Всех с детства завораживают снежинки: такие маленькие, хрупкие и удивительно прекрасные творения природы. Их уникальные формы привлекают внимание каждого, кто пытался разглядеть их поближе.
Многолетние наблюдения ученых позволили установить, что в природе не существует двух одинаковых снежинок.
В чём причина этого природного явления и почему снежинки принимают такие правильные и неповторимые формы — рассказывает доцент кафедры теоретической физики Уфимского университета науки и технологий, кандидат физико-математических наук Фарит Закирьянов.
– Сложная форма снежинок – результат кристаллизации воды с учётом молекулярного взаимодействия, температуры и влажности. Снежинки – это кристаллы льда, т.е. воды в кристаллической форме. Молекулы воды связаны друг с другом водородными связями. Во льду молекулы стремятся занять наиболее энергетически выгодное положение, соответствующее минимуму потенциальной энергии. При этом каждая молекула окружена четырьмя другими в тетраэдрической конфигурации. Связано это с тем, что электронная оболочка атома кислорода имеет форму «лучей», направленных от центра тетраэдра к его вершинам. Такая конфигурация естественным образом приводит к формированию гексагональной симметрии, из которой следует характерная шестилучевая форма снежинок, – объясняет Фарит Закирьянов.
Эксперт УУНиТ дополнил, что снежинки начинают расти вокруг «центра кристаллизации» или «затравки» – микроскопической частицы пыли или аэрозоля в облаке, где температура ниже точки замерзания. По мере движения зарождающегося кристалла через облако при его падении в гравитационном поле земли, он проходит через области с разной температурой и влажностью. Эти параметры напрямую влияют на то, как быстро растут разные грани кристалла.
– Уникальный путь каждой снежинки через облако определяет её индивидуальный узор. Даже небольшие изменения условий приводят к существенно разному росту ветвей. Теоретически, если две снежинки пройдут абсолютно идентичный путь через атмосферу с одинаковыми условиями, они могут быть похожи. Но на практике атмосфера крайне неоднородна. А так как каждая снежинка состоит из большого числа молекул воды, то малейшие различия в их расположении и условиях роста приводят к уникальной структуре снежинок, – заверил Фарит Кабирович.
Еще одним интересным аспектом зимней природы является звук, возникающий при ходьбе по снегу. Этот феномен возникает вследствие разрушения тонких ледяных иголок, составляющих поверхность снежинки.
Чем холоднее погода, тем сильнее хрустят снеговые массы, создавая узнаваемый зимний шум.
Так, изучение процесса формирования снежинок открывает нам удивительный мир микрокристаллов, демонстрируя невероятную сложность и совершенство природных процессов.