Снежинки под микроскопом
Снежинки под микроскопом
В обыденный снегопад мы не задумываемся, что рядовая снежинка при исследовании ее в микроскоп, может представлять из себя более красивое зрелище и поражать нас корректностью и сложностью форм. Тут маленькая выборка фото снежинок, которая наверное уверит вас в том, что так приевшееся за зиму явление выпадения снега состоит из таковой вот красы.
Фотогалерея снежинок размещена на нашем веб-сайте тут.
Кристаллография в текущее время интенсивно развивается в связи с потребностями электроники и физики твердого тела — а именно, характеристики полупроводников, использующихся в наших ежедневных электрических устройствах, в значимой мере зависят от черт применяемых в их кристаллов. Очередной шаг в исследовании параметров более узнаваемых природных кристаллов — снежинок — изготовлен доктором физики Кеннетом Либбрехтом (Kenneth Libbrecht) из Калифорнийского технологического института. В лаборатории доктора Либбрехта снежинки выращиваются искусственно.
«Я пробую узнать динамику формирования кристаллов на молекулярном уровне, — комментирует доктор. — Это сложная задачка, и ледяные кристаллы скрывают огромное количество секретов».
Снежинка — непростая симметричная структура, состоящая из кристалликов льда, собранных совместно. Вариантов «сборки» огромное количество — до сего времени не удалось отыскать посреди снежинок 2-ух схожих. Исследования, проведенные в лаборатории Либбрехта, подтверждают данный факт — кристаллические структуры можно вырастить искусственно либо следить в природе. Существует даже систематизация снежинок, но, невзирая на общие законы построения, снежинки все равно будут немножко отличаться друг от друга даже в случае относительно обычных структур.
Для исследования черт снежинок доктор Либбрехт с 2001 года начал делать фото образовавшихся естественным образом снежинок и проводить их сравнительную систематизацию. Структура и внешний облик снежинок, как выяснилось, зависят от того, где конкретно их следили. По воззрению Либбрехта, самые прекрасные и сложные по структуре снежинки выпадают там, где климат суровее — например, на Аляске, а вот в Нью-Йорке, где климат мягче, структуры снежных кристалликов еще проще.
Для того чтоб структура снежинки была отлично видна на фото (а это очень принципиально для исследования ее кристаллического строения), эталон подсвечивают особым образом, и сама снежинка работает как непростая линза. Либбрехт разработал специальную камеру с интегрированным микроскопом для «полевых» исследовательских работ. Фотографировать снежинки нужно очень стремительно — когда снежинка спустилась с неба, ее кристаллики перестают расти и практически сразу начинают терять четкость граней.
Фото позволили ученому выявить непостоянности роста кристаллов у снежинок, что ранее еще никому не удавалось. «Эти непостоянности очень важны для осознания процесса роста кристаллов, но разъяснить их с научной точки зрения еще пока сложно», — комментирует ученый.
Веб-сайт о снежинках на британском языке: snowcrystals
Даже невооруженным взором рассматривая снежинки, можно увидеть, что ни одна из их не повторяет другую. Подразумевается, что в одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, любая из которых уникальна. Не бывает пятиугольный либо семиугольных снежинок, они все имеют строго шестиугольную форму (хотя русских живописцев заставляли отрисовывать на плакатах пятиконечные снежинки). Полные безупречной гармонии конструкции снежных кристаллов уже в протяжении многих лет вызывают энтузиазм людей. Еще в 1635 году французский философ и математик Рене Декарт, писал, что снежинки похожи на розочки, лилии и колесики с шестью зубцами.
В особенности математика поразила отысканная им посреди снежинки «крошечная белоснежная точка, точно это был след ножки циркуля, которым воспользовались, чтоб очертить ее окружность». Величавый астролог Иоганн Кеплер в собственном трактате «Новогодний дар. О шестиугольных снежинках» растолковал форму кристаллов волей Божьей. Японский ученый Накая Укитиро называл снег «письмом с небес, написанным потаенными иероглифами». Он первым сделал систематизацию снежинок. Именованием Накая назван единственный в мире музей снежинок, расположенный на полуострове Хоккайдо.
База для формирования снежинки, её крохотное ядро — это ледяные либо посторонние пылинки в тучах. Молекулы воды, беспорядочно перемещающиеся в виде водяного пара, проходят через облака, то совместно с температурой они теряют и скорость. Все в большей и большей степени шестиугольных молекул воды присоединяется к возрастающей снежинке в определенных местах, придавая ей ясную форму. При всем этом выпуклые участки снежинки вырастают резвее. Так, из сначало шестигранной пластинки растет шестилучевая звездочка.
По воззрению профессионалов в этой области, основная особенность, определяющая форму кристалла, — это крепкая связь меж молекулами воды, схожая соединению звеньев в цепи. Не считая того, из-за различного соотношения тепла и воды кристаллы, которые в принципе должны быть схожими, получают различную форму. Сталкиваясь на собственном пути с переохлажденными маленькими капельками, снежинка упрощается по форме, сохраняя при это симметрию.
Порхающую в воздухе снежинку подстерегают две угрозы. Во-1-х, она может растаять, оказавшись в более теплых воздушных слоях. Во-2-х, во время полета происходит равномерно испарение снежинки, нарастающее в ветреную погоду и при уменьшении относительной влажности воздуха.
То, что одна снежинка фактически невесома, хоть какой из нас отлично знает: довольно подставить ладошку под падающий снежок. Рядовая снежинка весит в районе миллиграмма (очень изредка 2-3 миллиграмма, хотя бывают и исключения — самые большие снежинки выпали 30 апреля 1944 года в Москве. Пойманные на ладонь, они закрывали её практически всю полностью и напоминали страусиные перья).
Млрд «невесомых» снежинок способны воздействовать даже на скорость вращения Земли. Исключительно в августе, в период меньшей заснеженности Земли, когда снегом бывает покрыто 8,7% всей поверхности планетки, снежный покров весит 7400 млрд тонн. А к концу зимы в северном полушарии масса сезонного снега добивается 13.500 млрд тонн. Но снег влияет на Землю не только лишь своим весом. Снежный покров отражает в космос практически 90% лучистой энергии Солнца. Свободная от снега суша отражает только 10, максимум 20%.
То, что снег имеет не чисто-белый, а немного голубоватый колер, понятно издавна. На картине И. Левитана «Март» тени от деревьев на снегу — не темные, а голубые: их подсвечивает голубое вешнее небо. Но снег и сам по для себя способен окрашиваться в голубий цвет. Чтоб узреть эту расцветку, необходимо сделать в чистом снегу узенькое отверстие глубиной около метра. Свет, пробившийся через толщу снега около края этой ямки, будет казаться желтым, поглубже он становится желтовато-зеленым, голубовато-зеленоватым и, в конце концов, ярко голубым. Отсвет голубого неба тут ни при чем, и чтоб убедиться в этом, можно провести опыт в облачную погоду либо заглянуть в отверстие через картонную трубку.
Цвет льда находится в зависимости от его возраста и может быть применен для оценки его прочности. Океанический лед в 1-ый год собственной жизни белоснежный, так как он насыщен воздушными пузырьками, от стен которых свет отражается сразу, не успев поглотиться. Летом поверхность льда тает, теряет крепкость, и под тяжестью ложащихся сверху новых слоев пузырьки воздуха сжимаются и исчезают совершенно. Свет снутри льда проходит больший путь, чем до этого, и выходит наружу, имея голубовато-зеленый колер. Голубой лед старше, плотнее и прочнее белоснежного «пенистого», насыщенного воздухом. Полярные исследователи это знают и выбирают для собственных плавучих баз, научных станций и ледовых аэродромов надежные голубые и зеленоватые льдины.
В 1951 году Интернациональная Комиссия по Снегу и Льду приняла систематизацию твёрдых осадков. Согласно ей все снежные кристаллы можно поделить на последующие группы: звёздчатые дендриты, пластинки, столбцы, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и некорректные формы. К ним добавились еще три вида обледеневших осадков: маленькая снежная крупка, ледяная крупка и град.
Симметричные неповторяющиеся формы снежинок очень зависят от температуры. Кстати, сам снег бывает не только лишь белоснежным. В арктических и горных регионах розовый либо даже красноватый снег – обыденное явление. Дело в том, что живущие меж его кристаллов водные растения окрашивают целые участки снега. Но известны случаи, когда снег падал с неба уже окрашенный – в голубой, зеленоватый, сероватый и темный цвета. Так, на Рождество 1969 года в Швеции выпал темный снег. Вероятнее всего, это вышло из-за того, что снег при падении поглотил из атмосферы копоть и промышленные загрязнения. Во всяком случае, лабораторная проверка проб воздуха выявила в черном снеге присутствие инсектицида ДДТ.
В 1955 году около Даны, штат Калифорния, выпал фосфоресцирующий зеленоватый снег. Обитатели, рискнувшие испытать на язык его хлопья, скоро скончались, а у людей, бравших снег в руки, появились сыпь и сильный зуд. Появилось предположение, что подобные ядовитые осадки явились результатом атомных испытаний в штате Невада. Но комиссия по расследованию этого происшествия данное предположение отвергла. До настоящего времени происхождение зеленоватых хлопьев остается потаенной.
Скрип снега – это всего только шум от раздавливаемых кристалликов. Очевидно, человеческое ухо не может воспринять звук одной «сломанной» снежинки. Но мириады раздавленных кристалликов делают полностью явственный скрип. Поскрипывает снег только в мороз, а тональность скрипа изменяется зависимо от температуры воздуха – чем крепче мороз, тем выше тон скрипа. Ученые произвели акустические измерения и установили, что в диапазоне скрипа снега есть два пологих и не резко выраженных максимума – в спектре 250-400 Гц и 1000-1600 Гц. Почти всегда низкочастотный максимум на несколько децибел превосходит частотный. Если температура воздуха выше минус 6°C, частотный максимум сглаживается и стопроцентно исчезает. Усиление морозов делает ледяные кристаллики более жесткими и хрупкими. При каждом шаге ледяные иглы ломаются, акустический диапазон скрипа сдвигается в область больших частот.
Достойные внимания факты из жизни снежинок
Снежинка — один из самых умопомрачительных примеров самоорганизации материи из обычного в сложное.
На Последнем Севере снег бывает так жестким, что топор при ударе по нему звенит, как будто стукнули по железу.
Снежинки состоят на 95% из воздуха, что обуславливает низкую плотность и сравнимо неспешную скорость падения (0,9 км/ч).
Снег можно есть. Правда, затраты энергии на поедание снега во много раз больше его калорийности.
Больше половины населения земного шара никогда не лицезрело снега, разве лишь на фото.
Слой в один сантиметр слежавшегося за зиму снега дает 25-35 кубометров воды на 1 га.
Лед неодинаково холоден. Есть очень прохладный лед, с температурой около минус 60 градусов, это лед неких антарктических ледников. Намного теплее лед гренландских ледников. Его температура равна приблизительно минус 28 градусам. Совершенно «теплые льды» (с температурой около 0 градусов) лежат на верхушках Альп и Скандинавских гор.
Количество воды, «законсервированной» в ледниках земного шара, в 50 раз меньше, чем вся масса океанских вод, и в 7 раз больше вод суши. Если б ледники совершенно растаяли, то уровень мирового океана повысился бы на 800 метров.
Два-три айсберга средней величины содержат внутри себя массу воды, равную годичному стоку Волги (годичный сток Волги — 252 кубических километра).
Бывают темные айсберги. 1-ое сообщение в печати о их появилось в 1773 г. Темный цвет айсбергов вызван деятельностью вулканов — лёд покрыт толстым слоем вулканической пыли, которая не смывается даже морской водой.
26 400 000 $ южноамериканские ученые издержали на выяснение того факта, что снежинки образуются конкретно из пара, минуя стадию дождика.
Феодальный правитель Страны восходящего солнца Тосицура Онаками Дои с присущим жителям страны восходящего солнца чувством точности и хрупкой красы составил 97 рисунков «снежных цветков».
Легенда о самом первом снеге — Восставшие ангелы в момент падения теряли свои белые крылья, которые покрыли землю белоснежным блестящим ковром. Так появился снег, и наступила 1-ая зима.
Источник — allday.ru/2007/11/22/page,1,2,snezhinki_pod_mikroskopom.html