Proces vzniku snehovej vločky a faktory ovplyvňujúce jej tvar

Snehové vločky sú jedným z najkrajších prírodných úkazov, ktoré fascinujú ľudí po celom svete. Snehová vločka je 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 decembri uplynie 450. rokov od narodenia Johanna Keplera (1571 - 1630), nezameniteľného a zároveň znamenitého predstaviteľa etapy vedecko-filozofickej revolúcie 16. a 17. storočia, ktorý sa do nej zapísal najmä vďaka svojím vedeckým objavom, no celkom iste aj svojou ambíciou filozofickej tvorivosti. Práve táto fantastika myslenia Keplerovi umožnila bez obáv interpretovať nielen krajne realistickú predstavu idey heliocentrizmu, ktorá mu na univerzite v Tübingene, okrem iného, vytvárala nepriateľov, ale rovnako dychtivo mu umožnila pátrať aj po svetovej harmónii. Keplerovým zámerom bolo premeniť systém špekulatívnych matematických hypotéz na množinu fyzikálnych hypotéz, smerujúc k vybudovaniu nebeskej fyziky ako konceptu univerzálnych princípov prírody.

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.

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: 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. 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.

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.

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, vysvetľuje odborníčka. „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. Pritom sa predovšetkým uplatňuje koagulácia (spájanie menších kryštálikov do väčších), ktorá môže podľa RNDr. Ingrid Damborskej, CSc. nastať: 1) pri padaní kryštálikov nerovnakou rýchlosťou (gravitačná koagulácia), 2) molekulárno-kinetickým (Brownovským) pohybom, 3) elektrostatickými silami, 4) atmosférickou turbulenciou. Výsledkom sú zhluky kryštálov v tvare snehových vločiek (obr. 5), kryštály so zmrznutými kvapkami vody i kryštály obalené amorfnou vrstvou ľadu.

„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 podstate odborníci rozoznávajú tri druhy premeny snehu (obr. 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 (obr. 7 - obr. 12), podotkla RNDr.

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.“ 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.

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

Dúfam, že vás tento článok zaujal a že sa pri najbližšom snežení pozriete na snehové vločky s novým uhlom pohľadu.

Prehľad procesov premeny snehu na ľadovec:

Prehľadná tabuľka typov snehu:

Rôzne tvary snehových vločiek

tags: #vznik #snehovej #vlocky #proces

Populárne príspevky:

• Recenzie otočných grilov
• Tradičné pirohy s mäsom
• Lahodná Nepečená Čučoriedková Torta
• Ľahký obed s mäsom
• Komplexný sprievodca umiestnením komína