Dendritické snehové vločky: Vznik hviezdicového tvaru

Snehové vločky sú jedným z najkrajších prírodných úkazov, ktoré fascinujú ľudí po celom svete. Sú symbolom zimy, chladu a využívaným symbolom v meteorológii. Používajú ju chladničky a mrazničky opäť vo svojej symbolike a v technickom ovládaní. Každá vločka je unikátna a jej tvar závisí od mnohých faktorov.

V tomto článku sa pozrieme na to, čo ovplyvňuje tvar snehových vločiek a prečo sú také rozmanité a zároveň veľmi podobné. Ako je možné, že existujú rôzne tvary snehových vločiek? Snehové vločky sa tvoria v oblakoch, kde sa vodná para sublimuje priamo na ľadové kryštáliky. Tento proces začína na mikroskopických časticiach prachu alebo peľu, ktoré slúžia ako jadro pre kryštalizáciu, tzv. kondenzačné jadro.

Snehové vločky sú komplexné štruktúry tvorené vodou. Nič iné k tomu netreba, hoci snehová vločka môže byť nositeľom nečistôt. Podľa najnovších výskumov môže byť jej súčasťou aj mikroplast.

Jednotlivé molekuly vody sa pri zmrazovaní organizujú do šesťuholníkových (hexagonálnych) štruktúr. Táto symetria je výsledkom tvaru molekúl vody a spôsobu, akým sa spájajú. Aj keď majú rôzny tvar, majú rovnakú pravidelnú šesťuholníkovú (hexagonálnu) mriežku. Tento tvar vzniká usporiadaním molekúl vody, ktoré majú uhol 60° prípadne 120°.

Snehová vločka slúži aj ako pomenovanie pre chumáč snehu, ktorý sa v priebehu dopadu z mrakov, spája s inými krištáľmi ľadu. Jeden z najväčších mýtov o snehových vločkách je, že žiadne dve snehové vločky nie sú rovnaké. Tento mýtus vznikol kvôli obrovskej rozmanitosti tvarov a vzorov, ktoré snehové vločky môžu mať. Hoci je pravda, že šanca nájsť dve úplne identické snehové vločky je veľmi malá, nie je to nemožné. Zákonitý šesťuholníkový súmerný tvar je chaoticky narušovaný vplyvom fyzikálnych podmienok.

Faktory ovplyvňujúce tvar snehových vločiek

Ako vznikajú snehové vločky?

Teplota: Teplota vzduchu je jedným z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú tvar snehových vločiek. Pri teplotách okolo -2 °C až -4 °C vznikajú jednoduché doskové kryštály. Pri teplotách okolo -5 °C až -10 °C sa najčastejšie tvoria ihličkovité alebo stĺpové kryštály. Pri teplotách okolo -12 °C až -16 °C sa tvoria zložité hviezdicovité dendrity.
Vlhkosť: Obsah vlhkosti vo vzduchu tiež hrá významnú úlohu. Vyššia vlhkosť podporuje tvorbu zložitejších a väčších kryštálov.
Atmosférický tlak a vietor: Tieto faktory ovplyvňujú rýchlosť rastu kryštálov a ich konečný tvar.
Znečistenie a prachové častice: Mikroskopické častice v atmosfére, ako sú prach a peľ, slúžia ako jadro pre tvorbu snehových vločiek.

Každá snehová vločka je jedinečná kvôli neustále sa meniacim podmienkam v atmosfére. Počas svojho pádu prechádza vločka rôznymi vrstvami vzduchu s odlišnými teplotami a vlhkosťou, čo ovplyvňuje jej rast a konečný tvar.

Rôzne tvary snehových vločiek pod mikroskopom

Vznik ľadových kryštálikov

Vznik ľadových kryštálikov alebo snehových vločiek (zhluky kryštálikov) je jedným z najkrajších javov prebiehajúcich v atmosfére. Variácií snehových vločiek je obrovské množstvo, najmä vďaka citlivej podstate ich vzniku. RNDr. Ingrid Damborská, CSc. z Fakulty matematiky, fyziky a informatiky Univerzity Komenského v Bratislave (Katedra astronómie, fyziky Zeme a meteorológie) vysvetľuje, že vodná para môže v atmosfére bezprostredne prechádzať do pevného skupenstva. Prechod vodnej pary do tuhého stavu odborníci nazývajú sublimáciou.

„K rastu ľadových kryštálov môže dochádzať dvojakým spôsobom: 1. priamym usadzovaním molekúl vodnej pary na zárodkoch (prachová častica alebo peľové zrnko) alebo kryštáloch sublimáciou; 2. mrznutím prechladených kvapiek vody. Proces sublimácie sa v plnej miere uplatňuje pri viazaní molekúl vodnej pary priamo na kryštálikoch ľadu, k čomu sú vytvorené zvlášť priaznivé podmienky v zmiešaných oblakoch.

Ľadové kryštály majú podľa odborníčky pravidelnú šesťuholníkovú kryštálovú mriežku. Podľa teploty okolia vzniku (tab.1, obr. 2) sa tvoria kryštály rôzneho tvaru, napr. Podľa vlhkostných pomerov v atmosfére sa tieto tvary môžu navzájom kombinovať. Bolo popísaných viac ako 21-tisíc rôznych tvarov snehových kryštálov, zaoberá sa nimi jeden vedný odbor - kryštalografia snehu.

RNDr. Ingrid Damborská, CSc. pokračuje, že podľa medzinárodnej klasifikácie sa delia na 10 základných skupín:

doštičky,
hviezdice (dendrity),
stĺpiky,
ihlice,
vločky jednoduché,
stĺpiky s doštičkami,
nepravidelné priestorové častice,
krúpky, krupica,
ľadové zrná,
krúpy.

„Kryštáliky ľadu jednoduchších tvarov pozorujeme vo vyšších vrstvách atmosféry (5 - 12 km), kde tvoria obvykle vysoké oblaky. V nižších vrstvách atmosféry sa vyskytujú v oblakoch kryštáliky zložitejšej štruktúry. Z meteorologických prvkov má najväčší význam teplota a vlhkosť vzduchu. Všetky kryštály majú spoločný šesťuholníkový tvar, ktorý má pôvod v usporiadaní molekúl vody v kryštalickej mriežke a ktorý sa vyznačuje jednou hlavnou osou symetrie a tromi vedľajšími.

„Tento ideálny tvar je deformovaný rôzne podľa toho, akým spôsobom sú viazané prichádzajúce molekuly vodnej pary k ploche kryštálu a ako sa vytvárajú tzv. plošné zárodky v závislosti od teploty vzduchu a tlaku vodnej pary v okolí kryštálu (obr.4). Plošný zárodok predstavuje konfiguráciu molekúl vodnej pary, ktoré sú pevne pripútané k ploche kryštálu a podporujú narastanie novej kryštálovej plochy. Pri raste kryštálikov tak niektoré kryštálové plôšky rastú rýchlejšie a iné pomalšie,“ uvádza RNDr.

Pri nízkych teplotách vzduchu, napr. -30 °C, v dôsledku väčšieho presýtenia atmosféry vodnou parou vzhľadom k ľadu, dochádza k rýchlemu narastaniu kryštálikov, kedy sa nový plošný zárodok vytvorí skôr, ako sa ukončí rast predchádzajúcej plochy. „Plocha kryštálu pritom narastá od okraja smerom do stredu v dôsledku pôsobenia elektrostatických síl, ktorými sú viazané molekuly vody v mriežke ľadu. Preto je najväčšia časť molekúl viazaná na hranách a rohoch kryštálu, kde sú prichádzajúce molekuly najmenej rušené susednými molekulami. Nakoniec sa viažu molekuly uprostred plochy, kde je väzba najsilnejšia.

Zvyšovanie teploty a pokles tlaku vodnej pary nad ľadom vedie k spomaleniu rastu kryštálov. Vtedy plochy kryštálu narastú skôr, než sa vytvorí nový plošný zárodok a vzniknuté kryštály majú jednoduchý kompaktný tvar (pri teplotách -20 °C až -30 °C). Ďalším zvyšovaním teploty vzduchu bude dochádzať k zosilneniu difúzie molekúl vodnej pary k povrchu kryštálu, ktorý bude v dôsledku toho rýchlejšie narastať do strán.“ Vytvorené doštičky tak budú pomaly prechádzať do zložitejších hviezdičiek, ktoré odborníci nazývajú dendrity (obr. 5). Pri teplote okolo 0 °C nadobúdajú kryštáliky ľadu v atmosfére ihlicovitý tvar.

Ľadové kryštáliky vzniknuté zmrznutím kvapiek vody a narastajúce sublimáciou vodnej pary sa môžu ďalej zväčšovať pri padaní v atmosfére. Ak je pri zemskom povrchu záporná teplota, snehové vločky padajú na Zem vo forme snehu alebo snehových (ľadových) krúpok a môžu zostať ležať na zemskom povrchu v podobe snehovej pokrývky. Od svojho vzniku až do úplného roztopenia sa sneh stále mení. Odborníci rozoznávajú tri druhy premeny snehu. V týchto fázach premeny snehu sa už nehovorí o snehových kryštáloch, ale o snehových zrnách, lebo kryštálová mriežka sa viac-menej stráca. V závislosti od priebehu počasia sa môžu jednotlivé fázy premeny rôzne kombinovať, prípadne aj preskočiť a vynechať.

V priemere jeden septilión snehových vločiek spadne každú zimu. V prírode sa občas môže vyskytnúť okrem bieleho snehu aj sneh rôznej farby - oranžový, červený, zelený či dokonca fialový. Pokiaľ sa totiž vo vzduchu nachádzajú znečisťujúce látky (piesok, smog), tieto sa premietnu do farby snehových vločiek. Oranžový sneh napadal v roku 2007 na Sibíri vďaka vysokej koncentrácii piesku v ovzduší počas snehovej búrky. V ruskom Krasnodare zase riasy, rastúce v snehu či ľade v polárnych a alpských oblastiach, spôsobili ružovú farbu snehovej pokrývky. A niektoré časti Londýna, ktorý je vyhlásený za smogom najznečistenejšie mesto Európy, pokrýva sneh šedo - čierny. Obyvatelia Uralu boli prekvapení, keď im napadol zelený sneh.

Historické zmienky o snehových vločkách

Prvá zmienka o súmernom šesťuholníkovom tvare snehových vločiek bola už z roku 135 p. n. l., učenec Han Yin „Kvety rastlín a stromov sú väčšinou päťcípe, ale kvety snehu, ktoré nazývame ying, sú vždy šesťcípe.“, neskôr v 6. storočí autor Hsiao Tung „Červené mraky plávajú po troch štvrtinách blankytnej oblohy. Ďalšie mená spomínajúce snehovú vločku a jej tvar: biskup Olaus Magnus (r. 1555) , astronóm Thomas Harriot (r. 1591), filozof a matematik René Descartes (r. 1637), polyhistor Johannes Kepler (r. 1611), Wilson Bentley (r. 1885) ako 15 ročný fotografoval snehové vločky, fyzik Ukichiro Nakaya (r. 1930), expert Kenneth G.

Zaujímavosti o snehových vločkách

Najväčšia snehová vločka: Podľa Guinessovej knihy rekordov mala najväčšia snehová vločka priemer 38,1 cm a hrúbku 20,3 cm.
Farby snehu: Sneh môže byť aj iných farieb ako biely.
Morfogenéza ľadu: Transformácia jednoduchého ľadového hranola na komplikovanejšiu hviezdicovú vločku, a teda, keď z počiatočného chaosu vzniká určitá presná zákonitosť a poriadok, štruktúra.

Prečo neexistujú dve rovnaké snehové vločky?

Snehové vločky sú nádherným príkladom toho, ako príroda dokáže vytvoriť nespočetné množstvo variácií z jednoduchých fyzikálnych procesov.

Snehové vločky nám ponúkajú pohľad na fascinujúci svet mikroskopických krás, ktoré nás obklopujú počas zimných mesiacov.

História skúmania snehových vločiek

Snehové vločky fascinovali vedcov a pozorovateľov už od staroveku. Jedným z pionierov bol japonský výskumník Ukichiro Nakaya, ktorý v 20. storočí experimentoval s vytváraním umelej snehovej vločky a systematicky skúmal rôzne faktory ovplyvňujúce ich tvary.

Fotografie snehových vločiek Wilsona Bentleyho

Okrem Nakayu sa výskumu snehových vločiek venovali aj ďalší významní vedci. Wilson Bentley, známy aj ako „Snowflake Bentley,“ bol americký farmár a amatérsky meteorológ, ktorý v 19. storočí ako prvý zachytil fotografie snehových vločiek pod mikroskopom.

Detailná fotografia snehovej vločky ukazuje klasickú šesťstrannú štruktúru, ktorá drží spolu tento malý zimný zázrak. Až do nástupu makrofotografie a snímania na konci 18. storočia nebolo možné študovať štruktúru snehových vločiek, pretože sa topili príliš rýchlo na to, aby mohli byť pozorované pod mikroskopom. Začalo to mikroskopom, ktorý mu jeho matka dala v pätnástich rokoch, čo otvorilo svet mladému Wilsonovi.

Ako milovník zimy chcel využiť mikroskop na prezeranie snehových vločiek. Jeho počiatočné skúmanie sa ukázalo ako fascinujúce a frustrujúce, keď sa snažil pozorovať vločky s krátkou životnosťou. Aby sa mohol podeliť o svoje objavy, začal načrtávať to, čo videl, a do svojej sedemnástky nazbieral niekoľko stoviek náčrtov.

Keď mu otec kúpil kameru, Wilson ju skombinoval s mikroskopom a 15. Okrem vývoja prístroja musel navrhnúť spôsob na zachytenie snehového kryštálu a jeho transport s minimálnym poškodením. Zistil, že najlepšie zachytí kryštály na chladnom zamatovom podnose. Dával pozor, aby kryštál neroztopil svojím dychom, zdvihol ho na vopred vychladenú podložku s tenkou drevenou dlahou z metly.

Sklíčko sa potom nieslo do jeho fotografického prístrešku a umiestnilo sa pod mikroskop. Podsvietený obraz bol zaostrený pomocou systému strún a kladiek, ktoré vymyslel, aby sa zmestili do jeho rukavice.

Pochopil, že snehové vločky sa tvoria, keď padajú z oblohy, a ich rast a vzhľad sú formované stovkami meniacich sa podmienok, ako sú nadmorská výška, teplota a vlhkosť. Táto kombinácia faktorov znamená, že existuje viac možností tvarov snehových vločiek ako molekúl na Zemi.

„Každý krištáľ bol majstrovským dielom dizajnu a nikdy sa nezopakoval.

Symbolika snehových vločiek

Z kultúrneho hľadiska nachádzame symbol vločky už v starobylom kmeni Keltov. Keltská snehová vločka je skutočným umeleckým dielom. Zauzlená vločka symbolizuje kruh života alebo život všeobecne. Archeológovia uvádzajú, že trojitý uzol sa prvýkrát objavuje ako pohanský znak. Časom bol integrovaný do kresťanstva ako symbol Svätej Trojice ranými írskymi kresťanmi v 4. storočí.

Snehové vločky môžu symbolizovať radosť, nevinnosť, pokoj, čistotu, život, jemnosť a jedinečnosť. Najsymbolickejším významom, ktorý využívajú aj mnohí umelci vo svojich dielach, je zmena alebo premenlivosť vločky. Vločka nikdy neumiera, len mení svoj tvar a integruje sa tak do ekosystému.

Snehové vločky majú v našej kultúre veľmi pozitívne konotácie.

Krehkosť - Snehová vločka predstavuje dokonalý príklad krehkosti a pominuteľnosti. Jemné pristátie vločky na vašej ruke z nej spraví malé jazierko vody. Čím krehkejšie niečo je, tým viac sme opatrní a láskyplní.
Pominuteľnosť - Pominuteľnosť môže byť dobrá aj zlá. Tak ako vločka, sme na tejto zemi len krátky čas, a tak by sme si ho mali užiť naplno. Tieto malé radostné chvíľky s vami ostanú navždy. Tak ako snehová vločka, nechávame sa unášať prúdom a hľadáme si svoje miesto na usadenie.
Kúzla - Kto z nás nebol očarený tými krásnymi zábermi na krajinu pokrytú snehom? Kto z nás neverí v čaro kúzelného Mrázika? Sme obklopovaní toľkými krásami a úžasnými javmi. Zima môže byť dvojaká, môže vám ukázať svoju krutú chladnú tvár alebo radostnú hrejivú, ktorá stojí za to. Jedna z tých najkúzelnejších chvíľ zimy je pád prvej vločky z neba. Moment privítania zimy do nášho príbytku i nášho srdca.
Individualita a jedinečnosti - Tak ako naše otlačky prstov sa každá snehová vločka líši od tej druhej. Aj keby ste hľadali celý život, nenájdete dve rovnaké vločky.
Komplexnosť - Ako už dokázal Willson Bentley a po ňom aj mnohí vedci, štruktúrovanosť snehovej vločky je nesmierne komplexná. Ak si ju prehliadnete pod mikroskopom ako to urobil Bentley, spozorujete zložitú štruktúru a ucelenú prepletenosť. Môžeme to prirovnávať k samotnej komplexnosti života. Koniec koncov všetko v živote je zložité, dokonca aj taká malá bezvýznamná snehová vločka.
Zmena - Snehová vločka sa v ekosystéme prírody neustále mení a transformuje. Nikdy už nestretnete tú istú vločku, neustále sa premieňa a vyvíja sa v novú a novú vločku. Kolobeh vody v prírode je nepretržitý. Čerstvá pokrývka snehu pokryje celú ulicu, tá sa počas dňa vďaka teplu roztopí a vyparí do ovzdušia. Snehová vločka sa utvorí okolo mikroskopických častí prachu alebo peľu v ovzduší. Vodná para z bývalej vločky pokryje kúsok prachu a vďaka chladnejšej klíme zamrzne a vytvorí malý kryštál ľadu. Tento malý kryštálik na oblohe je drobné semienko, z ktorého vyrastie nádherná snehová vločka. Počas pádu kryštálu na zem začína snehová vločka rásť a nabaľovať sa, čím vytvorí svoj charakteristický jedinečný tvar. Už to nie je tá istá vločka, má v sebe toľko nových skúseností.
Nové začiatky - So zmenou úzko súvisia aj nové začiatky. Keď chcete začať novú kapitolu svojho života, nevybrali by ste si lepší symbol ako snežnú vločku. Premena, ktorú sneh prináša, môže byť druhou šancou na čerstvý začiatok. Podoba padajúcich snehových vločiek vzbudzuje kúzlo dobrého posolstva do života.
Pokoj, mier a nádej - Snehové vločky sú symbolom, ktorý je úzko spätý s Vianocami, obdobím mieru a pokoja pre kresťanov. Kresťania vnímajú zasnežené Vianoce ako typické šťastné obdobie kedy je radosť a mier medzi nami. Snehová vločka má symbolizovať rodinu, lásku, pokoj, nádej a šťastie počas Vianočného obdobia. Ľudia si často zdobia stromček alebo ikebany falošným snehom.
Radosť - Nostalgické chvíle radostných výkrikov a šuchotania kombinéz do zimy s vami ostanú naveky. Snehová vločka vám jednoznačne pripomenie detské chvíle nevinnosti a zábavy, ktorú si už teraz nedoprajete. Radosť a Vianoce idú vždy ruka v ruke. Je vždy náročné stretnúť celú rodinu za stolom, avšak Vianoce sú špeciálne. Počas Vianoc sme zasa všetci pokope.

Vločky v umení a dizajne

Motív snehovej vločky sa často objavuje v umení a dizajne. Šperk so snehovou vločkou je dokonalý spôsob, ako si pripomenúť krásny deň na svahu alebo radostné chvíle s rodinou počas Vianoc. Podľa toho, aký štýl šperku obdarovaná osoba preferuje, existuje množstvo klasických minimalistických kúskov ako sada strieborných šperkov snehová vločka alebo strieborná retiazka snehová vločka.

tags: #dendrity #snehové #vločky #tvar #hviezdice #vznik