fur wissenschaftliche Forschung 40
o) Jubiläumsspende für die Universität 45
p) Julius Klaus-Stiftung 47
IV. Schenkungen 51
V. Nekrologe 54
I. FESTREDE DES REKTORS PROF. DR PAUL NIGGLI
gehalten an der 107. Stiftungsfeier der Universität Zürich
Schnee und Firn
Entwickelt sich aus dem vorwissenschaftlichen Denken ein wissenschaftliches Begriffssystem, so muss oft mit altgewohnten Vorstellungen gebrochen werden. Ein nicht geringer Teil der Schwierigkeit, naturkundliche Erkenntnis in leichtfasslicher Weise zu übermitteln, beruht letzten Endes auf einer Verschiedenheit des Inhaltes, den unwillkürlich Laie und Fachmann dem gleichen, scheinbar eindeutig umrissenen Begriff zuordnen. Anderseits ist es vielleicht möglich, durch Darstellung der Beziehungen, die wohlbekannte Gegenstände mit im Bewusstsein weniger verankerten wissenschaftlichen Problemkreisen besitzen, jene plastischer zu gestalten und diese dem Verständnis näher zu bringen.
Schnee und Eis, die unserem Hochgebirge das stille Leuchten des Sommers und die flimmernde Pracht des Winters schenken, eignen sich in diesem Sinne zur Einführung in kristallographische, mineralogische und petrographische Problemstellungen. Sie sind zugleich in zwiefacher Weise mit dem Beginn der wissenschaftlichen Erforschung der im festen Aggregatzustand befindlichen anorganischen Natur verknüpft.
Weder im Altertum noch im Mittelalter ist es gelungen, die Formenmannigfaltigkeit der leblosen Welt nach irgendwelchen fruchtbaren Prinzipien zu gliedern. Bei der Betrachtung der einzelnen Körper überwog das Gefühl, eine schrankenlose, individuelle Variationsfähigkeit vor sich zu haben. Wissenschaft aber kann erst entstehen, wenn es gelingt, Parallelismen, Wiederholungen festzustellen, die ein Ein- und Unterordnen, einen Vergleich, die Formulierung von Gesetzen ermöglichen. Das schlechthin
Einmalige bleibt unverständlich, die Erkenntnis aber, dass etwas Gemeinsames das Verschiedenartige verbindet, dass es möglich ist, den Ablauf eines Geschehens innerhalb gewisser Grenzen zu reproduzieren, gestattet ein Chaos zu formen, an Stelle der komplexen Realität den Schematismus einer nur bedingt wahren, jedoch verständlichen Ideenwelt zu setzen. Als zu Beginn des 17. Jahrhunderts Johann Kepler die Aufmerksamkeit eindringlich auf den so häufig wiederkehrenden hexagonalen Baurhythmus der Schneesterne lenkte, schien zum erstenmal ein Prinzip, das Symmetrieprinzip, gefunden zu sein, das Gestaltliches verschiedener anorganischer Individuen verbindet. Allein wir brauchen nur an die bizarren Formen der Eisblumen am Fenster zu denken, um zu verstehen, dass sich daneben immer wieder der Versuch aufdrängte, diese Gestalten mit den mathematisch unbestimmteren der Organismen zu vergleichen. Die Tendenz zur symmetriegemässen Wiederholung schien nur in Einzelfällen durchzuschimmern, ohne beherrschend, d. h. wesentlich zu sein. Es fehlte der Idee die Durchschlagskraft, da das Auge die Verhältnismässigkeit der Erscheinungen nicht zu überblicken vermochte.
Die Klarheit des Eises hatte indessen Veranlassung gegeben, den Begriff Kristall, ursprünglich beschränkt auf das, was wir heute Bergkristall nennen, gleichfalls mit Schnee und Firn in engste Beziehung zu setzen; glaubte doch der lange Zeit massgebende Plinius, Bergkristall sei nichts anderes als Eis, das durch die starke Kälte des Hochgebirges eine hohe Härte und Widerstandsfähigkeit erlangt habe. An den einfacheren, kompakt gebauten Polyedern der Bergkristalle gelang nun dem Dänen Nicolaus Steno die endgültige Feststellung von etwas "Überindividuellem, Beharrendem. Indem er sich von einer alles berücksichtigenden, qualitativen Beschreibung frei machte, fand er 1669, dass bei verschiedenen Individuen trotz wechselnder Grösse und wechselndem Aussehen die begrenzenden ebenen Flächen gleiche Winkel miteinander bilden. Die Tragweite dieser scheinbar nebensächlichen Beobachtung wurde von ihm sofort erfasst. Von zufälliger Gestalt konnte keine Rede mehr sein, die
Bergkristalle hatten offenbar während des Wachstums einen ihnen innewohnenden Formwillen bekundet, d. h. senkrecht zu ganz bestimmt zueinander orientierten Richtungen ebene Grenzflächen entwickelt. Bereits Steno machte sich übrigens von der Anschauung frei, dass zwei so verschiedene Stoffe wie Bergkristall (d. h. Quarz) und Eis gleichartig seien. Allein eine Übertragung der bei Quarz gefundenen Gesetzmässigkeiten auf andere Naturkörper, z. B. auch auf den sechseckigen Schnee, lag nahe. Ausdrücklich vollzogen wurde sie 50 Jahre später (1719 und 1723) durch den Luzerner Arzt Moritz Anton. Cappeller (Kappeler), der den Begriff Kristall erweiterte und mit der gleichen Liebe und Sorgfalt die Morphologie natürlicher und künstlicher Festkörper studierte. Seine Abhandlung, die erste bekannt gewordene Cristallographie1), beginnt folgendermassen:
"Die Verwandtschaft von Inhalt und Materie erfordert, dass ich bei einer Schrift über den Bergkristall auch die übrigen kristallisierten Körper erwähne, nicht so sehr in physikalischer Hinsicht, als wenigstens in historischer. Man nennt mit einem übertragenen oder uneigentlichen Namen jene Körper Kristalle, die ebenfalls eigene geometrische Gestalten besitzen, wie jener Stein die seinige, und in Polyedern, von Winkeln oder sonstwie begrenzten Formen auftreten, oder die dem wirklichen Kristall durch eine gewisse Durchsichtigkeit nahestehen.
Es schien mir der Mühe wert, eine Aufzählung dieser Körper zu liefern, soweit das mit meinen geringen Hilfsmitteln möglich ist, und die verstreuten Angaben darüber in eine gewisse Ordnung zu bringen; dadurch sollte wie aus einer Tabelle ersichtlich werden, was die Natur auf dem Gebiet der Geometrie vermag, ferner sollte daraus die gegenseitige Verwandtschaft einiger Körper sowie auch die tiefere Natur derselben hervorgehen. Weiterhin sollten daraus für die Naturphilosophie wie auch für die Medizin und Pharmazie einige Vorteile entspringen, denn niemand wird in Abrede stellen können, dass die Übereinstimmung
oder Abweichung der geometrischen Figuren, welche die Körper durch die Naturkräfte selbst erhalten, auch die Verwandtschaft oder Verschiedenheit ihrer Eigenschaften und Wirkungen verraten.
Abgesehen von dem Nutzen, den diese Körper gewähren, ergötzen sie auch durch ihre kunstvolle und mannigfache, wie vom Bildhauer hergestellte Gestalt Auge und Geist des Beschauers aufs angenehmste und regen zum Nachdenken an. Denn während die zusammengesetzten Figuren von Pflanzen und Tieren mit soviel Dunkelheit behaftet sind, dass sie von der Mehrheit der Philosophen zu den unbekannten Wesensformen gezählt werden, reizen die Kristallformen infolge ihrer grösseren Einfachheit zu einer genaueren Erforschung an, da die weniger verwickelte Anordnung ihrer Teile die Hoffnung einflösst, ihre mechanische Entstehung zu ergründen und aus den an ihnen befindlichen Linien wie aus physiognomischen Zeichen die Zustände in ihrem Innern zu erkennen."
Daß er zu den kristallisierten Körpern Eis und Schnee in allen Formen zählte, mögen folgende Auszüge aus dem Abschnitt über die Kristallisation beweisen.
"Aber nicht nur mit Hilfe der Wärme, sondern auch durch Einwirkung der Kälte entstehen in der freien Luft derartige Kristallisationen, da ja die Wassermoleküle und in der Luft fliegende Salzpartikel zu figurierten Körpern werden. Unter ihnen zeichnet sich vor allem der Schnee aus, der fast unzählige Formen annimmt, nach Massgabe der Verschiedenheit der Kälte, der Winde und der aus der Atmosphäre übernommenen Ausdünstungen." Und weiter: "Zu den Kristallen, die sich in der Luft bilden, gehört ferner der Hagel, der auch im 147. Psalm unter dem Namen Kristall auftritt.... Hieher muss man endlich den Reif stellen, der gewöhnlich wie Stacheln und Dörner erstarrt, und jene Art Eis, die sich aus feuchter Luft auf kalten Oberflächen, wie es die Glasfenster sind, niederschlägt. ... Die fünfte Art der Kristallisation tritt ein, wenn die kristallisierenden Körper an der Oberfläche der Flüssigkeiten in Berührung mit der Luft erstarren. So ist erstens das Eis, das wie eine Kruste auf
stillstehenden oder nur wenig bewegten Gewässern durch die Kälte entsteht..... Die sechste und letzte Art der Kristallisation endlich könnte die sein, wo kein Dampf und keine ruhende Flüssigkeit verfestigt wird, sondern solche, die noch in Bewegung ist, wie jene Art Eis, die in rasch fliessenden und bewegten Gewässern erstarrt; es ist dünn, porös, voll Biegungen, wie aus Stäben, Trauben und Stacheln, die durcheinander und regellos unter sich vermischt sind, zusammengewachsen, und ahmt die Bildungen des Tuffsteins nach, dessen Entstehungsweise es am ersten erklärt."
So war die Kristallgestalt, die früher ein Naturspiel schien, in das Zentrum einer morphologischen Wissenschaft gerückt. Aber mehr als das. Mit der Erkenntnis, dass es vielerlei Körper gibt, die beim Wachstum gesetzmässige, geometrische Formen anstreben, wurde das Kristallsein als diejenige Zustandsform der Materie erkannt, die unsere gesamte anorganische Umwelt beherrscht.
Gilt der Bergkristall als das Symbol der Unvergänglichkeit, so sehen wir Schnee und Eis entstehen und vergehen. Durch dieses verschiedene Verhalten erfuhr von Anfang an die Vorstellung vom Kristall eine Erweiterung auf breitester Basis. Und man darf, ohne zu übertreiben, feststellen, dass die im Altertum eins scheinenden Bergkristalle, Schnee und Eis unserer Alpen gerade infolge ihrer stofflichen, physikalischen und morphologischen Gegensätzlichkeit und infolge des Umstandes, dass sie zuerst von der "Geometrie des göttlichen Architekten"Zeugnis ablegten, die Kristall- und Mineralienkunde von einer einseitigen Entwicklung bewahrten.
Mineralogie und Petrographie wollen ja nicht nur eine Stofflehre sein, in der über die Eigenschaften der unsere Erdkruste aufbauenden Bestandteile Auskunft erteilt wird. Sie versuchen das So- und Nichtanderssein der Natur historisch zu verstehen, die Entstehung der Mineralien und Mineralaggregate zu erforschen. Gegeben aber sind uns nur die Produkte der Vorgänge, das Tatgeschehen selbst müssen wir versuchen daraus zu rekonstruieren. Obwohl wir mit Horace Benedict de Saussure die von
ihm 1779 gestellte Frage: "Ces lois générales du monde physique n'agissent-elles pas dans nos laboratoires de même que dans les souterrains des montagnes?"bejahen, wird unsere Arbeit durch den Umstand erschwert, daß wir die komplexe Natur als etwas Gegebenes hinnehmen müssen. Will der Physiker und Chemiker Vorgänge erforschen, so schliesst er von vornherein gewisse Faktoren aus, um den Einfluss anderer möglichst ungestört studieren zu können. Er stellt Gesetze für abgeschlossene Systeme auf, die nur unter bestimmten Voraussetzungen Gültigkeit besitzen, er zerlegt die Vorgänge in Einzelprozesse und schafft möglichst ideale Versuchsbedingungen. Das Objekt des Erkennenwollens des Naturhistorikers aber ist das Produkt vielfach ineinander greifender Vorgänge, die da waren und die wir nicht willkürlich vereinfachen dürfen. Das laboratoriumsmässige Experiment kann, abgesehen davon, dass es nur in verzerrtem Massstab Erdgeschichte abzubilden vermag, lediglich dazu dienen, über mögliche Ursachen der Phänomene Aufschluss zu erteilen. Die Beobachtung der Tatbestände selbst, verbunden mit einer umfassenden Kenntnis der allgemeinen Gesetze physikalisch-chemischen Geschehens, muss uns befähigen, im Geiste eine Neuschöpfung der Erde vorzunehmen, die das Sein als Gewordenes und Werdendes in das Weltgeschehen einordnet. Eingedenk dieser Aufgabe, die eine Zusammenarbeit von Methoden exakter, beschreibender und historischer Wissenschaften verlangt, halten wir Ausschau nach Mineral- und Gesteinsbildungsprozessen der Gegenwart, die durch vielfache Wiederholung und relativ raschen Ablauf als natürliche Grossexperimente angesehen werden dürfen und unser Urteilsvermögen stärken.
Nun ist der Vorgang der Kristallisation und Mineralbildung ein Individualisierungsprozess. Aus dem phänomenologisch ungegliederten, flüssigen oder gasförmigen Zustand entsteht die Mannigfaltigkeit des Kristallaggregates. In den äusseren Erdhüllen gibt es einen Stoff, Wasser, der unter den hier herrschenden wechselnden Bedingungen sowohl als Gas, Flüssigkeit oder Kristall auftritt. Der dadurch geschaffene Gegensatz zu den
meisten, bei gewöhnlicher Temperatur viel beständigeren Mineralien der Erdkruste ist ein so gewaltiger, dass der Laie gar nicht daran denkt, Schnee- und Eismassen als Gesteine zu betrachten, die er entstehen, sich verändern, ja vergehen sieht. Wir aber wollen das tun, um so in das Geschehen unserer anorganischen Umwelt neue Einblicke zu erhalten.
Die Bildung der Eisdecke eines Gewässers zeigt uns, dass eine Flüssigkeit oder Schmelzlösung bei der Abkühlung zu einem kompakten Kristallaggregat erstarren kann. Verknüpfen wir die Beobachtungen mit solchen aus Vulkangebieten, in denen aus dem Erdinnern stammendes, glutflüssiges Magma zu Gesteinen erstarrt, so verstehen wir, dass Kristallisation aus Schmelzflüssen zu mächtigen Gesteinsbildungen Veranlassung geben kann. Im besonderen lässt das Studium der Eisdecke erkennen, dass das einzelne Individuum bei Unterkühlung und plötzlich einsetzender, von vielen Keimen ausgehender Kristallisation seine Eigengestalt nicht frei zu entwickeln vermag, dass es jedoch unter Umständen sich gesetzmässig gegenüber der Abkühlungsfläche orientiert. Auch unter Berücksichtigung der Eigenart des Wassers lernen wir beurteilen, wie wichtig für die Geschwindigkeit des Kristallisationsprozesses der Temperaturgradient, die Menge der Schmelzmasse, die Art der Konvektionsströmungen sind.
Doch weit eindringlicher kommt uns beim Schneefall der Prozess der Kristallisation zum Bewusstsein. Hier ist es möglich, das Wachstum einzelner Kristallkeime oder Kristallkeimgruppen zum Schneestern oder zur Schneeflocke zu verfolgen, die myriadenfache Wiederholung eines prinzipiell ähnlichen, im einzelnen jedoch variablen Vorganges. Unerschöpflich scheint die Formenmannigfaltigkeit zu sein, so dass nur statistische Untersuchungen und Beschränkung auf Wesentliches eine gleichbleibende Grundtendenz der Gestaltung zu erkennen gestatten. Das aber ist ja gerade die Aufgabe der Wissenschaft, die sich stets aus der Spannung zwischen Individuellem und typisiertem Gleichartigen entwickelt.
In Abhängigkeit von den Bildungsbedingungen, den besonderen atmosphärischen Verhältnissen, kann man unterscheiden:
1. vorwiegend nadelige bis prismatische Kristalle, einfach oder aggregiert;
2. vorwiegend tafelige Kristalle, tafelig senkrecht zu der Richtung, die bei den nadelig-prismatischen Bildungen Stengelrichtung ist. Solche praktisch zweidimensionalen Kristalle, oft mit etwa 1/100 mm Dicke, sind sehr häufig dentritisch sternförmig entwickelt, meist regelmässig sechswinklig mit oder ohne Seitenäste, öfters mit kompakter Zentralplatte;
3. komplexe Aggregate, mit gemischten prismatischen und tafeligen Bauelementen;
4. verrundete Kristalle oder Kristallaggregate, sogenannte Graupeln und scheinbar formlose Bildungen.
Dem Bergkristall gegenüber fällt die weit grössere Variabilität sowie die ausgesprochene Neigung zu skelettartigem Wachstum auf. Nun ist in zweihundertjähriger Forschung bestätigt worden, was bereits Cappeller aussprach: Die Form der Kristalle, der Phänotypus, ist aus der kristallinen Struktur, dem Genotypus, ableitbar unter Berücksichtigung der bei der Kristallisation wirksamen Milieufaktoren. Der Prozess der Eisbildung ist ein Fixierungsprozess der starke Kräfte aufeinander ausübenden Wassermoleküle. Diese ordnen sich in gesetzmässiger Weise zu Sechserringen, die aneinandergereiht eine wellige, zweidimensionale, bienenwabenartige Netzstruktur ergeben. Die Netze selbst verbinden sich senkrecht zur Schicht mit Kräften der gleichen Grössenordnung, die den Netzverband erzeugen, so dass in erster Annäherung jeder Molekülschwerpunkt tetraedrisch von vier anderen Molekülen in kürzesten Abständen umgeben ist. Dabei ist zu bedenken, daß die Entfernung zweier Molekülzentren nur 2,76 Zehnmillionstelmillimeter beträgt, bis zum sichtbaren Schneekristall somit ein vielmillionenfacher Aufbau- und Einordnungsprozess stattfinden muss. Erfolgt dieser Vorgang relativ langsam und ohne Behinderung, so entstehen ganz allgemein von ebenen Flächen begrenzte Vollkristalle. Nach dem heutigen Stande der Forschung ist es bei Kenntnis des strukturellen Baumotivs, also des Genotypus, möglich, vorauszusagen, was für Lagen diese Begrenzungsflächen aufweisen können, gelang es
doch, die Regel der Winkelkonstanz, die nur bei genau gleichen Entstehungsbedingungen für die Flächenbegrenzung einer Kristallart gilt, zu einem umfassenden Rahmengesetz umzugestalten.
Da. dieses Grundgesetz erlaubt, aus der Kenntnis struktureller Hauptbindungsrichtungen zwischen den eine Kristallart aufbauenden Massenteilchen den Gesamtkomplex möglicher Kantenrichtungen und ebener Kristallflächen abzuleiten, die unter den verschiedensten Wachstumsbedingungen als Begrenzungselemente der Kristallgestalten realisierbar sind, ist es eine der erstaunlichsten. Leistungen der morphologischen Wissenschaft. Es demonstriert, dass die Milieufaktoren nur innerhalb einer gewissen Variationsbreite das Eigengestaltliche verändern können, und es beschreibt diese Variationsbreite. Ja es gelingt darüber hinaus, in grossen Zügen aus der Struktur eine Rangfolge der in Betracht kommenden Kantenrichtungen und Kristallflächen aufzustellen, die mit der Häufigkeit und Persistenz übereinstimmt, die den einzelnen Begrenzungselementen im Gesamtbild der Morphologie einer Kristallart zukommt. Schematisiert gilt, dass die wesentlichen Kantenrichtungen den bei der Kristallisation massgebenden Bindungsrichtungen korrelat sind, und dass sich durch vektorielle Zusammensetzung aus ihnen die Rangfolge der übrigen aussengestaltlich in Erscheinung tretenden Richtungen bestimmen lässt. Die Hauptflächen der polyedrischen Gestalt aber gehen möglichst vielen oder den wichtigsten dieser Grundrichtungen parallel.
Für die Morphologie der Eiskristalle sind die Mittellinien der Sechserringe der Netzebenen und die vertikal dazu stehenden Bindungsrichtungen charakteristisch. Die Flächen parallel den ersteren ist die den Netzschichten entsprechende Basis. Die Prismen gehen beiderlei Bindungsrichtungen parallel und alle übrigen je beobachteten Flächen und Kanten folgen als nächstwichtige Ableitungen aus dem Grundschema. Da strukturell die sechs Richtungen der Basisnetzebenen mit der vertikalen Bindungsrichtung kommensurabel sind, vermögen schon verschiedene Kristallisationsbedingungen einen Wechsel von prismatischem zu tafeligem Habitus zu erzeugen, wobei es bis heute nur
in Einzelfällen gelungen ist, die habitusbestimmenden Milieufaktoren scharf zu fassen. Im allgemeinen treten kurze Prismen bei geringerer Übersättigung auf als dünne Tafeln oder ausgesprochene Nadeln.
Setzt, was sehr häufig ist, die Kristallisation aus dem Wasserdampf der Atmosphäre nach erfolgter Unterkühlung plötzlich ein, so folgt von einem Kristallisationszentrum aus mit grosser Geschwindigkeit die Angliederung der Molekülketten nach, den Hauptbindungsrichtungen, z. B. nach den sechs symmetrisch zueinander stehenden Richtungen der Basisnetze. Die entstehenden Spitzen fangen die hinzudiffundierenden Moleküle ab. Weiterwachstum findet nach aussen statt, ohne dass infolge Behinderung der Stoffzufuhr durch die Spitzenwirkung das Innere ganz ausgefüllt wird. Es schiessen so an einem Kern sechs Hauptäste zu einem dendritisehen Schneestern an, Winkel von 60°einschliessend. Nebenäste erster Ordnung können aus diesen Hauptästen erst herauswachsen, wenn die Spitzen der letzteren soweit entfernt sind, dass durch Diffusion aus der Umgebung die kritische Übersättigung im Innern wieder überschreitbar wird. Die Nebenäste fehlen deshalb in der Nähe des Zentrums. Sie können auch nur beschränkt wachsen, da sie in den gleichen Raum vorstossen wie die Nebenäste des benachbarten Hauptastes. :Durch die ungleichmässige Diffusion und die gegenseitige Beeinflussung entsteht die grosse Mannigfaltigkeit der Einzelformen. Der geringste Wechsel in der Übersättigung und Temperatur bedingt eine Änderung der bildungs- und bestandfähigen Gebilde innerhalb des durch die Struktur vorgezeichneten Rahmens. Immerhin gegenüber den Eisblumen am Fenster, bei denen sich in einer dünnen Niederschlagsschicht flächenhaft der Kristalleinordnungsprozess von verschiedenen Stellen aus vollzieht, sowie gegenüber den aus Wassertröpfchen entstehenden Graupeln, ist die Gestalt entsprechend der grösseren Entwicklungsfreiheit eine weit regelmässigere, wenn auch durch Vereinigung verschiedener Keime oder halb ausgewachsener Kristallindividuen zu Aggregaten die bereits komplexen Schneeflocken entstehen. Das ist der fallende Schnee bei ruhiger Witterung: ein
Kristallniederschlag von gewaltigem Ausmass. Da es die Schwerkraft ist, die mit einer durch Form und Grösse der Kristalle bedingten Fallgeschwindigkeit (von wenigen Zentimetern bis über zwei Meter Geschwindigkeit pro Sekunde) das Sinken der Kristalle bedingt, ist der Prozess vergleichbar mit der Ablagerung oder Sedimentation von Salzen aus verdunstendem Meer- oder Süsswasser. Wie sich auf dem Grund stehender Gewässer Gips- und Salzlager bilden, entsteht durch Ansammlung des fallenden Schnees auf der unruhigen Erdoberfläche die Schneedecke, ein Kristallaggregat und Gestein wie jene.
Das Gefüge, welches diese vielgestaltigen Kristalle bilden, ist zunächst sperrig und ausserordentlich locker. Über 90% des Volumens einer Neuschneedecke ist Hohlraum, erfüllt von Luft, die mit Wasserdampf gesättigt ist. Das Schneegestein besitzt, wie man sagt, eine über alle Massen grosse absolute Porosität. Ein Kubikmeter bei tiefer Temperatur und Windstille gebildeten Pulverschnees wiegt 50-100 kg, Wildschnee sogar nur 25-50 kg. Das kann sich schon etwas ändern, wenn, wie so häufig im Gebirge, während des Schneefalles oder unmittelbar nach der Ablagerung Wind ein Einrütteln und damit eine dichtere Packung der hiebei bereits sich verändernden Schneesterne ermöglicht. An Stelle des Pulverschnees tritt bei Schneetreiben windgepackter Schnee (1 m3 =100-500 kg). Es entsteht das Windbrett, oder es bilden sich an Gräten und Hängen Oberflächenformen (Wächten usw.), die denen von Dünengebieten und Sandwüsten ähnlich sind.
Merkwürdigerweise haben sich bis vor kurzem die Mineralogen und Petrographen sehr wenig mit dem durch Schneefall entstandenen geschichteten Schneegestein selbst befasst. Es ist ein klassisches Beispiel für die fruchtbare Wechselwirkung zwischen reiner und angewandter Wissenschaft, dass eine der grössten Hochgebirgsgefahren, die Lawinenbildung, Veranlassung gab, mit der vom allgemein wissenschaftlichen Standpunkte aus so ergebnisreichen Erforschung der alpinen Winterschneedecke zu beginnen. Den Mitgliedern der Schweizerischen Kommission für Schnee- und Lawinenforschung und im besonderen dem Sprechenden
ist es ein Bedürfnis, den jungen, von echt wissenschaftlichem Geist beseelten Mitarbeitern, den Mineralogen, Physikern, Ingenieuren und Geologen zu danken, die auf der Forschungsstation Weissfluhjoch in schöner Gemeinschaft solche Arbeiten durchführen. Mit Freude erfüllt es alle Beteiligten, dass bereits die ersten Ergebnisse der Studien1) unserer Armee dienstbar gemacht werden konnten, galt es doch, unsere die Heimat bewachenden Soldaten vor dem weissen Tod, der im Gebirgskrieg von 1916 so zahlreiche Opfer forderte, zu schützen.
Erweist sich bereits für die Silikat-, Karbonat- und Salzgesteine die laienhafte Vorstellung, die einmal gebildeten Kristallaggregate seien für ewige Dauer geschaffen, als unrichtig, so gilt das in erhöhtem Masse fur die Schneeablagerungen. Wichtigste Aufgabe der Untersuchungsstation war es daher, in einer Synthese von Theorie, Experiment und Naturbeobachtung Eigenschaften und Veränderung der Schneedecke im Hochgebirge im Verlaufe eines Winters zu studieren. Die Lockerheit des Aggregates und die niedrige Schmelztemperatur verlangten besondere Untersuchungsmethoden, die grösstenteils zuerst auszubauen waren. Man kann ja von der Schneeablagerung nicht wie vom Felsgestein ein Handstück in ein tiefer gelegenes Laboratorium mitnehmen und dort in aller Ruhe zu mikroskopisch diagnostizierbaren Blättchen von hundertstel Millimeter Dicke (Dünnschliffe) schleifen. Ein Kältelaboratorium im Hochgebirge in der für Lawinenbildung wichtigen Höhenlage war notwendig. Sorgfältig und in ungestörter Lagerung mussten die Proben entnommen und sofort untersucht werden, eine besondere Technik der Dünnschliffherstellung, der Korngrössenanalyse, der Raumgewichts- und Durchlässigkeitsbestimmungen, sowie der Festigkeitsprüfung musste entwickelt werden. In Versuchsfeldern waren
fortlaufend Profile aufzunehmen und zu Zeitprofilen zu verarbeiten, damit an Ort und Stelle die Schneedecke und ihre allfällige Veränderung studiert werden konnte. Sehr bald stund das Hauptresultat dieser Untersuchungen fest. Schon während des Schneefalles, besonders jedoch nach erfolgtem Absatz, tritt eine ausserordentlich weitreichende Umbildung auf, die im Laufe der Zeit den Charakter der Schneedecke völlig ändert. Das Sediment wird metamorphosiert, es erhält ein völlig neues Gefüge. In Abhängigkeit von den die einzelnen Schneefälle und die Zwischenzeiten charakterisierenden klimatischen Werten tritt eine Schichtung auf, deren Entwicklung für die älteren Ablagerungen sich frühzeitig voraussagen lässt und die für die Art der Lawinenbildung bestimmend ist. Das Studium des Verhaltens der alpinen Winterschneedecke wird so zum prachtvollsten, unmittelbar verfolgbaren Beispiel einer Gesteinsmetamorphose, d. h. eines Prozesses, dem eine grosse Klasse von Gesteinen ihr Aussehen verdankt.
Die erste Ursache der Schneemetamorphose liegt in der Forminstabilität der durch allzu rasches Wachstum gebildeten dendritischen Schneekristalle. Sobald der Neuschneekristall abgelagert und zugedeckt ist, befindet er sich in einer nur im Mittel an Wasserdampf gesättigten Atmosphäre. Die scharfen Spitzen und stark gekrümmten Oberflächen halten die Moleküle nicht fest, diese wandern wieder in den Dampfraum und setzen sich an anderen Stellen ab. Der Überschuss an Oberflächenenergie der skelettartigen Formen gegenüber kompakten polyedrischen Einkristallen macht sich bemerkbar. Eine kinematographisch verfolgbare Stoffumlagerung im Sinne einer Verkleinerung der Gesamtoberfläche setzt um so stärker ein, je weniger tief gelegen die Temperatur ist; nur bei tiefen Temperaturen kann daher Pulverschnee längere Zeit seine filzige, lockere Struktur beibehalten. In der Nähe von 0 Grad scheint bis zum Krümmungsradius von mindestens 100-200 K"