Pozorovali ste už niekedy snehovú vločku zblízka, keď vám pristála napríklad na rukavici? Určite ste si mohli všimnúť určitú pravidelnosť, geometrickú krásu. Snehové vločky sú vlastne zhluky ľadových kryštálikov, ktoré sa na seba nalepia počas padania na zem. Sneh je pevné skupenstvo vody. Snehové kryštály vznikajú z podchladených vodných kvapôčiek obsiahnutých vo vlhkom vzduchu pri nízkej teplote a menia sa na ľad. Dej, pri ktorom vzniká z vodnej pary ľad, sa nazýva depozícia. Snehové kryštály rastú ako prizmy, hviezdy, paličky, platničky alebo stĺpy vždy zo šesťuholníkovej základnej formy von. Tento tvar vzniká usporiadaním molekúl, keď dosiahnu pevné skupenstvo a tvoria ľad. Ľadové kryštály sa stále menia od ich vzniku až do roztopenia. Počas padania rastú za podpory vodnej pary v atmosfére a vzniká kryštalická teplota, ktorá sa musí odvádzať a tým ľadové kryštály stále rastú. Pri chladnom počasí majú počas padania na to dosť času. Kryštál má tvar pravidelnej hexagonálnej mriežky. Teplo môže najlepšie pôsobiť na rohy šesťhranu a preto tu rastú kryštály najrýchlejšie. Čím je vyššia vlhkosť vzduchu a čím bližšie je teplota blízko nuly, o to jemnejšie a rozvetvenejšie sú kryštály. Každý kryštál má svoju vlastnú cestu cez rôzne vzduchové vrstvy s rozdielnou vlhkosťou a teplotou. Vietor navyše môže predĺžiť jeho cestu. Tak vzniká nekonečné množstvo striedaní podmienok a preto má každý kryštál iné podmienky a tým aj tvar.
Snehová vločka je jednoducho povedané kryštál ľadu, ktorý môže dosahovať rôzne veľkosti. Tento kryštál sa môže postupne spojiť s viacerými kryštálmi a spolu padajú k zemi. Na vznik jednej snehovej vločky treba asi milión ľadových kryštálov. Počas svojho pádu podlieha snehová vločka ustavičnej premene. Mení sa aj po dopade na zem. Okamžite po dopadnutí je tvárnou masou. Pri teplotách pod nulou sa kryštály navzájom spájajú (zaháknu) a tvoria spolu snehové vločky. Geometria pre zaháknutie kryštálov je niekedy priaznivá, niekedy menej. V prípade, že sa do snehovej vločky dostanú kvapôčky hmly, tieto vločky zamrznú a padajú vo forme drobných krúp. Na zem dopadajú kryštály, vločky alebo krúpy. Vrstvy sa ukladajú na seba a tak vzniká snehová pokrývka.
Veľkosť snehovej vločky priamo súvisí so zmenou teploty, ktorou prejde vločka od svojho vzniku až po dopadnutie na zem. Predovšetkým od teploty, ktorou prejde vločka od svojho vzniku až po dopad na zem. Pokiaľ sú teploty záporné, v kryštáloch ľadu nie je prítomná kvapalná voda. Naopak, keď je teplota blízka nule alebo slabo nad nulou, vo vločkách je prítomná voda. Tá vo vločkách následne funguje ako lepidlo a vločky sa spájajú. Pokiaľ sú teploty nižšie ako bod mrazu, v kryštálikoch sa nevyskytuje kvapalná voda. Pre vznik početných zrážok je dôležitá aj vlhká vzduchová hmota. Pokiaľ je teplota v celom vertikálnom teplotnom profile troposféry záporná, vločky sa nezoskupujú a pozorujeme vtedy len malé vločky. Pokiaľ je teplota vo vyšších vrstvách záporná, no postupne s klesajúcou nadmorskou výškou sa teplota priblíži k 0°C, resp. Najväčšie snehové vločky vznikajú, keď je vo vyšších vrstvách záporná teplota, ktorá sa postupne približuje k nule. Taký sneh býva mokrý a ťažký. Pokiaľ je však teplota len záporná, nevytvorí sa v ľadových kryštálikoch kvapalná voda, nemajú lepidlo, a tak sa nemajú ako spájať.
Vplyv na veľkosť vločiek má aj vietor. Ak je silný, vločky rozfúkne a tie sa nespoja. Pri prítomnom vetre sa nedokážu vytvoriť veľké zhluky, keďže ich vietor rozfúka. Najvhodnejšie prostredie pre obrovské vločky je záporná teplota vo výškach, ktorá je potrebná pre vznik snehových vločiek a následne v čo najväčšej časti vertikálneho teplotného profilu teplota okolo 0°C (prioritne pod bodom mrazu). Najväčšie snehové vločky aké kedy boli zaznamenané na Zemi padali 28. januára v roku 1887 počas snehovej búrky v americkej Montane. Obrovské vločky sme zaznamenali aj 30. januára 2015 v oblasti Bratislavy. V priemere dosahovali aj okolo 7 až 10 centimetrov. Intenzívne sneženie tu behom niekoľkých hodín spôsobilo kalamitu.
Tvar vločiek závisí od teploty a nasýtenia vzduchu, ktorým kryštálik počas svojho vývoja prechádza. Nasýtenie vzduchu udáva obsah vlhkosti vo vzduchu. Podľa teploty okolia sa tvoria kryštáliky rôzneho tvaru, napríklad hviezdice, hranoly, doštičky, ihlice. V závislosti od vlhkosti vzduchu sa tieto tvary môžu navzájom kombinovať. Každý kryštál má svoju vlastnú cestu cez rôzne vzduchové vrstvy s rozdielnou vlhkosťou a teplotou. V dôsledku toho sa každý kryštál vyvíja inak. Jedna vločka môže mať jemné, zložité ramienka, iná je kompaktná a hviezdicovitá, ďalšia pripomína ihličky či šupiny. Práve tento nekonečný počet kombinácií spôsobuje, že pravdepodobnosť, že by dve vločky mali presne rovnakú molekulárnu štruktúru a zároveň úplne rovnaký tvar ramien, je prakticky nulová. Aj keď sú vločky približne symetrické, detaily každého ramena sa vždy menia. Snehové vločky pripomínajú svojou zložitou formou fraktály. Je definovaných 35 rôznych foriem.
Rôznorodosť tvarov snehových vločiek
- Hviezdicovité dendrity - najčastejšie sa vyskytujúci tvar snehových vločiek je hviezdica tvorená ramenami a bočnými ramenami pripomínajúca tvar stromu („dendrit“ znamená stromovitý).
- Stĺpiky a ihly - snehové vločky v tvare stĺpikov sa objavujú pri teplote okolo -6° C. Sú pomerne malé, a môžeme ich pozorovať ako malé biele vlásky, padajúce pri slabom snežení. Dlhé tenké stĺpiky nazývame ihlovité kryštály.
- Stĺpiky s klobúčikmi - tieto tvary snehových vločiek nie sú veľmi typické, ale v skutočnosti nie je ťažké objaviť ich, keď viete, čo máte hľadať. Vznikajú, keď vločka rastie počas cesty cez vrstvy rôznej teploty.
- Papraďovité hviezdicovité dendrity - tieto kryštály sa podobajú na hviezdicovité dendrity, ale sú väčšie a majú výraznejšie ramená s mnohými listami. Tvarom pripomínajú listy paprade. Keď sa pozorne pozriete, uvidíte, že bočné ramená sú takmer rovnobežné so susednými hlavnými ramenami. Nie sú celkom symetrické, a bočné ramená sú často nepravidelné.
- Diamantový kryštálový prach - tieto drobné kryštály ľadu vyzerajú v slnečnom svite ako drobný iskriaci prach. Odtiaľ pochádza aj ich názov. Sú to najmenšie snehové vločky, mnohé majú priemer menší ako priemer ľudského vlasu. Objavujú sa počas ostrého chladného počasia.
- Trojuholníkové kryštály - nezvyčajné tvary týchto snehových vločiek vznikajú pôsobením aerodynamického efektu.
- Dvanásťramenné snehové vločky - keď sa počas pádu na zem zlepia dve šesťramenné snehové vločky, môže vzniknúť dvanásťramenná vločka.
- Vločky s inovaťou a krúpy - kryštály ľadu vznikajúce v mrakoch tvorených kvapôčkami vody sa s týmito kvapkami často zrážajú, a kvapky na ľad primŕzajú. Zmrznuté kvapôčky voláme inovať. Na kryštáloch nemusí byť žiadna inoväť, alebo iba pár kvapôčiek, ba niekedy sú celé pokryté inovaťou.
Nie všetky snehové vločky majú tvar šesťcípej hviezdy. Šesťnásobná súmernosť, ktorú obdivujeme na snehových vločkách, je spôsobená stavbou molekúl vody v štruktúre kryštálu ľadu. Pri jeho raste pozorujeme šesťuholníky, ale kryštál ľadu je trojrozmerný útvar, maličké teleso v priestore, a takým telieskom je aj každá snehová vločka. Hviezdicové snehové vločky sú tenučké plátky ľadu. Najjednoduchšími snehovými vločkami sú šesťboké hranoly, ktoré majú dve šesťuholníkové základne a šesť bočných stien v tvare obdĺžnikov. Môžu mať rôzne rozmery, sú dlhé a tenké, alebo nízke a tučné, alebo čokoľvek medzi tým. Transformácia jednoduchého ľadového hranola na komplikovane tvarovanú hviezdicovú vločku so šiestimi členitými ramenami je príkladom fyzikálnej morfogenézy. Je to proces, počas ktorého spontánnou cestou vzniká z neživého beztvarého materiálu útvar zložitého tvaru a formy, keď z počiatočného chaosu vzniká určitá presná zákonitosť a poriadok, štruktúra.
Šesť vrcholov ľadového kryštálu rastie o niečo rýchlejšie, pretože viac vyčnievajú do vlhkého vzduchu v priestoru. Tak začínajú rásť zárodky ramien. Ako kryštál postupne rastie, zárodky sa zväčšujú a na ich vrcholoch opäť vyrastajú bočné zárodky ďalších ramien. Stálym opakovaním tohto procesu napokon vzniká zložitý komplexný tvar snehovej vločky. Čím rýchlejšie kryštál narastá, tým zložitejší je jeho tvar. Formovanie bočných ramien je často chaotické. Keď kryštál ľadu narastie mimoriadne rýchlo, bočné ramená sú náhodne umiestnené, niekedy nie sú vôbec symetrické, a nesymetrické sú aj ramená samotné. Oboje, chaos aj poriadok hrajú svoju úlohu pri raste snehových vločiek, preto sú ich vzory také nezvyčajné a zaujímavé. Šesťboká hranolová stavba kryštálov ľadu je prírodným zákonom kryštalizácie. Tento je chaoticky narúšaný rýchlosťou rastu, ktorá spôsobuje členitosť ramien a zložitosť ich štruktúry.
Snehové vločky sú mimoriadne citlivé na zmenu teploty. Každá vločka je unikátny kryštál vody, ktorý vzniká v oblakoch pri špecifických teplotách a vlhkosti, a práve tieto podmienky určujú jej tvar a štruktúru. Snehová vločka sa začína ako malá čiastočka prachu alebo mikroskopický kryštál ľadu, ktorý funguje ako jadro kondenzácie. V oblakoch sa naň postupne usádza vodná para, ktorá sa pri nízkych teplotách premieňa na ľad. Snehové vločky sú teda malé zázraky prírody - výsledok kombinácie molekulovej vedy, atmosférickej dynamiky a jedinečných okolností každého oblaku.
Pomenovaním snehová vločka v skutočnosti nazývame kryštál ľadu. Molekuly zamrznutej vody sú navzájom pospájané v presnom hexagonálnom usporiadaní, ktoré je viditeľné v typickom tvare vyznačujúcom sa osovou súmernosťou podľa šiestich rôznych osí so spoločným bodom v strede útvaru, podľa ktorého je celý útvar stredovo súmerný. Snehová vločka je však aj všeobecné pomenovanie akéhokoľvek chuchvalca snehu, ktorý v zime padá z mrakov.
Pri snežení sa každá nová snehová pokrývka pokúsi spojiť so starou. Biela snehová pokrývka vyzerá len zdanlivo pokojná. Opakovaným snežením sa vytvárajú nové vrstvy s rôznou hrúbkou, s rozdielnymi vlastnosťami a rozdielnou súdržnosťou. Rozdielne tepelné podmienky vo vrstvách menia kryštály snehu. Vločky sa lámu, topia, sublimujú, spojujú sa navzájom. Tieto zmeny sa nazývajú metamorfóza snehu a buď vytvárajú stabilnú snehovú pokrývku alebo naopak vedú k jej nestabilite. Čím sú vlastnosti jednotlivých vrstiev (tvrdosť, vlhkosť, druhy kryštálov) podobnejšie, tým je medzi nimi pevnejšia väzba. Pri rôznych vlastnostiach vrstiev vznikajú v snehovej pokrývke rôzne druhy napätia. Rozdielna priľnavosť snehových vrstiev má hlavný vplyv na vznik lavín.
Snehové vločky sú dôkazom, že aj tie najmenšie veci na svete môžu byť neuveriteľne krásne. Malá Stela sa pri prvom lete zo sivých oblakov ocitne sama na snehu, no láskavý vietor jej pomôže nájsť kamarátky. Snehová vločka vzniká priamo v oblaku, kde sa pri teplote pod bodom mrazu vo vysokých výškach mení vodná para na ľadové kryštáliky, ktoré postupne narastajú. vzduchu, kde sa topia. Na ich povrchu sa vytvára tekutý povlak, na ktorý sa prilepujú ďalšie kryštáliky a tak pomaly vzniká samostatná vločka. Každá snehová vločka má iný tvar, ale vždy dodržiavajú tzv. šesťcípu súmernosť (hviezdice) a kostrovitý vzhľad. Poznáme mokrý a suchý sneh. Závisí to od množstva vody obsiahnutého vo vločke. V mokrom snehu je podiel vody oveľa vyšší ako v suchom. kryštáliky lepili na seba a tak vznikali veľké vločky.
Snehové vločky sú mimoriadne citlivé na zmenu teploty. Bez sneženia si u nás na Slovensku zimu predstaviť nevieme. Sneženie nás vie potešiť, ale takisto nám vie aj poriadne skomplikovať život. Snehové vločky pri snežení môžu dosahovať rôzne veľkosti. Tak čo, skúsite si nabudúce odchytiť neporušenú vločku a identifikovať jej tvar? Táto krásna geometria stojí za obdiv.
