الشرح:صنع ندفة الثلج

تأتي رقاقات الثلج في مجموعة لا حصر لها من الأشكال والأحجام. يبدو أن العديد من الأعمال الفنية ثنائية الأبعاد. البعض الآخر يبدو وكأنه مجموعة متشابكة من خيوط الجليد المهترئة. يأتي معظمهم كأفراد ، على الرغم من أن البعض يمكن أن يسقط على شكل كتل متعددة الرقائق. ما تشترك فيه جميعًا هو مصدرها:السحب التي عادة ما تحوم على الأقل كيلومترًا واحدًا (0.6 ميل) فوق سطح الأرض.

في الشتاء ، يمكن أن يكون الهواء هناك شديد البرودة - وسيصبح أكثر برودة كلما ارتفعت درجة الحرارة. لتشكيل رقاقات الثلج ، يجب أن تكون هذه السحب تحت درجة التجمد. لكن ليس شديد البرودة. تتشكل رقاقات الثلج من الرطوبة في السحابة. إذا أصبح الهواء باردًا جدًا ، فلن تحتوي السحابة على كمية كافية من الماء لترسيب أي شيء. لذلك يجب أن يكون هناك توازن. هذا هو السبب في أن معظم الرقائق تتطور عند درجة التجمد أو أقل بقليل - 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت). يمكن أن يتشكل الثلج في البيئات الأكثر برودة ، ولكن كلما زاد البرودة ، قلت الرطوبة المتاحة لصنع ندفة الثلج.

في الواقع ، يجب أن يكون هواء السحابة مفرط التشبع مع الرطوبة لتشكيل تقشر . هذا يعني أن هناك كمية من الماء في الهواء أكثر مما هو ممكن في العادة. (الرطوبة النسبية يمكن أن تصل إلى 101 في المئة خلال التشبع الفائق. هذا يعني أن هناك 1 في المائة زيادة الماء في الهواء مما يجب أن يكون قادرًا على الاحتفاظ به.)

عندما يكون هناك الكثير من الماء السائل في الهواء ، ستحاول السحابة التخلص من الفائض. يمكن لبعض هذا الفائض أن يتجمد إلى بلورات ، والتي تتعرج ببطء على الأرض.

أو هذه هي الإجابة البسيطة. التفاصيل ليست بهذه البساطة.

الماء البارد وحده لا يصنع ندفة ثلجية

هناك حاجة إلى شيء آخر لتحويل رطوبة السحب إلى تقشر. يسميها العلماء نواة (NOO-klee-uhs) . لا يمكن لقطرات الماء أن تتجمد بدون وجود شيء تكتسبه. حتى عندما تكون درجة حرارة الهواء أقل من درجة التجمد ، تظل قطرات الماء سائلة - على الأقل حتى يكون لديها جسم صلب يمكن أن تلتصق به.

عادة ، سيكون ذلك شيئًا مثل حبة حبوب اللقاح أو جزيئات الغبار أو بعض الأجزاء الأخرى المحمولة في الهواء. يمكن أن يكون رذاذًا شبيهًا بالضباب الدخاني أو مركبات عضوية متطايرة أفرزته النباتات. حتى جزيئات السخام الصغيرة أو القطع المعدنية المجهرية التي يتم قذفها في عادم السيارة يمكن أن تصبح النواة التي تتبلور حولها رقاقات الثلج.

في الواقع ، عندما يكون الهواء نقيًا جدًا ، قد يكون من الصعب جدًا على رطوبة السحابة العثور على نواة.

يقول العلماء:جليد الصقيع

بالقرب من الأرض ، يمكن لأي جسم أن يثبت أنه منطقة تجميد مناسبة. هكذا نحصل على الصقيع يتكون الجليد على أغصان الأشجار أو أعمدة الإنارة أو المركبات. يختلف عن الصقيع ، يتطور جليد الصقيع عندما تتجمد قطرات الماء فائقة التبريد على الأسطح تحت التجمد. (على النقيض من ذلك ، يتشكل الصقيع عندما تتجمع الرطوبة على الأسطح في شكل سائل ، ثم يتجمد.)

في أعالي السحابة ، يجب أن تكون هناك بعض الجسيمات الصغيرة العائمة حتى تتطور بلورات الثلج. عندما تظهر الظروف المناسبة ، ستلتصق قطرات الماء فائقة التبريد بهذه النوى (NOO-klee-eye). يفعلون ذلك واحدًا تلو الآخر ، يبنون بلورة جليدية.

كيف تتشكل الرقائق

لفهم ما وراء الشكل المعقد والمعقد لندفة الثلج ، يلجأ العلماء إلى الكيمياء - عمل الذرات.

يتكون جزيء الماء ، أو H O ، من ذرتين من الهيدروجين مرتبطة بذرة أكسجين. يتحد هذا الثلاثي في ​​نمط "ميكي ماوس". هذا بسبب التساهمية القطبية (Koh-VAY-lent) السندات. يشير المصطلح إلى ثلاث ذرات تشترك كل منها في الإلكترونات مع بعضهم البعض ، ولكن بشكل غير متساو.

نواة الأكسجين أكبر ، لذلك لديها قوة سحب أكبر. إنه ينزع بقوة أكبر من الإلكترونات سالبة الشحنة التي يتشاركونها. هذا يجعل تلك الإلكترونات أقرب قليلاً. كما أنه يعطي الأكسجين شحنة كهربائية سالبة نسبيًا. ذرتا الهيدروجين في نهاية المطاف موجب صبي ، من حيث الشحنة.

يشبه هيكل جزيء الماء وحده V. لكن عندما تجد جزيئات H O متعددة نفسها قريبة من بعضها البعض ، فإنها تبدأ في التمحور بحيث تتزاوج شحناتها الكهربائية. تجذب الرسوم المعاكسة. لذا فإن الهيدروجين السالب يستهدف نفسه نحو أكسجين موجب. الشكل الذي يميل إلى النتيجة: سداسي.

هذا هو السبب في أن رقاقات الثلج لها ستة جوانب. ينبع من الهيكل السداسي - السداسي - لمعظم بلورات الجليد. ويتعاون السداسيات. إنهم يرتبطون بأشكال سداسية أخرى ، وينموون إلى الخارج.

هذه هي الطريقة التي تولد بها ندفة الثلج.

يحتوي كل سداسي على الكثير من المساحات الفارغة. وهذا ما يفسر لماذا يطفو الجليد على الماء. إنها أقل كثافة. تكون جزيئات H O الأكثر دفئًا في المرحلة السائلة نشطة للغاية بحيث لا تستقر في مسدس صلب. ونتيجة لذلك ، فإن العدد نفسه من جزيئات H O تشغل مساحة أكبر بنسبة 9 في المائة مثل الجليد الصلب مما هي عليه في الماء السائل.

اعتمادًا على درجة الحرارة ، تنضم هذه الأشكال السداسية مع بعضها البعض وتنمو بطرق مختلفة. في بعض الأحيان يصنعون الإبر. قد يشكل البعض الآخر تشعبات تشبه الفروع. كلهم جميلات. ولكل منها قصته الفريدة في النمو البلوري.

لقد كانت بنية ندفة الثلج تثير الفضول العلمي منذ أن قام ويلسون آلوين "Snowflake" بنتلي بتوصيل مجهر إلى كاميرته في عام 1885 وأصبح أول شخص يقوم بتصويرها.

لا تزال هذه البلورات قصيرة العمر تسحر العلماء. لالتقاط شكلها وحركتها بشكل أفضل ، قام تيم جاريت من جامعة يوتا في سولت ليك سيتي مؤخرًا ببناء كاميرا أفضل للثلج. لقد كان يستخدمها للحصول على رؤية من الداخل لمجموعة متنوعة من الرقائق التي تسقط.

رقاقات الثلج بالأرقام

2. تميل رقاقات الثلج إلى أن تكون أقل من قطر عرض العملة المعدنية. ولكن من حين لآخر ، يتشكل الهائلون الحقيقيون. في كانون الثاني (يناير) 1887 ، أفاد مزارع في مونتانا أن ندفات الثلج "أكبر من اللبن". سيجعل ذلك عرضهم حوالي 38 سم (15 بوصة). نظرًا لأن ذلك كان قبل الكاميرات المنزلية المحمولة ، يمكن تحدي هذا الرقم. لكن في بعض الأحيان تتطور رقاقات الثلج التي يزيد حجمها عن 15.2 سم (6 بوصات). تميل الأشياء الكبيرة إلى التكوّن عندما تقترب درجات الحرارة من التجمد ويكون الهواء رطبًا. يعكس حجم ندفة الثلج أيضًا عوامل أخرى. وتشمل هذه سرعة الرياح واتجاهها ، ونقطة الندى - حتى مدى كهربة طبقات مختلفة من الغلاف الجوي. لكن لم يجر أي شخص قياسات فعلية عندما كانت الرقائق العملاقة تتطاير.

3. تسقط معظم رقاقات الثلج بوتيرة مشي تقريبًا - ما بين 1.6 و 6.4 كيلومترات (1 و 4 أميال) في الساعة.

4. مع السحابة التي تتكون فيها الرقائق عادةً من كيلومتر واحد إلى كيلومترين (0.6 إلى 1.2 ميل) ، قد تنجرف كل عجائب بلورية في أي مكان من 10 دقائق إلى أكثر من ساعة قبل أن تصل إلى الأرض . في بعض الأحيان ، يتم حملهم مرة أخرى ، ويستغرق الأمر عدة محاولات حتى يصلوا إلى الأرض.