Почему снежинки имеют разную форму
Рождение снежинок — увлекательное природное явление. Оно зависит от четырех внешних факторов: температуры, влажности, давления и наличия в атмосфере примесей. Каждый из этих факторов словно дирижер в огромном оркестре, задающий тон, темп и сложность ледяной симфонии. Совокупность их бесчисленных вариаций и делает каждую снежинку уникальной.
Как образуются снежинки
Начинается все с того, что в верхних слоях атмосферы встречаются переохлажденные капли, температура которых доходит до –20 °C. Спровоцировать образование из них снежинок может любая пылинка или даже турбулентность воздушного потока. Получается, что снежинка — это кристаллик льда, образовавшийся вокруг пылинки.
Этот крошечный зародыш, или «затравка», имеет кристаллическую решетку, молекулы воды в которой выстроены в идеальные шестиугольники. Именно эта особенность воды предопределяет шестилучевую симметрию будущего творения.
Температура — главный скульптор, лепящий форму кристалла. В перистых облаках, где температура, влажность и давление однородны, снежинки имеют почти одинаковую форму шестиконечной звезды. При температурах от –20 до –40 °C формируются шестигранные ледяные пластинки, а при температуре ниже –40 °C — шестигранные столбики. Однако наиболее сложные и ажурные формы — те самые знаменитые звездочки-дендриты — рождаются в узком температурном «коридоре» от -14 °C до -17 °C при высокой влажности. Разглядеть такую снежинку невооруженным взглядом невозможно: ее размер составляет около одной сотой миллиметра.
На скорость роста влияет степень перенасыщенности водяного пара. Влажность выступает вторым ключевым дирижером: чем больше пара в воздухе, тем быстрее и «смелее» растут лучи, образуя ответвления и сложные узоры. Низкая влажность приводит к образованию простых призм и пластинок.
Рост снежинки — это не мгновенный акт, а многочасовая история ее путешествия из верхних слоев атмосферы к земле. Тысячи маленьких снежинок, опускаясь с высоты 10 км, на которой находятся перистые облака, сталкиваются друг с другом, образуя более крупную снежинку. Одни кристаллики в полете отпадают, другие добавляются.
К этому процессу добавляются случайные перепады температур и влажности в разных слоях атмосферы. Каждый новый слой воздуха — это новая «студия» для ледяного художника. Попадая в зону с иной температурой и насыщенностью паром, снежинка меняет режим роста: пластинка может начать растить лучи, а столбик — превратиться в шестигранник. Получается, что снежинка растет то в ширину, то в длину.
Почему не бывает одинаковых снежинок
Утверждение, что двух одинаковых снежинок не существует, имеет под собой строгое статистическое и физическое обоснование.
Во-первых, количество возможных путей и вариаций роста, определяемых микроскопическими колебаниями температуры, влажности и траектории падения, астрономически велико.
Во-вторых, процесс роста носит хаотический, нелинейный характер, где малейшее начальное различие (например, положение первой молекулы воды на пылинке) лавинообразно нарастает, приводя к совершенно разным результатам. Можно провести аналогию с историей жизни двух людей: даже если они стартуют в похожих условиях, каждый их шаг и выбор создает уникальную биографию. Так и у снежинки — ее «биография», записанная в форме лучей, неповторима.
Почему ученые изучают форму снежинок
Кристаллография льда важна для климатологии, метеорологии и даже авиации. По форме выпадающих снежных кристаллов ученые могут делать выводы о процессах, происходящих в облаках и атмосфере в целом.
Классификация снежинок, разработанная еще в 1930-х годах японским физиком Укихиро Накаей, включает в себя десятки типов: от простых игл и столбиков до пушинок-сростков и редких треугольных кристаллов. Сегодня, используя скоростную микроскопию и компьютерное моделирование, исследователи могут воссоздавать условия роста снежинок в лаборатории, постепенно раскрывая все тайны их удивительной геометрии.
Снежинки не перестают восхищать нас своей красотой и уникальностью, напоминая, что даже в рамках строгих законов природы всегда найдется место для бесконечного разнообразия.
Консультант: Александр Коношонкин, доцент радиофизического факультета ТГУ, завлабораторией Института оптики атмосферы им. В.Е. Зуева СО РАН.
Материал впервые опубликован в 2024 году, обновлен в 2025.
