Снежинки красивые и разные
Специалист по снегу Кеннет Либбрехт (Kenneth Libbrecht) и его соавтор Ханна Арнольд (Hannah Arnold) из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology), США, выяснили, каким образом в природе формируются треугольные снежинки. Этот феномен был замечен десятки лет назад, но до сих пор никто не давал ему объяснения. Исследование будет опубликовано в журнале Microscope, о нем также рассказывает Science news.
Парадокс треугольных снежинок заключается в том, что кристаллам водяного льда свойственна гексагональная симметрия. Разгадка структуры снежинок кроется в строении молекулы воды. Н2О можно представить в виде тетраэдра, в центре которого находится кислород, на двух вершинах – по протону водорода, электроны которого задействованы в образовании связи с кислородом. А две оставшиеся вершины занимают пары электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. В узлах кристаллической решетки льда атомы кислорода упорядочены и образуют правильные шестиугольники, а вот атомы водорода занимают самые разные положения вдоль связей. Именно такое строение решетки заставляет снежинки, при всем бесконечном их разнообразии, расти в форме звездочек с шестью, реже тремя или двенадцатью лучами, но никогда с четырьмя или пятью.
Но строение льда не объясняет, каким образом вырастает треугольная снежинка. Для того чтобы разгадать эту загадку, Либбрехт и Арнольд вырастили снежинки в лаборатории в условиях, приближенных к снегопаду. Они заметили, что большинство снежинок имеют стандартную шестиугольную форму, однако количество треугольных снежинок оказалось больше, чем в расчетной статистической модели. Некоторые хлопья образовывали треугольную форму, но при этом имели еще три «недоразвившихся» выроста. Продолжив эксперименты, ученые пришли к выводу, что снежинки аномальной формы образуются при столкновении с частицами пыли в воздухе. В этом случае один конец растущей снежинки задирается вверх, а противоположные концы начинают расти быстрее в противовес ему. При падении снежинка «обкатывается» ветром и приобретает устойчивую треугольную форму.
Как писал «Вокруг света», в начале этого года американским математикам удалось разработать компьютерную программу, описывающую структуру снежинок. Разработка теоретической модели и предварительные расчеты заняли у специалистов четыре года, а сама модель настолько сложна, что на расчет структуры одной снежинки уходит целый рабочий день. Предполагается, что новая программа поможет метеорологам предсказывать, как форма снежинок влияет на количество осадков, которые в итоге достигают поверхности Земли.
