Forum Art Cafe

Снежинка — это монокристалл льда, вариация на тему гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году написал целый трактат «О шестиугольных снежинках». В 1665 году Роберт Гук в огромном томе зарисовок всего, что он увидел с помощью микроскопа, опубликовал множество рисунков снежинок самой разной формы. Первую удачную фотографию снежинки под микроскопом сделал в 1885 году американский фермер Уилсон Бентли. С тех пор он уже не мог остановиться. До конца жизни, сорок с лишним лет, Бентли фотографировал их. Более пяти тысяч кристаллов, и ни одного одинакового!

Самые знаменитые последователи дела Бентли — это Укихиро Накайя и американский физик Кеннет Либбрехт. Накайя впервые предположил, что величина и форма снежинок зависят от температуры воздуха и содержания в нем влаги, и блистательно подтвердил эту гипотезу экспериментально, выращивая в лаборатории кристаллы льда разной формы. А Либбрехт у себя в Калифорнийском технологическом институте и вовсе стал выращивать снежинки на заказ — заранее заданной формы.

Разгадка структуры твердой воды кроется в строении ее молекулы. Н2О можно упрощенно представить себе в виде тетраэдра (пирамиды с треугольным основанием). В центре находится кислород, в двух вершинах — по водороду, точнее — протону, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей.

При взаимодействии протона одной молекулы с парой неподеленных электронов кислорода другой молекулы возникает водородная связь, менее сильная, чем связь внутримолекулярная, но достаточно могущественная, чтобы удерживать рядом соседние молекулы. Каждая молекула может одновременно образовывать четыре водородные связи с другими молекулами под строго определенными углами, которые не позволяют при замерзании создавать плотную структуру. Этот невидимый каркас из водородных связей располагает молекулы в виде ажурной сетки с полыми каналами. Стоит лед нагреть, как кружево рушится: молекулы воды начинают проваливаться в пустоты сетки, приводя к более плотной структуре жидкости, — вот почему вода тяжелее льда.

Многое в структуре и свойствах льда необычно. В узлах кристаллической решетки льда атомы кислорода выстроены упорядоченно, образуя правильные шестиугольники, а вот атомы водорода занимают самые разные положения вдоль связей. Такое поведение атомов вообще-то нетипично — как правило, в твердом веществе все подчиняются одному закону: либо все атомы расположены упорядоченно, и тогда это — кристалл, либо случайно, и тогда это — аморфное вещество.

Жизнь снежинки начинается с того, что в облаке водяного пара при понижении температуры образуются кристаллические зародыши льда. Центром кристаллизации могут быть пылинки, любые твердые частицы или даже ионы, но в любом случае эти льдинки размером меньше десятой доли миллиметра уже имеют гексагональную кристаллическую решетку.

Водяной пар, конденсируясь на поверхности этих зародышей, образует сначала крошечную гексагональную призму, из шести углов которой начинают расти совершенно одинаковые ледяные иголочки — боковые отростки. Подобные кристаллы так и называют дендритами, то есть похожими на дерево.

Передвигаясь вверх и вниз в облаке, снежинка попадает в условия с разной температурой и концентрацией водяного пара. Ее форма меняется, подчиняясь законам гексагональной симметрии. Так снежинки становятся разными. Хотя теоретически в одном облаке на одной высоте они могут «зародиться» одинаковыми. Но путь до земли у каждой свой, довольно долгий — в среднем снежинка падает со скоростью 0,9 км в час. А значит, у каждой — своя история и своя окончательная форма.

Так же можно объяснить и рост инея, изморози и узоров на стеклах. Эти явления, как и снежинки, образуются при конденсации, молекула за молекулой — на земле, траве, деревьях. Узоры на окне появляются в мороз, когда на поверхности стекла конденсируется влага теплого комнатного воздуха.

Источники  - http://temperatures.ru/articles/snezhinka       http://www.vokrugsveta.ru



Ученые подсчитали, что каждый кубический метр снега содержит около 350 млн. снежинок и, самое удивительное, ни одна из них не повторяет другую. Снежинки не только уникальны, но и обладают идеальной гармоничной конструкцией, представляя собой поистине фантастический пример самоорганизации материи от простого к сложному.

Все они имеют шестиугольную форму, пятиконечных снежинок не бывает (это выдумка советских художников). Еще известный математик XVII в. Иоганн Кеплер был поражен найденной в середине снежинки маленькой точке, как будто это след от ножки циркуля. Ученый посвятил снежинкам целый научный трактат «Новогодний дар».
На протяжении веков снежинки изучали, рассматривали под микроскопом и фотографировали. Ученый из Японии Накая Укитиро первый классифицировал снежинки.

Все снежные кристаллы подразделяются на несколько групп:

пластинки
столбцы с наконечниками
звездчатые дендриты
столбцы
пространственные дендриты
иглы
неправильные формы

От чего же зависит форма снежинок? Из-за разного соотношения тепла и влаги, одинаковые кристаллы приобретают различную форму, но сохраняют при этом симметрию. Бывают «покалеченные» снежинки – те, которые попали во время полёта в зону турбулентности и разломались или же потеряли какие-то из своих веточек.
Весит снежинка около миллиграмма, очень крупные снежинки 2-3 мг. Самые крупные в мире снежинки были зафиксированы в 1944 году 30 апреля в Москве. Они закрывали собой ладонь и походили на страусиные перья.
Однако миллиарды снежинок, каждая из которых практически невесома, могут даже оказать влияние на скорость вращения Земли. Обычно в период зимы в северном полушарии вся масса земного шара увеличивается из-за снежного покрова примерно на целых 13500 млрд. тонн. Белый, блестящий снег способен лишать Землю солнечного тепла, так как отражает около 90% солнечной энергии обратно в космос.
На 95% снежинки состоят из воздуха, вследствие этого они обладают низкой плотностью и медленной скоростью падения (около 0,9 км в час). Пропуская стадию дождя, снежинки образуются из пара (чтобы выяснить один этот факт, американские ученые потратили 26.400.000 $ ).
Первый человек, сумевший сфотографировать снежинки – фермер из США Уилсон Бентли, издал в 1931 г. альбом с этими уникальными фотографиями (всего 2500 снимков). Как же фотографируют снежинки? Чтобы запечатлеть это чудо природы ,надо помещать снежинки не на стекле микроскопа (тогда они даже в холоде теряют свои прекрасные очертания), а на тоненькой, словно паутинка, сетке из шелковинок, именно тогда их можно сфотографировать во всей красе, а сетку впоследствии заретушировать.
В Японии на острове Хоккайдо существует музей снежинок – единственный в мире, названный в честь Накая Укитиро.

Источник -  http://www.ivanov-v.ru/interesno/interesnye-fakty-o-snege-i-snezhinkax/