Что такое снежинки, из чего они состоят и как они образуются

Зима. На улице не очень холодно, и идет снег. Подставьте рукав под падающие хлопья – сколько снежинок сцепилось между собой колючими краями! И каждую из них можно подолгу рассматривать – настолько красив и совершенен ее уникальный узор. А как они образуются?

Подарок с неба

Каждый раз пристальное рассматривание обычной снежинки вызывает удивление и восторг. Исследуя это погодное явление около 400 лет тому назад, впервые научно описал, что такое снежинки, немецкий астроном Иоганн Кеплер в своем трактате «Новогодний подарок. О шестиугольных снежинках». Впоследствии множество исследователей из разных стран изучали это природное явление. Более трехсот лет назад хлопья снега были впервые рассмотрены с помощью микроскопа и зарисованы. Фотографы также внесли свою лепту в познание этого зимнего чуда. Оригинальный метод фотографирования снежинок придумал российский фотограф А. А. Сигсон в конце XIX века.

Он запечатлел на пленку около 200 различных форм снежинок. Однако больше всего снимков ледяных звезд удалось сделать американцу Уилсону Бентли – около 5000! Его коллекция фотографий снежинок до сих пор является самой известной.

Вода в твердом состоянии

Как образуются в природе столь совершенные линии, как будто вычерченные по чертежу? В атмосфере Земли содержится много воды благодаря постоянному испарению. Из более теплых слоев воздуха она перемещается в холодные, с минусовыми температурами, и там замерзает. Получается, ответ на вопрос "что такое снежинки" очень прост: это кристаллы льда. Они образуются высоко в небе, где очень холодно, из застывшего водяного пара и медленно опускаются вниз. По пути к Земле с ними непрерывно происходят сложные метаморфозы.

В чем секрет формы?

Почему ледяные кристаллы так разнообразны? Из чего состоит снежинка и как она приобретает свою форму? Сначала внутри водяного облака образуются совсем крошечные кристаллики. Как ни странно, в центре каждого из них обычно находится мельчайшая частица пыли, занесенная в небеса ветром. Начальный размер кристалла - примерно 0,1 мм. Как появляются снежинки из таких льдинок? Облако постоянно перемещается, и температура внутри него меняется. В результате этого в кристалле происходят превращения – он непрерывно притягивает к себе такие же застывшие мельчайшие частицы воды, которые «приклеиваются» к нему.

Именно поэтому форма снежинок неповторима. Она меняется вместе с температурой окружающего воздуха. По опыту мы знаем, что чаще всего снежные хлопья, состоящие из множества крупных, идеально ровных искрящихся снежинок, сыплются с неба при минусовой температуре от -10 до 0 ^оС. Это объясняется тем, что влажность воздуха повышается при повышении температуры, и от этого все больше водяных кристаллов, плавающих там, сталкиваются между собой и соединяются. Иногда встречаются снежинки просто гигантских размеров. Самая большая из них в диаметре была около 38 см.

Разгадка в молекулярной формуле

Любому природному явлению всегда можно найти простое научное объяснение. Давайте вспомним уроки химии, чтобы понять, что такое снежинка. Формула воды – H₂O, ее молекула состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Поэтому в твердом состоянии вода образует кристаллы с количеством граней числом три или шесть.Так получаются шестиконечные снежные цветы с затейливым уникальным узором.

В узлах шестигранной кристаллической решетки возникают новые связи, и он усложняется, растет в этих направлениях. На каждой грани растут ледяные лучики с идентичным рисунком, так как наращивание кристаллов на одной снежинке происходит синхронно в одинаковых условиях в единый промежуток времени. Угол между ними может быть 600 или 1200 градусов. Ни одна из снежинок не повторяет другую – в этом главная загадка и притягательность этой ледяной красоты.

Легкие, как снег

Как мы знаем, снег очень легкий. Все дело в том, что при формировании снежных кристаллов причудливой формы внутри них образуются множественные воздушные пустоты. Что такое снежинки, вернее, их кристаллы? Это своеобразная ажурная сетка, на 95% заполненная воздухом. Снежинки – самая легкая и объемная разновидность снежных кристаллов. Обычно они весят около миллиграмма. Поэтому они очень легкие и тихо парят в атмосфере, постепенно опускаясь вниз.

Траектория движения и скорость каждого кристалла льда индивидуальны. Благодаря этому они перемещаются в воздушных массах с разными температурами и содержанием водяного пара и формируют уникальные узоры, содержащие до 200 отдельных кристаллов. Снежинки – самая легкая и объемная их разновидность.

Также снег бывает в виде мелкой колючей снежной крупы – там кристаллы спрессованы более плотно. Один кубометр снега содержит более 300 миллионов снежинок.

Как мы знаем, вода не имеет цвета. Почему же тогда снежинки и снег вообще белого цвета? Их грани отражают солнечный свет, а он, как мы знаем, состоит из цветового спектра, на который распадается белый цвет. Этим можно объяснить «удивительные» снегопады разных цветов – между кристаллами воды, в зависимости от разных причин, могут вмерзнуть различные вещества – от экзотических красных водорослей до обычной угольной пыли.

Снежинки по-научному

Оказывается, ученые изучают снежинки и даже различают несколько разновидностей по способу образования кристаллов. Они придумали для них разнообразные классификации, в которых количество разновидностей доходит до 80. Самая простая система определения была предложена в 1951 г. Комиссией снега и льда Международной ассоциации научной гидрологии.

Она включает семь видов кристаллов:

• игольчатые – вытянутые и острые на концах, действительно похожи на иглы;
• звездчатые – классические гексагональные снежинки, которые имеют длинные острые лучики с замысловатым рисунком;
• пластинки – напоминают плоские шестигранники;
• столбики – тонкие трубочки, наполненные воздухом;
• объемные дендриты – несколько подтаявших и смерзшихся опять снежинок;
• увенчанные столбики – кристаллы, похожие на пластинки, только трехмерные;
• неправильные кристаллы – со сломанными лучами.

Не всегда зимой снежинки выглядят как идеальный шестигранный цветок. Как мы писали выше, это зависит от влажности и температуры воздуха.

Чудо из холодных краев

Как мы знаем, погода зависит от времени года и степени удаленности местности от полюсов холода. Наблюдать падающие снежинки зимой мы можем только в определенных температурных поясах планеты.

Когда температура воздуха вблизи земной поверхности выше нуля градусов, снег просто не долетает до нее, тает и превращается в дождь. Потому жители многих стран, расположенных в жарких широтах, лишены возможности наблюдать наяву это природное явление – снегопад. Они видели его только на картинках. И наоборот, есть места на планете, где царствует вечная зима.