Snöflingor finns i ett oändligt utbud av former och storlekar. Många verkar vara tvådimensionella konstverk. Andra ser ut som ett tovigt kluster av fransiga issträngar. De flesta kommer som individer, även om vissa kan falla som multi-flake klumpar. Vad alla har gemensamt är deras källa: moln som vanligtvis svävar minst en kilometer (0,6 mil) över marken.
När snöflingor kolliderar kan deras grenar trassla sig. Detta kan skapa en sammansatt flinga. Detta leder ofta till knaster (som de i första och tredje raden) när flingorna landar.
Tim Garrett/Univ. of Utah
På vintern kan luften där uppe vara väldigt kall – och blir kallare ju högre du kommer. För att bilda snöflingor måste molnen vara under fryspunkten. Men inte för kallt. Snöflingor bildas av fukten i ett moln. Om luften blir för kall kommer ett moln inte att hålla tillräckligt med vatten för att något ska falla ut. Så det måste finnas en balans. Det är därför de flesta flingor utvecklas vid eller strax under fryspunkten – 0º Celsius (32º Fahrenheit). Snö kan bildas i kallare miljöer, men ju kallare det blir, desto mindre fukt kommer att finnas tillgänglig för att göra en snöflinga.
Faktum är att ett molns luft måste vara övermättad med fukt för att en flinga ska bildas.
Det betyder att det finns mer vatten i luften än vad som normalt skulle vara möjligt. (Den relativa luftfuktigheten kan nå 101 procent under övermättnad. Det betyder att det finns 1 procent mer vatten i luften än det borde kunna hålla.)
När det finns för mycket flytande vatten i luften kommer ett moln att försöka bli av med överskottet. En del av det överskottet kan frysa till kristaller, som sedan lätt slingrar sig till marken.
Eller det är det enkla svaret. Detaljerna är inte så enkla.
Kallt vatten ensam kommer inte en snöflinga göra
En sak till behövs för att förvandla molnfukt till en flinga. Forskare kallar det en kärna (NOO-klee-uhs)
. Utan något att glom på kan vattendroppar inte frysa. Även när lufttemperaturen är långt under fryspunkten förblir vattendroppar flytande – åtminstone tills de har ett fast föremål som de kan fästa på.
Vanligtvis kommer det att vara något som pollenkorn, dammpartiklar eller någon annan luftburen bit. Det kan vara smogliknande aerosoler eller de flyktiga organiska föreningarna som frigörs av växter. Även små sotpartiklar eller mikroskopiska metallbitar som spys ut i en bils avgaser kan bli kärnorna runt vilka snöflingor kristalliseras.
Faktum är att när luften är mycket ren kan det vara mycket svårt för ett molns fukt att hitta en kärna.
Forskare säger: Rime ice
Nära marken kan vilket föremål som helst visa sig vara en lämplig fryszon. Det är så vi får rim is att bildas på trädgrenar, ljusstolpar eller fordon. Till skillnad från frost utvecklas rimis när underkylda vattendroppar fryser på underfrysande ytor. (Däremot bildas frost när fukt samlas på ytor i flytande form, och sedan
fryser. )
Högt uppe i ett moln måste det finnas några små flytande partiklar för att snökristaller ska utvecklas. När de rätta förhållandena uppstår kommer underkylda vattendroppar att haka fast på dessa kärnor (NOO-klee-eye). De gör det en efter en och bygger en iskristall.
Hur flingorna formar sig
Snöflingor finns i en oändlig mängd olika former och storlekar – men alla har sex sidor.
Kenneth Libbrecht
För att förstå vad som ligger bakom en snöflings invecklade och komplexa form, vänder sig forskare till kemi – atomernas verkan.
En vattenmolekyl, eller H2O, är gjord av två väteatomer bundna till en syreatom. Denna trio kombineras till ett “Mickey Mouse”-mönster. Det beror på polär kovalent (Koh-VAY-lånt)
obligationer.
Termen avser tre atomer som varje delar elektroner med varandra, men ojämnt.
Syrets kärna är större, så den har mer dragkraft. Den rycker starkare mot de negativt laddade elektronerna som de delar. Detta för de elektronerna lite närmare. Det ger också syret en relativ negativ elektrisk laddning. De två väteatomerna blir lite positiva, vad gäller laddning.
Enbart strukturen hos en vattenmolekyl liknar ett brett V. Men när flera H2 O molekyler befinner sig nära varandra, de börjar svänga så att deras elektriska laddningar paras ihop. Motsatta laddningar lockar. Så ett negativt väte siktar sig mot ett positivt syre. Formen som tenderar att bli: en hexagon.
Det är därför snöflingor har sex sidor. Det härrör från den sexkantiga – sexsidiga – strukturen hos de flesta iskristaller. Och hexagoner slår sig samman. De länkar till andra hexagoner och växer utåt.
Det är så en snöflinga föds.
Varje hexagon innehåller mycket tomt utrymme. Detta förklarar varför is flyter på vatten; det är mindre tätt. Varmare H2O-molekyler i vätskefasen är för energiska för att sedimentera i en stel hexagon. Som ett resultat, samma antal H2
O-molekyler upptar 9 procent mer utrymme som fast is än de gör som flytande vatten.
Beroende på temperaturen går dessa hexagoner samman med varandra och växer på olika sätt. Ibland gör de nålar. Andra kan bilda grenliknande dendriter. Alla är vackra. Och alla har sin egen unika historia om kristalltillväxt.
Snöflingans struktur har varit en vetenskaplig kuriosa sedan Wilson Alwyn “Snowflake” Bentley fäste ett mikroskop på sin kamera 1885 och blev den första personen att fotografera dem.
Dessa kortlivade kristaller fängslar fortfarande forskare. För att bättre fånga deras form och rörelse byggde Tim Garrett vid University of Utah i Salt Lake City nyligen en bättre snöflingakamera. Han har använt den för att få en inblick i de olika flingorna som faller.
Detta diagram visar hur temperatur och luftfuktighet påverkar formen på en snöflinga. Notera den sexsidiga formen. Det är avgörande för hur kristallerna bildas och växer. De största flingorna tenderar att uppstå vid temperaturer nära minusgrader. När temperaturen sjunker blir flingor med färre grenar vanligare. Forskare undersöker fortfarande hur temperatur och luftfuktighet påverkar en flingas form.
Kenneth Libbrecht
Snöflingor med siffror
1. En typisk snöflinga kan innehålla 1 000 000 000 000 000 000 eller en kvintiljon
vattenmolekyler.
Det är en miljon gånger en miljon gånger en miljon! Dessa byggstenar kan konfigurera sig själva i en praktiskt taget oändlig mängd mönster. Så det är naturligt att inga två snöflingor som du möter någonsin kommer att vara exakt likadana.
2.
Snöflingor tenderar att vara mindre än ett mynts bredd i diameter. Men då och då bildas sanna jäklar. I januari 1887 rapporterade en ranchägare i Montana att snöflingor var “större än mjölkpannor.”
Det skulle göra dem cirka 38 centimeter (15 tum) i diameter.
Eftersom det var innan portabla hemkameror, kan detta nummer utmanas. Men snöflingor större än 15,2 centimeter (6 tum) utvecklas ibland. Biggies tenderar att bildas när temperaturen är nära minusgrader och luften är fuktig. En snöflingas storlek speglar också andra faktorer. Dessa inkluderar vindhastighet och riktning, daggpunkt – till och med hur elektrifierade olika lager av atmosfären är. Men ingen har någonsin gjort mätningar när gigantiska flingor flög.
3. De flesta snöflingor faller i ungefär en gånghastighet — mellan 1,6 och 6,4 kilometer (1 och 4 miles) per timme.
4. Med molnet där flingor vanligtvis bildas en till två kilometer ( 0,6 till 1,2 miles) upp,
kan varje kristallint underverk driva var som helst från 10 minuter till mer än en timme innan de når marken. Ibland bärs de upp igen och det tar flera försök för dem att nå marken.
Leave a Reply