Ako vzniká tvar snehovej vločky

Snehové vločky sú mimoriadne citlivé na zmenu teploty. Snehová vločka je jednoducho povedané kryštál ľadu, ktorý môže dosahovať rôzne veľkosti. Tento kryštál sa môže postupne spojiť s viacerými kryštálmi a spolu padajú k zemi. Veľkosť snehovej vločky priamo súvisí so zmenou teploty, ktorou prejde vločka od svojho vzniku až po dopadnutie na zem.

Pokiaľ sú teploty záporné, v kryštáloch ľadu nie je prítomná kvapalná voda. Naopak, keď je teplota blízka nule alebo slabo nad nulou, vo vločkách je prítomná voda. Tá vo vločkách následne funguje ako lepidlo a vločky sa spájajú. Pre vznik početných zrážok je dôležitá aj vlhká vzdušná hmota. Pokiaľ je teplota v celom vertikálnom teplotnom profile troposféry záporná, vločky sa nezoskupujú a pozorujeme vtedy len malé vločky.

Pokiaľ je teplota vo vyšších vrstvách záporná, no postupne s klesajúcou nadmorskou výškou sa teplota priblíži k 0°C, resp. vplyv na veľkosť vločiek má aj vietor. Pri prítomnom vetre sa nedokážu vytvoriť veľké zhluky, keďže ich vietor rozfúka. Najvhodnejšie prostredie pre obrovské vločky je záporná teplota vo výškach, ktorá je potrebná pre vznik snehových vločiek a následne v čo najväčšej časti vertikálneho teplotného profilu teplota okolo 0°C (prioritne pod bodom mrazu).

Najväčšie vločky aké kedy boli zaznamenané na Zemi padali 28. januára v roku 1887 počas snehovej búrky v americkej Montane. Obrovské vločky sme zaznamenali aj 30. januára 2015 v oblasti Bratislavy. V priemere dosahovali aj okolo 7 až 10 centimetrov. Intenzívne sneženie tu behom niekoľkých hodín spôsobilo kalamitu.

Transformácia jednoduchého ľadového hranola na komplikovane tvarovanú hviezdicovú vločku so šiestimi členitými ramenami je príkladom fyzikálnej morfogenézy. Je to proces, počas ktorého spontánnou cestou vzniká z neživého beztvarého materiálu útvar zložitého tvaru a formy. Je mnoho príkladov prírodných procesov, na ktorých môžeme tento proces pozorovať: vlny na jazerách, pruhované vzory na snehových závejoch alebo na pieskových dunách, alebo rôzne geometrické vzory na obilných poliach, ktoré vraj vytvorili mimozemšťania.

Základné tvary a štruktúra

Vo veľkej miere sú snehové vločky výsledkom šesťuholníkovej kryštalickej mriežky. Šesťuholníky rastú a pri raste sa tvoria aj bočné zárodky ďalších ramien. Šesťvrcholová hviezda je jedným z najznámejších tvarov, no nie všetky vločky majú tvar šesťcípej hviezdy. Šesťnásobná súmernosť je spôsobená stavbou molekúl vody v štruktúre kryštálu ľadu a trojrozmerný charakter vločky znamená, že každý tvar vzniká v priestore s tromi rozmermi.

Najjednoduchšie snehové vločky sú šesťboké hranoly s dvoma šesťuholníkovými základňami a šiestimi bočnými stienami. Môžu mať rôzne rozmery, sú dlhé a tenké, alebo nízke a tučné, alebo čokoľvek medzi tým. Transformácia jednoduchého ľadového hranola na zložitejšiu hviezdicovú vločku so šiestimi ramenami predstavuje morfogenézu, proces, pri ktorom z počiatočného chaosu vzniká poriadok a určité zákonitosti.

Šesťuholníkový hranol je prirodzený výsledok kryštalizácie a zároveň sa z jeho rastu vyvíjajú ďalšie ramená, ktoré môžu byť chaotické či presne usporiadané v závislosti od podmienok. Snehové vločky pripomínajú fraktály svojou komplexnou symbolikou a existuje definovaných 35 rôznych foriem. Medzi najčastejšie tvary patria hviezdicovité dendrity, stĺpiky a ihly, doštičky, a ďalšie špecifické tvary ako stĺpiky s doštičkami alebo krúpky.

Dendritické a ďalšie tvary

• Hviezdicovité dendrity - najčastejšie sa vyskytujúci tvar snehových vločiek, ramená pripomínajúce strom.
• Stĺpiky a ihly - tvary stĺpikov okolo -6°C, malé vlásky alebo tenké ihličky.
• Stĺpiky s klobúčikmi - menšie, menia sa podľa vrstiev, cez ktoré vločka rastie.
• Papraďovité hviezdicovité dendrity - väčšie vločky s výraznými ramenami a listovitými výrastkami.
• Diamantový kryštálový prach - najmenšie vločky, často menej ako priemer ľudského vlasu, vznikajú pri ostrých mrazoch.
• Trojuholníkové kryštály - vznikajú vplyvom aerodynamických efektov.
• Dvanásťramenné vločky - vznikajú zlúčením dvoch šesťramenných vločiek.

Vznik jednotlivých foriem je silne ovplyvnený teplotou a vlhkosťou vzduchu, ako aj rýchlosťou vetra. Pri vyššej teplote a vyššej vlhkosti môžu tvary precházať z jedného typu do druhého, a kombinácie tvarov môžu nastať v závislosti od pasáží vzduchu, ktorými vločka prechádza počas svojho pádu.

Kooperácia teploty, vlhkosti a vetra

Vplyv na veľkosť vločiek má aj vietor. Ak je silný, vločky rozfúkne a tie sa nespojá. Najväčšie vločky vznikajú, keď je vo vyšších vrstvách záporná teplota, ktorá sa postupne približuje k nule. Taký sneh býva mokrý a ťažký. Pri nízkych teplotách je vodná para menej dostupná a vločky sú menšie a menej zložité.

Pri sublimácii vodnej pary v období tvorby kryštálov vznikajú plošné zárodky, ktoré riadia narastanie plôšok a tým aj tvar vločky. Plošný zárodok je konfigurácia molekúl vodnej pary, ktoré sú pevne pripútané k ploche kryštálu. Vplyvom teploty a tlaku sa plošné zárodky formujú a menia tempo rastu jednotlivých oblastí povrchu kryštálu. Tak vznikajú rôzne tvary a štruktúry.

Premeny snehu a farby

Keď začne padať prvý sneh, celá krajina sa zahalí do bielej rozprávky. No sneh sa neustále mení a v priebehu zimy rozširuje svoju pokrývku. Okrem bieleho snehu sa môžu v prírode objaviť aj snehy oranžové, ružové či zelené v dôsledku znečistenia alebo mikroorganizmov v snehu. Oranžový sneh na Sibíri, ružový v oblastiach s riasami, zelený na Uraloch - to všetko sú význačné príklady toho, ako prostredie ovplyvňuje farbu snehových vločiek.

Podľa teploty a vlhkosti sa snehová vločka zrodí vysoko v oblakoch, kde vodná para prejde do ľadu. Každá vločka putuje k zemi svojou vlastnou cestou a výsledkom je nekonečné množstvo tvarov a vzorov. Medzi najznámejšie a najčastejšie tvary patria hviezdice, dosky a ihlice, pričom najkrajšiu symetriu dotvára šesťuholníková mriežka.

Objavovanie a vizuálna krása

Historicky sa prvé makro snímky snehových vločiek začali objavovať už koncom 19. storočia. Prvá fotografia snehovej vločky bola nasnímaná 15. januára 1885. Najznámejšími sú tiež makro zábery ruského fotografa Alexeja Kljatova, ktorý zhotovil fascinujúce snímky vločiek svojim domací fotoaparátom. Každá vločka je unikátna, avšak rozoznávame len niekoľko základných foriem v rámci kryštalografie snehu.

Nejzaujímavejšie fakty a terminológia

• Snehová vločka sa zrodí v oblakoch pod bodom mrazu, prvotný kryštál vzniká okolo prachu alebo inej častice.
• Podmienky vedú k rôznym tvarom a veľkostiam v závislosti od teploty, vlhkosti a vetra.
• Najväčšie vločky a snehové búrky môžu spôsobiť kalamitu; veľkosť vločiek sa mení počas pádu aj po dopade na zem.
• Koagulácia a metamorfóza snehu zahŕňa spojenie menších kryštálikov, sublimáciu a kondenzáciu, čo vedie k rôznym druhom snehovej pokrývky.

Podľa medzinárodnej klasifikácie kryštalografia snehu rozlišuje 10 základných skupín kryštálov ľadu, pričom v kontexte teploty a vlhkosti vznikajú tie najčastejšie tvary ako dosky, hviezdice, stĺpiky, ihlice a ďalšie variácie. Vznik snehových vločiek predstavuje zázrak atmosférických procesov, kde sa malé molekuly vody menia na krásny a jedinečný kryštál.

tags: #tvar #snehovej #vlocky