Jak powstaje śnieg?
Ostatni dzień listopada przyniósł nam cudowną niespodziankę. Wystarczyło jedynie spojrzeć za okno, aby dostrzec otulającą świat śniegową kołdrę. Biały puch zalegał na trawie, drzewach, dachach i mienił się tysiącem kolorów w promieniach porannego słońca. Skąd jednak cała ta magia?
Każde dziecko może powiedzieć, że śnieg to zwyczajnie zamarznięta woda. Ale zamarznięta woda to także grad, a jednak gradu nie łapiemy na języki i nie lepimy z niego bałwana. Co więc sprawia, że śnieg jest śniegiem, a nie zamarzniętymi kroplami lodu? Czym się różni lód od śniegu? Dlaczego płatki śniegu są płaskie, skoro spontanicznie przyjmowany kształt w przyrodzie to kula?
Należy przyjrzeć się temu problemowi głębiej – w tym przypadku będzie to miało tu dosłowne znaczenie. Najlepiej zrobić to pod mikroskopem… Takim super mikroskopem.
Wszystko zaczyna się od budowy cząsteczki wody
Ze względu na niewielki kąt między atomami wodoru, cząsteczka wykazuje charakter dipolowy, co oznacza, że na jednym końcu ma ładunek elektryczny dodatni, a na drugim ujemny. Z fizyki wiemy, że plus z minusem się przyciągają, a więc cząsteczki wody mogą tworzyć między sobą wiązania. W przypadku wody wiązania te nazywamy wiązaniami wodorowymi; dzięki nim cząsteczki tworzą struktury przestrzenne. W stanie ciekłym molekuły wody formują się w dwunastokąt foremny, jednak w przypadku ciała stałego – jakim jest lód czy śnieg – woda przyjmując płaską formę heksagonalną (sześciościenną), układa się w strukturę krystaliczną.
I na tym właściwie kończy się teoria. Forma heksagonalna tłumaczy sześcioramienność gwiazdek, z kolei struktura krystaliczna wskazuje na regularny układ cząsteczek. To właśnie ten ład jest tutaj kluczowy, i to nie tylko w kwestii śniegu. Powszechnie znany jest przykład atomów węgla, które w zależności od sposobu ułożenia, mogą tworzyć zwykły grafit albo lśniący diament.
Tak jak w przypadku węgla, choć struktura krystaliczna lodu może być taka sama, jej ułożenie w przestrzeni i chaotyczność definiuje to, czy otrzymamy zwyczajne grudki lodu, czy też lśniące jak diament śniegowe cuda. I tak samo jak w przypadku diamentu, cuda te nie są przypadkowe! Kryształy śniegu tworzą się jedynie przy odpowiedniej temperaturze, w niskim ciśnieniu, w odległych warstwach atmosfery. W zależności od czynników zewnętrznych wytworzone kryształy mogą przyjmować formy kryształów dendrytycznych (przypominających rozgałęzione drzewo), szkieletowych czy sferolitów.
Czy śnieg jest czysty?
Jeszcze jedna, ciekawa sprawa. Jako dzieci zapewne nie raz słyszeliśmy zatroskane matki upominające nas, żeby nie wkładać śniegu do ust, ponieważ jest brudny. Wydawało się to kompletną bzdurą – jak taki śnieżnobiały puch, który przed sekundą spadł z nieba, mógł być brudny?
Wszystkie kryształy do stworzenia potrzebują czegoś takiego jak zarodek krystalizacyjny. Jest to swego rodzaju punkt zaczepienia, na którym osadza się cała struktura. W przypadku płatka śniegu zarodek ten nazywany jest jądrem kondensacji. Wokół niego tworzy się heksagonalny pierścień wody, a z nich dalszy kryształ. Funkcje zarodka pełni zazwyczaj drobinka kurzu bądź pyłu unoszącego się w powietrzu. Można to zaobserwować, kiedy włożywszy do czystej miski śnieg, zostawimy go, aby się roztopił. Na koniec, na dnie miski, będziemy mogli zobaczyć osadzone cząsteczki brudu, które jeszcze niedawno, unosząc się wśród chmur, zmieniły się w serca fantazyjnych płatków.
Mimo tak usystematyzowanego i jednolitego procesu tworzenia, każda spadająca na ziemię gwiazdka jest inna. Być może następnym razem, kiedy spojrzymy na wirujący w powietrzu śnieg, nie pomyślimy o nim jak o corocznych opadach atmosferycznych. Może przypomnimy sobie o milionach maleńkich cudów natury, skrzących się w świetle słońca niczym najczystsze diamenty.
Zdjęcie: Martyna Drobczyk
Korekta: Edyta Braun
Podręcznikowy ścisłowiec z pasją do sztuki i filozofii oraz z niezwykle specyficznym i nieco sarkastycznym podejściem do wszechświata.