Płatek śniegu
.jpg)
Płatek śniegu to pojedynczy kryształ lodu , który osiągnął wystarczającą wielkość i mógł połączyć się z innymi, które wpadają przez ziemską atmosferę w postaci śniegu . Każdy płatek zarodkuje wokół cząsteczki pyłu w przesyconych masach powietrza, przyciągając przechłodzone kropelki wody z chmur, które zamarzają i gromadzą się w postaci kryształów. Złożone kształty pojawiają się , gdy płatek porusza się przez różne strefy temperatury i wilgotności w atmosferze, tak że poszczególne płatki śniegu różnią się szczegółami od siebie, ale można je podzielić na osiem szerokich klasyfikacji i co najmniej 80 indywidualnych wariantów. Głównymi kształtami składowymi kryształków lodu, z których mogą wystąpić kombinacje, są igła, kolumna, płyta i szadź. Śnieg wydaje się biały, mimo że składa się z czystego lodu. Jest to spowodowane rozproszone odbicie całego spektrum światła przez małe kryształowe fasetki płatków śniegu.
Tworzenie
Płatki śniegu zarodkują wokół cząstek mineralnych lub organicznych w nasyconych wilgocią, zamarzających masach powietrza. Rosną przez akrecję netto do początkowych kryształów w sześciokątnych formacjach. Siły spójności są głównie elektrostatyczne.
Jądro
W cieplejszych chmurach cząstka aerozolu lub „jądro lodu” musi być obecne w kropelce (lub w kontakcie z nią), aby działać jak jądro. Cząstki tworzące jądra lodu są bardzo rzadkie w porównaniu z jądrami, na których tworzą się kropelki cieczy; jednak nie jest zrozumiałe, co czyni je wydajnymi. Gliny, pył pustynny i cząsteczki biologiczne mogą być skuteczne, chociaż nie jest jasne, w jakim stopniu. Sztuczne jądra obejmują cząsteczki jodku srebra i suchego lodu , które są wykorzystywane do stymulacji opadów podczas zasiewania chmur . Eksperymenty pokazują, że „jednorodne” zarodkowanie kropelek chmur występuje tylko w temperaturach niższych niż -35 ° C (-31 ° F).
Wzrost
Gdy kropla wody zamarznie jako jądro lodu, rośnie w przesyconym środowisku, w którym płynna wilgoć współistnieje z lodem poza punktem równowagi w temperaturach poniżej zera. Kropelka następnie rośnie poprzez osadzanie cząsteczek wody w powietrzu (parze) na powierzchni kryształków lodu, gdzie są zbierane. Ponieważ kropelki wody są znacznie liczniejsze niż kryształki lodu ze względu na ich obfitość, kryształy mogą urosnąć do setek mikrometrów lub milimetrów kosztem kropelek wody. Proces ten jest znany jako Proces Wegenera – Bergerona – Findeisena . Odpowiednie ubytek pary wodnej powoduje odparowanie kropelek, co oznacza, że kryształki lodu rosną kosztem kropelek. Te duże kryształy są skutecznym źródłem opadów, ponieważ spadają przez atmosferę ze względu na swoją masę i mogą zderzać się i sklejać w klastry lub agregaty. Agregaty te są zwykle rodzajem cząstek lodu, które spadają na ziemię. Księga Rekordów Guinnessa wymienia największe na świecie skupione płatki śniegu, takie jak te ze stycznia 1887 r . W Fort Keogh w Montanie , o których twierdzono, że mają szerokość 15 cali (38 cm) - znacznie poza normalnie udokumentowanym zakresem zagregowanych płatków o szerokości trzech lub czterech cali. Zaobserwowano monokryształy wielkości monety ( o średnicy 17,91 mm). Płatki śniegu otoczone szronem tworzą kulki znane jako graupel .
Wygląd
Kolor
Chociaż lód sam w sobie jest przezroczysty, śnieg zwykle wydaje się biały z powodu rozproszonego odbicia całego spektrum światła przez rozpraszanie światła przez małe kryształowe fasetki płatków śniegu, z których się składa.
Kształt
Kształt płatka śniegu zależy zasadniczo od temperatury i wilgotności, w których się tworzy. Rzadko, w temperaturze około -2 ° C (28 ° F), płatki śniegu mogą tworzyć potrójną symetrię - trójkątne płatki śniegu. Większość cząstek śniegu ma nieregularny kształt, pomimo ich powszechnego przedstawiania jako symetrycznych. Jest mało prawdopodobne, aby jakiekolwiek dwa płatki śniegu były takie same ze względu na szacunkową liczbę 10 19 (10 kwintylionów) cząsteczek wody, które składają się na typowy płatek śniegu, które rosną w różnym tempie i według różnych wzorów w zależności od zmieniającej się temperatury i wilgotności w atmosferze, przez którą płatek śniegu spada w drodze na ziemię. Płatki śniegu, które wyglądają identycznie, ale mogą różnić się na poziomie molekularnym, zostały wyhodowane w kontrolowanych warunkach.
Chociaż płatki śniegu nigdy nie są idealnie symetryczne, wzrost niezagregowanego płatka śniegu często zbliża się do sześciokrotnej symetrii promieniowej , wynikającej z sześciokątnej krystalicznej struktury lodu. Na tym etapie płatek śniegu ma kształt małego sześciokąta. Sześć „ramion” płatka śniegu, czyli dendrytów, rośnie następnie niezależnie od każdego z rogów sześciokąta, podczas gdy każda strona każdego ramienia rośnie niezależnie. Mikrośrodowisko, w którym rośnie płatek śniegu, zmienia się dynamicznie, gdy płatek śniegu spada przez chmurę, a niewielkie zmiany temperatury i wilgotności wpływają na sposób, w jaki cząsteczki wody przyczepiają się do płatka śniegu. Ponieważ mikrośrodowisko (i jego zmiany) są prawie identyczne wokół płatka śniegu, każde ramię ma tendencję do wzrostu prawie w ten sam sposób. Jednak przebywanie w tym samym mikrośrodowisku nie gwarantuje, że każde ramię będzie rosło tak samo; w rzeczywistości w przypadku niektórych form kryształów tak nie jest, ponieważ podstawowy mechanizm wzrostu kryształów wpływa również na szybkość wzrostu każdego obszaru powierzchni kryształu. Badania empiryczne sugerują, że mniej niż 0,1% płatków śniegu ma idealny sześciokrotnie symetryczny kształt. Bardzo rzadko obserwuje się dwanaście rozgałęzionych płatków śniegu; zachowują sześciokrotną symetrię.
Klasyfikacja
Płatki śniegu tworzą szeroką gamę skomplikowanych kształtów, co prowadzi do przekonania, że „nie ma dwóch takich samych”. Chociaż prawie identyczne płatki śniegu zostały wykonane w laboratorium, jest bardzo mało prawdopodobne, aby można je było znaleźć w naturze. Początkowe próby znalezienia identycznych płatków śniegu poprzez fotografowanie tysięcy z nich pod mikroskopem od 1885 roku przez Wilsona Alwyna Bentleya pozwoliły znaleźć szeroką gamę płatków śniegu, które znamy dzisiaj.
Ukichiro Nakaya opracował diagram morfologii kryształów, odnoszący kształt kryształów do warunków temperatury i wilgotności, w których powstały, co podsumowano w poniższej tabeli:
| Zakres temperatury | Zakres nasycenia (g/m 3 ) | Rodzaje kryształków śniegu poniżej nasycenia |
Rodzaje kryształków śniegu powyżej nasycenia |
|---|---|---|---|
| 0 ° C (32 ° F) do -3,5 ° C (26 ° F) | 0,0 do 0,5 | Solidne talerze | Cienkie talerze Dendryty |
| -3,5 ° C (26 ° F) do -10 ° C (14 ° F) | 0,5 do 1,2 | Solidne pryzmaty Puste pryzmaty |
Puste pryzmaty Igły |
| -10 ° C (14 ° F) do -22 ° C (-8 ° F) | 1,2 do 1,2 | Cienkie talerze Solidne talerze |
Płyty sektorowe Dendryty |
| -22 ° C (-8 ° F) do -40 ° C (-40 ° F) | 0,0 do 0,4 | Cienkie talerze Solidne talerze |
Kolumny Pryzmaty |
Kształt płatka śniegu zależy przede wszystkim od temperatury i wilgotności, w których się tworzy. Zamrażanie powietrza do -3 ° C (27 ° F) sprzyja powstawaniu płaskich kryształów (cienkich i płaskich). W zimniejszym powietrzu do -8 ° C (18 ° F) kryształy tworzą puste kolumny, graniastosłupy lub igły. W powietrzu tak zimnym jak -22 ° C (-8 ° F) kształty ponownie stają się podobne do płyt, często z cechami rozgałęzionymi lub dendrytycznymi. W temperaturach poniżej -22 ° C (-8 ° F) kryształy stają się płytkowate lub kolumnowe, w zależności od stopnia nasycenia. Jako Nakaya odkryto, kształt jest również funkcją tego, czy przeważająca wilgotność jest powyżej, czy poniżej nasycenia. Formy poniżej linii nasycenia zmierzają bardziej w stronę solidności i zwartości. Kryształy powstające w przesyconym powietrzu mają tendencję do bardziej koronkowej, delikatnej i ozdobnej. Tworzy się również wiele bardziej złożonych wzorców wzrostu, takich jak płaszczyzny boczne, rozety pocisków, a także typy płaskie, w zależności od warunków i jąder lodu. Jeśli kryształ zaczął się formować w reżimie wzrostu kolumny, w temperaturze około -5 ° C (23 ° F), a następnie przechodzi do cieplejszego reżimu przypominającego płytkę, wówczas kryształy płytkowe lub dendrytyczne wyrastają na końcu kolumny, wytwarzając tak zwane „kolumnami ograniczonymi”.
Magono i Lee opracowali klasyfikację świeżo uformowanych kryształków śniegu, która obejmuje 80 różnych kształtów. Są one wymienione w następujących głównych kategoriach (symbolem):
- Kryształ igiełkowy (N) – dzieli się na: proste i kombinacje igieł
- Kryształ kolumnowy (C) - podzielony na: proste i kombinacje kolumn
- Kryształ płytkowy (P) - podzielony na: zwykły kryształ w jednej płaszczyźnie, płaski kryształ z przedłużeniami, kryształ o nieregularnej liczbie rozgałęzień, kryształ z 12 rozgałęzieniami, zdeformowany kryształ, promieniujący zespół płaskich rozgałęzień
- Kombinacja kryształów kolumnowych i płytkowych (CP) - Dzieli się na: Kolumnę z płaskim kryształem na obu końcach, pocisk z płaskimi kryształami, płaski kryształ z przestrzennymi przedłużeniami na końcach
- Kryształ kolumnowy z rozszerzonymi płaszczyznami bocznymi (S) - podzielony na: płaszczyzny boczne, płaszczyzny boczne przypominające łuski, kombinację płaszczyzn bocznych, pocisków i kolumn
- Kryształ w oprawie (R) - Dzieli się na: kryształ w oprawie, kryształ w gęstej oprawie, kryształ graupelowy, graupel
- Nieregularny kryształ śniegu (I) - Dzieli się na: cząsteczkę lodu, cząstkę otoczoną, odłamany kawałek kryształu, różne
- Zarodek kryształu śniegu (G) - podzielony na: maleńką kolumnę, zarodek w postaci szkieletu, maleńką sześciokątną płytkę, drobny kryształ gwiezdny, drobny zbiór płytek, nieregularny zarodek
Każdy dokumentowali mikrofotografią.
Międzynarodowa klasyfikacja sezonowego śniegu na ziemi opisuje klasyfikację kryształków śniegu po osadzeniu się na ziemi, która obejmuje kształt i wielkość ziaren. System charakteryzuje również pokrywę śnieżną, ponieważ poszczególne kryształy metamorfizują i łączą się.
Użyj jako symbolu
Płatek śniegu jest często tradycyjnym sezonowym obrazem lub motywem używanym w okresie świątecznym , zwłaszcza w Europie i Ameryce Północnej. Jako chrześcijańska , Boże Narodzenie celebruje wcielenie Jezusa , który według wierzeń chrześcijańskich zadośćuczyni za grzechy ludzkości; tak więc w europejskich i północnoamerykańskich tradycjach bożonarodzeniowych płatki śniegu symbolizują czystość. Płatki śniegu są również tradycyjnie kojarzone z „ białymi świętami”. " pogoda, która często występuje w okresie Bożego Narodzenia. W tym okresie dość popularne jest robienie papierowych płatków śniegu poprzez kilkukrotne złożenie kartki papieru, wycięcie nożyczkami wzoru, a następnie rozwinięcie go. Księga Izajasza odnosi się do odkupienia grzechów sprawiając, że stają się „białe jak śnieg” przed Bogiem (zob. Izajasz 1:18 );
Płatki śniegu są również często używane jako symbole przedstawiające zimę lub zimno. Na przykład opony zimowe , które poprawiają przyczepność w trudnych zimowych warunkach jazdy, są oznaczone płatkiem śniegu na symbolu góry. Stylizowany płatek śniegu był częścią godła Zimowych Igrzysk Olimpijskich 1968 , Zimowych Igrzysk Olimpijskich 1972 , Zimowych Igrzysk Olimpijskich 1984 , Zimowych Igrzysk Olimpijskich 1988 , Zimowych Igrzysk Olimpijskich 1998 i Zimowych Igrzysk Olimpijskich 2002 .
Sześcioramienny stylizowany sześciokątny płatek śniegu używany w Zakonie Kanady (narodowy system honorowy) stał się symbolem północnego dziedzictwa i różnorodności Kanadyjczyków .
W heraldyce płatek śniegu jest stylizowaną szarżą . Trzy różne symbole płatków śniegu są zakodowane w Unicode : „płatek śniegu” w U + 2744 (❄); „ciasny trójlistkowy płatek śniegu” w U + 2745 (❅); i „ciężki w jodełkę ” w U + 2746 (❆).
Galeria
Wybór fotografii wykonanych przez Wilsona Bentleya (1865–1931):
Zobacz też
- Płatek śniegu Kocha - krzywa matematyczna przypominająca płatek śniegu.
- Sekka Zusetsu - Przewodnik po formach płatków śniegu napisanych w Japonii w XIX wieku.
- Selburose — ośmioramienny kwiatowy wzór, który można pomylić z płatkiem śniegu.
- Kalendarium badań płatków śniegu
Dalsza lektura
- Kenneth G. Libbrecht (2006). Przewodnik terenowy Kena Libbrechta po płatkach śniegu . Prasa Voyageur. ISBN 978-0-7603-2645-9 .
Linki zewnętrzne
- Profesor California Institute of Technology , Kenneth G. Libbrecht , informacje o parametrach powstawania płatków śniegu:
