В следующий раз, когда вы будете ловить снежинку языком, вы можете остановиться, чтобы подумать о долгом и тяжелом положении снежинки. Эти хрупкие и замысловатые кристаллы преодолели много миль, прежде чем упасть на землю вместе с триллионами своих кузенов. И хотя они летают толпами, по заснеженной улице говорят, что нет двух одинаковых снежинок. Неужели все снежинки разные?
Короткий ответ: да, каждая снежинка действительно отличается друг от друга. Вы можете найти некоторые из них, которые чрезвычайно похожи (особенно в начале развития снежинки), но полностью сформированные снежинки действительно структурно отличаются, хотя бы на очень небольшую степень.
Понимание того, почему снежинки принимают уникальные формы, означает, в первую очередь, понимание того, как они формируются. Все начинается на поверхности Земли, когда вода испаряется из океанов, рек и озер и поднимается в атмосферу в виде газообразного водяного пара, который мы иногда видим в виде облаков.
Летом эти облака плывут по небу, создавая тень и разбивая голубой горизонт. Но зимой все меняется. Холодный воздух превращает молекулы водяного пара в маленькие капельки жидкости, которые конденсируются на любых близлежащих твердых частицах, таких как пыльца или пыль. Эти крошечные кристаллы льда - детские версии того, что вскоре становится взрослыми снежинками.
Кристаллы плывут по небу и сталкиваются с молекулами водяного пара. Когда пар соприкасается с кристаллами, водяной пар прямо переходит из состояния газа прямо в твердый кристалл, добавляя к первоначальному ядру снежинки. Этот процесс повторяется снова и снова, превращая снежинку из почти незаметного кристалла в более крупную чешуйку, которая при определенных условиях падает на землю.
Зная все это, может быть трудно поверить, что в небе, полном снежинок, нет двух одинаковых. Далее вы увидите, как процесс изготовления чешуек практически гарантирует, что все эти маленькие кристаллы уникальны, даже если их падают миллиарды.
Как образуются снежинки
Поскольку самые первые кристаллы льда собираются вместе в группу молодых снежинок, новые хлопья часто выглядят поразительно похожими. Во многом это связано с тем, что кристаллы льда обычно имеют гексагональную (шестигранную) форму решетки из-за того, как атомы водорода связываются с кислородом, образуя воду.
Некоторые края кристаллов льда зазубрены. Эти рваные, неровные участки притягивают больше молекул воды, чем более гладкие и однородные части шестиугольника. Каждая маленькая рука отрастает от одного и того же, превращаясь в замысловатую и однородную снежинку.
Если бы развитие снежинки остановилось в первые несколько мгновений после рождения, мы бы получили гораздо больше снежинок, которые выглядят подозрительно похожими. Но снежинки продолжают собирать все больше и больше кристаллов, группируясь друг над другом в разные узоры.
Пока эти скопления кристаллов продолжают свою фиесту снежинок, другие гости посещают вечеринку по изготовлению снежинок. Они приходят в виде факторов окружающей среды, особенно влажности и температуры. Оба играют важную роль в том, будет ли снежинка становиться все больше и больше или исчезнет.
Вы можете себе представить, насколько критической является температура для формирования и структуры кристаллов льда. При температуре от 27 до 32 градусов по Фаренгейту (от -2,8 до 0 градусов по Цельсию) кристаллы приобретают пластинчатую или призматическую форму. Это прототипы шестируких снежинок, которые не представляют большого визуального интереса.
Понизьте температуру на несколько градусов, и вы увидите игольчатые структуры. Полые столбики развиваются при еще более низких температурах. А когда будет безумно холодно, вы увидите, как звезды прорастают похожими на папоротник рукавами.
Меньшая влажность приводит к более плоским хлопьям. Более высокая влажность означает большее развитие кристаллов по краям и углам. Добавьте немного влаги в эти действительно холодные температуры, и вдруг снежинки могут стать завораживающе красивыми. Они содержат множество пересекающихся пластин, иголок и пробелов, мельчайших шедевров, падающих с небес.
Лотерея снежинок
Физические и погодные условия определяют форму и размер снежинок. Математика определяет, что эти хлопья уникальны.
Учтите, что каждая снежинка состоит из огромного количества молекул воды. По одной оценке, в хлопьях может быть до квинтиллиона молекул. Поскольку каждая маленькая ветвь снежинки может породить множество других, существуют десятки и десятки способов соединения различных кристаллических элементов. Существует так много возможных комбинаций, что некоторые ученые говорят, что возможных комбинаций кристаллов в два раза больше, чем атомов во всей Вселенной.
Такие числа настолько велики, что мы даже не можем их понять. Но если математика верна, эти цифры означают, что две снежинки никогда не были или никогда не будут абсолютно одинаковыми.
Кроме того, существует множество других факторов, влияющих на формирование снежинки в любой конкретный момент. Даже малейшее колебание температуры и влажности меняет структуру кристалла. Мелкие примеси, такие как пылинки, тоже изменяют кристаллы. Углы, под которыми молекулы воды сталкиваются с существующими кристаллами, также имеют значение.
В бурлящей атмосфере в милях над поверхностью Земли все эти переменные постоянно меняются. Условия, которые сохраняются в одном маленьком пространстве, лишь немного отличаются от тех дюймов в любом направлении, и все это трансформирует кристаллы и их последующие снежинки бесконечными способами.
Снежинки врезаются друг в друга, пролетая в воздухе. Там, где ломаются их ветки, образуются новые, добавляя уникальности каждой полупрозрачной чешуйке.
Так что снежинки действительно почти безграничны в своей особенности. Это крошечные и эфемерные свидетельства странных и постоянных изменений в мире и вселенной вокруг нас.
Часто задаваемые вопросы
Правда ли, что все снежинки разные?
Это правда, что все снежинки разные. Каждая снежинка по-своему уникальна.
Примечание автора: действительно ли каждая снежинка уникальна?
Просматривая эту статью, я был поражен, прочитав, что самые большие снежинки в истории были примерно 15 дюймов в ширину. Конечно, нет никаких конкретных доказательств того, что эти огромные хлопья существовали. Но ученые говорят, что огромные снежинки размером около 6 дюймов регулярно падают по всей нашей планете, поэтому кажется разумным, что при правильных условиях они могут стать еще больше. Если мне когда-нибудь посчастливится увидеть снежинки размером почти с баскетбольный мяч, не знаю, буду ли я в восторге или в ужасе, но это определенно будет незабываемый опыт.