Потрясающее разнообразие снежинок порождает идею, что каждый из них уникален. Хотя «нет двух одинаковых хлопьев» может быть привлекательной метафорой, это не совсем так. Тем не менее, это не мешает нам вглядываться в сложные кристаллические структуры, попавшие на наши варежки. Это также не мешает исследователям тщательно каталогизировать каждый тип кристаллов, которые могут образоваться.
Благодаря их работе учитель химии Энди Бруннинг, ведущий графический и химический блог Compound Interest, создал увлекательную графику, которая показывает 39 видов твердых осадков, в том числе 35 - снежные кристаллы или хлопья. Другие изображенные виды осадков включают мокрый снег, лед, град и замерзшую гидрометеорную частицу.
Сложный процент (CC BY 4.0) Бруннинг пишет:
Вы можете задаться вопросом, какое отношение снежинки имеют к химии. Собственно, изучение кристаллических структур твердого тела имеет свою дисциплину - кристаллографию, которая позволяет определить расположение атомов в этих твердых телах. Кристаллография работает, пропуская рентгеновские лучи через образец, которые затем дифрагируют, проходя сквозь содержащиеся в нем атомы. Анализ дифракционной картины позволяет определить структуру твердого тела; эта методика использовалась Розалинд Франклин, чтобы сфотографировать расположение двойной спирали ДНК до того, как Уотсон и Крик подтвердили ее структуру.
В предыдущих попытках было предложено несколько разных чисел для всех категорий твердых осадков. Новая графика основана на работах исследователей из Японии. Сьюзанна Лок сообщает в Vox, что 39 категорий можно разбить на 121 подтип. И все они могут быть объединены в восемь более широких групп:
- Колонка кристаллов
- Плоские кристаллы
- Сочетание колонны и плоских кристаллов
- Агрегация снежных кристаллов
- Очищенные снежные кристаллы
- Микробы ледяных кристаллов
- Нерегулярные частицы снега
- Другие твердые осадки.
Кеннет Либбрехт, физик из Калифорнийского технологического института, пишет о формировании снежных кристаллов на своем веб-сайте:
История начинается в облаке, когда маленькая капелька облака сначала замерзает в крошечную частичку льда. Когда водяной пар начинает конденсироваться на своей поверхности, частица льда быстро развивает грани, превращаясь в маленькую шестиугольную призму. Какое-то время он сохраняет эту простую ограненную форму по мере роста.
Однако, когда кристалл становится больше, ветви начинают прорастать из шести углов шестиугольника (это третья ступень на диаграмме справа). Так как атмосферные условия (например, температура и влажность) практически не изменяются по всему маленькому кристаллу, все шесть подающих плечи растут примерно с одинаковой скоростью.
Пока он растет, кристалл раздувается взад и вперед внутри облаков, поэтому температура, которую он видит, изменяется случайным образом со временем.
Эти изменения температуры превращают руки в различные формы и дают нам разнообразные снежинки и кристаллы, которые мы видим. Поскольку все руки выдерживают одинаковые колебания, они могут расти симметрично. На самом деле, большинство снежных кристаллов нерегулярно, пишет он.
Зачем тратить все это время на классификацию снежинок? Как объясняет Либбрехт, это действительно исследование того, как образуются кристаллы. И эти знания могут быть применены для изготовления кристаллов для множества других приложений - например, кремний и другие полупроводники в компьютерах и электронике построены из кристаллов.
Плюс, они потрясающие.
