Wszystko o fizyce - Powstawanie Płatków Śniegu

Śnieg to zlepki kryształków lodu powstające w wyniku bezpośredniej zmiany pary wodnej zawartej w powietrzu w lód. Zachodzi tu więc zjawisko resublimacji. Kryształ lodu dzięki tak zwanych wiązaniach wodorowych ma strukturę heksagonalną. Jego komórka elementarna (najmniejszy fragment powtarzający się w sieci krystalicznej) ma kształt graniastosłupa o podstawie sześciokąta.
Stąd kryształy lodu mają sześciokrotną oś symetrii co przesądza o kształcie płatków śniegu.

Płatki śniegu powstają w chmurach, gdzie znajduje się duże nasycenie pary wodnej. Gdy temperatura staje się ujemna i znajdzie się jakieś centrum krystalizacji na przykład drobinka kurzu lub pyłek kwiatowy i to na nim rozpoczyna się kondensacja cząsteczek wody i tworzenie kryształu (woda destylowana właśnie z powodu braku drobnych zanieczyszczeń może być w stanie ciekłym nawet w temperaturze -40°C).Tworzące się płatki mogą mieć, zależnie od temperatury i wilgotności powietrza różne kształty. Zazwyczaj są to sześcioramienne symetryczne gwiazdki. Mogą też mieć kształt płaskich sześciokątnych płytek, igiełek, słupków, krążków,
a czasem nieregularnych brył. Najpierw wszystkie kryształki lodu rosną tak samo, formując sześcian foremny. W czasie podróży płatka śniegu w kierunku powierzchni ziemi zmienia się zarówno wilgotność,
jak i temperatura otoczenia. Na wystających krawędziach mogą się tworzyć nowe kryształy inaczej ustawione w przestrzeni niż wcześniejsze formy. Taki proces może zajść nawet kilka razy od chwili powstania płatka śniegu do momentu, w którym dotknie on gruntu, dlatego płatki śniegu mogą mieć bardzo złożone kształty.

Zachowana jest jednak symetria bowiem odległość pomiędzy ramionami śniegowej gwiazdki jest na tyle mała,
że każde z ramion rośnie praktycznie w tej samej temperaturze i wilgotności, a to oznacza, że rośnie w identyczny sposób. Ponieważ wszystkie powstające kryształy tworzą heksagonalną (sześciokątną) sieć krystaliczną to mają sześciokrotną oś symetrii.

W bardzo niskich temperaturach, poniżej -20°C brak jest w padającym śniegu znaleźć wymyślnych kształtów podobnych do gwiazdek. Na ziemskich biegunach pada śnieg w kształcie kolumienek czy płaskich płytek o podstawie sześciokąta. Największe i najpiękniejsze śnieżynki powstają w przedziale temperatur od -10°C do -20°C przy dużej wilgotności powietrza. W takich warunkach przyjmują one formę niewielkich płatków o rozmiarach od 2 do 4 milimetrów. Generalnie, im wyższa wilgotność, tym kryształki lodu mają bardziej złożone kształty.

Gdy płatki śniegu rozpoczęły życie w warunkach dużej wilgotności,
a potem kontynuowały swój rozwój, gdy wody w powietrzu było znacznie mniej to na początku kształty mają złożone kształty a wraz z oddalaniem się od środka kryształka upraszczają się. Z kolei gdy rosnący kryształek z bardziej suchego powietrza wpadnie w obszar wilgotniejszego, to im dalej od jego środka (od zalążka płatka), tym wzór będzie bardziej złożony.
Gdy temperatura wynosi około -5°C, a wilgotność stosunkowo wysoka śnieg ma kształt igieł o przekroju sześciokątnym, często krzyżujących się lub pozlepianych ze sobą.

Nie ma dwóch takich samych płatków śniegu, bowiem nawet dla powstałych w bezpośrednim sąsiedztwie płatków droga na ziemię nigdy nie będzie taka sama. Tak więc wpływ zmiany temperatury i wilgotności na każdy z nich będzie inny. Poza tym dla każdego płatku inne może być centrum kondensacji, do którego przyczepiły się pierwsze cząsteczki wody. A od kształtu i wielkości tego centrum zależą pierwsze chwile formowania się płatka śniegowego. Drugim powodem jest to, że wodór i tlen występują w naturze w różnych odmianach. Niektóre cząsteczki wody może tworzyć zamiast zwykłego wodoru deuter, a zamiast tlenu O16 jego izotop O18.