Czy wiesz jak powstaje śnieg?

Fot. Schronisko Chatka Puchatka w Bieszczadach w warunkach zimowych.

Jestem fanką śnieżnej zimy. Nie przeszkadza mi mróz szczypiący w policzki, odśnieżanie auta i inne zimowe atrakcje. Śnieg powoduje, że zima jest rozświetlona, a przyroda przykryta białą kołderką. Dla wszystkich jest oczywiste, że śnieg pojawia się w zimie, ale jak dokładnie to się dzieje? Musi być zimno, ale też wilgotno. Czy śnieg może padać przy dodatniej temperaturze? Tak, jeśli w wyższych warstwach atmosfery temperatura jest ujemna.

Fot. Szlak w Bieszczadach w zimie, na horyzoncie widoczne chmury niskie.

Czym jest śnieg?

To opad atmosferyczny w postaci kryształków lodu, które podczas tworzenia się w chmurze, a następnie podczas spadania rosną i formują się z nich widowiskowe płatki śniegu. Jesteśmy przyzwyczajeni do tego, że płatki śniegu, które widzimy w mediach, to foremne gwiazdki. Jednakże płatki śniegu potrafią tworzyć bardzo różne formy. Wszystko zależy od temperatury i wilgotności.

Gwiazdki powstają przy dużej wilgotności i temperaturze między -10 a -20 ºC, ale także gdy jest stosunkowo ciepło – temperatura nie spada poniżej -3 ºC.

Przykłady innych form płatków śniegu i temperatury przy jakiej się tworzą:

• -2 ºC płytki (pryzmaty)
• -5 ºC igły oraz kolumny pełne lub puste
• -15 ºC rozgałęzione struktury
• -20 ºC drobne kryształki

Na rysunku możemy zobaczyć 3 najczęstsze typy płatków śniegu czyli kolumny, płytki i gwiazdki:

Inne możliwe formy płatków śniegu:

Płatek śniegu przechodzi przez różne temperatury i wilgotności, dlatego liczba jego form jest praktycznie nieskończona.

Tworzenie się śniegu

Śnieg powstaje najczęściej w chmurach typu nimbostratus, które są niskie, gęste i szare, zwykle pokrywają duże obszary nieba. W chmurze składającej się z pary wodnej zazwyczaj unoszą się też inne cząsteczki. Mogą to być pyłki roślin, kurz lub inne mikroskopijne ciała stałe przenoszone wiatrem. Takie mikrocząsteczki tworzą jądro kondensacji, czyli podstawę, na której tworzy się płatek śniegu. Bez takich cząsteczek spontaniczne zamarzanie przechłodzonej wody rozpoczyna się dopiero w temperaturze poniżej -38 stopni.

Pojedynczy płatek śniegu może składać się z kilku milionów kryształków lodu. Jak jest wystarczająco ciężki, to zaczyna opadać na ziemię. Jeśli na ziemi nie jest zbyt ciepło, to opada w formie śniegu. Jeśli po drodze jest ciepło, to się roztapia i spada na ziemię jako deszcz lub wyparowuje.

Resublimacja

Gdy temperatura spada poniżej zera w chmurach zaczyna zachodzić zjawisko resublimacji. To jeszcze jedna ważna sprawa dotycząca tworzenia się śniegu.

A czym jest resublimacja? Jest to przemiana fazowa polegająca na bezpośrednim przechodzeniu substancji z fazy gazowej w fazę stałą z pominięciem stanu ciekłego. Procesem odwrotnym jest sublimacja, czyli przechodzenie ciała stałego od razu w formę gazową. Płatki śniegu nie powstają w wyniku zamarzania wody, ale pary wodnej. Cząsteczki pary wodnej w chmurze skupiają się blisko siebie i tworzą kryształki lodu.

Woda może występować w trzech stanach skupienia:

To w takim razie czym jest lód? Pod względem chemicznym tym samym co płatki śniegu, ale płatki śniegu powstają z formy gazowej (pary wodnej), a lód z formy ciekłej (wody).

Jak powstaje jeden płatek śniegu?

Najpierw tworzy się sześciokąt (na bazie jądra kondensacji), a następnie na sześciu rogach tworzą się odgałęzienia, lub też forma sześciokątna powiela się. Ponieważ w trakcie tworzenia się płatku śniegu może zmieniać się wilgotność i temperatura, to gałęzie mogą mieć różną formę. Jednak wszystkie gałązki będą praktycznie takie same, ponieważ tworzą się w tych samych warunkach. Nic tego nie synchronizuje. Nie działa tu żadna cudowna siła. Po prostu zwykła fizyka.

Dlaczego płatki śniegu mają formę heksagonalną?

Cząsteczki wody, które składają się z dwóch atomów wodoru i jednego atomu tlenu (H₂O), w stanie ciekłym są luźno połączone. Gdy temperatura spada poniżej 0°C, cząsteczki zaczynają organizować się w uporządkowane struktury, tworząc heksagonalne kryształy lodu. Takie ułożenie wynika z kształtu wiązań wodorowych, które powstają między atomami.

Ryc. Tworzenie się kryształu lodu

Dlaczego śnieg ma biały kolor i inne zimowe pytania

• Śnieg jest biały, ponieważ kryształki lodu odbijają i rozpraszają światło słoneczne.

Ujemna temperatura potrafi tworzyć inne ciekawe formy. Czym one się różnią od siebie?

• Krupa śnieżna. Powstaje wtedy, gdy tworzące się płatki śniegu zostają „oblepione” przez przechłodzone kropelki wody, które zamarzają natychmiast po zetknięciu z płatkiem. Taki oblepiony płatek śniegu zmienia się w ziarnistą, nieprzezroczystą, białą kulkę 2-5 mm średnicy.
• Szron. Powstaje podobnie jak śnieg. To osad tworzący drobne lodowe kryształki w wyniku kontaktu wilgotnego powietrza z podłożem o temperaturze poniżej 0 °C.

Fot. Szron na roślinach.

• Szadź. Powstaje przy zamarzaniu mgły lub chmury w momencie zetknięcia kropelek przechłodzonej wody z powierzchnią np. drzewa lub już narosłej szadzi. Składa się ze zlepionych kryształków lodu. Najczęściej widoczny jest kierunek wiatru.

Fot. Szadź na gałęziach. Wyraźnie widoczny kierunek wiatru.

• Grad. Zjawisko atmosferyczne występujące również w lecie. Są to zamarzające krople wody w kilku warstwach, tworzące przezroczyste bryły. Największe udokumentowane przypadki to kule gradu o średnicy ponad 20 cm. Nie chciałabym dostać czymś takim w głowę.

Ciekawostki śnieżno-zimowe

• W pojedynczym płatku śniegu znajduje się około 10 trylionów cząsteczek wody.
• Śnieg pada również na Marsie, ale nie dociera do powierzchni planety. Występuje tam też inny rodzaj śniegu powstającego z suchego lodu. Taki śnieg z dwutlenku węgla opada na bieguny zimą, tworząc warstwy suchego lodu.
• W Bułgarii 23 marca 2008 roku spadł czerwony śnieg. Przyczyną był kurz z czerwonych piasków saharyjskich.
• Największy płatek śniegu, który udało się sfotografować miał 1 cm.
• Nie ma dwóch identycznych płatków śniegu.
• Najniższa zanotowana temperatura na ziemi: -89,2 °C (Stacja Wostok, Antarktyda, 1983).

Fot. Zimowy krajobraz.

Osobom, które znają język angielski polecam stronę na temat płatków śniegu:

A na koniec film z takimi aktorami w roli głównej, którzy bez śniegu żyć nie mogą

Źródła

PL