Про сніжинки причини і різновиди - все найцікавіше!
Зараз стоїть спекотне літо (сподіваємося, оскільки в момент написання статті на вулиці сніг і мороз). І саме час згадати про щось прохолодному, зимовому. Про сніжинки: причини і різновиди сніжинок будуть порушені в цій статті. Плюс ряд красивих фотографій прямо з-під електронного мікроскопа. Так що розділ «Вода» і підрозділ «Чиста вода» поповнюються новою статтею.
Про сніжинки: причини і різновиди ми розглянемо настільки детально, наскільки це вийде. Будемо по-можливості ілюструвати матеріал картинками 🙂
Сніжинка - сніговий або крижаний кристал, найчастіше у формі шестипроменевих зірочок або шестикутних пластинок.
Під час дуже сильних морозів (при температурі нижче -30 ° C) крижані кристали випадають у вигляді «алмазної пилу» - в цьому випадку на поверхні землі утворюється шар дуже пухнастого снігу, що складається з тоненьких крижаних голочок.
Зазвичай же в процесі свого руху всередині крижаного хмари крижані кристали зростають за рахунок безпосереднього переходу водяної пари в тверду фазу. Як саме відбувається це зростання, залежить від зовнішніх умов, зокрема від температури і вологості повітря.
В одних умовах крижані шестигранники посилено ростуть уздовж своєї осі, і тоді утворюються сніжинки витягнутої форми - сніжинки-стовпчики, сніжинки-голки. В інших умовах шестигранники ростуть переважно в напрямках, перпендикулярних до їх осі, і тоді утворюються сніжинки у вигляді шестикутних пластинок або шестикутних зірочок. До падаючої снежинке може примерзнути крапелька води - в результаті утворюються сніжинки неправильної форми.
У чому причини такого розмаїття різновидів сніжинок? Зараз спробуємо розібратися.
У чому різниця між сніжинками і кристалами льоду?
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 води в кристалі льоду формують шестикутну грати (див. Малюнок). Червоні кулі - атоми кисню. Сірі палички - атоми водню. За два водню на один кисень - Н2О. 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. Це пов'язано з тим, що поверхня, де утворюються кути, більш енергетично нерівноважна, ніж та, яка утворює площину, так як на кутах більша ймовірність утворити зв'язок молекул один з одним. Це легко продемонструвати на чотирикутні кристалі - найпростішої формі.
З шестикутними призмами та ж історія. На фотографії можна побачити шестикутні сніжинки, зібрані на Південному Полюсі Уолтером Тайпеї (Walter Tape). Ці сніжинки виросли досить великими, так як їх замерзання відбувалося протягом дуже тривалого часу, що дозволило правилом освіти кристалів льоду повністю проявити себе.
Шестикутна призма включає дві шестикутні «базові» поверхні і шість прямокутних «призматичних» поверхонь, як показано на малюнку. Зауважте, що шестикутна призма може бути пластинчастої або столбчатой, що залежить від швидкості росту поверхонь.
Коли снігові кристали дуже маленькі, вони існують здебільшого у формі простих шестикутних призм. Але коли вони ростуть, «гілки» пускають паростки від кутів призм, створюючи більш складні форми.
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.
Коли нестійкість розгалуження застосовується до кристалу снігу знову і знову, в результаті утворюється те, що називається крижаним дендритом. Слово «дендрит» означає «древообразная», і зірчасті деревовидні кристали снігу є звичайними.
Швидкість дифузії молекул води можна змінювати в лабораторії. Якщо снігові кристали вирощуються в повітрі нижче атмосферного тиску, вони менш гіллясті. Це відбувається тому, що дифузія не обмежує приріст при низькому тиску, отже, нестійкість розгалуження не так інтенсивна. При високому тиску утворюються більш гіллясті кристали снігу.
Зростання сніжних кристалів залежить від рівноваги між гранями і розгалуженням. Грані прагнуть створювати прості плоскі поверхні, а розгалуження - більш складні структури. Взаємодія між гранями і розгалуженням є тонким і сильно залежить від таких параметрів, як температура і вологість. Це означає, що снігові кристали можуть рости багатьма різними способами, що призводить до великої різноманітності, яке спостерігається в формах сніжинок.
До речі, з гіллястістю і різновидами сніжинок пов'язаний їх білий колір. так, Білий колір походить від укладеного в снежинке повітря. Світло всіляких частот відбивається на граничних поверхнях між кристалами і повітрям і розсіюється. Сніжинки складаються на 95% з повітря, що зумовлює низьку щільність і порівняно повільну швидкість падіння (0,9 км / год).
Такі ось цікаві причини виникнення величезної кількості різновидів сніжинок.
