Триединство воды

Многие ошибочно полагают, что снежинки — это замёрзшие по пути к земле капельки дождя. Разумеется, такое атмосферное явление тоже случается и называется „снег с дождём“, но красивых геометрически правильных снежинок в этом коктейле нет. Настоящие снежинки вырастают, когда водяные пары конденсируются на поверхности ледяного кристалла, минуя жидкую фазу.

Снежинка — сложная симметричная структура, состоящая из кристалликов льда, собранных вместе. Вариантов «сборки» множество — до сих пор не удалось найти среди снежинок двух одинаковых.

В ода — это единственное вещество, которое в повседневной жизни можно наблюдать в тройной точке фазовой диаграммы: его твёрдая, газообразная и жидкая стадии могут сосуществовать при температуре приблизительно 0,01 градуса Цельсия. Самый первый кристаллик льда, который служит фундаментом будущей снежинки, может образоваться и из микроскопической капельки жидкой воды, однако всё дальнейшее строительство происходит за счёт присоединения молекул водяного пара.

Р азгадка загадочной симметрии снежинок кроется в кристаллической решетке льда. Лёд — это уникальное вещество, способное образовывать более десяти различных кристаллических структур. Практически весь лёд на планете кристаллизуется в гексагональной сингонии — его молекулы образуют правильные призмы с шестиугольным основанием. Именно шестиугольная форма решетки, в конечном счете, обусловливает шестилучевую симметрию снежинок.

Однако связь между структурой кристаллической решётки и формой снежинки, которая больше молекулы воды в десять миллионов раз, неочевидна: если бы молекулы воды присоединялись к кристаллу в случайном порядке, форма снежинки получилась бы неправильной.

К ак формируется снежинка. Рост снежного кристалла начинается, когда молекулы собираются вокруг крошечных примесей. Изменения во внешней среде, могут изменять форму и размеры кристалла. Кроме того, снежинки пока растут, летают внутри облака, а это значит, что они подвергаются разным воздействиям в разное время, в результате чего их форма меняется.

Молекулы водяного пара с большей вероятностью заполняют пустоты, нежели пристают к ровным граням, потому что пустоты содержат больше свободных водородных связей. В результате снежинки принимают форму правильных шестиугольных призм с ровными гранями. Такие призмы падают с неба при сравнительно небольшой влажности воздуха в самых разных температурных условиях.

Рано или поздно на гранях появляются неровности. Каждый бугорок притягивает к себе дополнительные молекулы и начинает расти. Снежинка долго путешествует по воздуху, при этом шансы встретиться с новыми молекулами воды у выступающего бугорка несколько выше, чем у граней. Так на снежинке очень быстро вырастают лучи. Из каждой грани вырастает один толстый луч, так как молекулы не терпят пустоты. Из бугорков, образующихся на этом луче, вырастают ответвления. Во время путешествия крохотной снежинки все её грани находятся в одинаковых условиях, что служит предпосылкой для роста одинаковых лучей на всех шести гранях.