دانه های برف چه هستند؟

دانه های برف کریستال هایی از یخ هستند. کریستال یا بلور، ماده ای است که مولکول های سازنده ی آن به شیوه ی خاصی آرایش یافته اند که به آن شبکه ی بلوری می‌گویند. مولکول های آب در یخ، شبکه ای شش گوشه تشکیل می‌دهند که عکس آن ها را در این جا می‌بینید. هر گلوله ی قرمز نماینده یک اتم اکسیژن است و هر میله ی خاکستری دو اتم هیدروژن را نشان می‌دهد.

در ازای هر اکسیژن دو هیدروژن وجود دارد که همان ساختمان معمول H2O است.

البته باید توجه کرد که برف، قطرات یخ زده ی باران نیست. قطرات یخ زده باران، الگوی پیچیده و منظم دانه های برف را ندارند. بلورهای برف از تراکم مستقیم بخار آب به یخ، تشکیل می‌شوند، این فرآیند در ابرها روی می‌دهد. الگوی زیبای دانه های برف با رشد شبکه ی بلوری به وجود می‌آید.

شکل پایه و اصلی بلورهای برف، منشور شش گوشه ای است که در شکل زیر می‌بینید:

این شکل به این دلیل رخ می‌دهد که بعضی سطوح بلور، که به آن وجوه رشد می‌گویند به آهستگی رشد می‌کنند.

منشور شش گوشه، دو وجه قاعده شش گوشه و شش وجه مستطیلی دارد که در شکل می‌بینیم. بنابراین اگر این منشور بخواهد رشد کند دو راه برایش وجود دارد: از راه قاعده و یا از راه وجه های جانبی، که در اثر این رشد شکلهای صفحه مانند یا ستون مانند پدید خواهند آمد. اینکه کدام یک از این شکل ها پدید بیایند و بلور برای رشد کدام راه را انتخاب کند، به سرعت رشد و یخ زدگی هر سطح بستگی دارد.

بعضی دانه های همین منشور شش گوشه ساده هستند، اما اکثر آن ها شکل های پیچیده تری دارند. یعنی انواع متفاوتی از بلور وجود دارد. حالا باید دید تحت چه شرایطی بلورهای مختلف پدید می‌آیند؟ این یک نکته کلیدی در درک بلورهای برف است. اگر سعی کنیم این بلورها را در آزمایشگاه و تحت شرایط معین درست کنیم، می‌فهمیم که به وجود آمدن شکل های متفاوت بلور به دما و درجه رطوبت موجود در محیط رشد بلور، بستگی دارد. این رفتار را در " نمودار مورفولوژی " می‌بینیم، این نمودار نشان می‌دهد که تحت شرایط مختلف، شکل بلور چگونه خواهد بود.

به این نمودار توجه کنید. شکل بلور بیش از هر چیز به دما بستگی دارد. در حوالی دمای 2- درجه ی سانتی گراد شکل صفحه ای بلورها به شکل ستونی تبدیل می‌شود و در نزدیکی 15- درجه سانتی گراد دوباره به شکل صفحه ای می‌رسیم و با رسیدن به دمای 30- درجه، شکل بلورها مخلوطی از صفحه ای و ستونی است.

با دقت بیش تر متوجه می‌شویم که در رطوبت پایین، بلورهای برف شکل های ساده تری دارند و در رطوبت های بیشتر به سمت شکل های پیچیده تر می‌روند. دو شکل حدی یعنی سوزن های باریک و دراز و صفحه های پهن نازک که در دمای 5- و 15- رخ می‌دهند، هر دو در شرایط رطوبت نسبتاً بالا پدید می‌آیند.

اگر می‌خواهید بیش تر و دقیق تر موضوع را دنبال کنید، اینجا را ببینید.

اما چه باور کنید و چه نه، هنوز نمی دانیم چه رابطه ای میان سرعت رشد بلورها و دما وجود دارد ؟

باورتان می‌شود دانه هایی به این کوچکی چنان فیزیک عمیق و پیچیده ای دارند که هنوز رازهایش برای ما گشوده نشده است!

جواب هایتان را به آدرسedu@tebyan.net ارسال کنید منتظرتان هستیم.