Fyzika snehovej vločky: Tajomstvo jedinečnosti a krásy

Snehové vločky sú jedným z najkrajších prírodných úkazov, ktoré fascinujú ľudí po celom svete. Sú symbolom zimy, chladu a nachádzajú využitie aj v meteorológii a technike. V tomto článku sa pozrieme na to, čo ovplyvňuje tvar snehových vločiek a prečo sú také rozmanité a zároveň veľmi podobné.

Pomenovaním snehová vločka v skutočnosti nazývame kryštál ľadu. Snehová vločka je však aj všeobecné pomenovanie akéhokoľvek chuchvalca snehu, ktorý v zime padá z mrakov.

Ako vznikajú snehové vločky?

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.

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°.

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.

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.

Prečo je každá snehová vločka jedinečná?

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.

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.

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.

Faktory ovplyvňujúce tvar snehových vločiek

• Teplota: Teplota vzduchu je jedným z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú tvar snehových vločiek.
• 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.

Tvary snehových kryštálov

Ľadové kryštály majú pravidelnú šesťuholníkovú kryštálovú mriežku. Podľa teploty okolia vzniku sa tvoria kryštály rôzneho tvaru. 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.

Podľa medzinárodnej klasifikácie sa delia na 10 základných skupín:

1. Doštičky
2. Hviezdice (dendrity)
3. Stĺpiky
4. Ihlice
5. Vločky jednoduché
6. Stĺpiky s doštičkami
7. Nepravidelné priestorové častice
8. Krúpky, krupica
9. Ľadové zrná
10. 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. 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.

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.

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. Pri teplote okolo 0 °C nadobúdajú kryštáliky ľadu v atmosfére ihlicovitý tvar.

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.

Premena snehu

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.

Farba snehu

Sneh nie je biely, ale priehľadný! V skutočnosti je sneh priehľadný a bezfarebný. Komplexná štruktúra snehových kryštálov má za následok nespočetné malé plôšky, od ktorých sa viditeľné svetlo účinne odráža. Tvoria ho ľadové kryštáliky, ktoré neprepúšťajú svetlo. Spektrum farieb sa od povrchu snehovej vločky odráža, čo je dôvodom, prečo sneh vidíme biely.

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.

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.“

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.

Farmár z Vermontu Wilson Bentley vytvoril prvý fotografický album padajúceho snehu, ktorý ohúril svet kúzelnou štruktúrou snehových vločiek. Práve za týmto účelom zostrojil dômyselný mechanizmus spojenia fotoaparátu a mikroskopu pre lepšie rozlíšenie a detailnejšie obrazce. Svoj prvý snehový kryštál si odfotografoval v roku 1885 ako devätnásťročný. Za celú svoju kariéru zachytil na sklenené fotografické platne viac ako 5000 záberov snehových vločiek. Jeho fotografie poskytli pohľad na tento fenomén širšej verejnosti najmä vďaka publikáciám v novinách a časopisoch.

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.

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

tags: #pad #snehovej #vlocky #fyzika

Populárne príspevky:

• Riziká jabĺk Idared z Poľska
• Viac o zrušení spoločnosti DANATI, spol. s r. o.
• Najlepšie chaty na Slovensku v roku 2021
• Recept na kuracie nugetky
• Recept na čokoládový sirup