„Stanąłem na środku ulicy wpatrzony w pojedynczą śnieżynkę. Śledziłem ją do chwili, aż spadła i roztopiła się pod moimi stopami.” – bohater powieści „Śnieg” noblisty Orhana Pamuka nie jest jedynym, którego zafascynowała tajemnica śniegu. Ludzie od wieków zastanawiali się nad tym meteorologicznym fenomenem. Śnieg inspirował poetów i pisarzy oraz wzbudzał ciekawość naukowców. Jakie jego zagadki udało się do tej pory rozwikłać uczestnikom wypraw polarnych i fizykom w laboratoriach?
Jak powstaje śnieg?
Rusztowaniem, od którego rozpoczyna się formowanie kryształków lodu w chmurze są tzw. jądra kondensacji. Mogą to być np. cząsteczki kurzu albo pyłek kwiatowy. Kryształki lodu powstają wokół tych „zalążków” bezpośrednio przez zamrożenie pary wodnej w procesie resublimacji. Rosną w chmurze w temperaturze poniżej zera, aż duże kryształki zaczną w końcu opadać, będą zlepiały się z innymi w czasie zderzeń i w ten sposób utworzą płatki śniegu. Przy dostatecznie niskiej temperaturze powietrza śnieżynki mogą dotrzeć do powierzchni gruntu i wtedy obserwujemy padający śnieg.
Meteorolodzy są zdania, że większość opadów zaczyna się właśnie od śniegu. Gdy stopi się on po drodze, wtedy spada na ziemię w postaci deszczu. Czasem zdarza się, że roztopione płatki śniegu ponownie napotkają warstwę zimnego powietrza. Wtedy ochładzają się w nim, ale nie zamarzają. Dopiero w momencie kontaktu z ziemią, gwałtownie przemieniają się w lód i tym sposobem powstaje gołoledź.
Może się też zdarzyć tak, że kryształki lodu, opadające w zimnej, przechłodzonej chmurze napotkają przechłodzone kropelki wody. Wtedy utworzą się małe ziarna lodowe. W burzowej chmurze, w której występują silne wznoszące prądy powietrza, takie ziarna wielokrotnie wędrują w górę i w dół, obrastając lodem. Gdy powstałe bryłki lodowe są już tak duże, że prądy wznoszące nie mogą ich już utrzymać w chmurze, to opadają one na ziemię w postaci gradu. Gradowe bryłki lodu mogą nawet osiągać wielkość pięści.
Czy śnieg może być kolorowy?
Mimo zanieczyszczenia środowiska, czysty, świeżo opadły śnieg pozostaje jedną z najbielszych substancji w przyrodzie. Odbija blisko 90 proc. światła, które na niego pada. Mikroskopijne kryształki lodu, budujące śnieżynki są co prawda przezroczyste, ale wrażenie bieli bierze się z równomiernego odbicia białego światła słonecznego. Jeśli oświetlimy śnieg na przykład czystym niebieskim światłem, będzie się wydawał niebieski.
Śnieg może jednak naturalnie zabarwiać się na różne kolory. Ponad 220 lat temu uczestnicy jednej z arktycznych wypraw napotkali szokujący, intensywnie czerwony śnieg. Okazało się, że taką barwę nadały mu mikroskopijne, jednokomórkowe glony z rodzaju Chlamodymonas. Żyją one w wielkich koloniach za kołem podbiegunowym oraz w mniejszych skupiskach wysoko w górach, w naszych szerokościach geograficznych. Te żyjątka tworzą sobie mikroszklarnie w śniegu. Pochłaniają więcej ciepła słonecznego niż otoczenie, dlatego śnieg wokół nich podtapia się i skupisko roślinek zapada się w płytką jamkę. Od góry takiej szklarenki nadbudowuje się warstewka lodu, a w jej wnętrzu utrzymuje się temperatura około 0 stop. Celsjusza.
Od tamtej pory udało się odkryć ponad sto gatunków roślin, które z powodzeniem wiodą życie na śniegu. Bywają nie tylko czerwone, ale też m.in. zielone, brunatne, fioletowe. Takie kolory nadają śniegowi, na którym rosną. Jeśli chodzi o kolorystykę, to pozostaje również kwestia niuansów nazewnictwa. Inuici, rdzenni mieszkańcy Arktyki mają mnóstwo określeń na rozmaite gatunki śniegu, m.in. ze względu na puszystość, przejrzystość czy czas, który upłynął od jego opadnięcia na ziemię.
Ile waży płatek śniegu?
Kubuś Puchatek śpiewał mruczankę o śniegu, który pada „jak biały puch z poduszki”. Piórko jest synonimem lekkości, daleko mu jednak do gwiazdki śniegu. Pojedyncza śnieżynka waży około jednej tysięcznej grama czyli jeden gram śniegu zawiera przeciętnie tysiąc takich płatków. Dopiero milion śnieżynek wchodzi na kilogram śnieżnego puchu.
Od czego zależą rozmiary śnieżynek?
Zwyczajne płatki śniegu mają kilka minimetrów średnicy. Na Syberii obserwowano jednak czasem płaty dochodzące do 30 centymetrów. Śnieżynki, zanim opadną na ziemię, długo krążą w chmurach, wznosząc się, opadając i „rosnąc”. Im słabszy wiatr, tym większe formują się płatki śniegu. Silny wiatr rozrywa je i wtedy na ziemię docierają w strzępkach.
Jakie kształty mogą mieć płatki śniegu?
Z nieba najczęściej pada śnieg w postaci tzw. płytek z dendrycznymi przyrostami czyli sześciokątnie symetryczne gwiazdki, których ramiona przypominają kształtem drzewo lub liść paproci. Śnieżynki mogą także przybierać formę sześciokątnych płytek, sześciokątnych kolumn czy też prostych lodowych igieł, takich jak te, których używamy do szycia.
Jak pogoda wpływa na kształt płatków śniegu?
Obserwując kształt płatków śniegu możemy zorientować się, jaka była temperatura i wilgotność otoczenia, w którym powstawały. Przy temperaturach poniżej minus 20 stop. Celsjusza, na biegunach, pada śnieg w postaci kolumienek i płytek. Przy wyższych temperaturach, kluczowa okazuje się zawartość wody w powietrzu. Gdy jest jej mało – powstaną sześciokątne kolumny lub płytki z wydrążonymi wzorkami, gdy dużo – bardziej skomplikowane dendryty lub gwiazdki. Przy temperaturze ok. minus 5 stopni i znacznej wilgotności pojawią się lodowe igiełki.
Historię płatka można odczytać, analizując jego przekrój poprzeczny, od jego środka do brzegów. Bywa, że płatki z obszaru o suchszym powietrzu (który daje prostsze wykroje śnieżynek) zawędrowały do wilgotniejszego ( który daje bardziej wyrafinowane kształty). Ich wzór będzie się wtedy komplikował od środka do krawędzi. Może też zaistnieć odwrotna sytuacja. Płatek formował się najpierw w wilgotnym powietrzu, potem w bardziej suchym. Wtedy wzór będzie się upraszczał od centrum śnieżynki ku jej brzegom.
Dlaczego nie ma dwóch identycznych śnieżynek?
Każdy płatek śniegu ma inne jądro kondensacji, na którym nadbudowuje się kryształ lodu. Ponadto oba atomy, budujące cząsteczkę wody, mogą występować w różnych odmianach (wodór/deuter oraz tlen O16/ O18). Jednocześnie temperatura i wilgotność wewnątrz chmury są tak zmienne, że droga dwóch płatków na ziemię, nawet wędrujących całkiem blisko siebie, nigdy nie będzie taka sama.
Dlaczego każdy płatek śniegu jest sześciokątny?
W 1555 roku w szwedzkiej Uppsali pastor Olaus Magnus podobno po raz pierwszy dokonał odkrycia, że płatki śniegu mają formę sześcioramiennych gwiazdek. Każda śnieżynka była co prawda inna, ale motyw sześciokąta powtarzał się niezmiennie. Kilkadziesiąt lat później, w 1611 roku sławny astronom Johannes Kepler napisał krótką rozprawę „O sześciokątnych płatkach śniegowych”. Nie znalazł jednak odpowiedzi na pytanie, dlaczego niepodobna znaleźć gwiazdki śniegowej o czterech czy pięciu ramionach? Rozwiązanie tego dylematu przyniosła dopiero, trzy wieki później, krystalografia rentgenowska. W badaniach okazało się, że zamrożone cząsteczki wody tworzą sieć krystaliczną, złożoną z komórek elementarnych o sześciokątnej symetrii. Każda taka komórka składa się z sześciu atomów tlenu po jednym w każdym kącie sześcianu i atomów wodoru pomiędzy nimi.
Śnieg. Źr. Wikipedia.Jak gruba warstwa śniegu może spaść w ciągu jednej doby?
W ciągu 24 godzin może spaść metrowa warstwa białego puchu. Wyjątkowo może być do dwóch razy więcej. Na przykład w kwietniu 1921 roku w Silver Lake w amerykańskim stanie Colorado w ciągu jednej doby nagromadziła się warstwa 1,8 metra śniegu. Na Alasce trwające kilka dni zamiecie nawiewają niejednokrotnie jego czterometrowe pokłady.
Dlaczego śnieg skrzypi pod butami?
Śnieg skrzypi tylko w czasie mrozu, w wyniku łamania i rozdzielania drobnych kryształków lodu pod naciskiem naszych stóp. Pomiary akustyczne wykazały, że to skrzypienie ma dwie wartości szczytowe w częstotliwościach: 250-400 Hz oraz 1000-1600 Hz. W temperaturze do minus 6 stopni Celsjusza przeważają tony niższe, natomiast gdy temperatura spada poniżej tej granicy, kryształki śniegu stają się coraz twardsze, a w skrzypieniu pojawiają się wyższe tony. Są ludzie, którzy potrafią słuchowo określić, jak silny jest mróz.
Czy wyniki badań płatków śniegu mogą mieć praktyczne zastosowanie?
Naukowcom chodzi o coś więcej, niż tylko zgłębianie tajemnicy piękna. Modelują przemiany, które zachodzą w chmurach i mają ogromny wpływ na klimat. Tworzą kryształy lodu w zmiennych warunkach otoczenia, aby przyjrzeć się, jak te czynniki wpływają na formowanie się płatków śniegu. Badacze chcą też rozeznać mechanizm powstawania lawin oraz nauczyć się skutecznie przewidywać ich zasięg, prędkość i trasę. Aby poznać zachowanie płatków śniegu w większych skupiskach, toczą z nich śnieżki. Śnieżynki kruszą się wtedy i tworzą zbitą masę kryształów. Im wyższa temperatura, tym spodnie warstwy śniegu bardziej się zagęszczają. Wiele prowadzonych badań dotyczy właśnie określania zmian gęstości tychże warstw w różnych warunkach.
Dlaczego psychologowie uważają, że warto się zatrzymać i zachwycić płatkami śniegu?
W „Śniegu” noblisty Orhana Pamuka czytamy: „I jak we śnie płatki śniegu wciąż padały, bezszelestnie, a mężczyzna siedzący przy oknie, zapatrzony w ich baśniowe kształty, poczuł oczyszczającą moc niewinności, ulgę i wolność, których szukał od lat. Uwierzył, że może być w tym świecie bezpieczny jak w domu.” Psychologowie mówią, że dla higieny psychicznej warto zatrzymać się na chwilę w biegu i zachwycić jak dziecko małymi cudami, których doświadczamy każdego dnia. Czemu by zatem nie zachwycić się właśnie wirującymi płatkami śniegu, przenosząc się na moment do krainy dzieciństwa?
Agnieszka Labisko
POSŁUCHAJ AUDYCJI - mp3 (12,21 MB)
