Snežinka

Uvod

O snežinkah ve vsak nekaj povedati. So popularen okrasek v prazničnih decembrskih dneh. So pa tudi kompleksne, zanimive in nam občasno popolna uganka. Zakaj se oblikujejo v toliko različnih oblik? Zakaj je njihova oblika tako zelo odvisna od temperature? Ali je delitev na neke skupine sploh smiselna, če so si tako različne? Vsa ta in še mnoga druga vprašanja se nam začno porajati, ko se malo bolj poglobimo v raziskovanje snežink.

Tu je zbranih le nekaj delcev. Predvsem sem posvetila njihovim oblikam. Več informacij lahko najdete na spletni strani SnowCrystals.com.

Kaj je sneg in kdaj nastane?

Sneg je padavina v trdnem stanju, nastajajo v oblakih iz ledenih kristalov. Pogoj je, da je zrak zasičen z vodno paro po 0°C, saj takrat vodna para takoj preide v trdno stanje. Ob določenih pogojih je sublimacija postopna in takrat ledeni kristali dobivajo pravilno obliko (več ali manj). Ob padanju pa se spajajo. Tako nastanejo snežinke.

Ledeni kristali rastejo le na račun vodne pare. Njihova oblika je odvisna od temperature okolice. Če pada skozi toplejše plasti zraka, postane snežinka po obliki in zgradbi veliko bolj zapletena.

Dve snežinki si nista identično enaki, zato jih delimo v nekaj osnovnih, značilnih oblik kristalov, ki nastanejo glede na temperaturo okolice:

Kakšne so pričakovane oblike snežnih kristalov pri določeni temperaturi (plates-ploščice, colums-stolpci, needles-igle, dendrites-dendriti/drevesa, prisms-prizme). Slika povzeta po SnowCrystals.com.

Masa kristalov z njihovo narašča in začno padati. Med padanjem pa lahko trčijo v druge kristale ali pa v oblačne kapljice. Pri trkih se kristali okrušijo. Ti okruški pa začnejo ponovno rasti. Število ledenih kristalov tako narašča kot pri verižni reakciji. Pri padanju pa se kristali med seboj tudi sprimejo. Te sprimke pa imenujemo snežinke.

Snežinke imajo oblike kristalnih zvezdic, pomešane pa so tudi z navadnimi ledenimi kristali. Če je temperatura višja od -10°C, se kristali spajajo v kosme. Ti kosmi so različnih velikosti, a so navadno med 3 in 4 cm. Na velikost, kot tudi na obliko, vpliva temperatura. Nižja temperatura pomeni manjše snežinke. Ko vodna para kondenzira pri temperaturi okoli 0°C, nastajajo velike snežinke ali kosmi.

Delitev

Kako sploh razdeliti snežinke? To definitivno ni lahko, ker je delitev v bistvu stvar okusa. Obstaja dobra primerjava z vzgojo psov. Pasme določa posebna komisija. A ne glede na število pasem, bo še vedno nekaj psov, ki ne bodo sodili v nobeno pasmo.

Snežinke pa prihajajo iz raličnih vrst, ki jim morate nadeti imena, če se o njih želite pogovarjati. Vendar pa nikoli ne bo obstajal natančen način za določitev vrsta.

Obstaja več različnih klasifikacij. Nekatere so naštete tu spodaj. V predstavitvi snežink pa sem povzela klasifikacijo po Kennethu Libbrecht.

Mednarodni sistem klasifikacije

Leta 1951 je Mednarodna komisija za sneg in led določila dokaj preprost in pogosto uporabljen sistem klasifikacije za trdne padavine. Ta sistem določa sedem glavnih vrst snežink: ploščice, zvezdni kristali, stebri/stolpci, igle, prostorska/razširjajoča drevesa, omejeni stolpci in nepravilni kristali. Tem sedmim sistem doda še tri vrste zamrznjenih padavin: toča, sodra in žled.

Mednarodna delitev snežink glede na obliko. Povzeto po google.com.

Klasifikacija Nakaya

Fizik Nakaya je ustvaril prvo sistematično klasifikacijsko shemo za snežinke. Snežinke je razdelil v 41 različnih posameznih morfoloških tipov.

Delitev po fiziku Nakayu. Povzeto po SnowCrystals.com.

Magono in Lee

Najbolj kompleksno klasifikacijsko shemo sta leta 1966 objavila meteorologa C. Magono in C. W. Lee in vsebuje 80 različnih snežnih kristalov.

V nadaljevanju bom predstavila nekaj bolj znanih oblik snežink. Besedilo je povzeto po SnowCrystals.com.

Preproste prizme

Šestkotne prizme so najbolj osnovna oblika. Gleda na to, kako hitro rastejo, ločimo tanke heksagonalne plošče, heksagonalne valje (podobne so svinčnikom) in vse možnosti vmes. Oblike snežink, ki jih uvrstimo med preproste prizme, so običajno tako majhne, da niso vidne s prostim očesom.

Ploskve snežnih kristalov so zelo redko popolnoma ravne. Tipično so okrašene z raznimi grbami, zobčki (so nazobčane/narezane) ali pa kakšnimi drugimi značilnostimi.

Preprosta prizma. Povzeto po SnowCrystals.com.

Zvezdne plošče

Zvezdne plošče so splošno znana oblika snežink. So tanki, ploščato oblikovani kristali s šestimi

širokimi kraki, ki tvorijo obliko zvezde. Njihova površina (v angleščini izraz "faces") je pogosto okrašena z neverjetnimo izdelanimi in simetričnimi vzorci.

Snežinke v obliki plošč nastajo, ko je temperatura blizu -2°C ali pa blizu -15°C.

Zvezdna ploščica. Povzeto po SnowCrystals.com.

Izsekane plošče

Zvezdne plošče so pogosto opažene z značilnim grebenom, ki se kaže na vogalih sosednjih plasti prizme. Kadar so ti grebeni še posebej vidne, te kristale imenujemo izsekane plošče.

Najbolj preproste izsekane plošče so heksagonalne prizme, ki tvorijo 6 enakih kosov, podobno kot kosi heksagonalne pite. Bolj kompleksni vzorci se kažejo kot grebeni na široke, ravne veje.

Izsekana ploščica. Povzeto po SnowCrystals.com.

Zvezdna drevesa

Zvezdna drevesa so ime dobila po svojih izrastkih, ki spominjajo na drevo. Zvezdna drevesa so ploščati kristali, ki imajo veje in podveje. Spadajo med nekoliko večje kristale. Tipično je njihov premer med 2 in 4 mm, z lahkoto jih opazimo s prostim očesom.

Zvezdna drevesa so očitno (kot je opazno iz slike) najbolj popularna oblika snežinke in jih lahko pogosto opazimo v prazničnem času kot dekoracijo. Bolj podrobno jih lahko opazujemo tudi sami že s preprostim povečevalnim steklom.

Zvezdno drevo. Povzeto po SnowCrystals.com.

Praprosti podobna zvezdna drevesa

Včasih imajo veje zvezdnih kristalov toliko vejic, da izgledajo kot praprot. Od tod tudi njihovo ime. To so največji snežni kristali, pogosto je ob padcu na zemljo njihov premer 5 mm ali več. Ne glede na njihovo velikost pa so to posamezni kristali ledu. Molekule vode so v liniji od enega konca do drugega.

Nekatere snežne padavine ne vsebujejo dosti drugega kot zvezdna drevesa in praproti podobna zvezdna drevesa. Lahko ustvarijo impresiven izgled, ko se zberejo v skoraj neskončnem številu in prekrijejo vse.

Praproti podobno zvezdno drevo. Povzeto po SnowCrystals.com.

Votli valji

Heksagonalni valji so pogosto oblikovani kot valji s stožčastimi votlinami na njihovih koncih. Ti kristali so majhni, zato se boste morali uporabiti kar dobro povečavalno steklo, da boste lahko opazovali kotle predele.

Opazimo lahko, da sta votla dela simetrična. Včasih se konca zarasteta in zapreta, kar lahko opazimo kot par mehurčkov v ledu.

Votli valj z zaprtima koncema. Povzeto po SnowCrystals.com.

Igle

Igle so vitki, stebrasti ledeni kristali, ki nastajajo ob temperaturah okoli -5°C. Na rokavih te snežinke izgledajo kot koščki belih las.

Igle. Povzeto po SnowCrystals.com.

Omejeni stolpci

Ti kristali najprej zrastejo v čokate stolpce. Nato pa so potisnjeni v skupino oblakov, kjer se njihova rast preoblikuje v ploščato. Rezultat je tak: dve tanki, plošči na vsakem koncu ledenega kristala. Omejeni stoplci se ne pojavijo v vsakih snežnih padavinah, a jih lahko najdeš, če jih iščeš.

Omejeni stolpec (pogled iz strani, od zgoraj in od spodaj). Povzeto po SnowCrystals.com.

Dvojne ploščice

Dvojne ploščice so v bistvu omejeni stolpci z zelo kratkim centralnim stolpcem. Ploščici sta si zelo blizu skupaj, tako da je neizogibno, da ena raste hitreje kot druga. Večja ploščica ščiti manjšo pred dotokom vodne pare. Rezultat je viden kot ena ploščica povezana z veliko manjšo. Ta oblika kristalov je pogosta - veliki kristali, ki izgledajo kot običajne zvezdne ploščice so dejansko dvojne ploščice, le pogledati moraš dovolj natančno.

Dvojna ploščica. Povzeto po SnowCrystals.com.

Razdeljene ploščice in zvezde

To so oblike dvojnih ploščic s to izjemo, da en del ploščice zraste velik skupaj z drugim delom ploščice. Razdeljene ploščice in zvezde so podobno kot dvojne ploščice dokaj pogoste, vendar pogosto neopažene.

Verjetno bo potrebno kar nekaj opazovanja, da se opazi, kako sta dva različna koščka spojena skupaj. Potrebno je dodati, da sta v vsakem primeru kristala povezana v središču s kratkimi osmi.

Razdeljena ploščica. Povzeto po SnowCrystals.com.

Trikotni kristali

Ploščice včasih rastejo kot okrnjeni trikotniki, še posebej, ko je temperatura blizu -2°C. Če pa na vogalih ploščic vzklijejo roke, je rezultat čudovita zvezdna kristalna ploščica. Ti kristali pa so relativno redki.

Presentljivo (ali pa tudi ne), nihče ne ve, zakaj snežni kristali rastejo v te trikotne simetrične oblike. Upoštevajte, da je molekularna struktura trikotnih kristalov ista kot pri običajnih šeststranih kristalov.

Trikotni kristal z rokami na vogalih. Povzeto po SnowCrystals.com.

12-strane snežinke

Včasih omejeni stolpci naredijo obrat, 30° obrat, če smo natančni. Oba konca sta šestkotni ploščici, toda ena je za 30° zavrtena glede na drugo. To je kristalni obrat. Dva kristala rasteta skupaj v določeni orientaciji.

Ti kristali so zelo redki, toda občasno jih snežne padavine prinesejo kar nekaj.

12-strana snežinka. Povzeto po SnowCrystals.com.

Zaporedna rozeta

Včasih se združi več kristalov in vsak zase rastejo v različne smeri. Ko različni koščki rastejo v stolpce, se končen rezultat imenuje zaporedna rozeta. Ti polikristali pogosto razpadejo v nazaj v posamezne kristale.

Včasih je zaporedna rozeta sestavljena iz omejenih stolpcev.

Zaporedna rozeta iz omejenih stolpcev. Povzeto po SnowCrystals.com.

Razširajoča drevesa

Ko kosi polikristalov rastejo v drevesaste snežinke, je snežinka poimenovana razširajoče drevo (oziroma prostorsko drevo).

Razširjajoče drevo. Povzeto po SnowCrystals.com.

Kristali ivja

Oblaki so iz neštetih kapljic vode in včasih te kapljice zadanejo ter zadržijo snežne kristale. Zmrznjene kapljice imenujemo ivje. Vse različne vrste snežnih kristalov je možno najti okrašene z ivjem. Ko je pokritost še posebej težka, končni izdelek izgleda kot majhna snežna kepa.

Kristali ivja so prekrili snežinko. Povzeto po SnowCrystals.com.

Nepravilni kristali

Najbolj pogosti snežni kristali so prav nepravilni. To so majhni, ponavadi sprejeti skupaj in nesimetrični kristali.

Nepravilen kristal. Povzeto po SnowCrystals.com.

Ali je res, da si nista dve snežinki enaki?

V osnovi je odvisno, kakšna enakost je mišljena. Na ravni atomov je to skoraj res. Upoštevati je potrebno le to, da je možno, da v molekuli vode lahko namesto običajnega vodika nastopa devterij ali pa kisik 18O . Ko pa preidemo na snežne kristale, postanejo stvari nekoliko bolj zapletene.

Če predpostavimo, da enako pomeni, da dva kristala izgledata enako pod optičnem mikroskopu (najmanjša stvar je približno 10000x večja kot atom). Potem lahko še vedno rečemo, da bi ob pregledu razumne količine kristalov verjetno našli nekaj enakih. Toda to velja le za preproste šestkotne prizme.

Ko pa pogledamo večje kristale, postane možnost dveh enakih nemogoča. Če samo pogledamo, koliko možnosti je za nekaj oblik. Dober primer so omejeni stolpci. Ploščici, ki omejujeta stolpec, sta lahko katere koli oblike. Za lažjo predstavo poglejmo običajen primer.

Če bi želeli vedeti, na koliko načinov lahko na polico razporedimo 100 knjig, je ta številka (približno 10158 ) okoli 1070 večja kot je število vseh atomov v vesolju. Vrnimo se k snežinkam. Kako kompleksne so. Ločijo se po mnogih podrobnostih. Nekaterih sploh ne opazimo. A številka, kako narediti kompleksen snežni kristal je definitivno ogromna.

Tako lahko zaključimo, da je glede na vse to, skrajno neverjetno, da sta v celotni zgodovini planeta padli dve popolnoma identični snežinki.

Viri