Как рождается снежинка?

На большой высоте над землёй при температуре от 0 до 40 градусов водяные пары быстро превращаются в кристаллики изо льда. Ближе к поверхности температура постепенно растёт, процесс замерзания замедляется, на его вершины нанизываются новые кристаллики. Кристаллы будут расти, будут вытягивать лучи, или отростки лучей, и превращаться в снежинку. Каждая снежинка рождается непохожей на другую, со своим особенным рисунком.

Как именно происходит процесс, зависит от влажности, температуры, давления, первоначальной формы снежинки. Самые незначительные колебания параметров резко меняют направление роста снежинки. Вот почему не будет одинаковых снежинок.

Снежинка

Почему снежинки белые? Свет отражается от пограничных поверхностей между кристалликами льда и воздухом внутри снежинки и рассеивается.
Разнообразные узоры, которые мы видим в морозные вечера на стёклах окон, имеют правильную форму. Пар стремится создать сплошное образование, заполнить всё свободное пространство. Этот факт и особенность разных поверхностей влияют на направление роста кристаллов, поэтому «морозные» рисунки не сохраняют ту правильную форму, которой обладает отдельная снежинка.

Как появляются снежинки?

Учёные, посвятившие себя изучению снежинок

Француз Тиссандье наблюдал процесс образования снега с воздушного шара. Он поднялся в небо в сильный снегопад и заметил, что метр за метром снежные хлопья постепенно уменьшались в размерах до отдельных снежинок. На высоте 2000 метров воздух стал совершенно прозрачным, видны были только мелкие кристаллики из снега. Учёный, видимо, оказался в снежной лаборатории.

Первый в мире кристаллографический трактат

Форму кристалликов снега открыл в 1611 году немецкий учёный, физик, астроном И. Кеплер совершенно (для нас) случайно.
Сорокалетний учёный к этому времени открыл первые два закона движения планет, опубликовал работы по астрономии, изобрёл телескоп. Хотя он был известным учёным, жил в бедности, и не знал, как прокормить свою семью. Думая о том, как сделать лёгкий, невесомый новогодний подарок одному хорошему человеку, обратил внимание на падающие на его пальто снежинки. Войдя в дом, достал лупу и стал рассматривать тающий снег. Потом сел за стол и высказал гениальные догадки по поводу геометрической структуры кристаллов в природе. Книга написана искренне, шутливо, простым понятным языком. Здесь он, размышляя о форме снежинки , поведал о том, что не понял, почему они имеют шестиугольную форму.

В Америке натуралист-фотограф Бентлей полвека собирал коллекцию, отснял под микроскопом более 5000 фотографий снежинок. И представьте себе: среди этих фото не нашлось двух одинаковых! К нему часто обращались ювелиры и художники, пользовались его работами для создания своих. На снимках действительно снежинки похожи на украшения, созданные непревзойдённым мастером-ювелиром. Он так и называл их: снежные драгоценности. Впоследствии американское Бюро погоды из коллекции выпустило атлас снежинок, в который вошла половина снимков натуралиста. Тайну получения качественных изображений он никому не открыл.

Сделать фотографию снежинки нелегко, потому что она тает быстро и теряет резкость очертания.

Русскими тоже был открыт способ фотографирования снежных кристаллов, при котором снежинки размещали не на стекло, а на тончайшую сетку из шелковинок. Фото получались тоже хорошего качества, а сетку потом ретушировали. В 1933 году на полярной станции наблюдателем Касаткиным было получено 300 фотографий самых разных снежинок. Все снежинки, в основном, шестиугольные, но встречались особенные, те, что напоминают часы, («кристалл — часы» — так называл их Бентлей).

Кристалл йодоформа тоже шестиугольный, профессор Леман лабораторным способом получил «снежинки» йодоформа, отметил последовательное формирование их и сходство с обычными снежинками.

Формирование снежинки

Шестиугольная форма снежинки

Элементарная ячейка воды — тетраэдр, который объединяет шесть молекул воды. Каждая молекула воды сохраняет способность образовывать водородные связи. Поэтому тетраэдры могут соединяться друг с другом, образуют новые структуры. В природе большое их разнообразие, но базовая структура — шестигранник, при котором молекулы воды объединены в кольцо. Таким образом, снежинка состоит из сборных кристалликов льда. Гексагональная структура льда и определяет шестиугольную форму снежинки.

Маленькие кристаллики соединяются другом с другом гранями, не углами; в результате, лучи будут расти в шесть направлений, и от лучика отходить другой лучик строго под углами в 120 или 60 градусов. Условия образования снежинки каждый раз будут разными. Поэтому она увеличивается то в ширину, то будут удлиняться её лучи. В сухой морозный день образуется снежинка необычной формы, она удлиняется и превращается в шестиугольный столбик.

Структура снежинки

Форма снежных кристаллов зависит от температуры: от -3 до 0 градусов (по Цельсию) — формируются шестиугольные плоской формы, от -5 до -3 игольчатой формы, от -8 до -5 -столбики – призмы, от -12 до -8 -опять плоской формы. Если температура понижается, снежинки могут получиться разных форм.

У каждой снежинки своя жизнь, так как формирование снежинки каждый раз происходит в новых условиях. Каждый раз, незначительно, но, параметры: влажность, температура, давление будут меняться. При падении на Землю снежинка меняет форму: если вращается волчком, будет идеально симметричной, в других случаях нет. Если температура воздуха под облаками поднимется до нуля, будет обычный дождь. Так бывает часто, что снегопад переходит в дождь.

Современная классификация снежинок

В наше время наблюдение за снежинками выросло в целую науку. Международная комиссия по снегу взяла за основу простую классификацию твёрдых осадков. Было зафиксировано 7 видов кристаллов в форме пластинок, звездчатых кристаллов, столбцов, игл, и др. Русский учёный Заморский классифицировал снежинки на 9 классов и 48 видов. Так, видовой список снежинок можно продолжить ёжиками, пушинками, запонками, призмами, звёздочками и т.д.