Jak powstają płatki śniegu i ile kształtów mogą przybrać

Z płatkami śniegu jest trochę jak z odciskami palców – są niepowtarzalne. Jak to możliwe, że każdy biały okruszek zamarzniętej wody jest inny i wyjątkowy? Czy można policzyć niepowtarzalne kształty śnieżynek? Sprawdziliśmy, czy naukowcy znają odpowiedzi na te pytania.

Spis treści:

Niepowtarzalność płatków śniegu
Jak wygląda płatek śniegu?
Płatki śniegu — badania naukowe
Czy da się policzyć niepowtarzalne kształty śnieżynek?

Niepowtarzalność płatków śniegu

Jeśli rzeczywiście porównać płatki śniegu do odcisków palców, to pozornie łatwiej policzyć ilość możliwych kombinacji na tych drugich, biorąc pod uwagę ilość ludzi żyjących na ziemi. Oczywiście nie daje to pełnego obrazu sytuacji, ponieważ teoretycznie należałoby zsumować wszystkich żyjących w przeszłości, teraźniejszości oraz w przyszłości. Powstaje z tego jeden wielki zawrót głowy! Jeśli taką metodą liczyć płatki śniegu, ich liczba byłaby nieskończenie wielka. Nie pozostaje nic innego, jak odwołać się do praw fizyki i sprawdzić, co nauka mówi na ten temat.

Przeczytaj również: Gdzie na świecie pada najwięcej śniegu? TOP 3 zaśnieżonych miejsc

Jak wygląda płatek śniegu?

Przecież wszyscy wiedzą, jak wygląda płatek śniegu i nawet dzieci potrafią go narysować, używając do tego zaledwie kilku kresek. Tajemnicę budowy płatków śniegu usiłuje jednak od wieków rozwikłać krystalografia, czyli nauka o kryształach. Już w 1611 r. Johannes Kepler doszedł do wniosku, że kształty płatków śniegu podobne są do… kształtu plastra miodu, ponieważ podobnie jak on, oparte są na sześciokącie. Wynika to jednak nie tyle z podobieństwa lodu do miodu, ile z budowy atomowej płatka śniegu, który jest przecież zamarzniętą wodą o wzorze H₂O. Wiązania atomów wodoru sprawiają, że faktycznie każdy płatek opiera się na kształcie sześcioboku lub sześcioramiennej gwiazdki.

Śnieg fascynuje jednak nadal nie tylko dzieci, które z zapałem łapią go w locie na język. Niedługo po Keplerze, bo w 1637 r. temat podjął Rene Descartes, usiłując opisać morfologię śnieżynek, a za nim w 1665 r. Robert Hooke stworzył album szkiców kształtów płatków śniegu, które udało mu się zobaczyć pod mikroskopem. Kolejny przełom przyszedł wraz z rozwojem fotografii i w 1931 r. niejaki Wilson Bentley wydał zachwycający do dziś album „Snow Cryslats”, w którym umieścił 2000 mikro zdjęć śnieżynek. Mniej lub bardziej trafne próby odpowiedzi na pytanie, jak wygląda płatek śniegu i jak wiele może przybrać form, doprowadziły do współczesnych badań naukowych nad tym zjawiskiem.

Płatki śniegu — badania naukowe

To właśnie wspomniany album Bentley`a zainspirował japońskiego fizyka Ukichiro Nakaya, który podjął się badania laboratoryjnego kryształów lodu. Naukowiec rozpoczął swoje prace w 1933 roku Nakaya obserwując naturalny śnieg. Udało mu się stworzyć 3000 klisz fotograficznych wypełnionych zdjęciami kryształków lodu. Nakaya podzielił je na kilka typów, m.in. płytki pełne (dokładnie w kształcie sześcioboku) i płytki cienkie (sześcioboki z małymi dziurkami), płytki sektorowe (przybierające już kształt gwiazdki), dendryty (klasycznie wyglądające płatki śniegu), a także igły, kolumny, puste kolumny (przypominające sześcioboczną rurkę) oraz pryzmaty. Wszystkie posiadały jednak niezmiennie kształt sześcioboku.

W trakcie prowadzonych obserwacji fotografował naturalny śnieg i sortował go pod względem kształtów płatków śniegu, biorąc pod uwagę warunki pogodowe. W końcu zdecydował się na podjęcie próby zrobienia sztucznego śniegu z kryształków lodu, wyhodowanych w laboratorium. Eksperyment okazał się jednak wcale nie taki prosty. Para wodna wytworzona w dwuwarstwowej pustej, szklanej rurce po ochłodzeniu nie wyglądała tak, jak badane dotychczas płatki śniegu, tylko rosła jak gąsienice na bawełnianym sznurku, którego używał do zarodkowania (na podobnej zasadzie wykonuje się eksperymenty z hodowli kryształków soli lub cukru).

Przy kolejnych próbach okazało się, że lepiej do produkcji płatków śniegu nadaje się sznurek wełniany, ale prawdziwy przełom przyszedł… przypadkiem, kiedy naukowiec znalazł w laboratorium kryształ śniegu na czubku włosa z króliczego futra. Tym razem płatek śniegu powstały w laboratorium przypominał te, które występują w naturze. Dzięki tej obserwacji udało mu się wreszcie stworzyć pierwszy sztuczny płatek, a w grudniu 1937 roku wykonał w swoim laboratorium zdjęcia wielu rodzajów sztucznych kryształów śniegu.

Nakaya kontynuował swoje badania nad śnieżynkami i wyjaśnił, w jaki sposób różne kształty płatków śniegu powstają w przyrodzie. Opublikował swój Diagram Nakaya, który opisuje zależności między parą, temperaturą, supersaturacją i nadmierną gęstością pary w chmurach. Co ciekawe w Japonii w Ishikawie istnieje muzeum śniegu i lodu jego imienia (Nakaya Ukichiro Museum of Snow and Ice), a pomnik naukowca w kształcie sześciokąta stoi przed Uniwersytetem Hokkaido.

Czy da się policzyć niepowtarzalne kształty śnieżynek?

Okazuje się, że nawet wieloletnie badania nie pomogły jednoznacznie odpowiedzieć na pytanie, czy da się policzyć, ile kształtów płatków śniegu występuje w naturze i czy ich ilość naprawdę jest nieograniczona. Eksperymenty japońskiego naukowca przyniosły jednak wiele nowych informacji dla świata nauki i wiedzy na temat nie tylko naturalnego, ale także sztucznego śniegu. Biorąc pod uwagę fakt, jak mało śniegu pada w ostatnich latach, wiedza o produkcji śniegu może okazać się bezcenna.

Przeczytaj również: Dlaczego śnieg pali się na czarno? Oto 10 ciekawostek o śniegu, których możesz nie znać