Nadchodzi zima a wraz z nią upragnione przez dzieci i narciarzy opady śniegu. W jaki sposób powstają śniegowe gwiazdki o rozmaitych kształtach?
Gdy temperatura chmury spadnie poniżej -13 st. C, niektóre ze składających się na nią kropelek zaczynają zamarzać. W wyższych temperaturach zazwyczaj pozostają w stanie ciekłym, bo chaotycznie połączonym cząsteczkom nie tak łatwo zacząć organizować się w uporządkowany kryształ tylko dlatego, że zrobiło się trochę chłodniej. Kropelki mają średnice rzędu kilku mikrometrów, a więc i powstające z nich kryształki są malutkie - do ich oglądania potrzebny byłby mikroskop.
Śnieżne zarodki mają kształt sześciokątów czy też sześciokątnych kolumienek, co związane jest z kształtem cząsteczek wody i tym, w jaki sposób "lubią" się ze sobą łączyć. Mając do wyboru przyłączenie się do płynnej lub stałej cząstki, molekuły wody preferują cząstki stałe. Dzięki temu płatki śniegu rosną i przyjmują postać coraz to bardziej skomplikowanych "gwiazdek". Ubytek pary wodnej z powietrza jest tymczasem uzupełniany w wyniku parowania stopniowo zanikających kropel.
Typowy kształt cząsteczki wody, składającej się z jednego atomu tlenu (na rysunku niebieski) i dwóch atomów wodoru (na rysunku żółte). W tle widać cząsteczki łączące się by stworzyć sześciokątną strukturę.
Płatek śniegu składa się z rozgałęzień wyposażonych w rozgałęzienia, na końcach i po bokach których dostrzec można kolejne rozgałęzione rozgałęzienia itd. Jest bardzo mało prawdopodobne, aby w naturalnych, nieuporządkowanych warunkach dwukrotnie powstała identyczna struktura. Nawet jeśli "na oko" gwiazdki wyglądają podobnie, to zawsze okaże się, że któraś gałązka ma o kilka cząsteczek mniej lub więcej, inna jest nieco przesunięta, jeszcze w innej molekuły nie ułożą się w równy kryształ sześciokątnych komórek.
Dlaczego tak się dzieje? Dlatego, że płatek śniegu to wynik losowania a nie seryjnej produkcji. Wymaga zestawienia około tryliona cząsteczek wody. Tymczasem kryształki, krople i para wodna stale są dość przypadkowo rozmieszczone w przestrzeni, a w dodatku stale unoszone i mieszane przez prądy powietrza. Różne płatki śniegu i różne ich części napotykają na swojej drodze różne ilości molekuł wody, z którymi zderzają się pod różnymi kątami i z różnymi prędkościami. Czasem zdarza się też spotkanie z kropelką wody, która przymarznie do płatka, tworząc nieregularny wyrostek, albo przeciwnie - nadtopi gwiazdkę. Płatki mogą rozpadać się pod wpływem przeciążeń albo w wyniku zderzeń. Wszystko to powoduje, że powtórzenie zestawu błędów i nieregularności jest praktycznie niemożliwe i przyglądając się śnieżynce możemy mieć pewność, że jest jedyna w swoim rodzaju.
Aleksandra Kardaś
Autorka jest fizykiem atmosfery, prowadzi kurs "Meteorologia przez Internet" (w projekcie COME UW), lubi oglądać zjawiska meteo z Ziemi i... z kosmosu (od czego mamy satelity?)
Czytaj także:
