Почему снежинки разной формы: Ученые узнали, почему снежинки бывают разной формы — Новости Тулы и области

Почему снежинки имеют разную форму?

Как появляются снежинки и почему среди них не найдешь одинаковых?

Отвечает Александр Коношонкин

доцент радиофизического факультета ТГУ, завлабораторией Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН

Рождение снежинок — увлекательное природное явление. Оно зависит от четырех внешних факторов: температуры, влажности, давления и наличия в атмосфере примесей. 

Начинается все с того, что в верхних слоях атмосферы встречаются переохлажденные капли, температура которых доходит до –20 °C. Спровоцировать образование из них снежинок может любая пылинка или даже турбулентность воздушного потока. Получается, что снежинка — это кристаллик льда, образовавшийся вокруг пылинки.

При температурах от –20 до –40 °C формируются шестигранные ледяные пластинки, а при температуре ниже –40 °C — шестигранные столбики

В перистых облаках, где температура, влажность и давление однородны, снежинки имеют почти одинаковую форму шестиконечной звезды.

При температурах от –20 до –40 °C формируются шестигранные ледяные пластинки, а при температуре ниже –40 °C — шестигранные столбики. Разглядеть такую снежинку невооруженным взглядом невозможно: ее размер составляет около одной сотой миллиметра. Но далее кристаллик начинает расти. На скорость его роста влияет степень перенасыщенности водяного пара.

Тысячи маленьких снежинок, опускаясь с высоты 10 км, на которой находятся перистые облака, сталкиваются друг с другом, образуя более крупную снежинку. Одни кристаллики в полете отпадают, другие добавляются. К этому абсолютно случайному процессу добавляются случайные перепады температур и влажности в разных слоях атмосферы. Получается, что снежинка растет то в ширину, то в длину. За счет того, что каждая снежинка живет своей жизнью и условия ее роста хоть немного, но отличаются, образуются разные узоры. Поэтому снежинки не перестают восхищать нас своей красотой и уникальностью.

На сайте могут быть использованы материалы интернет-ресурсов Facebook и Instagram, владельцем которых является компания Meta Platforms Inc.

, запрещённая на территории Российской Федерации.

природа

погода

снег

зима

Вопрос: что это?

Anastasia

16 ноября 2022

39 051

Вопрос: что это?

Подсказка: место — Франция, время — наши дни

Вопрос: что это?

Анна Верещагина

2 января 2023

10 238

Вопрос: что это?

Подсказка: обязательный атрибут дамы XIX века

Вопрос: что это?

Виктория Сорокина

28 сентября 2022

17 210

Вопрос: что это?

Подсказка: период применения — с древности и до нашего времени, место применения — Северная Америка

Пылевая буря накрыла автомобилистов в Красноярском крае — видео

9 апреля 2023

В зоопарке Честера показали первые фото редких суматранских тигрят, родившихся здесь

9 апреля 2023

Во Флориде 2,5-метрового аллигатора извлекли из бассейна частного дома

8 апреля 2023

В Италии найдена нетронутая этрусская гробница с остатками последней трапезы

8 апреля 2023

Где растут фисташки

Топ-10 самых богатых людей мира — 2022

Бинтуронг: «кошачий медведь», который пахнет попкорном

Рекорды скорости

Самые северные города мира

Ликийская тропа: место, где нельзя не побывать

10 самых больших самолетов в мире

Как появляются снежинки разной формы? 

Фото: Getty Images

Наука

Четверг, 23 декабря 2021

По структуре снежинки можно понять, в каких погодных условиях она сформировалась.

В природе не существует двух одинаковых снежинок, и этот факт придает изящным ледяным кристаллам очарование тайны в наших глазах. Хотя на самом деле структура снежинки — это всего лишь следствие физических закономерностей.

Как же появляются снежинки? Почему форма снежинки всегда подразумевает 6-стороннюю радиальную симметрию? Как образуются разные формы снежинок и на  какие виды их можно подразделить? 

Фотограф по прозвищу “Снежинка”

Первые качественные фотографии снежинок были сделаны в 1885 году американским фотографом Уилсоном Бентли. Он придумал способ ловить и фотографировать хрупкие кристаллы на черном бархате так быстро, чтобы они не успевали растаять.

Именно Бентли высказал идею, что нет повторяющихся снежинок, у всех снежинок разные формы. И он знал, о чем говорит, ведь Бентли сделал более 5 тысяч снимков снежинок; часть из них опубликованы в его книге “Снежные кристаллы”. Причем Бентли фотографировать только самые красивые и совершенные, не подтаявшие, симметричные. Для этого ему приходилось каждый раз пересматривать на картоне, покрытом черным бархатом, тысячи снежинок, чтобы сфотографировать одну. Кстати, умер довольно рано, в 66 лет, подхватив пневмонию после того, как прошагал в метель 10 километров в поисках классного кадра.

Форма снежинок

Диаметр снежинки — до нескольких миллиметров, толщина измеряется в микрометрах; края тонкие, как лезвие бритвы.

Снежинки всегда имеют в основе шестигранник, но их формы могут быть самыми разными. Кроме снежинок с шестью лучами, существуют снежинки в форме столбиков, игл, пуль, или столбиков с дисками на концах, похожих на гантели.  

Фото: Getty Images

Классические «снежинки из сказки» называются дендритами (от греческого корня, означающего «дерево» — ведь у таких снежинок ветвистые лучи).

Существуют различные классификации типов снежинок разных авторов, но проблема в том, что эти классификации довольно произвольны. По одной классификации их около 40, по другой — 108, по третьей — 35.  

Каким же образом лед образует столько разных форм? 

Как появляются снежинки

Вода на поверхности земли постоянно испаряется и поднимается вверх в виде пара. По мере продвижения в более холодные слои атмосферы пар охлаждается и становится перенасыщенным. Это означает, что в воздухе пребывает больше молекул воды, чем в равновесном состоянии. Любая пылинка может вызвать процесс конденсации такого пара: молекулы воды прилипают к пылинкам, образуя капли. Если температура ниже нуля, рано или поздно часть капель начинают замерзать. 

Внутри капли молекулы воды образуют шестигранные кристаллы. Почему форма снежинки всегда шестигранная? Это объясняется особенностями молекулы воды (Н2О)  Атомы кислорода притягивают электроны сильнее, чем атомы водорода (иначе говоря, у этих элементов разная электроотрицательность). Атомы водорода — это положительно заряженная часть молекулы, поэтому они одновременно отталкиваются друг от друга и притягиваются к одной и той же отрицательной стороне атома кислорода. Отсюда и возникает изгиб — как компромисс между притяжением и отталкиванием. Благодаря изогнутой форме молекула поляризована.

Поскольку противоположные заряды притягиваются, каждый атом водорода одной молекулы располагается рядом с кислородом другой молекулы, создавая очень крепкую  водородную связь. Так образуется молекулярная решетка кристаллической воды, то есть льда. 

Как эта решетка вырастает в шестигранный кристалл, который мы можем увидеть невооруженным взглядом в виде снежинки? Наиболее энергетически выгодная фигура — это круг, и именно в круг стремятся собраться молекулы воды при снижении температуры. Максимально близкая к кругу форма, которую можно сложить из шестигранных решеток, — это шестигранник (подобно тому, как пчелы строят шестигранные соты). Вначале молекулы воды образуют фигуру с шестью гранями, между которыми есть шероховатые участки:

К этим шероховатым участкам с торчащими молекулярными связями другие молекулы прилипают легче, чем к гладким поверхностям. Таким образом шероховатые участки заполняются, а гладкие растут медленнее, и в итоге получается идеальный шестигранник — ледяная призма. 

Что определяет форму снежинки?

Итак, у нас есть 6-гранная ледяная призма: шесть граней, два основания. В атмосфере она соседствует с еще не замерзшими каплями воды и теперь сама служит ядром роста — соседние капли испаряются и отдают свои молекулы воды растущей снежинке. В зависимости от того, что будет расти быстрее — основания или грани призмы, определится и форма снежинки. 

Если основания призмы растут быстрее, получается шестигранный столбик.

Фото: Getty Images

Если же боковые грани растут быстрее, получается плоская снежинка. Поскольку углы шестиугольника выпирают, они сильнее притягивают к себе новые молекулы воды, растут быстрее, чем грани — так образуются радиальные лучи снежинки. И чем длиннее луч, тем быстрее он притягивает к себе новые молекулы воды. На углах каждого луча по тем же причинам появляются ответвления.  

Для образования одной снежинки нужно около 30-45 минут.

От каких факторов зависит структура снежинки?

В 1930-х годах японенц Укисиро Накайя, специалист по физике атмосферного льда, изучал снежинки в университете Хоккайдо. Он выяснил, что лишь два фактора определяют то, какие виды снежинок образуются: температура и уровень перенасыщенности пара. Причем зависимость от этих двух факторов нелинейная. Выводы ученого обобщены в так называемой диаграмме Накайя: 

При температуре -2 С получаются плоские снежинки (пластины и дендриты, то есть шестилучевые снежинки), при -5 С — пустотелые столбики, призмы и иглы, при -15 С опять пластины разной формы и дендриты, при температуре ниже — 20 С столбики и пластины (но без шестилучевых красивых снежинок). Таким образом, можно по форме снежинки понять, в каких условиях рос этот кристалл. 

Почему снежинки симметричны? 

Все стороны снежинки растут в одинаковых условиях, поэтому они одинаковые. Кстати, если рядом растут две снежинки, они конкурируют за влагу, что замедляет их рост с одной стороны.  

Почему нет одинаковых снежинок?

Каждая снежинка проходит уникальный путь развития, растет в отличающихся условиях, поэтому нет двух одинаковых снежинок. Но вообще-то этот факт не должен нас удивлять так сильно: в природе вообще не существует двух одинаковых объектов, имеющих хоть сколько-нибудь сложную структуру.

Читайте также:

От капелек воды до снежинок: уникальное видео

Американский фотограф показал снежинки в рекордном разрешении

 

 

Почему все снежинки разные?

НАУКА — Земля и космос

Задумывались ли вы когда-нибудь…

• Почему все снежинки разные?
• Сколько существует разных видов снежинок?
• Как образуются снежинки?

Метки:

Просмотреть все метки

• ясень,
• облако,
• кристалл,
• капля,
• пыль,
• заморозить,
• шестигранник,
• лед,
• метеор,
• микроскопический,
• влажность,
молекула
• ,
• природа,
• частица,
• узор,
• пыльца,
• наука,
• форма,
• снежинка,
• температура,
• пар,
• вулканический,
• вода,
• водяной пар,
• погода

Сегодняшнее чудо дня было вдохновлено Кайей из Мюррея, штат Кентукки. Kyah Wonders , “ Почему все снежинки разные ? «Спасибо, что ДУМАЕТЕ вместе с нами, Кайя!

Вам нравится смотреть, как падает снег в холодный зимний день? Мы любим потягивать горячее какао, наблюдая за снежинками на улице. Позже мы отправимся лепить снеговиков, слепить снежных ангелов и начать играть в снежки! Снежные дни могут быть очень веселыми. Вы когда-нибудь слышали, что нет двух абсолютно одинаковых снежинок? Ну, это не совсем так. Однако шанс найти двойную снежинку очень, очень, очень низок.

Ученые утверждают, что вероятность того, что две снежинки будут совершенно одинаковыми, составляет примерно 1 к 1 миллиону триллионов. Это единица, за которой следуют 18 нулей, так что это очень маловероятно! Метеорологи считают, что существует 1 триллион, триллион, триллион (единица с 36 нулями!) типов снежинок.

Снежинка состоит из трех основных компонентов: кристаллов льда, водяного пара и пыли. Кристаллы льда образуются, когда водяной пар замерзает на крошечном кусочке пыли. Частицы пыли приходят из многих мест. Это может быть цветочная пыльца, вулканический пепел или даже метеоры.

Снег образуется в очень холодных облаках. Когда капли воды прилипают к кристаллам льда, они замерзают, образуя кристалл льда еще большего размера. В любом кристалле молекулы выстраиваются в ряд. В кристаллах льда молекулы воды выстраиваются в линию и образуют шестигранную форму, называемую шестиугольником. Вот почему все снежинки шестигранные!

Температура облака определяет форму кристалла льда. Точно так же количество влаги в облаке определяет размер кристалла льда. Больше влаги создаст больший кристалл. Когда несколько кристаллов льда слипаются, они образуют снежинку.

Когда снежинки летят по воздуху, кружась и скручиваясь, они падают на землю разными путями. Каждая снежинка падает и плывет сквозь облака с разной температурой и влажностью. Это формирует каждую снежинку по-разному. Две снежинки из одного облака будут иметь разный размер и форму из-за того, что они по-разному падают на землю.

Возможно, вы никогда не найдете пару одинаковых снежинок, но их можно сгруппировать по сходству узоров. Люди, изучающие снежинки, группируют их по формам, таким как звездообразная, папоротниковая, игольчатая и многие другие. В следующий раз, когда вы окажетесь на снегу, попробуйте поймать снежинки и изучить их. Но будь осторожен! Снежинки нежные и легко тают.

Самое веселое занятие на снегу — это сталкивание большого количества снежинок. Как еще можно построить снежную крепость? Тем не менее, увидеть единственную снежинку вблизи стоит затраченных усилий. Вы можете просто найти новую форму, которую никогда раньше не видели!

Common Core, Научные стандарты следующего поколения и Национальный совет по социальным исследованиям.»> Стандарты: NGSS. PS1.A, CCRA.L.3, CCRA.L.6, CCRA.W.3, CCRA.L.1, CCRA.L.2, CCRA.R.1, CCRA.R.2,

Интересно, что дальше?

Абсолютно новое Чудо дня завтрашнего дня — настоящее чудо!

Попробуй

Надеемся, сегодняшнее чудо не показалось тебе слишком странным! Обязательно изучите следующие виды деятельности с другом или членом семьи:

• Любишь веселиться на снегу? Напишите рассказ о реальном или воображаемом снежном дне! Ты будешь лепить снеговика? Начать битву снежками? Остаться дома с горячим какао? Поделитесь своей историей с другом или членом семьи.
• Хотите сделать свою бумажную снежинку еще на шаг впереди? Если у вас есть навыки оригами, у вас, вероятно, не возникнет проблем с изготовлением трехмерной снежинки из бумаги. Однако, если вам нужно пошаговое руководство, просто зайдите в Интернет, чтобы узнать, как сделать 3D-снежинку из бумаги. Попросите друзей помочь вам сделать кучу снежинок, которыми вы сможете украсить свою комнату!
• Готовы принять вызов? Какая бы ни была погода на улице, прямо сейчас вы можете слепить снежинки внутри дома! Вам понадобится помощь взрослого друга или члена семьи для этого забавного научного эксперимента. Вы можете найти все инструкции онлайн в разделе Как сделать кристаллы льда. Веселиться! Какую форму примут ваши снежинки?

Чудесные источники

• https://www.noaa.gov/stories/how-do-snowflakes-form-science-behind-snow
• https://earthsky.org/earth/how-do-snowflakes- получить их форму
• https://ssec.si.edu/stemvisions-blog/are-all-snowflakes-really-other-science-winter

Вы поняли?

Проверьте свои знания

Wonder Contributors

Благодарим:

Элли, Роуэн, Сейлен, Эрик и Майлз
за вопросы по сегодняшней теме Wonder!

Удивляйтесь вместе с нами!

Что вас интересует?

Wonder Words

• пар
• кристаллов
• молекул
• спиральный
• закрученный
• шестигранник
• метеоролог
• влажность
• идентичный

Примите участие в конкурсе Wonder Word

Оцените это чудо

Поделись этим чудом

×

ПОЛУЧАЙТЕ СВОЕ ЧУДО ЕЖЕДНЕВНО

Подпишитесь на Wonderopolis и получайте Чудо дня® по электронной почте или SMS

Присоединяйтесь к Buzz

Не пропустите наши специальные предложения, подарки и рекламные акции. Узнай первым!

Поделитесь со всем миром

Расскажите всем о Вандополисе и его чудесах.

Поделиться Wonderopolis

Wonderopolis Widget

Хотите делиться информацией о Wonderopolis® каждый день? Хотите добавить немного чуда на свой сайт? Помогите распространить чудо семейного обучения вместе.

Добавить виджет

Ты понял!

Продолжить

Не совсем!

Попробуйте еще раз

снежинок выпадают в одной из 35 различных форм | Умные новости

Visuals Unlimited/Corbis

Потрясающее разнообразие снежинок наводит на мысль, что каждая из них уникальна. Хотя «нет двух одинаковых хлопьев» может быть привлекательной метафорой, это не совсем так. Тем не менее, это не мешает нам вглядываться в сложные кристаллические структуры, зацепившиеся за наши варежки. Это также не мешает исследователям тщательно каталогизировать каждый тип кристалла, который может образоваться.

Благодаря их работе учитель химии Энди Браннинг, который ведет блог о графике и химии Compound Interest , создал увлекательную графику, на которой показаны 39 видов твердых осадков, 35 из которых представляют собой снежные кристаллы или хлопья. Другие изображенные формы осадков включают мокрый снег, лед, град и замерзшую гидрометеорную частицу.

Брюннинг пишет:

Вам может быть интересно, какое отношение формы снежинок имеют к химии. Собственно, изучение кристаллических структур твердых тел имеет свою дисциплину — кристаллографию, которая позволяет определить расположение атомов в этих твердых телах. Кристаллография работает, пропуская через образец рентгеновские лучи, которые затем преломляются при прохождении атомами, содержащимися в нем. Анализ дифракционной картины позволяет различить структуру твердого тела; этот метод использовался Розалинд Франклин для фотографирования расположения двойной спирали ДНК до того, как Уотсон и Крик подтвердили ее структуру.

Предыдущие попытки позволили получить несколько разных чисел для всех категорий твердых осадков. Новая графика основана на работе исследователей из Японии. 39 категорий можно разделить на 121 подтип, сообщает Сюзанна Локк для Vox. И все они могут быть объединены в восемь более широких групп:

• Кристаллы-колонны
• Плоские кристаллы
• Комбинация столбчатых и плоских кристаллов
• Совокупность снежных кристаллов
• Иней кристаллы снега
• Зародыши кристаллов льда
• Частицы снега неправильной формы
• Прочие твердые осадки.

Кеннет Либбрехт, физик из Калифорнийского технологического института, пишет о формировании снежных кристаллов на своем веб-сайте:

История начинается в облаке, когда крошечная капля облака впервые замерзает в крошечную частичку льда. По мере того, как водяной пар начинает конденсироваться на поверхности, ледяная частица быстро приобретает грани, превращаясь в небольшую шестиугольную призму. Некоторое время он сохраняет эту простую граненую форму по мере роста.

 Однако по мере того, как кристалл становится больше, из шести углов шестиугольника начинают прорастать ответвления (это третья стадия на диаграмме справа). Поскольку атмосферные условия (например, температура и влажность) почти постоянны для маленького кристалла, все шесть почкующихся ветвей растут примерно с одинаковой скоростью.

Пока он растет, кристалл перемещается взад и вперед внутри облаков, поэтому температура, которую он видит, со временем меняется случайным образом.

Эти изменения температуры превращают руки в разные формы и дают нам разнообразные снежинки и кристаллы, которые мы видим. Так как все плечи претерпевают одинаковые колебания, они могут расти 90–199 симметрично. На самом деле, большинство снежных кристаллов имеют неправильную форму, пишет он.

Зачем тратить все это время на классификацию снежинок? Как объясняет Либбрехт, на самом деле это изучение того, как образуются кристаллы.