Een sneeuwvlok heeft zes armen omdat watermoleculen in zeshoeken stapelen.

Het begint bij één watermolecuul

Een watermolecuul bestaat uit één zuurstofatoom en twee waterstofatomen, in een lichte V-vorm. Als water bevriest, haken die moleculen op een vaste manier in elkaar. De natuurkundige Kenneth Libbrecht van het California Institute of Technology, die al tientallen jaren sneeuwkristallen bestudeert, legt aan PBS uit dat watermoleculen zich graag in een zeshoekig rooster rangschikken.

Dat rooster bestaat uit ontelbare zeshoekjes naast en boven elkaar. Het is dezelfde structuur die ervoor zorgt dat ijs meer ruimte inneemt dan vloeibaar water. Daardoor drijft ijs op water, en niet andersom.

Van prisma naar ster

Een sneeuwkristal begint hoog in een wolk, meestal rond een minuscuul stofje. Er hechten waterdampmoleculen aan vast, die direct ijs worden. Het eerste kristalletje groeit uit tot een klein zeshoekig prisma, een soort plat potloodstompje met zes zijkanten. Dat komt doordat sommige oppervlakken van het kristal langzamer groeien dan andere, en die gladde vlakken worden de zijkanten.

Dan gebeurt er iets opvallends. De zes hoekpunten steken net iets verder uit in de vochtige lucht dan de rest. Ze vangen daardoor iets sneller nieuwe waterdamp op en groeien sneller. Uit elk hoekpunt ontstaat een arm. Groeit het kristal snel, dan ontspruiten aan die armen weer zijtakjes. Zo ontstaat de bekende ster.

Waarom zijn de zes armen zo gelijk?

Als elke arm apart groeit, hoe kan een sneeuwvlok dan zo symmetrisch zijn? Het antwoord: de armen ondergaan exact hetzelfde. Het kristal is zo klein dat de temperatuur en vochtigheid om alle zes armen heen vrijwel gelijk zijn. Valt het kristal door een iets warmere of vochtigere luchtlaag, dan reageren alle armen op hetzelfde moment op dezelfde manier. Zonder dat ze met elkaar "overleggen", groeien ze dus gelijk op.

Temperatuur bepaalt de vorm

Al in de jaren dertig ontdekte de Japanse natuurkundige Ukichiro Nakaya dat de vorm van sneeuwkristallen sterk afhangt van temperatuur en luchtvochtigheid. Volgens Quanta Magazine heeft Libbrecht daar een model voor ontwikkeld. Bij sommige temperaturen groeien vooral platte plaatjes en sterren, bij andere juist lange zuiltjes of naalden. Bij lage luchtvochtigheid krijg je eenvoudige plaatjes en zeshoekige blokjes, bij hoge vochtigheid uitbundig vertakte sterren.

Een sneeuwvlok draagt zo de geschiedenis van zijn val met zich mee. Elke laag waar hij doorheen viel, heeft een spoor achtergelaten in de vorm van de armen.

Is echt elke sneeuwvlok uniek?

Omdat geen twee kristallen precies dezelfde route door de wolk volgen, is de kans dat twee complexe sneeuwvlokken in de natuur identiek zijn verwaarloosbaar klein. Maar in het laboratorium is het wel mogelijk. Libbrecht kweekt kristallen onder zorgvuldig gecontroleerde omstandigheden. Volgens PBS liet hij zien dat twee kristallen die precies dezelfde omstandigheden doorlopen, als een tweeling kunnen groeien.

Kijk bij de eerste sneeuw eens met een vergrootglas naar een vlok op een donkere jas. Vaak zie je samengeklonterde of afgebroken kristallen, maar soms vang je een complete zesarmige ster. IJs maken kan overigens ook met opzet: in Dokkum staat een fontein die zelf ijs maakt.