Первые снежинки всегда упоительно романтичны, им хочется подставлять ладони, на которых эти неженки долго не задерживаются, тают… Но ты успеваешь разглядеть сложную симметричную структуру. Снежинка – один из самых фантастических примеров самоорганизации материи из простого в сложное.
Вариантов сборки снежинок множество, и до сих пор не удалось отыскать среди посланниц зимы двух совершенно одинаковых, что побуждает сравнить эти творения с людьми. Тайна снежинок, их бесконечное разнообразие уже не одно столетие занимает ученых. Известна значительная коллекция фотоснимков снежинок, автор которой американец Уилсон Бентли. 2450 ледяных кристаллов были представлены им в 1931 году в авторском сборнике репродукций.
У каждой свой путь
Биография снежинки начинается с того, что в облаке пара при понижении температуры образуются кристаллические зародыши льда. Центром кристаллизации могут стать пылинки, любые твердые частицы или даже ионы, но в любом случае эти льдинки размером меньше доли миллиметра уже наделены гексагональной кристаллической решеткой. Водяной пар, конденсируясь на поверхности этих зародышей, образует сначала крошечную гексагональную призму, из шести углов которой начинают расти одинаковые ледяные иголочки – боковые отростки, т. к. температура и влажность вокруг зародыша тоже одинаковые. На них, в свою очередь, вырастают, как на дереве, боковые отростки – веточки. Подобные кристаллы 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 – снежинки становятся разными. Хотя теоретически в одном облаке на одной высоте они могут «зародиться» одинаковыми, однако путь до земли у каждой свой, довольно долгий – в среднем снежинка падает со скоростью 0,9 км в час. У каждой – своя история, диктующая и свою окончательную форму. Образующий снежинку лед прозрачен, но когда их много, солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на многочисленных гранях, создает у нас впечатление белой непрозрачной массы, которую мы привычно называем снегом.
Дабы не запутаться в многообразии снежинок, Международная комиссия по снегу и льду (оказывается, есть и такая!) приняла в 1951 году классификацию кристаллов льда: пластинки, звездчатые кристаллы, столбцы или колонны, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные формы. И еще три вида обледенелых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.
Предполагается, что в одном кубическом метре снега находится 350 млн уникальных снежинок. Не бывает пятиугольных или семиугольных снежинок, каждая имеет строго шестиугольную форму (хотя советских художников вынуждали изображать на плакатах пятиконечные снежинки).
Снежинки размером с ладонь
Полные идеальной гармонии конструкции снежных кристаллов уже на протяжении многих лет вызывают интерес людей. Еще в 1635 году французский философ и математик Рене Декарт находил сходство между снежинками и розочками, лилиями и колесиками с шестью зубцами. Особенно математика поразила найденная им в середине снежинки «крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались, чтобы очертить ее окружность». А великий астроном Иоганн Кеплер в своем трактате «Новогодний дар. О шестиугольных снежинках» объяснял форму кристаллов волей Божьей. Японский ученый Накая Укитиро называл снег «письмом с небес, написанным тайными иероглифами». Он первым создал классификацию снежинок. Именем Накая назван единственный в мире музей снежинок на острове Хоккайдо.
Обычная снежинка весит около миллиграмма (очень редко 2–3 миллиграмма), хотя бывают и исключения – очень крупные снежинки выпали 30 апреля 1944 года в Москве. Присевшие на ладонь, они, по свидетельствам очевидцев, закрывали ее почти всю целиком. При определенных условиях, при отсутствии ветра падающие снежинки сцепляются друг с другом, образуя огромные снежные хлопья. В Сибири наблюдались снежные хлопья диаметром до 30 сантиметров. Самая большая снежинка была зафиксирована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео (Монтана, США). Ее диаметр составил 38 см. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре.
Порхающую в воздухе снежинку подстерегают две опасности. Во-первых, она может растаять, оказавшись в более теплых воздушных слоях. Во-вторых, во время полета происходит постепенное испарение снежинки, усиливающееся в ветреную погоду и при уменьшении относительной влажности воздуха.
Как роскошный цветок
В ходе исследований выявлено, что огромное количество «невесомых» снежинок способно повлиять даже на скорость вращения Земли. Только в августе, в период наименьшей заснеженности Земли, когда снегом бывает покрыто 8,7% всей поверхности планеты, снежный покров весит 7400 млрд т. А к концу зимы в северном полушарии масса сезонного снега достигает 13 500 млрд т. Но снег оказывает влияние на Землю не только своим весом. Снежный покров отражает в космос почти 90% лучистой энергии Солнца.
Скрип снега – это всего лишь шум от раздавливаемых кристалликов. Разумеется, человеческое ухо не может воспринять звук одной «сломанной» снежинки. Но мириады раздавленных кристалликов создают вполне явственный скрип, который не услышать невозможно. В то же время снег скрипит лишь в мороз, а тональность скрипа меняется в зависимости от температуры воздуха – чем крепче мороз, тем выше тон скрипа.
«Погляди в стекло, Герда, – сказал Кай.
Каждая снежинка казалась под стеклом куда больше, чем была на самом деле, и походила на роскошный цветок или десятиугольную звезду. Это было так красиво!
– Видишь, как хитро сделано! Гораздо интереснее настоящих цветов! И какая точность! Ни единой неправильной линии! Ах, если б только они не таяли!» – восклицал герой сказки Ганса Христиана Андерсена, при этом стоит заметить, что десятиугольных снежинок в природе не бывает, они бывают только в сказке.
До Нового года осталось всего ничего. И если вдруг к этому времени в воздухе не закружатся белоснежные снежинки, можно попробовать вырезать из бумаги свою – помните, как в детстве… Возможно, она получится не столь идеальной, но зато не растает…