Kako pada sneg

Kakva se nauka krije iza snega? Po čemu se sneg razlikuje od kiše i leda, kako nastaje snežna pahulja i kako se topi?

Mada okasneo, sneg je ponovo nad gradom. Kao gost koji retko dolazi u posetu, njegova iznenadna pojava u sivom, hladnom danu, ume da u prvi mah izazove priličnu radost. Zbog ponovnog susreta sa starim prijateljem, oni koji ga dočekuju izađu na prozore, na trenutak ostave svoje uobičajene životne nevolje i svakodnevne obaveze, poneko čak i telefonom obavesti komšije i rođake o neočekivanom posetiocu.

Nažalost, snežno zadovoljstvo brzo prolazi. Sneg ubrzo postaje gost koji remeti svakodnevicu, otežava kretanje, predugo se zadržava i ne haje previše za ustaljene navike, tako da izaziva isprva tiho gunđanje, nervozu, a potom i otvorenu netrpeljivost. Šta je sneg zapravo? Šta je to što su deca uzaludno iščekivala cele zime i što je najednom, početkom decembra, ponovo došlo? 

Kakva se nauka krije iza snega? Šta je nekoliko dana padalo iznad grada, po čemu se razlikuje od kiše i leda, kako nastaje jedna snežna pahulja i koliko će raznih meteoroloških okolnosti ponovo morati da se uskladi da bi se u oblacima formirala pahulja?

 

Snežni kristali

Sneg je oblik vode u čvrstom stanju čija se kristalizacija odvija u atmosferi, pa iako je njegova hemijska formula H20, ista kao kod vode ili leda, sneg se prilično razlikuje od susnežice i ledene kiše.

Kišne kapi, nastale kondenzovanjem vodene pare u oblacima, mogu se zbog niske temperature tokom pada zamrznuti i pretvoriti u susnežicu i led, ali tako nastale zaleđene čestice nisu sneg i razlikuju se od snežnih pahulja po svom obliku i strukturi.

Ključni razlog za to je što pahulje nastaju već u oblacima, gde se snežni kristali formiraju direktno iz vodene pare. Pahulje mogu biti sačinjene od jednog ili više spojenih kristala, dok se pri višim temperaturama grade od velikog broja kristala i na zemlju padaju u snežnim grudvicama.

Svaki snežni kristal je zapravo kristal leda, tako da njegovu geometriju određuje geometrija molekula vode koji je sastavljen od jednog atoma kiseonika i dva atoma vodonika, međusobno razmaknuta za 105 stepeni.

U ledu se molekuli vode vezuju u nizove pravilnih šestougaonih prstenova, pa led ima heksagonalnu kristalnu rešetku. Elementarna ćelija kristala leda je u obliku šestostrane prizme, geometrijskog tela sa dva šestougla u osnovama i šest pravougaonika u omotaču, u čijim se temenima nalaze molekuli vode.

Rast snežnog kristala počinje u oblaku superzasićene vodene pare tako što se molekuli vode kondenzuju oko sićušne čestice prašine i obrazuju šestostranu prizmu na koju se dodaju novi slojevi molekula. Isprva, dok je kristal malih dimenzija, on raste sporo i čitava rešetka zadržava isti oblik.

Kako snežni kristal postaje sve veći, njegovih šest uglova bivaju sve više razmaknuti i sve više okruženi superzasićenim vazduhom, tako da uglovi počinju da rastu za nijansu brže od ostatka kristala.

Zbog ove male razlike u brzini na uglovima, šestougaoni kristal počinje da se grana u šest krakova. Okolni atmosferski uslovi su praktično isti za sve krake, tako da oni rastu približno na isti način i istom brzinom. Zato sve snežne pahulje imaju šest međusobno identičnih krakova.

 

Jedinstvena simetrija

Rast snežnog kristala i konačan oblik pahulje pre svega zavise od koncentracije vlage u oblaku i temperature vazduha.

U laboratorijskim eksperimentima sa kontrolisanim uslovima utvrđeno je da pri različitim temperaturama, u intervalu od  -3 do -20 °C, nastaju pahulje koje se međusobno drastično razlikuju. Na -5°C obično nastaju pahulje sa najdužim kracima, dok se između -20°C i -15°C formiraju pahulje u obliku ravnih šestokrakih kristala.

Tokom oblikovanja svaka pahulja neprestano preživljava dramatične izmene u okruženju, biva nošena na razne strane oblaka, trpi različit pritisak i vlažnost, ali se te promene jednako odražavaju na sve krakove u jednoj pahulji, što bez obzira na složenost konačno dobijene strukture, obezbeđuje njihovu simetriju. Zbog ove simetrije, sve pahuljice na prvi pogled izgledaju slično.

Međutim, nikada iz oblaka na tlo neće pasti dve potpuno iste snežne pahulje. Verovatnoća da nastanu dve indentične pahuljice skoro da je jednaka nuli, upravo zbog prilično nestalnih uslova u kojima pojedine pahulje nastaju, ali i zbog molekularne strukture leda. Usled postojanja više izotopa vodonika i kiseonika, na svakih 5000 molekula vode javlja se jedan koji se razlikuje od ostalih.

Omanji snežni kristal sadrži nekoliko hiljada miliona milijardi molekula vode, što znači da u njemu ima oko milion milijardi molekula koji se razlikuju od ostalih. Oni su nasumično raspoređeni po kristalnoj rešetki, čineći svaki snežni kristal jedinstvenim.

Kada bi u svakoj godini nastalo milion milijardi pahulja, verovatnoća da se čak i tokom perioda od 15 milijardi godina, koliko iznosi starost cele vasione, formiraju dve do u molekul indentične pahuljice i dalje je praktično nula.

 

Boja snega

Snežna pahulja posmatrana iz neposredne blizine nije bela, već je bezbojna i providna, što je logično, jer su pahulje sačinjene od kristala leda. Bela boja snega je svojevrsna iluzija – optička varka koja nastaje refleksijom svetlosti. Rasejana na više snežnih kristala, svetlost odbijena od snega izgleda bela, što je mešavina svih boja u vidljivom spektru svetlosti.

Ljudsko oko na neki način uspeva da razluči i vidi belu boju snega čak i kada na njega pada dolazeća svetlost koja nije mešavina svih boja, već pripada užem delu spektra. Međutim, za razliku od ljudskog oka, fotografije snimljene pod fluorescentnom svetlošću prikazuju sneg zelene boje.

Inače, pored prepoznatljivog belog, postoji i takozvani crveni sneg. To su snežne površine krvavocrvene boje koja nastaje zbog toga što u snegu žive kolonije algi Chlamydomonas, Raphidonema i diatomi.
Ove alge su najpoznatiji i najrasprostanjeniji pripadnici „snežne flore“. Kada ima malo sunčeve svetlosti, a temperature postanu izuzetno niske, ove alge uspevaju da prežive jer se njihov metabolizam se usporava i one postaju neaktivne.

S druge strane, upravo takvi uslovi u polarnim oblastima ili na visokim planinama omogućuju zamrzavanje nižih slojeva snega, zbog čega dolazi do trajnog taloženja snežnog pokrivača i nastanka lednika. U ovim krajevima refleksija svetlosti od snežnog pokrivača bitno snižava temperaturu i važna je za globalni klimatski sistem, pošto se izvestan deo sunčeve radijacije zbog odbijanja vraća nazad u atmosferu i ne dolazi do zagrevanja tla.

Razni planetarni modeli klime pokazuju da površina snežnog pokrivača ima vrlo značajnu ulogu tokom ledenih doba. Tada uvećana površina pokrivena snegom odbija sunčevu svetlost i planeta se dodatno hladi, što dovodi do pojačanih snežnih padavina, još većeg odbijanja zračenja i daljeg hlađenja planete.

Kada je površina snežnog pokrivača isuviše velika, ovaj proces postaje nepovratan i planeta se trajno zamrzava. Ako se snežni pokrivač ne proširi dovoljno, uobičajeni ciklus hlađenja i zagrevanja planete se nastavlja, tako da se ledeno doba završava. Lednici se povlače na sever i jug, a klimatski sistem se stabilizuje na više hiljada ili miliona godina.

 

Zvuci na snegu

Sneg danas privremeno ili stalno pokriva oko 23 procenta površine Zemlje. Uobičajeno, sneg pada severno od 35° i južno od 35° geografske širine, a bliže ekvatoru se javlja vrlo retko i to na nadmorskim visinama iznad 5000 metara.

Osim za klimu, snežni pokrivač je značajan za mnoge biljne i životinjske vrste. Slaba provodljivost toplote štiti pojedine vrste od smrzavanja tokom zime, dok otopljavanje snega navodnjava zemljište.

Zanimljivo je da sneg, osim što slabo provodi toplotu, loše provodi i zvuk. Budući rastresit, nalik na materijale koji se u građevinarstvu koriste za zvučnu izloaciju, snežni pokrivač dobro apsorbuje ambijentalni zvuk usled čega nastaje dobro poznata tišina, tajac posle snežne vejavice. Kada se dovoljno nataloži i vremenom postane gušći, više nije tako dobar apsorber zvuka.

Međutim, tada se javlja jedna pojava omiljena kod ljudi koji uživaju u šetnjama po snegu. Sabijeni snežni kristali na dovoljno niskoj temperaturi, umesto da se tope, pucaju pod nogama, što izaziva efekat škripanja. Kada se temperatura podigne, kristali počinju da se tope pod koracima i zvuk nestaje, tako da se škripanje snega najčešće javlja noću i u hladnim jutrima. Sneg prate i razne druge, donekle neobične pojave, čisto literarne.

Ljubitelji snega se mogu pronaći u izvesnom broju knjiga o jednoj vrlo specifičnoj čežnji za udaljenim svetom beline, za misterioznim svetom „kod Hiperborejaca“ ili pak u nešto popularnijem Osećaju gospođice Smile za sneg. Čarolija snega je u takvoj težnji nesumnjiva. Pahulje se uvek u haotičnom letu spuštaju na tlo i stvaraju snežni pokrivač koji u belini, u nevinosti na koju asocira, uravnotežuje svaki predeo, ulepšava prizore prljavog grada i ukida ružne ovdašnjosti. Izaziva tišinu.

Izvor: Elementarijum