Biały. Dziewiczy. Bywa inspiracją dla artystów. Może być zabójczy. Dla chemika to skrystalizowana woda. Dla drogowca – coroczne wyzwanie. Śnieg ma wiele twarzy.
Płatki śniegu składają się one z sześciokątnych kryształków. Dlaczego akurat sześciokątnych? Można to wyjaśnić dzięki znajomości budowy cząsteczki wody oraz warunków, w jakich dochodzi do powstania śniegu.
Woda, jak wiadomo, składa się z cząsteczek zbudowanych z atomu tlenu połączonych z dwoma atomami wodoru. Na pierwszy rzut oka wydawałoby się, że najprościej przedstawić ją w postaci modelu, w którym wszystkie atomy znajdowałyby się w jednej linii. Nic bardziej błędnego! Jak się okazało atomy wodoru są w tym przypadku zbliżone do siebie, dając w rezultacie wraz z tlenem twór przypominający uszy Myszki Miki. Wiąże się z tym drobne przesunięcie chmury elektronów otaczających cząsteczkę – powstaje tzw. dipol, w którym od strony tlenu pojawia się ładunek ujemny, natomiast od strony wodoru – dodatni. Wiele takich cząsteczek, w momencie obniżania temperatury otoczenia, zaczyna łączyć się w struktury o najniższej łącznej energii – ustawiają się one sieć składającą się z czworościanów foremnych (tetraedrów). Czworościany natomiast wykazują skłonność do łączenia się szóstkami – i w ten sposób otrzymujemy podstawę sześciobocznej struktury kryształka śniegu.
Na dalsze formowanie kryształków (oraz ich niepowtarzalność) mają wpływ warunki panujące w wyższych warstwach atmosfery, tam, gdzie następuje krystalizacja. Początkowo para wodna, która tam dociera, kondensuje się w kropelki. Mimo, iż dzieje się to w temperaturze poniżej 20 stopni Celsjusza, kropelki nie zamarzają. Dzieje się tak dlatego, ponieważ woda znajduje się wtedy w warunkach tzw. cieczy przechłodzonej. Można ją uzyskać nawet w domowych warunkach schładzając wodę destylowaną umieszczoną w idealnie czystym i gładkim pojemniku. Pomimo spadku temperatury poniżej zera woda nie zamarza – aby do tego doszło potrzebny jest tzw. ośrodek krystalizacji – drobny pyłek, włos czy nawet bakteria – kiedy tylko coś takiego dostanie się do przechłodzonej wody, natychmiast zamarza ona w całej swej objętości – jeśli eksperyment się uda, efekt jest naprawdę bardzo widowiskowy.
Tak więc kropelki unoszące się w chmurze napotykają na ośrodki krystalizacji – powstają w tym momencie kryształki o rozmiarach rzędu ułamka milimetra, które stają się kolejnymi ośrodkami krystalizacji. Poprzez osadzanie się na ich powierzchni kolejnych mikroskopijnych kropelek kryształek rozrasta się, cały czas zachowując jednak podstawową, sześciokrotną symetrię. Wreszcie, po przebyciu wielokilometrowej drogi przez chmury, zespół kryształków opada na ziemię pod postacią płatka śniegu. Zazwyczaj płatki mają średnicę od kilku milimetrów do 1-2 centymetrów. Zdarza się jednak, że, napotykając na swej drodze z chmur ku ziemi, na pionowe, wstępujące prądy powietrza, unoszą się w strefie krystalizacji przez dłuższy czas, cały czas osadzają się na nich nowe kryształki. Jeśli do tego dojdzie, mamy szansę zobaczyć prawdziwe cuda natury – w sprzyjających warunkach płatki mogą rozrastać się do rozmiaru sporych naleśników. Na Syberii widziano śnieżynki o średnicy ponad 30 centymetrów!
Nie każdy jednak kryształek odpowiada obiegowej opinii na temat „jak śnieg wyglądać powinien”. Wystarczy dokładniej przyjrzeć się opadającym z nieba płatkom, aby zauważyć, że tradycyjny, przedstawiany pod postacią sześciu koncentrycznych gałązek, kształt kryształka śniegu nie jest jedyny. Równie często można znaleźć wśród nich na przykład sześcioboczne walce, „druciki”, kulki czy kolumienki – wszystkie jednak mają zachowaną sześcioboczną symetrię.
Na podobnej zasadzie działają także sztuczne urządzenia do produkcji śniegu, tzw. „armatki śnieżne”. Rozpylana w nich mgiełka wodna przy wylocie z dyszy urządzenia krystalizuje się na pyle podawanym z dodatkowej dyszy. Niestety, powstały w ten sposób śnieg nie może się równać z naturalnym – jest twardszy, grudkowaty, mało przyjemny w dotyku.
W końcu śnieg dociera do ziemi i następuje białe szaleństwo. Tak więc – mroźnej i śnieżnej zimy!
Źródło grafiki: (C) Piotr Mańkowski