Почему снежинки имеют такую форму? Строение снежинки



Одно из самых удивительных явлений природы это уникальные и всегда шестигранные снежинки, которые словно маленькие бабочки кружатся в воздухе, покрывая землю сплошным слоем белоснежного снега.

Какую точность соблюдает природа создавая только шестигранные снежинки, но в чём же секрет такой структуры снежинок? К тому же, каждая снежинка уникальна по своей форме.

Чтобы понять, почему снежинки шестигранные, нужно учитывать, что снежинки это замёрзшие капельки воды. Образуются снежинки не из дождя, а из водяного пара. Для выяснения этого факта в своё время, было потрачено много миллионов долларов. А вот белый цвет снежинок обусловлен тем, что снежинки – маленькие кристаллики льда особой формы, поэтому свет отражается от них и делает их белоснежными.

При замерзании все молекулы в капельке льда выстраиваются особым порядком, в результате чего образуется специфическая геометрическая фигура, которая является кристаллом. Молекула воды, как говорит нам об этом наука химия, состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода.

При замерзании такой состав выстраивается в треугольник или шестиугольник. Каждый такой кристаллик очень мал и невидим без специального оборудования. Такие мини кристаллики движутся в воздухе за счёт воздушных потоков, которые совершают восходящие и нисходящие движения. В процессе такого перемещение происходит их группирование вокруг частички пыли или капельки воды. Постепенно это образование нарастает, собирая воедино сотни кристалликов. Через время, такое скопление становится достаточно тяжёлым, и падает на землю.

Так выпадает снег. Размер выпадающих снежинок может быть самым разнообразным, порой достигая трёх сантиметров в диаметре. Размер снежинки обусловлен температурой воздуха, при которой происходило её формирование. Чем ниже была температура, тем меньше будет и размер снежинки.

Существует уникальное явление – разноцветный снегопад. Снежинки могут быть красными, синими, зелёными и даже чёрными. Это очень просто объясняется, и именно такие цвета придают снежинкам находящиеся в воздухе грибки или пыль.

Кроме этого, у снежинок существует ещё множество секретов. Мало кто знает, что эти маленькие природные чудеса на 95% состоят их воздуха. Именно поэтому они имеют небольшую плотность и так медленно, словно паря, спускаются на землю. Одна снежинка весит не более 2-3 миллиграмм, но это относится только к самым большим представительницам этого вида. Обычно вес снежинок не превышает миллиграмма.

Самые большие снежинки, которые когда либо видело человечество, выпали в Москве в 1944 году, когда одна снежинка была размером с человеческую ладонь.

http://pochemu-da-pochemu.ru

На большой высоте над землёй при температуре от 0 до 40 градусов быстро превращаются в кристаллики изо льда. Ближе к поверхности температура постепенно растёт, замедляется, на его вершины нанизываются новые кристаллики. Кристаллы будут расти, будут вытягивать лучи, или отростки лучей, и превращаться в снежинку. Каждая снежинка рождается непохожей на другую, со своим особенным рисунком.

Как именно происходит процесс, зависит от влажности, температуры, давления, первоначальной формы снежинки. Самые незначительные колебания параметров резко меняют направление роста снежинки. Вот почему не будет одинаковых снежинок.

Почему снежинки белые? Свет отражается от пограничных поверхностей между кристалликами льда и воздухом внутри снежинки и рассеивается.
Разнообразные узоры, которые мы видим в морозные вечера на стёклах окон, имеют правильную форму. Пар стремится создать сплошное образование, заполнить всё свободное пространство. Этот факт и особенность разных поверхностей влияют на направление роста кристаллов, поэтому «морозные» рисунки не сохраняют ту правильную форму, которой обладает отдельная снежинка.

Как появляются снежинки?

Учёные, посвятившие себя изучению снежинок

Француз Тиссандье наблюдал процесс образования снега с воздушного шара. Он поднялся в небо в сильный снегопад и заметил, что метр за метром снежные хлопья постепенно уменьшались в размерах до отдельных снежинок. На высоте 2000 метров воздух стал совершенно прозрачным, видны были только мелкие кристаллики из снега. Учёный, видимо, оказался в снежной лаборатории.

Первый в мире кристаллографический трактат

Форму кристалликов снега открыл в 1611 году немецкий учёный, физик, астроном И. Кеплер совершенно (для нас) случайно.
Сорокалетний учёный к этому времени открыл первые два закона движения планет, опубликовал работы по астрономии, изобрёл телескоп. Хотя он был известным учёным, жил в бедности, и не знал, как прокормить свою семью. Думая о том, как сделать лёгкий, невесомый новогодний подарок одному хорошему человеку, обратил внимание на падающие на его пальто снежинки. Войдя в дом, достал лупу и стал рассматривать тающий снег. Потом сел за стол и высказал гениальные догадки по поводу геометрической структуры кристаллов в природе. Книга написана искренне, шутливо, простым понятным языком. Здесь он, размышляя о форме снежинки, поведал о том, что не понял, почему они имеют шестиугольную форму.

В Америке натуралист-фотограф Бентлей полвека собирал коллекцию, отснял под микроскопом более 5000 фотографий снежинок. И представьте себе: среди этих фото не нашлось двух одинаковых! К нему часто обращались ювелиры и художники, пользовались его работами для создания своих. На снимках действительно снежинки похожи на украшения, созданные непревзойдённым мастером-ювелиром. Он так и называл их: снежные драгоценности. Впоследствии американское Бюро погоды из коллекции выпустило атлас снежинок, в который вошла половина снимков натуралиста. Тайну получения качественных изображений он никому не открыл.

Сделать фотографию снежинки нелегко, потому что она тает быстро и теряет резкость очертания.

Русскими тоже был открыт способ фотографирования снежных кристаллов, при котором снежинки размещали не на стекло, а на тончайшую сетку из шелковинок. Фото получались тоже хорошего качества, а сетку потом ретушировали. В 1933 году на полярной станции наблюдателем Касаткиным было получено 300 фотографий самых разных снежинок. Все снежинки, в основном, шестиугольные, но встречались особенные, те, что напоминают часы, («кристалл – часы» – так называл их Бентлей).

Кристалл йодоформа тоже шестиугольный, профессор Леман лабораторным способом получил «снежинки» йодоформа, отметил последовательное формирование их и сходство с обычными снежинками.

Формирование снежинки

Шестиугольная форма снежинки

Элементарная – тетраэдр, который объединяет шесть молекул воды. Каждая молекула воды сохраняет способность образовывать водородные связи. Поэтому тетраэдры могут соединяться друг с другом, образуют новые структуры. В природе большое их разнообразие, но базовая структура – шестигранник, при котором молекулы воды объединены в кольцо. Таким образом, снежинка состоит из сборных кристалликов льда. Гексагональная структура льда и определяет шестиугольную форму снежинки.

Маленькие кристаллики соединяются другом с другом гранями, не углами; в результате, лучи будут расти в шесть направлений, и от лучика отходить другой лучик строго под углами в 120 или 60 градусов . Условия образования снежинки каждый раз будут разными. Поэтому она увеличивается то в ширину, то будут удлиняться её лучи. В сухой морозный день образуется снежинка необычной формы, она удлиняется и превращается в шестиугольный столбик.

Форма снежных кристаллов зависит от температуры: от -3 до 0 градусов (по Цельсию) – формируются шестиугольные плоской формы, от -5 до -3 игольчатой формы, от -8 до -5 -столбики – призмы, от -12 до -8 -опять плоской формы. Если температура понижается, снежинки могут получиться разных форм.

У каждой снежинки своя жизнь, так как формирование снежинки каждый раз происходит в новых условиях. Каждый раз, незначительно, но, параметры: влажность, температура, давление будут меняться. При падении на Землю снежинка меняет форму: если вращается волчком, будет идеально симметричной, в других случаях нет. Если температура воздуха под облаками поднимется до нуля, будет обычный дождь. Так бывает часто, что снегопад переходит в дождь.

Современная классификация снежинок

В наше время наблюдение за снежинками выросло в . Международная комиссия по снегу взяла за основу простую классификацию твёрдых осадков. Было зафиксировано 7 видов кристаллов в форме пластинок, звездчатых кристаллов, столбцов, игл, и др. Русский учёный Заморский классифицировал снежинки на 9 классов и 48 видов . Так, видовой список снежинок можно продолжить ёжиками, пушинками, запонками, призмами, звёздочками и т.д.

Учёный который синтезирует снежинку близнеца

Снежинка - одно из самых прекрасных созданий природы. Нам бы пришлось немало потрудиться, чтобы создать форму, сравнимую по красоте с формой снежинки. В снегопад миллионы снежинок падают на землю, и среди них нет двух одинаковых.

Снег, как ты уже знаешь,- это просто замерзшая вода. Почему тогда снег белый, если это замерзшая вода? Он должен быть бесцветным. Снег белый оттого, что плоскости снежинки, являющиеся кристалликами льда, отражают свет, поэтому снег и кажется белым.

При замерзании воды образуются кристаллы. Это значит, что молекулы выстраиваются особым порядком, образуя геометрическую форму, что мы и называем «кристаллом».

Так получилось, что молекула воды состоит из трех частиц - двух атомов водорода и одного атома кислорода. Поэтому при кристаллизации она может образовать трех- или шестиугольную фигуру. Вода, превращающаяся в снег, есть форма водяного пара в атмосфере. При замерзании кристаллики воды настолько малы, что их не видно. При образовании снега эти кристаллики перемещаются воздушными потоками в атмосфере вверх и вниз.

Во время таких перемещений они группируются вокруг мельчайших частичек пыли или капелек воды. Подобная группа кристаллов становится все больше и больше, вокруг одного такого ядра может собраться несколько сотен таких кристаллов.

Эта группа становится большой, тяжелой и падает на землю. Мы называем ее «снежинкой». Некоторые снежинки достигают трех сантиметров в диаметре. Размеры снежинок зависят от температуры. Чем ниже температура, тем меньше снежинки.

Почему все снежинки имеют одну очень странную особенность они все шестиугольной формы. Знаменитый Иоганн Кеплер, астроном, открывший законы ». движения планет. И к простому «снежному» вопросу он подходит как настоящий ученый посвящает ему научный труд «О шестиугольных снежинках». В поисках «действующего начала» Кеплер исследует и сравнивает формы пчелиных сот и зерен граната, срезы стеблей растений и формы цветков. Казалось бы, эти объекты исследования не имеют отношения к зимнему снегу, но ученый видит гармонию окружающего мира во взаимосвязи всех его элементов. Более того, он обнаруживает связь этих форм с «божественной пропорцией» (пропорцией «Золотого сечения») и с числами Фибоначчи. ПродолжимПродолжим!?

Снежинка Бентли Уилсон А. Бентли, удивительный фермер-самоучка из штата Вермонт (США), получивший прозвище «Снежинка» (Snowflake Man). В 1885 году, когда ему было 20 лет, после многочисленных неудачных попыток Уилсон сделал,наконец,первую фотографию так поразившей его снежинки,приладив к микроскопу большую складную фотокамеру. С этого момента Уилсон Бентли не выпускал фотокамеру из рук.46лет, Бентли собирал уникальную коллекцию фотографий снежинок. К концу жизни Бентли коллекция насчитывала более 5000 экземпляров. Что удивительно, ни одна форма снежинки не повторяется. Есть снежинки похожие, но абсолютно идентичных нет!

В языке эскимосов для наименования снега существует больше 20 слов. В якутском языке около 70. У них есть 50 разных слов для обозначения цветов снега. У эскимосов есть 28 слов для снега. А в языке эскимосов есть 14 определений снега. У эскимосов 150 слов для обозначения снега. Он для них вся жизнь. Поэтому весенний снег называется по-другому, чем зимний.

Снег образуется, когда вода, находящаяся в атмосфере в виде пара, замерзает. Пар замерзает, и получаются чистые, прозрачные кристаллы. Движение воздуха заставляет эти кристаллы летать вверх и вниз. Снег белый, потому что снежинки это кристаллы, которые отражают весь спектр света, который мы видим. Далее

В Сибири снежные хлопья достигали 30 сантиметров в диаметре. Такие гиганты могут выпадать только при полном безветрии. При низкой температуре и сильном ветре снежинки сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков. При морозе в 40 градусов зарождающиеся кристаллики льда выпадают в виде «алмазной пыли». В Якутии в ясную морозную погоду выпадают тоненькие ледяные иголки.

Шестиугольная форма снежинок объясняется молекулярным строением воды, а вот на вопрос, почему снежинки плоские, пока ответа так и не найдено. Некоторые снежинки достигают трех сантиметров в диаметре. Размеры снежинок зависят от температуры. Чем ниже температура, тем меньше снежинки. В некоторых частях планеты выпадал цветной снег: синий, зеленый, красный и даже черный? Это связано с присутствием в воздухе, где образуются снежинки, определенного грибка или пыли.

Снежинка является одним из самых удивительных природных творений. Если бы человек захотел создать что-то подобное, ему пришлось бы очень постараться. Во время снегопада миллиарды маленьких кристалликов устилают землю, и стоит отметить, что среди них нет одинаковых, они все разные.

От чего зависит форма снежинки?

Форма снежинки находится в зависимости от температуры, которая способствовала ее образованию. Всем известно, что облака, которые находятся высоко, будут холоднее тех, что снизу. Итак, как влияет температура на форму снежинки:

• -3...0 °С - шестиугольник плоский;
• -5...-3 °С - кристалл игольчатый;
• -8...-5 °С - столбик-призма;
• -12...-6 °С - снова плоский шестиугольник;
• -16...-12 °С - звездчатые снежинки.

По мере своего роста снежинка становится тяжелой, что заставляет ее падать на землю. В процессе падения ее форма меняется. Если, опускаясь, снежинка вращается, то земли она достигнет идеально симметричной. А если кристаллик падает боком, то в итоге он утратит свою форму. На лету снежинки могут слипаться между собой и образовывать целые хлопья из снега. В каждом из них может содержаться до двухсот кристаллов. Можно сделать вывод, что форма снежинки полностью зависит от траектории ее полета и температурного режима на разной высоте.

Классификация снежинок

Международной комиссией по изучению снега и льда в 1951 году была принята классификация твердых осадков. Все кристаллы, согласно ей, можно поделить на группы:

• пластинки;
• звездчатые дендриты;
• иглы;
• столбцы;
• столбцы с наконечником;
• пространственные дендриты;
• образования неправильной формы.

• град;
• ледяная крупка;
• снежная мелкая крупка.

Описание основных видов снежинок

• Звездчатые дендриты - это кристаллы, которые отличаются ветвящейся, древовидной структурой. У них 6 основных веток, расположенных симметрично, и много ответвлений, размещенных хаотично. Размер таких образований, как правило, в диаметре составляет 5 мм, а их толщина - 0,1 мм. Это говорит о том, что такие снежинки тонкие и плоские.
• Столбики - это наиболее распространенная форма снежинок, которая еще называется колонной. Такие полые трубочки могут иметь форму шестигранника, как карандаш, заостренный на конце.
• Пластинки состоят из множества ледяных ребер, которые делят снежинку на сектора. Такие образования тоже очень тонкие и плоские.
• Иглы представляют собой столбчатые кристаллы, которые вырастают тонкими и длинными. Иногда внутри они бывают полыми, а иногда могут расщепляться на несколько веток.

• Столбцы с наконечником отличаются столбчатой формой, но под воздействием различных факторов могут превращаться в тонкие пластинки, особенно если их занесет в зону, где преобладает иная температура.
• Пространственные дендриты - это спрессованные или сросшиеся столбчатые кристаллы, которые образовали объемную структуру. При этом каждое ответвление располагается в отдельной плоскости.
• Снежинки неправильной формы - это кристаллы, которые за время полета пережили немало "приключений". Например, их могло занести в турбулентную зону, где они могли утратить часть веток или совсем разломаться. Такие снежинки можно увидеть при сильном ветре в мокром снегу.