Elemencik
Cotygodniowa porcja wiedzy
Ziiiima…… Dla jednych koszmar, wizja syzyfowych prac przy odśnieżaniu i okres nieprzerwanie opóźnionej komunikacji miejskiej. Dla innych to z kolei czas ferii, wypraw na narty i łyżwy. Czy jest jednak coś czego nie wiemy o tej pięknej porze roku, oprócz tego, że zawsze zaskakuje kierowców w Polsce. Dzisiaj przyjrzymy się bliżej jednemu z unikatowych dla tej pory roku zjawisk atmosferycznych jakim jest śnieg. Postaramy się również odpowiedzieć na pytanie czy każdy płatek śniegu jest inny.
Śnieg to nic innego jak zlepki kryształów lodu powstające w wyniku bezpośredniej zamiany pary wodnej w lód. Kryształ lodu dzięki tak zwanym wiązaniom wodorowym ma strukturę heksagonalną. Jego komórka elementarna, czyli najmniejszy fragment powtarzający się w sieci krystalicznej ma kształt graniastosłupa o podstawie sześciokąta. To właśnie dlatego kryształki lodu mają sześciokrotną oś symetrii co przesądza o kształcie płatków śniegu. Początków płatków śniegu szukamy oczywiście w chmurach. Powstają one w chmurze, jeśli znajduje się tam duże nasycenie pary wodnej. Gdy temperatura staje się ujemna i obecne jest tak zwane centrum krystalizacji na przykład drobinka kurzu czy pyłek kwiatowy to właśnie na nim rozpoczyna się kondensacja cząsteczek wody i tworzenie kryształów.
Mała ciekawostka – woda destylowana właśnie z powodu braku owych drobnych zanieczyszczeń może utrzymywać stan ciekły nawet w temperaturze -40 stopni Celsjusza.
Na samym początku wszystkie kryształki lodu rosną tak samo tworząc sześcian foremny. Jednak w czasie podróży płatka śniegu w kierunku powierzchni ziemi, zmienia się zarówno wilgotność jak i temperatura otoczenia. Na wystających krawędziach płatka mogą tworzyć się nowe kryształy inaczej ustawione w przestrzeni niż wcześniejsze formy. Taki proces może zajść nawet kilka razy od chwili powstania płatka śniegu, aż do momentu kiedy dotknie powierzchni ziemi. To właśnie dlatego płatki śniegu mogą mieć bardzo złożone kształty. Zachowana jest jednak symetria, bowiem odległość między ramionami śniegowej gwiazdki jest na tyle mała, że każde z ramion rośnie w praktycznie tej samej temperaturze i wilgotności. To oznacza, że rośnie w identyczny sposób.
A gdyby płatek śniegu wylądował na mojej dłoni? Czy jego kształt mógłby mi coś powiedzieć na temat jego drogi w kierunku ziemi? Odpowiedź brzmi : TAK.
W bardzo niskich temperaturach poniżej –20 stopni Celsjusza próżno nam szukać w padającym śniegu wymyślnych kształtów, które mogłyby przypominać gwiazdki. Na przykład na ziemskich biegunach pada śnieg w kształcie kolumienek lub też płaskich płytek o podstawie sześciokąta. Największe i najpiękniejsze śnieżynki powstają w przedziale temperatur od -10 do -20 stopni Celsjusza i przy dużej wilgotności powietrza. W takich warunkach powstają dorodne płatki o rozmiarach od 2 do 4 milimetrów. Im wyższa wilgotność, tym kryształki lodu mają bardziej złożone struktury.
No i najważniejsze. Nie ma dwóch takich samych płatków śniegu! Co wynika z faktu, że nawet dla powstałych w bezpośrednim sąsiedztwie płatków, droga na ziemie nigdy nie będzie taka sama. W konsekwencji wpływ zmiany temperatury i wilgotności na każdy z nich będzie inny. Dodatkowo każdy płatek może posiadać inne centrum kondensacji, będące skupiskiem pierwszych cząsteczek wody, a przecież właśnie od kształtu i wielkości centrum krystalizacji zależą pierwsze chwile formowania się jego. Właśnie dla tego każdy płatek śniegu jest na swój sposób wyjątkowy.
Polecam również wcześniejsze Elemenciki.
Autor: Mateusz Grabarczyk, ELEMENTUM
Źródła:
Zbigniew Bojarski, Marek Gigla, Krystalografia, 2014, wydawnictwo PWN
Krystalografia i chemia strukturalna – Meerssche, wydawnictwo PWN, Warszawa 1984 r.