Защо снежинките са толкова любопитни за учените
Когато дойде зима, мнозина любители на студеното време се надяват на сняг. Но снеговалежът носи повече от забавление и красота. Метеорологично събитие дава възможност на учените да изследват това очарователно агрегатно състояние на водата, което се оказва, че има уникални свойства.
„Снежинките са монокристали от лед, а ледът в основата си е минерал, който се топи при по-ниска температура от другите минерали“, казва д-р Джефри Пост, главен куратор на отдел Скъпоценни камъни и минерали в Националния природонаучен музей Смитсониън.
Снежинките и ледът са минерали или естествени твърди неорганични материали. Минералози като Пост изследват тези минерали, за да научат повече за това как се държи водата в твърдата си фаза. „Когато погледнете от минерална гледна точка, ледът е различен от всеки друг материал, който срещаме в ежедневието си“, каза Пост.
В края на 80-те години на 19 век фермер от Върмонт започва да прави микроскопични снимки на отделни снежинки. Името му е Уилсън Бентли, но по-късно той съвсем разбираемо получава прякора Снежинка. В течение на живота си той прави над 5000 снимки на снежинки, 500 от които се съхраняват в архива на института Смитсониън.
„Когато кажем, че няма две подобни снежинки, можем да благодарим на Уилсън Бентли за тази информация. Това, което той прави, е доста уникално през този период от историята. Той е готов да стои навън в студа и да прави снимки. В известен смисъл това е героично усилие“, казва д-р Памела Хенсън, историкът на Смитсониън.
Преди Бентли учените се затрудняват да разгледат внимателно снежинките, тъй като кристалите трудно се изолират и се разтопяват прекалено бързо. Но Бентли комбинира микроскоп и камера в техника, наречена фотомикрография, и успява да направи най-накрая увеличени снимки на малките кристалчета.
„След като имаме хиляди и хиляди, и хиляди от тези снимки, можем да започнем да си правите правим разни изводи от тях“, казва Хенсън.
Различните атмосферни условия създават различно изглеждащи снежинки. Например, шестлъчевата снежинка често се среща в Северното полукълбо, защото този регион има правилното съотношение от температурата и влажността. При различни температури снежните кристали могат да образуват различни форми – както удължени колони, така и плоски плочи.
Но учените никога не биха могли да докажат тази теория, ако не разполагаха с огромната колекция от снимки на Бентли. Неговите снимки са данни – те дават на минералози и метеоролози важна информация за начина, по който се образува лед в небето.
Минералите обикновено са по-плътни в твърдата си фаза, отколкото в течната си фаза. Но при ледът е обратното. Той е по-малко плътен от водата. Ето защо ледът се носи по повърхността на водоемите, помагайки на водните животни да оцелеят през зимата във водата отдолу. Ако водата се държеше като повечето течности, когато замръзне, твърдата й форма би била по-плътна и щеше да потъне.
„Представете си, че езерата замръзват през зимата а ледът е на дъното“, предлага Пост. „Това не само би било неудобно за кънкьорите, но при една много студена зима плитките водоеми може да се превърнат в един солиден леден блок. Поради специалните свойства на леда, леденият слой се образува на повърхността и изолира водата отдолу, предотвратявайки замръзването й.
„Всичко се свежда до кристалната структура на леда“, казва Пост. „Двата водородни и кислородния атом, които изграждат всяка водна молекула, образуват слаби „водородни връзки“ със съседните водни молекули и се свързват в шестоъгълна рамка, която е по-отворена и по-малко плътна от течната структура на молекулата.“
Снежинките са малки и деликатни, защото са ограничени от количеството водна пара, която ги заобикаля, докато се формират в атмосферата. Кристалите често растат във фрактални и назъбени шарки. Формираните във фризера кубчета лед са направени от много малки ледени кристали, които се образуват бързо и прерастват един в друг. Ледникът е естествена ледена скала, съвкупност от много ледени кристали.
Изучаването на леда на Земята позволява на минералозите да разберат по-добре как се държи водата във всичките й форми на Земята, както и на други планети. Това знание е важно, защото водата е толкова важна част от живота. Смитсоновият институт е полезен ресурс за тези изследователи, защото държи 500 снимки на снежинки на Бентли от 1904 г. насам. „Ние сме хранилище за данни. Хората мислят за нас като за събирачи на предмети, но това не е непременно и единствено така. Ние съхраняваме данни, информация“, казва Хенсън.
