Snöflinga

En snöflinga  är en separat snö- eller iskristall som faller från moln i form av nederbörd med storlekar från bråkdelar till flera millimeter. Deras bildning i atmosfären är förknippad med processerna för kondensation och kristallisering av vattenånga från luften. Den moderna internationella klassificeringen av formerna av iskristaller i atmosfären, som antogs 1949, identifierar mer än 40 huvudtyper av snöflingor. De vanligaste formerna av snöflingor är dendriter , stjärnor, plattor och kolumner med sexstrålasymmetri vid basen. Ispartiklar kan växa i storlek på grund av kollisioner med partiklar av underkylt vatten , följt av frysning av vätskefasen på isytan, eller bilda komplexa aggregat genom att kollidera och klibba ihop.

I århundraden har snöflingor väckt både lekmannens nyfikenhet och vetenskapssamfundets akademiska intresse på grund av deras estetiska kvaliteter, komplexa geometriska former och symmetriegenskaper [1] . År 1885 publicerade den amerikanske entusiastiske fotografen Wilson Bentley en bok med över 5 000 bilder av snöflingor.

Allmän information

Den moderna internationella klassificeringen av formerna av iskristaller i atmosfären, som antogs 1949, identifierar mer än 40 huvudtyper av snöflingor [2] .

Snöflingornas rumsliga dimensioner ligger i genomsnitt i intervallet från bråkdelar av en millimeter till flera millimeter [3] . Vanligtvis är de mycket mindre än 2 centimeter, men i den vetenskapliga litteraturen finns rapporter om snöflingor som överstiger detta värde [4] . Som regel, med en ökning av omgivningstemperaturen och en minskning av vindstyrkan, tenderar snöflingor att öka i storlek [3] . Den till synes enorma variationen av snöflingor ur en kristallografisk synvinkel är baserad på en enda grundform, nämligen ett hexagonalt prisma med sidoytor av typen (0001) och basytor av typen (10 1 0). Kristallina ytor av typer (10 1 2), (11 2 0) - sidoytan av den tvåsidiga strukturen och (10 1 1) - sidoytan av pyramiden är metastabila och observeras i extremt sällsynta fall [5] .

I en lugn atmosfär är hastigheten för snöflingornas fall i genomsnitt cirka en meter per sekund, vanligtvis varierande från en tiondel till två meter per sekund. Detta värde beror i huvudsak på lufttemperaturen och på de aerodynamiska egenskaperna hos iskristaller. I processen med nederbörd från atmosfären omvandlas snöflingor kontinuerligt på grund av koagulering, granulering och frosting. De tenderar att samla underkyld fukt på sig själva, låsa sig och frysa tillsammans med bildandet av snöflingor . Efter att ha fallit till jordens yta genomgår de kraftiga förändringar i snötäcket [3] [6] .

Formation

Under sin bildning kan snöflingor anta en mängd olika geometriska former. De vanligaste formerna av snöflingor är dendriter , stjärnor, plattor och kolumner med sexstrålars symmetri vid basen (vinkeln på 60° mellan balkarna är förknippad med den hexagonala struktur som bildas av vattenmolekyler i is) [3] [6] .

Isytorna på en växande kristall är alltid täckta med en tunn vätskefilm, som kallas det kvasi-vätskeskiktet. Detta fenomen är relaterat till ytsmältningen som sker på ytan av många kristallina material och är en typ av första ordningens fasövergång . Ytsmältning sker vid temperaturer under smältpunkten för fast is på grund av de svagare bindningarna av vattenmolekyler på kristallens yta än i dess djup. Denna effekt dikterar villkoren för förekomsten av kemiska reaktioner på isytan, processerna för dess tillväxt, såväl som ett antal andra atmosfäriska fenomen [7] .

Uppkomsten av snöflingor i den atmosfäriska luften sker under komplex påverkan av en kombination av olika faktorer [8] . Tillväxten av rena kristaller fortsätter på grund av avsättningen av vattenångamolekyler på isytan. Den växande iskristallens sexsidiga symmetri gav namn och beteckning till den så kallade normala hexagonala isen Ih . Iskristallgittret Ih är det viktigaste och vanligast förekommande, men bara en möjlig modifiering av is av minst 13 andra som någonsin har observerats vid olika kombinationer av lufttemperatur och atmosfärstryck [9] . I blandade och isiga moln sporras sublimeringstillväxten av is av typiska förhållanden vid temperaturer ner till -40 °C, när vattenångtrycket motsvarar mättnad över vatten, men inte över is. Övermättnaden över is som skapas på detta sätt kan nå tiotals procent, vilket startar processen med destillation av all tillgänglig fukt från flytande fas till fast fas. Detta märks särskilt vid temperaturer runt −12,5 °C [10] .

Dessutom kan ispartiklar växa i storlek på grund av kollisioner med partiklar av underkylt vatten , följt av frysning av vätskefasen på isytan. En annan typ av tillväxt av fasta partiklar är aggregation, när de kolliderar och fastnar vid varandra och bildar komplexa sammansatta aggregat [8] .

Historia om observation och studier

Man tror att den första beskrivningen av snöflingor som kristallina föremål gavs av den tyske matematikern och astronomen Johannes Kepler 1611 i hans avhandling On Hexagonal Snowflakes [11 ] . Men samtidigt finns det bevis för att Kepler i denna aspekt var efterföljaren till observationerna av den danske astronomen Tycho Brahe , vars skisser av fallande snöflingor har överlevt till nutid [12] . År 1635 väckte de geometriska egenskaperna hos snöflingor den franske naturforskaren och matematikern René Descartes intresse . Descartes upptäckte först en sällsynt form av snöflinga med tolv kronblad, vars ursprung är fortfarande oklart. År 1665 gjorde den engelske uppfinnaren Robert Hooke en serie observationer av snöflingor med hjälp av ett mikroskop och publicerade sina resultat i form av ritningar [11] .

1800-talet

År 1820 skapade den engelske upptäcktsresanden och pionjären William Scoresby världens första systematiska klassificering av snöflingor. Han blev också den förste av dem som uppmärksammade det otvivelaktiga sambandet mellan formen på iskristaller och temperaturen på den omgivande luften [13] .

På 1870-talet gjordes en stor mängd snöflingor av den ryske amatörfotografen Andrey Sigson . Helt överlämnande till sin hobby, kylde han sina händer och andades genom en speciell luftkanal för att inte skada de ömtåliga iskristallerna. Resultatet av forskningen var silvermedaljen från Moskva Polytechnic Exhibition 1872 och hälsoproblem - reumatism av fingrar [11] [14] . Efter honom 1885 publicerade den amerikanske entusiastiske fotografen Wilson Bentley en bok med mer än 5 000 bilder tagna genom att fotografera i mikroskop [15] .

1900-talet

År 1910 sammanställde den ryska forskaren I. B. Shushkevich en av de första ryska klassificeringarna av fallande iskristaller, med hänsyn till de åtföljande väderförhållandena. Några decennier senare förfinades detta system av den sovjetiske glaciologen Boris Veinberg [12] .

Ett betydande bidrag till studiet av snöflingor gjordes av den japanske fysikern och naturforskaren Ukishiro Nakaya från University of Hokkaido i Sapporo . Han började sin forskning 1932 och efter flera års arbete kunde han reproducera nästan vilken konfiguration som helst av is i sitt laboratorium. Han studerade mer än 3 000 fotografier av naturliga snöflingor, och på grundval av dem föreslog han en klassificering av fallande iskristaller i 40 morfologiska kategorier. Hans resultat sammanfattades och systematiserades i form av det så kallade Nakaya-diagrammet, som relaterade luftens temperatur och fuktighet till egenskaperna hos de observerade snöflingornas former. Tack vare Nakaya-diagrammet blev det möjligt att sluta sig till förhållanden i den övre atmosfären genom att observera morfologin hos de iskristaller som faller därifrån. I ljuset av sina upptäckter hänvisade Nakaya ofta till snöflingor som "brev från himlen" [16] .

1940 utvecklade den självlärde amerikanske uppfinnaren Vincent Schaefer en teknik för att fixera iskristallavtryck på ytan av en tunn plastfilm . En blandning av dikloretan och polyvinylkromal valdes som huvudmaterial för denna film [15] . Detta tillvägagångssätt intresserade en annan amerikansk forskare - kemisten Irving Langmuir , som 1946 lockade den företagsamma Schaefer till sin assistent. Under experiment och observationer av underkyld vattenaerosol i frysen upptäcktes att det var möjligt att kontrollera fuktkondensering med hjälp av torris och andra kemiska reagenser. Denna upptäckt ledde till uppkomsten av moderna metoder för att påverka moln och kontrollera vädret [17] .

År 1949, baserat på W. Nakayas idéer, skapades och antogs en internationell klassificering av former av ispartiklar av atmosfäriskt ursprung, som inkluderade mer än 40 former och konfigurationer av snöflingor [2] .

Den sovjetiska forskaren F. Ya. Klinov genomförde på 40-50-talet av 1900-talet en komplex studie av morfologin hos de observerade iskristallerna med hjälp av bundna radiosondeballonger i området kring staden Verkhoyansk . Förutom parametrarna för ispartiklar registrerades de hydrotermiska förhållandena under deras bildning och typen av grumlighet [12] .

1966 föreslog meteorologerna K. Magono och K. Lee ett klassificeringssystem som standardiserade de olika formerna av observerade is- och snöpartiklar genom att tilldela dem speciella koder [18] . Precis som Nakaya, beskrev dessa forskare områdena för statistisk förekomst av olika typer av partiklar genom temperatur och relativ övermättnad av vattenånga i den övre atmosfären [19] .

Besläktade fenomen

Snökristaller orsakar mycket uppmärksamhet hos vanliga människor och forskare i samband med deras inflytande på bildandet av specifika optiska fenomen som ofta observeras i atmosfärens ytskikt. Bland dessa fenomen kan man inte undgå att nämna de välkända solpelarna , halo , parhelion och antelium , som kan åtföljas av ett helt komplex av mindre uttalade biverkningar. Deras förekomst på himlen är förknippad med brytningen av solljus på de plana ytorna av ispartiklar, under vars tillväxt strikt definierade vinklar bildas mellan olika element i iskristallstrukturen [20] [21] .

I kultur och massmedvetande

Historien om estetisk kontemplation av iskristaller går tillbaka flera tiotals århundraden. Den första som uppmärksammade oföränderligheten hos ispartiklarnas sexsidiga symmetri var den kinesiske tänkaren Han Yun år 135. Efter honom nämnde kinesiska vetenskapsmän och författare ofta detta faktum i sina skrifter. Den hittade också in i klassisk kinesisk poesi, till exempel i en av dikterna som går tillbaka till 600-talet [22] . I de forntida kinesernas världsbild hörde snökristaller till elementet Yin . Deras natur och hexagonala symmetri identifierades med symboliken som är traditionell för kinesisk kultur, men inte ett enda försök gjordes att ge åtminstone någon förklaring till de observerade fenomenen [23] .

De gamla grekerna och tänkarna i den tidiga arabiska östern lämnade inget omnämnande av snöflingor i sina dokument [24] . Troligtvis beror detta helt enkelt på att atmosfärisk is är ett extremt ovanligt fenomen i medelhavsklimatet [25] .

Många århundraden senare uppmärksammade det medeltida Europas upplysta sinnen snöpartiklar i atmosfären . Den första kända av dessa var den tyske teologen Albertus Magnus , som omkring 1260 lämnade referenser till stjärnformade iskristaller som faller först i februari och mars [25] . Den skandinaviske biskopen Olaf Magnus beskrev snöflingornas egendomlighet i sin bok, som publicerades i Rom 1555. Utöver orden lämnade han till sina ättlingar en trästick med bilder av tjugotre snöflingor, som hade ytterst märkliga former och konturer. Historiken av dessa bevis är tveksam [22] , eftersom gravören som gjorde den här bilden uppenbarligen inte fattade innebörden av författarens instruktioner eller förlorade sina skisser [26] .

Tekniska framsteg har gjort sina egna justeringar av uppfattningen om snöskönheter. Den engelske 1600-talets naturforskare Robert Hooke blev chockad av ofullkomligheten hos ispartiklar under ett mikroskop, och med ökande optisk förstoring av hans enhet ökade överflödet av synliga defekter på deras yta bara. Robert Hooke vågade inte antyda att skapelsen skapad enligt den Allsmäktiges plan kunde vara åtminstone något ofullkomlig, och tillskrev alla synliga brister till en snöflingas långa resa från himmel till jord [27] . I ett mer allmänt sammanhang resonerade Hooke på ett sätt som liknar Joseph Glanvilles och John Lockes filosofiska linje . I enlighet med dessa idéer härrör oförmågan att se den sanna skönheten och den sanna essensen av Guds försyn från bristerna i mänsklig uppfattning, som försämrades vid tiden för syndafallet . Det vill säga, alla misstag av naturforskarna är resultatet av förvrängningen av deras sinnesorgan, som har förlorat de möjligheter som skapats av Skaparen på grund av den mänskliga benägenheten för synd [28] .

I orientalisk konst gled motivet av snöflingor, med sin typiska symmetri, genom den japanska konstnären Utagawa Kunisadas visuella verk . Det tros ha inspirerats av teckningar av snö publicerade 1832 av den japanske statsmannen Toshitsura Doi.[29] . Betydelsen av Toshitsura Dois observationer härrör från det faktum att vid tidpunkten för publiceringen av hans verk var japansk vetenskap i sin linda [13] .

Under 2000-talet uppstod den nedsättande termen " snöflinga generation " i Storbritannien , som började användas varje dag i förhållande till den yngre generationen (oftast studenter), vars uppväxtperiod föll på 2010-talet. Genom att betona deras ökade känslighet och oförmåga att möta vardagliga svårigheter, började detta uttryck användas som ett verktyg i politiska diskussioner. Det används särskilt ofta i populistiska eller högerorienterade politiska kommentarer [30] .

I afroamerikansk slang betecknar det engelska ordet "snöflinga" ( engelsk snöflinga ) vilken representant som helst för den vita rasen och har en stötande konnotation. I denna mening cirkulerar det ofta i filmer och tv-serier [31] . Det har samma slangbetydelse på brittisk engelska [32] . Däremot i slang amerikansk engelska hänvisar begreppet "snöflinga" ( engelsk snöflinga ) ofta till kokain [32] .   

Det finns flera snöflingatecken i Unicode : U+2744 ❄ snöflinga , U+2745 ❅ tight trifoliate snowflake , U+2746 ❆ tung chevron-snöflinga [33] .

Anteckningar

  1. ↑ Singh, 2011 , Snökristallstruktur, s. 1038.
  2. ↑ 1 2 Golubev, 2013 , sid. 54.
  3. ↑ 1 2 3 4 Khromov, Mamontova, 1974 , Snezhinka, sid. 427.
  4. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Mikrostruktur av moln och nederbörd som består av ispartiklar, sid. 40.
  5. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Form, dimensioner, bulkdensitet och antal koncentrationer av snökristaller, sid. 40, 41.
  6. ↑ 1 2 Kotlyakov, 1984 , Snezhinka, sid. 407.
  7. ↑ Singh, 2011 , Ice, sid. 558.
  8. ↑ 1 2 Pruppacher, Klett, 2004 , Mikrostruktur av moln och nederbörd som består av ispartiklar, sid. 39.
  9. ↑ Singh, 2011 , Ice, sid. 557.
  10. ↑ Tverskoy, 1962 , Nederbörd från isiga och blandade moln, sid. 444, 445.
  11. ↑ 1 2 3 Om snöflingor Arkivexemplar av 4 juni 2020 på Wayback Machine Hydrometeorological Center i Ryssland
  12. ↑ 1 2 3 Golubev, 2013 , sid. 53.
  13. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , Tidiga observationer av snökristaller, sid. 525.
  14. ↑ N. A. Petukhova Andrey Andreevich Sigson Arkivkopia av 27 oktober 2020 på Wayback Machine Yarkipedia, 2016
  15. ↑ 1 2 Chemistry and Life, 1961 , sid. 77-78.
  16. ↑ Singh, 2011 , Ice, sid. 559.
  17. ↑ Keene, 2018 , Weather Wars, sid. 151.
  18. ↑ Wang, 2013 , Magono–Lee-klassificering, sid. 59.
  19. ↑ Golubev, 2013 , sid. 57.
  20. ↑ Tape, 1994 , Halos from Plate Crystals, sid. 3-7.
  21. ↑ Band, 1994 , Rollen av solhöjd, s. 58-60.
  22. ↑ 1 2 Libbrecht, Wing, 2015 , Snowflake Watching, sid. 19.
  23. ↑ Liou och Yang, 2016 , Några historiska perspektiv, s. 30, 31.
  24. ↑ Liou och Yang, 2016 , Några historiska perspektiv, s. 31.
  25. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , Tidiga observationer av snökristaller, sid. 524.
  26. ↑ Noble och Gottesman, 2001 , not.
  27. ↑ Wragge-Morley, 2020 , Robert Hooke and the Ruins of Snowflake, s. 86.
  28. ↑ Wragge-Morley, 2020 , Robert Hooke and the Ruins of Snowflake, s. 84.
  29. ↑ Libbrecht, Wing, 2015 , Snowflake Watching, s. 22.
  30. ↑ Creasy, Corby, 2019 , Snowflakes, sid. 38,39.
  31. ↑ Widawski, 2015 , snöflinga, sid. 255.
  32. ↑ 1 2 Datzell och Victor, 2006 , snöflinga, sid. 1807.
  33. ↑ Snowflake-symbol - Låt texten snöa Arkiverad 3 november 2020 på Wayback Machine fsymbols.com

Källor

Länkar

  Gå till Wikidata-objektet  Ordböcker och uppslagsverk
I bibliografiska kataloger