Очікується снігопад: науковці пояснили, що таке сніжинка та від чого залежить її візерунок.

Зародження сніжинки

Сніг – це замерзлий водяний пар, який випадає на Землю у вигляді атмосферних опадів – сніжинок. У більшості випадків вони формуються у високо-шаруватих хмарах середнього ярусу на висоті 3-6 кілометрів від поверхні землі. Температура в цих шарах тропосфери є оптимальною для росту кристалів снігу.

Коли на пилку, частинці або будь-якому іншому елементі в небі осідають молекули води і миттєво замерзають, утворюється крижаний кристал. При його падінні на землю водяний пар осідає, кристалізуючись на зародку.

«Складна форма сніжинки визначається атмосферними умовами, в яких перебував крижаний кристал під час падіння. Його промені можуть почати рости одним способом, а потім, через певний проміжок часу, незначні зміни температури або вологості навколишнього середовища змушують кристал рости в іншому напрямку. Чим сильніше висхідні потоки повітря і чим більше в хмарі вологи, тим більшими встигають стати сніжинки», – розповідає Єгор Разумовський, аспірант кафедри механіки композиційних матеріалів і конструкцій ПНІПУ.

Чому у сніжинки шість променів?

При низькій температурі молекули води об'єднуються в групи по шість і формують правильний шестикутник «дендрит» з внутрішніми кутами 120 градусів. Така структура характерна не тільки для снігу, але й для талого води та льоду.

«Якщо говорити детальніше, то одна молекула води – це один атом кисню і два атоми водню. Завдяки водневим зв'язкам вони формуються в вершинах правильного шестикутника, створюючи головний кристал. На ньому, у свою чергу, виростають бічні відростки. Температура і вологість повітря навколо сніжинки однакові, тому вона спочатку ідеальна і симетрична у всій своїй формі», – пояснює Єгор Разумовський, аспірант кафедри механіки композиційних матеріалів і конструкцій ПНІПУ.

Які форми приймає сніг?

За словами експерта, у 1951 році Міжнародна асоціація гідрологічних наук запропонувала класифікацію, що розрізняє сім основних форм кристалів:

Пластинки – це плоскі і тонкі шестикутні сніжинки без променів. Зірчасті дендрити – улюблені багатьма сніжинки, коли від центральної крижини розходяться шість променів. Оскільки у них багато відгалужень, вони захоплюють повітря у сніговий покрив і створюють найпухкіший сніг.

Просторові дендрити – це об'ємні сніжинки, які нагадують хлоп'я. Вони формуються при зрощуванні кількох кристалів.

Стовпчики (колони) – найпоширеніша форма. Цей тип має тенденцію формуватися при сильних морозах, тому вони не злипаються. Їх можна побачити в пухкому снігу. Увенчані стовпчики – колони, на кінцях яких ростуть пластинки. Формуються, коли кристали потрапляють у зону з іншою температурою.

Гострі – нагадують тонкі нитки. Ця структура дозволяє хлоп'ям дуже щільно з'єднуватися разом, тому такий сніг ідеальний для катання на гірських лижах або ліплення сніжок.

Кристали неправильної форми. На долю сніжинки може випасти чимало пригод, вона може втратити деякі зі своїх гілочок або зовсім зламатися. Зазвичай таких зламаних сніжинок багато в вологому снігу і при сильному вітрі.

Візерунок залежить від погоди

За словами експерта, форма сніжинки залежить від атмосферного тиску, напруженості електричних і магнітних полів, вітру, вологості і температури. Саме вона визначає, чи буде розвиватися і видозмінюватися верхня чи нижня призма, або ж тільки їх бічні грані.

«Відомо, що коли на вулиці мінус 5-10 градусів Цельсія, то формуються сніжинки у формі голок або стовпчиків. При температурах у 10-12 градусів формуються сніжинки у вигляді пластинок або хлоп'їв. А ось коли за вікном тримається мінус 12-18 градусів, виходять найкрасивіші гіллясті шестикутні сніжинки – зірчасті дендрити, їхній розмір зазвичай п'ять міліметрів і більше», – зазначає Єгор Разумовський.

Сніг тільки здається білим

Кожна сніжинка сама по собі не біла, а безколірна, прозора, як лід, але безліч таких сніжинок наше око сприймає білими. Суть у тому, що кожна світлова хвиля має свою довжину і частоту коливань. Однак самі по собі вони не мають кольору. Колір з'являється, коли ми сприймаємо відображення хвиль очима. Колір навколишніх нас предметів формується завдяки поглинанню і відображенню світлових хвиль. Одні матеріали здатні поглинати хвилі певної довжини, а інші – відображати. Наприклад, матеріали, які вбирають всі хвилі, виглядають чорними, а ті, що відкидають всі, що падають на них, – білими.

«Сніг лежить у хаотичному порядку і утворює пухку масу. Сонячне світло, потрапляючи на сніжинки, багаторазово переломлюється і розсіюється крижаними кристалами, змінюючи своє напрямок. Це призводить до того, що весь видимий спектр світла відображається рівномірно, створюючи відчуття білого», – повідомляє експерт ПНІПУ.

Примітно, що сніг здатен відображати і ультрафіолет, тому на його фоні дуже легко засмагати і можна отримати шкірний опік у мороз.

Випадання кольорових опадів

Склад хмар і область їх географічного розташування впливають на відтінок утворюваних кристалів. Це пов'язано з тим, що частинки різного виду пилу і кольору можуть бути центрами кристалізації (зародками). Зазвичай ми все ж бачимо такий сніг білим.

«Якщо говорити про коричневий, бурий або сірий падаючий сніг, то його колір викликаний циклонами, що принесли пил. Наприклад, частинки піску, гірських порід, хімічних речовин на виробництвах, сланцевого вугілля захоплюються сильними повітряними потоками і піднімаються в нижні шари атмосфери, де відбувається постійне перемішування повітря і переміщення його в різних напрямках. Деякі частинки затримуються в цих шарах, а потім випадають раз