Вот что стоит за поразительной формой снежинки
Снежинки получаются в бесконечном диапазоне форм и размеров. Многие из них выглядят как двумерные произведения искусства. Другие выглядят как спутанные ледяные нити. Большинство из них представлены в виде отдельных фрагментов, хотя некоторые могут быть представлены в виде множества чешуек. Общим для всех них является их источник: облака, которые обычно парят на высоте не менее километра (0,6 мили) над землей.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="370" height="413" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_snowflake_collisions.png " alt="370_snowflake_collisions.png" class="wp-image-2007374" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_snowflake_collisions.png 370 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_snowflake_collisions-167x186.png 167 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_snowflake_collisions-343x383.png 343 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 370 пикселей) 100 Вт, 370 пикселей" />
Зимой воздух там может быть очень холодным — и чем выше вы поднимаетесь, тем холоднее становится. Чтобы образовались снежинки, температура в облаках должна быть ниже нуля. Но не слишком холодная. Снежинки образуются из влаги, содержащейся в облаке. Если воздух станет слишком холодным, в облаке не будет достаточно воды, чтобы что-то могло выпасть в осадок. Поэтому необходимо соблюдать баланс. Вот почему большинство хлопьев образуются при температуре замерзания или чуть ниже нее — 0 ° по Цельсию (32° по Фаренгейту). Снег может образовываться и в более прохладных условиях, но чем холоднее становится, тем меньше влаги остается для образования снежинок.
На самом деле, чтобы образовались хлопья, воздух в облаке должен быть перенасыщен влагой. Это означает, что в воздухе содержится больше воды, чем обычно. (При перенасыщении относительная влажность может достигать 101 процента. Это означает, что в воздухе на 1 процент больше воды, чем он должен был бы удерживать.)
Когда в воздухе слишком много жидкой воды, облако попытается избавиться от ее избытка. Часть этого избытка может мгновенно застыть в виде кристаллов, которые затем, извиваясь, лениво падают на землю.
Или это простой ответ. Детали не так однозначны.
Одной холодной водой снежинки не сделаешь
Чтобы превратить облачную влагу в хлопья, требуется еще кое-что. Ученые называют это ядром (NOO-klee-uhs). Если каплям воды не на что опереться, они не могут замерзнуть. Даже когда температура воздуха значительно опускается ниже нуля, капли воды остаются жидкими — по крайней мере, до тех пор, пока у них не появится твердый предмет, к которому они смогут прикрепиться.
Обычно это может быть что-то вроде пыльцы, частиц пыли или каких-либо других частиц, находящихся в воздухе. Это могут быть аэрозоли, похожие на смог, или летучие органические соединения, выделяемые растениями. Даже мельчайшие частицы сажи или микроскопические кусочки металла, выброшенные в выхлопные газы автомобиля, могут стать ядрами, вокруг которых кристаллизуются снежинки.
Ученые говорят: «Изморозь»
Действительно, когда воздух очень чистый, влаге облака может быть очень трудно найти ядро.
Вблизи земли любой объект может оказаться подходящей зоной для замерзания. Именно так мы получаем образование инея на ветках деревьев, фонарных столбах или транспортных средствах. В отличие от инея, иней образуется, когда капли переохлажденной воды замерзают на незамерзающих поверхностях. (В отличие от этого, иней образуется, когда влага собирается на поверхностях в жидком виде, а затем замерзает.)
Высоко в облаках должны быть какие-то крошечные частицы, плавающие в воздухе, чтобы образовались кристаллы снега. Когда появятся подходящие условия, переохлажденные капли воды закрепятся на этих ядрах (NOO-klee-eye). Они делают это одна за другой, образуя кристаллы льда.
Как формируются снежинки
Чтобы понять, что скрывается за сложной формой снежинки, ученые обращаются к химии — взаимодействию атомов.Молекула воды, или H2O, состоит из двух атомов водорода, связанных с атомом кислорода. Это трио соединяется в узор “Микки Маус”. Это происходит из-за полярных ковалентных связей (Кон-ВАЙ-лент). Этот термин относится к трем атомам, каждый из которых делится электронами друг с другом, но неравномерно.
<загрузка изображения="ленивое" декодирование="асинхронное" width="370" height="1088" src="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0.png" alt="" class="wp-image-2007375" srcset="https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0.png 370 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0-63x186.png 63 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0-130x383.png 130 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0-153x450.png 153 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0-197x579.png 197 Вт, https://www.snexplores.org/wp-content/uploads/2019/11/370_3_snowflakes_composite_0-264x776.png 264 Вт" размеры="авто, (максимальная ширина: 370 пикселей) 100 Вт, 370 пикселей" />
Ядро кислорода больше, поэтому оно обладает большей тягой. Он сильнее притягивает отрицательно заряженные электроны, которыми они делятся. Это немного сближает эти электроны. Это также придает кислороду относительный отрицательный электрический заряд. Два атома водорода в конечном итоге становятся немного положительными с точки зрения заряда.Сама по себе структура молекулы воды напоминает широкую букву V. Но когда несколько молекул H2O оказываются близко друг к другу, они начинают поворачиваться так, что их электрические заряды соединяются в пары. Противоположные заряды притягиваются. Таким образом, отрицательный водород стремится к положительному кислороду. В результате получается форма шестиугольника.Вот почему снежинки имеют шесть сторон. Это связано с шестиугольной структурой большинства кристаллов льда. И шестиугольники объединяются. Они соединяются с другими шестиугольниками, расширяясь наружу.
Так рождается снежинка.
В каждом шестиугольнике много пустого пространства. Это объясняет, почему лед плавает на воде; Он менее плотный. Более теплые молекулы H2O в жидкой фазе обладают слишком высокой энергией, чтобы образовать жесткий шестиугольник. В результате в виде твердого льда то же количество молекул H2O занимает на 9 процентов больше места, чем в виде жидкой воды.
В зависимости от температуры эти шестиугольники соединяются друг с другом и растут по-разному. Иногда из них получаются иглы. Другие могут образовывать ветвистые дендриты. Все они красивы. И у каждого есть своя уникальная история роста кристаллов.
Структура снежинок представляет научный интерес с тех пор, как Уилсон Олвин “Снежинка» Бентли в 1885 году прикрепил микроскоп к своей камере и стал первым человеком, который сфотографировал их.
Эти недолговечные кристаллы до сих пор привлекают ученых. Чтобы лучше запечатлеть их форму и движение, Тим Гарретт из Университета Юты в Солт-Лейк-Сити недавно сконструировал усовершенствованную камеру для съемки снежинок. Он использовал его, чтобы увидеть разнообразие падающих хлопьев изнутри.
Снежинки по номерам
1. Обычная снежинка может содержать 1 000 000 000 000 000 000 000 молекул воды, или один квинтиллион молекул воды. Это миллион раз, миллион раз на миллион! Эти строительные блоки могут образовывать практически бесконечное множество узоров. Таким образом, само собой разумеется, что ни одна снежинка, с которой вы столкнетесь, никогда не будет в точности одинаковой.
2. Снежинки, как правило, меньше толщины монеты в диаметре. Но время от времени образуются настоящие громадины. В январе 1887 года фермер с ранчо в Монтане сообщил, что снежинки “больше молочных бидонов”. Таким образом, их диаметр составлял около 38 сантиметров (15 дюймов). Поскольку это было еще до появления портативных домашних камер, это число можно оспорить. Но иногда образуются снежинки размером более 15,2 сантиметров (6 дюймов). Крупные снежинки, как правило, образуются, когда температура близка к минусовой и воздух влажный. Размер снежинки также зависит от других факторов. К ним относятся скорость и направление ветра, точка росы и даже то, насколько наэлектризованы различные слои атмосферы. Но никто никогда по-настоящему не проводил измерений, когда летели гигантские хлопья.
3. Большинство снежинок падают примерно со скоростью пешехода — от 1,6 до 6,4 километра (от 1 до 4 миль) в час.
4.Облако, в котором образуются снежинки, обычно имеет длину от одного до двух километров (0,6до 1,2 миль), каждое кристаллическое чудо может дрейфовать от 10 минут до более чем часа, прежде чем достигнет земли. Иногда их уносит обратно вверх, и им требуется несколько попыток, чтобы добраться до земли.
