Форма і склад сніжинок, походження сніжинок
Розміри окремих сніжинок можуть бути дуже різними. Зазвичай сніжинки мають близько 5 мм в діаметрі при масі 0,004 р Найбільші лінійні розміри зазвичай мають голчасті зірки (їх радіус досягає 4-5 мм). Сніжинки часто з'єднуються між собою і випадають у вигляді пластівців. Розміри пластівців можуть досягати дуже великої величини, спостерігалися пластівці радіусом до 15-20 см.
Форма сніжинок відображає внутрішню впорядкованість молекул води, коли вони знаходяться в твердому стані - у вигляді льоду або снігу. Сніжинки ростуть точно так же, як ростуть кристали будь-якої речовини, що переходить з рідкого стану в тверде: з'єднуючись між собою, молекули води прагнуть максимізувати сили взаємного тяжіння і мінімізувати сили відштовхування, так як енергія системи при кристалізації зменшується. Всього через кілька хвилин впавши на теплу поверхню сніжинка втратить свою декоративну структуру, свій унікальний образ, який ніколи знову не повториться.
З чого ж складається сніг?
І сніжинки, і снігові кристали утворюються з льоду. Кристал снігу, як мається на увазі з його назви, єдиний крижаний кристал. Сніжинка - більш загальний термін; він може мати на увазі як індивідуальний кристал снігу, так і кілька сніжних кристалів, які тримаються разом, або ж великі скупчення снігових кристалів, що формують сніг, який падає з хмар.
Структура кристалів льоду.
Молекули природної води в кристалі льоду формують шестикутну грати. Шестикратна симетрія сніжинок бере свій початок від кристалічної решітки льоду. Сніжинки ростуть з випарів води.
Сніжинки - це не замерзлі дощові краплі. Іноді краплі дощу замерзають, поки падають, але це називається «град». Градини не мають жодного ретельно розробленого і симетричного зразка, які виявляються в кристалах снігу.
Снігові кристали утворюються, коли випаровування води конденсуються безпосередньо в лід, що трапляється в хмарах. Сніжинки виникають внаслідок росту кристалів. Найголовніша форма кристалічного снігу - шестикутна призма, показана вище. Ця структура виникає, тому що певні поверхні кристала, поверхні граней, накопичують матеріал дуже повільно.
Походження складних форм сніжинок.
Відповідь на це питання лежить в тому, як молекули води переміщаються через повітря, щоб конденсуватися на зростаючому кристалі снігу. Молекули поширюються через повітря, щоб досягти кристала, і ця дифузія уповільнює їх наростання. Більш віддалені молекули води повинні довше переміщатися в повітрі, щоб досягти зростаючого кристала. Отже, розглянемо плоску крижану поверхню, яка росте в повітрі. Якщо відбувається маленьке зіткнення і залишається на поверхні, то слід від нього висувається трохи далі, ніж інша частина кристала. Це означає, що інші молекули води можуть досягти цього місця швидше, ніж решта частини кристала, оскільки до неї їм доводиться переміщатися далі.
Зі збільшенням числа молекул води, що досягають місця зіткнення, місце зіткнення зростає швидше. Через короткий час зіткнення відбуваються все частіше, і зростання відбувається ще швидше. Потім виникає те, що називається нестійкістю розгалуження - нові маленькі зіткнення зароджуються на великих гілках, і стають місцем утворення бічних гілок. Так народжується складність. Ця нестійкість - головна причина в створенні складних форм сніжних кристалів.
Першим вивчати сніжинки почав відомий астроном Йоганн Кеплер. У 1611 році він випустив трактат «Про шестикутні сніжинки», в якому в основному розбирав геометричні аспекти їх будови.
Існує поширена переконання про те, що двох однакових сніжинок в природі не буває. Здавалося б, як же так. З неба сиплються мільйони. Але, з іншого боку, якщо дуже грубо прикинути, то в снежинке приблизно 1020 молекул води, а людське око здатне визначити близько 100 візуальних параметрів сніжинки. Так що така мозаїка може скластися кінцевим, але шалено величезним числом способів. А якщо згадати, що атоми кисню і водню мають різні ізотопи, а в складі води все одно є домішки ... в загальному, варто прийняти, що двох однакових сніжинок в природі немає. Зате у кристалів симетрична форма. Макроскопічні фактори (температура, тиск, концентрації різних речовин) в такому невеликому просторі, як поточний стан зародка кристала в момент часу, відрізняються несильно, і зростання на всі боки однаковий. Поки не відбудеться облом або, навпаки, злипання.