Прекрасные кристаллические формы

Какими бывают снежинки и почему они получаются столь красивыми?
1. Столбики (группа C — Column crystal)
2. Пластинки (группа P — Plane crystal)
3. Комбинированные кристаллы из столбиков и пластинок (группа CP — Combination of column and plane crystals)
4. Конгломерат снежных кристаллов (группа A — Aggregation of snow crystals)
5. Заиндевевшие снежинки (группа R — Rimed snow crystal)
6. Зародыш кристалла (группа G — Germ of ice crystal)
7. Неправильные кристаллы (группа I — Irregular snow particle)
8. Другие твердые осадки (группа H — Other solid precipitation)
Путь снежинки
Яна Сергиевская    

Наука — она везде. Вот падает с неба снег. И за каждым сугробом можно найти труды физиков, кристаллографов, географов. Прочитав этот текст, вы уже никогда не будете смотреть на снежинки по-прежнему — не задумываясь, например, о гексагональной сингонии. По крайней мере, мы уже не можем.

Рассказывает Владимир Голубев, ведущий научный сотрудник лаборатории снежных лавин и селей географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова:

— Мы все привыкли к изображению шестиконечной снежинки. Новогодние открытки, витрины, пойманные на темную рукавицу звездочки... Тем не менее снежинки вовсе не всегда бывают с шестью лучиками. Они могут иметь форму шестигранника, столбика, пластинки, на самом деле каждая снежинка уникальна. Хотя в любом случае это ледяной кристалл, в основании которого всегда шестигранник. Такая симметрия называется гексагональной сингонией.

Кристалл льда образуется вокруг минеральной или органической частицы: осадки могут формироваться и на пыльце, и на песчинке. В 2009 году были опубликованы результаты исследования, показавшего, что наиболее продуктивной для формирования осадков является пыль Сахары.

Сначала на частице конденсируется капелька воды. Чтобы замерзнуть, ей нужно собрать 460 молекул H2O, — это минимум, без которого кристаллизация не произойдет. При разном соотношении температуры и перенасыщения пара в облаке формируются различные типы снежинок.

Международная классификация снежинок

В 2013 году японский ученый Кацухиро Кикучи с соавторами предложил новую классификацию снежинок, которая включает 8 основных групп и 121 категорию.

1. Столбики (группа C — Column crystal)

Мельчайшие ледяные кристаллы, образующиеся при сильном минусе. Они искрятся и буквально слепят нас днем — те самые «мороз и солнце», — вечерами же нарядно сверкают, подсвеченные фонарем. Делятся на иглы, капсулы, столбики и пули.

2. Пластинки (группа P — Plane crystal)

Самый красивый и разнообразный тип. Кикучи делит их на «блюдца», пластинки с секторами, дендриты и другие смешанные типы. Такие снежинки вырастают при значительном перенасыщении пара и самых разных температурах.

Дендриты обладают свойствами фрактала, то есть их узоры можно описать математической формулой. Пластинки могут вырастать до 5–7 мм.

3. Комбинированные кристаллы из столбиков и пластинок (группа CP — Combination of column and plane crystals)

Сочетания столбиков и пластинок, которые нарастают друг на друге в разных направлениях, превращаясь в «ежиков». Одну из категорий в этой группе Кикучи назвал гохэй: кристалл похож на ритуальный жезл гохэй с бумажными лентами, который синтоисты используют для очищения от негативной энергии.

4. Конгломерат снежных кристаллов (группа A — Aggregation of snow crystals)

В полете снежинки цепляются друг за друга лучиками, а оказавшись в более теплом воздухе, слепляются. Такие снежинки на порядок больше самостоятельных кристаллов. Часто выпадают в виде хлопьев.

5. Заиндевевшие снежинки (группа R — Rimed snow crystal)

Оригинальная форма этих кристаллов, напротив, угадывается легко. Снежинка попадает в теплое облако, на ней быстро и равномерно конденсируется вода, которая ниже, в более холодном воздухе, сразу замерзает.

6. Зародыш кристалла (группа G — Germ of ice crystal)

Язык не поворачивается назвать это снежинкой! Так образуется снег в Арктике, где холодно, мало влаги в воздухе и кристалл дальше зародыша не развивается.

7. Неправильные кристаллы (группа I — Irregular snow particle)

Снежинки, сталкиваясь друг с другом на ветру, могут ломаться и деформироваться. К этой группе японец причислил все «покалеченные» кристаллы.

8. Другие твердые осадки (группа H — Other solid precipitation)

Ледяной дождь — твердые прозрачные шарики льда, внутри которых находится незамерзшая вода. Снежная крупа — твердые маленькие белые шарики, выпадающие при температуре около нуля. Град — кусочки льда различной формы. Обычно его выпадение связано с тем, что в облаке мало центров кристаллизации.

Путь снежинки

От застывшей на пылинке молекулы воды — до весеннего таяния снега.


Впервые опубликовано: «Кот Шрёдингера» №1 (03) январь-февраль 2015 г.

Источники

По K. Kikuchi et al. // Atmospheric Research. 2013. 132–133. Р. 460–472

Иллюстрации

iStock / Игорь Кенденков / NNeirda / ShutterStock