какой формы бывают снежинки
Всё о снеге и снежинках
Сколько бы чудес ни повидал человек, первый снег, наверное, всегда будет вызывать чувство восхищения. Снег всегда ассоциируется с чем-то светлым, праздничным и чистым. С этим чудом природы связано немало любопытных фактов.
Как образуется снег?
Происхождение снега не сильно отличается от появления дождя. Это тоже вид атмосферных осадков. Фактически, дождь и снег — это одно и то же явление, происходящее при разных температурах.
Первое условие для появления снега — соответствующая температура: вода превращается в лёд уже при 0ºC. Когда холодает, вода в лужах и водоёмах замерзает и покрывается льдом. Точно так же в небе замерзают и начинают падать в виде снежинок дождевые капли.
Микроскопические капли дождя в облаках под действием низких температур притягиваются к пылевым частицам, соли, песку, пеплу и даже живым бактериям и замерзают, образуя кристаллы льда. В результате конденсации в них воды и воздуха (снежинки на 95% состоят из воздуха) они растут и падают под действием гравитации.
В некотором роде, с геологической точки зрения, можно сказать, что снег — это минерал, ведь он представляет собой лёд определённой формы, а тот, в свою очередь, твёрдое вещество, созданное из однородного материала (воды).
Какой на самом деле цвет у снежинок?
Снег не имеет цвета вообще, белизна его — всего лишь оптическая иллюзия. Отдельные снежинки представляют собой мельчайшие кристаллы льда. Они прозрачны, как и вода, из которой они состоят.
Всё дело в световых волнах: каждой длине соответствует свой цвет. Одни материалы поглощают световые волны определённой длины, другие их отражают, именно поэтому предметы имеют разные цвета. Материал, отражающий падающие на него волны, будет иметь белый свет, материал же, который поглощает световые волны, будет выглядеть чёрным.
Кристаллы снежинки имеют сложную структуру с множеством граней. Свет не проходит через них, а многократно преломляется и отражается. Из-за того, что кристаллы отражают весь спектр падающего на них света, мы воспринимаем снег как белый.
Наш мозг, наше сознание автоматически интерпретирует полученную информацию, подсказывая нам, что снег — белый (даже если он в сумерках приобретает оттенок неба или розовый на закате).
Иногда на чистом снеге можно заметить синеватый оттенок. В этом случае цвет зависит от плотности: у рыхлого снега длинные световые волны проникают глубоко, а у плотного короткие волны, преимущественно синего цвета, остаются на поверхности.
Иногда снег может приобретать розовый, красный или бурый оттенок. Такое явление часто встречается в местах, где распространена водоросль хламидомонада снежная, придающая снежному покрову такие цвета. Более того, розовый снег по вкусу напоминает арбуз — опять же благодаря хламидомонаде.
Были случаи, когда падал окрашенный в серый и даже чёрный цвета снег. Скорее всего, это связано с попаданием в атмосферу копоти и промышленных загрязнений.
В 1955-м году в Калифорнии выпал зелёный фосфоресцирующий снег. Рискнувшие попробовать его на вкус люди погибли, а у тех, кто брал такой снег в руки, появились сильный зуд и сыпь. По сей день происхождение зелёных хлопьев является тайной.
Интересный факт: шерсть полярного медведя кажется белой, хотя на самом деле он чёрный с прозрачной шерстью. Прозрачные волоски медведя имеют цилиндрическую форму и при попадании света преломляют лучи, из-за чего шерсть выглядит белой.
Формы снежинок
Первая удачная фотография снежинки под микроскопом появилась благодаря многолетнему упорству и терпению. Американского фермера Уилсона Бентли. Произошло это в 1885-м году после 46 лет проб и ошибок. С тех пор появилась целая наука «снежинковедение».
Бентли смог сфотографировать более 5000 разных видов снежинок, с чего был сделан вывод: двух одинаковых снежинок не существует. На самом деле, это просто красивая фраза. Да, вариантов форм снежинок действительно бесчисленное множество — как атомов во Вселенной, но это не исключает их повторов.
Падая, снежинка продолжает расти, приобретая свою окончательную форму. Иногда лучи с одной стороны снежинки растут быстрее, чем с других, из-за того, что на пути им встречаются участки облаков, имеющие разную температуру и влажность. Благодаря этому снежинки и приобретают разные геометрические формы.
Самые распространённые форма снежинок:
Призмы — шестиугольные пластинки или тонкие столбики с шестиугольным сечением. Призмы почти не видны невооружённым взглядом, т.к. имеют крошечные размеры.
Иглы — тонкие, длинные, похожие на маленькие светлые волоски снежинки, образующиеся при очень низких температурах.
Дендриты. Имеют ярко выраженные разветвляющиеся лучи. Эти крупные кристаллы можно рассмотреть невооружённым глазом.
12-лучевые снежинки. Иногда столбики формируются с поворотом пластинок относительно друг друга на 30 градусов, из каждой пластинки вырастает кристалл с 12 лучами.
Полые столбики: внутри столбиков с шестиугольным сечением образуются полости симметричной относительно центра кристалла формы.
Папоротникоподобные дендриты — самые крупные снежинки, ветки у них тонкие и очень частые, похожие на листья папоротников.
Пространственные кристаллы. Из капли начинает расти несколько снежных кристаллов в разных направлениях, приобретая сложную форму.
Столбики с наконечниками встречаются редко. Кристаллы начинают расти в виде столбиков, но при попадании в зону с иными погодными условиями на их концах появляются пластинки.
Звёздочки — самые распространённые снежинки, пластинчатые кристаллы в виде звёзд с шестью лучами, украшенные симметричными узорами.
Чудо природы! Всё о маленьких, беленьких снежинках
Дорогие читатели, здравствуйте! У нас новый, ну очень занимательный проект. Все из нас ловили маленькие падающие с неба белые парашютики на варежки или в тёплые ладошки, а иногда и прямо в рот! А вот откуда берутся эти узорные кристаллики льда, и знаете ли вы, какие бывают снежинки?
Как появляются снежинки?
Существуют снежинки в природе благодаря водяному пару. Из скопления воды летом выпадает дождь, а вот зимой холодный воздух замораживает маленькие капельки воды и в результате идёт снег.
Как получается это хрупкое чудо? Начало каждой узорной кристаллинки даёт её серединка – ядро, которым может стать любая пылинка из тучи. Эта пылинка по мере перемещения через облака обрастает прозрачными ледяными кристалликами, которые придают ей определённую форму. Постепенно кристалликов приклеивается столько много, что вес пылинки заставляет её опускаться на землю.
Если внимательно рассматривать узоры падающих с неба снежинок, можно без труда заметить, что ни одна из них не похожа на другую.
Интересные факты! Обычная снежинка весит около 1 миллиграмма, редко 2 или 3. А вот самые большуханские выпали в 1944 году в Москве. Их и снежинками-то не назовёшь. Размером с ладошку они больше были похожи на пёрышки страуса.
Почему снежинки разные?
Вопросом о том, почему ледяные кристаллы падают с неба разной формы, всегда был интересен для учёных. Первым, кто задумался об их структуре, был немецкий астроном Кеплер. Он удивлялся, почему с неба не падает пятиугольных или семиугольных снежинок.
Французский математик Декарт впервые сделал подробное описание, как могут выглядеть ледяные кристаллы, и разделил их на группы. В его работах упомянуты редкие формы.
Когда изобрели микроскоп, физик из Англии Гук опубликовал графические изображения снежинок, показав все уникальные замысловатые узоры чуда природы.
Российскому фотографу Сигсону удалось даже сделать фото около двухсот самых разных снежинок. Но настоящим снежным пионером фотографии стал американец Бентли, который за свою жизнь сделал 5000 снимков, из них 2500 вошли в книгу «Снежные кристаллы».
Физик из Японии Накайя научился растить снежинки в лаборатории. Он их поэтически называл письмами с небес.
В результате работы учёных из разных стран стало понятно, что
Интересные факты! Падающая на воду снежинка создаёт высокий звук. Человек его, конечно, не слышит, а вот, как говорят учёные, рыбам такой шум крайне неприятен.
Они такие непохожие!
Теперь вы знаете, откуда берутся снежинки и почему они отличаются. Все ледяные кристаллики условно подразделили на семь простых групп и дали им условные названия.
Пластинка
Самая простая из всех, тонкая и плоская. У неё много рёбер, которые делят кристалл на части.
Столбик
Такие снежинки, напоминающие полый шестигранный карандаш, — самые распространённые из всех форм. Он могут быть на концах тупые или заострённые.
Столбик с наконечником
Этот вид получается, если обычный столбик попадает в определённые условия, при которых кристалл изменяет направление своего роста и постепенно на концах превращается в пластинку. Например, такое происходит при перемещении в другую температурную зону под воздействием ветра.
Это разновидность столбчатой снежинки, которая выросла тонкой и длинной. Бывает, что внутри у них полость, но иногда на концах они раскрываются в виде веточек.
Звёзды
У этого экземпляра красивый ветвящийся силуэт, которым мы любим восхищаться. В нём есть шесть абсолютно симметричных основных лучиков и много разных ответвлений. Размером они около 5 миллиметров и обычно плоские.
Пространственные дендриты
Удивительные узорчатые кристаллы получаются объёмными за счёт соединения разных других видов.
Неправильные снежинки
Да, есть и такая группа, куда входят повреждённые представительницы, которые на пути к нам повредили свои веточки или совсем разломились на части. Такие покалеченные снежинки получаются обычно при сильном ветре, их много в сыром снеге.
Помните, мы говорили о том, что разные формы получаются при разных условиях? Так вот,
Интересные факты! Подсчитано, что половина жителей Земли никогда не видела снежинок. Но у них есть шанс приехать на север или посетить единственный в мире музей снежинок в Японии на острове Хоккайдо.
Вот такой интересный проект у нас сегодня получился. Заглядывайте к нам почаще, в мире ещё много интересного, про что можно рассказать!
Кстати, о многом интересном мы уже беседовали. Например, о том, почему листья желтеют осенью. Здесь мы познакомились с зимними народными приметами, а тут узнали больше о шаровой молнии.
Евгения Климкович.
О снежинках
Впервые снежинки как кристаллы строгой формы описал немецкий астроном Иоганн Кеплер в работе «О шестиугольных снежинках» (1611 г).
В 1635 году формой снежинок заинтересовался французский философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт, написавший трактат «Опыт о метеорах». Декарт впервые нашел и описал достаточно редкую двенадцатиконечную снежинку. До сих пор неясно, при каких условиях она образуется.
В 1665 году Роберт Гук увидел с помощью микроскопа и опубликовал множество рисунков снежинок самой разной формы.
В России у Вильсона Бентли был даже не последователь, а предшественник, Андрей Сигсон (1840-1907). Он заинтересовался фотографией в возрасте 14-15 лет и в дальнейшем работал фотографом в Уфе, а позже в Рыбинске, где жители считали занятия Сигсона микрофотографией пустяками, мешающими зарабатывать деньги на портретных фото.
Известно несколько классификаций снежных кристаллов. В 1951 г. Комиссией снега и льда Международной ассоциации гидрологических наук предложена классификация, различающая семь основных форм кристаллов:
И еще три вида твердых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.
Существует и более развернутая классификация, при которой каждый из этих типов разделяется на несколько видов и подвидов.
Профессор Укихиро Накайя из университета в Хоккайдо первым предположил, что величина и форма снежинок зависят от температуры и влажности воздуха, и подтвердил эту гипотезу экспериментально, выращивая в лаборатории кристаллы льда разной формы.
С чем связана плоская форма снежинок? Основная форма кристаллического снега – шестиугольная призма, которая включает две шестиугольные «базовые» поверхности и шесть прямоугольных граней. На боковых ребрах состояние поверхности снежинки энергетически более неравновесно, чем на «базовых» плоских поверхностях кристалла. Благодаря этому, на углах больше вероятность образования новых связей молекул друг с другом. Поэтому снежинки «предпочитают» расти не в толщину, а вширь в одной плоскости (в отличие от снежинок, у градин нет такой правильной кристаллической решетки, так как градины образуются при замерзании дождевых капель, а не из водяного пара).
Со временем выпавший снег частично утрачивает свою первичную структуру под влиянием собственного веса, температуры и ветра. Чем дольше лежит снег, чем больше он утрамбовывается, тем меньше в нем остается от первоначальных кристаллов льда. Старый снег утрачивает первоначальную структуру и преобразовывается в более или менее крупные зерна. При этом меняется и плотность снега. Для сухого снега это 10–20 кг/м3, для влажного — 100–300 кг/м3. Плотность лежалого снега — 200–600 кг/м3.
Ломаясь, снежинка издает неслышимый нашему уху звук. Если же снежинок одновременно ломается много, то вы этот звук слышите — это ни что иное, как скрип снега у вас под ногами. На холоде снежинки становятся более твердыми и хрупкими, поэтому хруст снега можно услышать только при сильно минусовой температуре.
Белые снежинки на Новый год — виды снежинок, фото снежинок и как они образуются
Белые снежинки — Новый год … эта устойчивая ассоциация для большинства из нас знакома с раннего детства. О снежинках — кратко о главном …
Снег и снежинки
Мы не представляем наших любимых новогодних праздников без пушистого белого снега и новогодних карнавалов без ребят в костюмах «Снежинка». Красивый и любимый всеми праздник и красивейшее природное явление — Новый год и Снежинки. Этой теме посвящали свои строки многие поэты.
Данный же материал мы посвятим только Снежинкам и в большей степени их физической сути.
Издавна снежинки привлекали внимание не только художников, но и ученых мужей. В 1611 году всемирно известный ученый, один из величайших умов своего времени Иоанн Кеплер в трактате «О шестиугольных снежинках» попытался найти ответ, почему же снежинки имеют именно шестиугольную форму … Следует отметить, что этот трактат считают отправной точкой для такой науки как «Кристаллография».
Снежинки — это …
Снежинки — это кристаллы льда, или снежные кристаллы льда. Снежные кристаллы, образующиеся в облаках, как правило, имеют пусть и не идеальную, но красивую шестиугольную форму.
Основные показатели, которые влияют на форму и размер снежинок — это температура воздуха и количество водяного пара, в момент их образования и в процессе их развития.
Несколько точных определений из авторитетных источников.
Большая советская энциклопедия
Снежные кристаллы — кристаллы льда, образующиеся в облаках и туманах и выпадающие из них. Различают 2 основные формы Снежные кристаллы — пластинчатые и столбчатые. К первым относятся шестиугольные пластинки и звёзды с 3, 6, 12 лучами, ко вторым — шестигранные столбики и иглы, а также комплексы столбиков («ежи»). Часто наблюдаются Снежные кристаллы неправильной формы. В зависимости от физических условий образования и роста Снежные кристаллы (прежде всего от температуры и влажности воздуха) их размеры и формы весьма разнообразны. С ростом температуры увеличиваются размеры С. к. и доля пластинчатых форм. Чаще всего встречаются С. к. в виде звёзд и ежей. Звёзды с игольчатыми лучами достигают в поперечнике 6—8 мм, звёзды с пластинчатыми лучами — 4—5 мм, ежи — 2—3 мм, пластинки — 1—2 мм; длина столбиков 1—2 мм, игл 3—5 мм. Крупные С. к., выпадающие из облаков, среди которых преобладают звёзды, называются снежинками. С. к. возникают вследствие сублимации водяного пара (См. Сублимация водяного пара) на замёрзших каплях облаков и туманов или на кристаллических пылинках. Мелкие облачные кристаллы имеют простую форму пластинок или столбиков. Усложнение форм обычно начинается при достижении кристаллами размеров 0,1—0,2 мм. При сильных ветрах С. к. дробятся до 0,1 мм и менее. При падении С. к. через облако, содержащее переохлажденные капли воды, образуется Снежная крупа,
Типичные формы снежных кристаллов: 1 — пластинка; 2 — столбик; 3 — иглы; 4 — звезда с 6 пластинчатыми лучами; 5 — звезда с 6 игольчатыми лучами; 6 — звезда с 12 лучами; 7 — пластинка сложного строения; 8 — комплекс столбиков («ёж»).
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978
Толковый словарь Ушакова
Снежинка, снежинки, жен. — Один кристаллик снега в виде звездочки. В воздухе крутятся снежинки.
Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935-1940
Виды снежинок
В действительности разновидностей снежинок множество, до сих пор еще никто не смог найти и зафиксировать двух снежинок одинаковой формы. Исследователь снежинок Кеннет Либрехт считает, что их классификация относится, во многом, к области личных предпочтений.
Для примера, приведем классификацию снежинок, сделанную Международной комиссией по снегу и льду в 1951 году. Комиссия выделила 7 основных и 3 дополнительных типа твердых осадков.
Основные виды снежинок:
И для понимания общей картины, дополнительные типы (обледенелые осадки):
Как образуются снежинки
Снежинки рождаются высоко в небе, в облаках, а затем, повинуясь силе тяжести, плавно падают вниз, с относительно небольшой скоростью — приблизительно 0,9 км/ч. Обусловлено это тем, что снежинки имеют низкую плотность, поскольку на 95% состоят из воздуха.
Для образования снежинок требуются определенные природные условия – определенная температура, при определённом атмосферном давлении и влажности воздуха, а так же мельчайшие частицы пыли, которые станут основой для кристалла снежинки.
Более подробно с процесс образования снежинок / снега описан в нашей статье Снег кружится.
«Большая советская энциклопедия» так описывает процесс образования снега …
Большая советская энциклопедия
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия. 1969—1978
Снежинка
На фото — снежинка, один из символов зимы и приближающихся новогодних праздников. Почему же у снежинки всегда шестилучевая симметрия?
Еще в 1611 году Иоганн Кеплер в своей работе Strena Seu de Nive Sexangula (Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках) предположил, что снежинка состоит из более простых элементов, которые могут объединиться только в фигуру с шестилучевой симметрией (см. C. Schneer, 1960. Kepler’s New Year’s Gift of a Snowflake и Ph. Ball, 2011. In retrospect: On the Six-Cornered Snowflake). Исследования по симметрии привели его к предположениям о наиболее эффективной упаковке шаров в трехмерном пространстве (см. Гипотеза Кеплера). Пионерские работы Кеплера в области симметрии нашли позже применение в кристаллографии и теории кодирования. Кеплер оказался прав. Действительно, молекулы воды, образуя лед, организуются в гексагональную молекулярную кристаллическую решетку, что в конечном итоге определяет и геометрию самого ледяного кристалла — снежинки.
Треугольные снежинки. Рисунок с сайта snowcrystals.com
Правда, не все снежинки долетают до земли шестиугольными, есть и треугольные. Они начинают свой путь как шестиугольники, но воздушные потоки в атмосфере могут способствовать ускорению роста трех чередующихся лучей, и кристалл выглядит как треугольный. Может произойти и так, что два шестиугольных кристалла слипаются и начинают расти как один, формально образуя двенадцатилучевую снежинку.
Двенадцатилучевые снежинки. Рисунок с сайта snowcrystals.com
Японский физик Укитиро Накая (Ukichiro Nakaya) был первым ученым, обнаружившим, что форма снежинки может рассказать историю ее образования. В 1930 году он был нанят на, как ему казалось, перспективную должность, но оказалось, что у нанявшего его университета нет денег для покупки оборудования, необходимого для запланированной работы в области рентгеноструктурного анализа. Накайя не опустил руки и начал делать то, что позволяла ему материальная база, — исследовать обычные снежинки и выращивать искусственные на отдельных волосках кролика (см. его книгу Snow Crystals: Natural and Artificial — «Снежные кристаллы: Натуральные и искусственные»).
Он обнаружил, что каждая снежинка начинает свой рост с образования шестиугольной призмы, которая может быть и длинной, как граненый карандаш, и почти плоской, как шестиугольные монеты. Поскольку углы шестиугольника больше охлаждаются окружающим воздухом, связывание новых порций воды с углами идет быстрее, и снежинка отращивает привычные лучи.
Схема образования снежинки: a — частичка атмосферной пыли, играющая роль центра кристаллизации; б — пары воды покрывают поверхность пылинки, конденсируясь на её поверхности в жидкость; в — жидкая вода кристаллизуется в лёд; г — шесть углов образующегося ледяного кристалла растут быстрее других областей, поскольку они больше охлаждены и быстрее могут принимать на себя новые порции воды; д — начинается образование случайных и не повторяющихся форм — условия могут способствовать росту новых шестиугольников, лучей и так далее.
Форма снежинок может быть очень разной. В верхних слоях атмосферы кристаллики льда растут при разной температуре и влажности. Поскольку их рост протекает в неравновесных условиях, образующиеся кристаллы могут быть совершенно не похожи на каноническое изображение новогодней снежинки. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы — снежинки-столбики или снежинки-иглы. В других условиях они растут перпендикулярно к оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек. К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды — и образуются снежинки неправильной и несимметричной формы.
Как признается в своем обзоре «Физика кристаллов снега» (The physics of snow crystals, 2005 год) американский физик из Калтеха Кеннет Либбрехт (Kenneth Libbrecht), точная механика процессов образования столь симметричных кристаллов воды — снежинок — так и неизвестна нам даже на качественном уровне, и мы не приблизились к разгадке тайны их появления по сравнению с трудами Накаи.
Типы снежинок. Рисунок сайта snowсrystals.com
Во время снегопада практически невозможно найти пару одинаковых снежинок (вырастить идентичные снежинки удается только в лаборатории, где возможен более строгий контроль условий). Тем не менее человек всегда хочет найти порядок в хаосе, поэтому существует давняя традиция классификации снежинок. В 1675 году немец Фридрих Мартенс описал 24 типа снежинок. В 1832 году благодаря даймё Дои Тосицуре (Doi Toshitsura) число типов снежинок увеличилось до 86 (см. его книгу Sekka Zusetu).
«Sekka Zusetsu» — японская книга о снежинках, написанная Дои Тосицурой в 1832 году. Фото с сайта digitalcollections.nypl.org
Классификация продолжается и в наше время, и сейчас мы можем говорить о более чем ста типах снежинок — от хорошо знакомых кристаллов-дендритов, похожих на звёзды, до слившихся шестигранных колонн. Согласно работам Накайи, самые крупные и самые красивые дендритные снежинки — именно те, которые мы ассоциируем с новогодними праздниками, — растут в очень влажных тучах при температуре около −15°C.
Источник: Katrina Krämer. Explainer: snowflakes // Chemistry World, 8 December 2017.