Dieser Artikel ist eine Zusammenstellung von Artikeln aus den Archiven von The Conversation.

Während das kalte Wetter in ganz Nordamerika Einzug hält, haben einige Gemeinden bereits ihre Schneepflüge in Gang gesetzt, während andere die Vorhersage aufmerksam verfolgen. Schnee und Eis können Reisepläne durchkreuzen, aber sie spielen auch eine wichtige ökologische Rolle. Und gefrorenes Wasser kann erstaunliche Formen annehmen. Für Tage, an denen sich alles um das Winterwetter dreht, stellen wir diese fünf Geschichten aus unserem Archiv vor.

Die seltsamen Formen, die Wasser annehmen kann

Neben Schneeflocken und Eiszapfen kann sich gefrorenes Wasser auf überraschende Weise verhalten. Zum Beispiel können Seen während eines Kälteeinbruchs wie in einer Sauna dampfen.

Wie der Atmosphärenforscher Scott Denning von der Colorado State University erklärt, geschieht dies, weil das flüssige Wasser im See nicht kälter als der Gefrierpunkt sein kann – etwa 32 Grad Fahrenheit. Wenn das Wasser aus dem relativ warmen See in die kalte, trockene Luft verdunstet, kondensiert es vom Dampf (gasförmiges Wasser) zu winzigen Wassertröpfchen in der Luft, die wie Dampf aussehen.

Wenn es extrem kalt wird, kann sich Eis auf der Meeresoberfläche bilden. Die Wellen brechen es auf, so dass das Wasser wie ein wellenförmiger Slurpee aussieht. „Für jeden, der bereit ist, der Kälte zu trotzen, ist es toll, am Ufer zu stehen und das rauchende, matschige Meer mit seiner Zeitlupenbrandung zu beobachten“, schreibt Denning.

Wie Streusalz das Eis zähmt

Wenn ein großer Sturm vorhergesagt wird, machen sich oft Versorgungsfahrzeuge auf den Weg, um Straßen und Autobahnen vorzubehandeln, wobei sie normalerweise Steinsalz oder Salzwasserlösungen versprühen. Doch entgegen der landläufigen Meinung schmilzt Salz das Eis nicht.

Wasser gefriert bei 32 Grad Fahrenheit, aber wenn man es mit Salz mischt, sinkt der Gefrierpunkt. „Das Salz behindert die Fähigkeit der Wassermoleküle, feste Eiskristalle zu bilden“, erklärt Julie Pollock, Assistenzprofessorin für Chemie an der Universität von Richmond. „Der Grad der Gefrierpunktserniedrigung hängt davon ab, wie salzig die Lösung ist“. Wenn Trockensalz auf Eis gestreut wird, ist es auf die Sonne oder die Reibung der Autoreifen angewiesen, um das Eis zu schmelzen und es am erneuten Gefrieren zu hindern.

Salzimpulse können Pflanzen, Gewässer und Wasserorganismen schädigen, wenn sie von Straßen abgewaschen werden – vor allem während des Frühjahrsabflusses, der enorme Dosen mit sich bringen kann. Forscher arbeiten an der Suche nach unschädlicheren Alternativen und untersuchen derzeit Zusätze wie Melasse und Rübensaft.

Warum Bäume Schnee brauchen

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Rübenlake ist eine „ganz natürliche“ Methode zur Enteisung von Straßen

Schnee scheint nichts als Ärger zu bedeuten, vor allem, wenn man ihn schaufeln muss. Aber er ist auch eine wertvolle Ressource. Im Nordosten haben die Umweltwissenschaftler Andrew Reinmann und Pamela Templer herausgefunden, dass die winterliche Schneedecke wie eine Decke wirkt, die Baumwurzeln und Bodenorganismen vor der Kälte schützt.

In Versuchsflächen in Wäldern, in denen Reinmann und Templer den Schnee vom Boden entfernt haben, haben sie beobachtet, dass

„…der Frost einen Fuß oder mehr in den Boden eindringt, während er in nahegelegenen Vergleichsflächen mit unveränderter Schneedecke selten mehr als zwei Zoll tief reicht. Und so wie die Frost-Tau-Zyklen Schlaglöcher in den Straßen der Städte verursachen, zermürbt und tötet das Gefrieren des Bodens die Baumwurzeln und schädigt diejenigen, die überleben.“

Der Klimawandel verkürzt die Winter im Nordosten und verringert die Schneefälle, was schwerwiegende Auswirkungen auf die Wälder hat. „Der Verlust der Schneedecke kann das Waldwachstum, die Kohlenstoffbindung und die Nährstoffspeicherung verringern, was das ganze Jahr über erhebliche Auswirkungen auf den Klimawandel und die Luft- und Wasserqualität haben wird“, sagen Reinmann und Templer voraus.

Frozen Reservoirs

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Today’s #snowpack on Montgomery Pk in northern White Mtns CA, seen from down in Benton Valley. Sehr guter Schnee für Juni! pic.twitter.com/t8ikfbEY32

Schnee ist in den westlichen Bundesstaaten noch wertvoller, wo viele Gemeinden einen großen Teil ihres Trinkwassers aus einer Schneedecke beziehen, die in großen Höhen bis in die warmen Monate hinein liegen bleibt. Auch hier bedeutet die Erwärmung der Winter weniger Schnee, und Wissenschaftler beobachten bereits „Schneedürren“

Adrienne Marshall, eine Wissenschaftlerin, die sich an der Universität von Idaho mit Hydrologie und Klimawandel befasst, definiert eine Schneedürre als ein Jahr mit einer so geringen Schneedecke, wie sie historisch gesehen nur alle vier Jahre oder seltener vorkommt.

„Heute kommt es im Westen der USA in etwa 7 % der Fälle zu aufeinanderfolgenden Schneedürren“, schreibt sie. „Wenn die Treibhausgasemissionen weiter zunehmen, sagen unsere Ergebnisse voraus, dass es bis zur Mitte des Jahrhunderts in durchschnittlich 42 % der Jahre zu mehrjährigen Schneedürren kommen wird.“

Die Schneedecke schmilzt außerdem im Frühjahr früher, was bedeutet, dass im Sommer weniger Wasser zur Verfügung steht. Diese Veränderungen wirken sich das ganze Jahr über auf Städte, Bauernhöfe, Wälder, Wildtiere und die Freizeitindustrie im Westen aus.

Können wir es schneien lassen?

Wenn die Natur nicht so viel Schnee liefert, wie wir brauchen, wie können wir ihr dann helfen? Viele westliche Staaten und Behörden versuchen seit Jahren, genau das zu tun, indem sie Wolkenimpfstoffe in die Atmosphäre einbringen, von denen man annimmt, dass sie als künstliche Eiskristalle dienen und die Bildung von Schnee fördern.

Es gibt nur einen Haken: Niemand hat bewiesen, dass es tatsächlich funktioniert. Dennoch: „Westliche Staaten brauchen Wasser, und viele Entscheidungsträger glauben, dass Cloud Seeding ein kosteneffizienter Weg sein kann, um es zu produzieren“, schreiben die Atmosphärenwissenschaftler Jeffrey French und Sarah Tessendorf.

In einer Studie aus dem Jahr 2018 nutzten French, Tessendorf und Kollegen neue Computermodellierungstools und fortschrittliche Radargeräte, um herauszufinden, ob sie Eiskristalle erkennen können, die sich auf in Wolken injizierten Silberiodidpartikeln bilden. Sie hängten bildgebende Sonden an die Tragflächen von Forschungsflugzeugen, die in die gesäten Wolkenbereiche hinein- und wieder herausflogen. Und tatsächlich, in diesen Bereichen nahm die Bildung von Eiskristallen um Hunderte zu, was zur Bildung von Schnee führte. In den nicht besäten Gebieten traten keine derartigen Ergebnisse auf.

Weitere Forschungen sind erforderlich, um festzustellen, ob Wolkenimpfungen den Wasserhaushalt über große Gebiete verändern können. Und selbst wenn dies der Fall sein sollte, bleibt eine weitere Frage offen: Ob es die Kosten wert ist.

Nachdruck mit Genehmigung von The Conversation.