Зима. На вулиці не дуже холодно, і йде сніг. Підставте рукав під падаючі пластівці – скільки сніжинок сцепилось між собою колючим краями! І кожну з них можна довго розглядати – настільки красивий і досконалий її унікальний візерунок. А як вони утворюються?
Подарунок з неба
Кожного разу пильне розглядання звичайної сніжинки викликає подив і захоплення. Досліджуючи це погодне явище близько 400 років тому, вперше науково описав, що таке сніжинки, німецький астроном Йоганн Кеплер у своєму трактаті «Новорічний подарунок. Про шестикутних сніжинки». Згодом безліч дослідників з різних країн вивчали це природне явище. Понад триста років тому пластівці снігу були вперше розглянуті з допомогою мікроскопа і замальовані. Фотографи також внесли свою лепту в пізнання цього зимового дива. Оригінальний метод фотографування сніжинок придумав російський фотограф А. А. Сигсон в кінці XIX століття.
Він зафіксував на плівку близько 200 різних форм сніжинок. Однак найбільше знімків крижаних зірок вдалося зробити американцеві Вілсону Бентлі – близько 5000! Його колекція фотографій сніжинок досі є найвідомішою.
Вода у твердому стані
Як утворюються в природі настільки досконалі лінії, як ніби вычерченные за кресленням? В атмосфері Землі міститься багато води завдяки постійному випаровуванню. З більш теплих шарів повітря переміщається в холодні, з мінусовими температурами, і там замерзає. Виходить, відповідь на питання “що таке сніжинки” дуже простий: це кристали льоду. Вони утворюються високо в небі, де дуже холодно, з застиглого водяної пари і повільно опускаються вниз. По дорозі до Землі з ними безперервно відбуваються складні метаморфози.
У чому секрет форми?
Чому крижані кристали такі різноманітні? З чого складається сніжинка і як вона набуває свою форму? Спочатку всередині водяної хмари утворюються зовсім крихітні кристали. Як не дивно, в центрі кожного з них зазвичай знаходиться найдрібніша частинка пилу, занесена в небеса вітром. Початковий розмір кристала – приблизно 0,1 мм. Як з’являються сніжинки з таких крижинок? Хмара постійно переміщується, і температура всередині нього змінюється. В результаті в кристалі відбуваються перетворення – він безперервно притягує до себе такі ж застиглі частинки води, які «приклеюються» до нього.
Саме тому форма сніжинок неповторна. Вона змінюється разом з температурою навколишнього повітря. З досвіду ми знаємо, що найчастіше снігові пластівці, що складаються з безлічі великих, ідеально рівних виблискуючих сніжинок, сиплються з неба при мінусовій температурі від -10 до 0 оС. Це пояснюється тим, що вологість повітря підвищується при підвищенні температури, і від цього все більше водяних кристалів, що плавають там, стикаються між собою і з’єднуються. Іноді зустрічаються сніжинки просто гігантських розмірів. Найбільша з них у діаметрі була близько 38 див.
Розгадка в молекулярній формулі
Будь-якого природного явища завжди можна знайти просте наукове пояснення. Давайте пригадаємо уроки хімії, щоб зрозуміти, що таке сніжинка. Формула води – H2O, її молекула складається з двох атомів водню і одного атома кисню. Тому в твердому стані вода утворює кристали з кількістю граней числом три або шість.Так виходять шестиконечні снігові квіти з вигадливим унікальним візерунком.
У вузлах шестигранною кристалічної решітки виникають нові зв’язки, і він ускладнюється, зростає в цих напрямках. На кожній грані ростуть крижані промінчики з ідентичним малюнком, так як нарощування кристалів на одній сніжинці відбувається синхронно в однакових умовах в єдиний проміжок часу. Кут між ними може бути 600 або 1200 градусів. Ні одна зі сніжинок не повторює іншу – в цьому головна загадка і привабливість цієї крижаної краси.
Легкі, як сніг
Як ми знаємо, сніг дуже легкий. Вся справа в тому, що при формуванні снігових кристалів химерної форми всередині них утворюються численні повітряні порожнечі. Що таке сніжинки, вірніше, їх кристали? Це своєрідна ажурна сітка, на 95% заповнена повітрям. Сніжинки – найлегша і об’ємна різновид снігових кристалів. Зазвичай вони важать близько міліграма. Тому вони дуже легкі і тихо ширяють в атмосфері, поступово опускаючись вниз.
Траєкторія руху і швидкість кожного кристала льоду індивідуальні. Завдяки цьому вони переміщуються в повітряних мас з різними температурами і змістом водяної пари і формують унікальні візерунки, що містять до 200 окремих кристалів. Сніжинки – найлегша і об’ємна їх різновид.
Також сніг буває у вигляді дрібної колючим сніжної крупи – там кристали спресовані більш щільно. Один кубометр снігу містить більше 300 мільйонів сніжинок.
Як ми знаємо, що вода не має кольору. Чому ж тоді сніжинки і сніг взагалі білого кольору? Їх межі відбивають сонячне світло, а він, як ми знаємо, складається з кольорового спектра, який розпадається білий колір. Цим можна пояснити «дивовижні» снігопади різних кольорів – між кристалами води, в залежності від різних причин, можуть вмерзнути різні речовини – від екзотичних червоних водоростей до звичайної вугільного пилу.
Сніжинки по-науковому
Виявляється, вчені вивчають сніжинки і навіть розрізняють кілька різновидів за способом утворення кристалів. Вони придумали для них різноманітні класифікації, в яких кількість різновидів доходить до 80. Найпростіша система визначення була запропонована в 1951 р. Комісією снігу і льоду Міжнародної асоціації наукової гідрології.
Вона включає сім видів кристалів:
- голчасті – витягнуті і гострі на кінцях, дійсно схожі на голки;
- зірчасті – класичні гексагональні сніжинки, які мають довгі гострі промінчики з хитромудрим малюнком;
- пластинки – нагадують плоскі шестигранники;
- стовпчики – тонкі трубочки, наповнені повітрям;
- об’ємні дендрити – кілька подтаявших і смерзшихся знову сніжинок;
- увінчані стовпчики – кристали, схожі на пластинки, тільки тривимірні;
- неправильні кристали – зі зламаними променями.
Не завжди взимку сніжинки виглядають як ідеальний шестигранний квітка. Як ми писали вище, це залежить від вологості і температури повітря.
Диво з холодних країв
Як ми знаємо, погода залежить від часу року і ступеня віддаленості місцевості від полюсів холоду. Спостерігати падаючі сніжинки взимку ми можемо тільки в певних температурних поясах планети.
Коли температура повітря поблизу земної поверхні вище нуля градусів, сніг просто не долітає до неї, тане і перетворюється на дощ. Тому жителі багатьох країн, розташованих в теплих широтах, позбавлені можливості спостерігати наяву це природне явище – снігопад. Вони бачили тільки на картинках. І навпаки, є місця на планеті, де панує вічна зима.
