Co roku, gdy zbliża się koniec grudnia, bardzo na niego czekamy. Bo Święta Bożego Narodzenia to spotkanie z najbliższymi, choinka i prezenty, ale także czyste, białe krajobrazy za oknami. Gwiazda ze śniegiem jest znacznie bardziej udana niż wtedy, gdy na zewnątrz jest szaro i mokro. A tak niestety z powodu zmian klimatycznych zdarza się coraz częściej.
Skąd się bierze śnieg i jak powstaje? Jakie warunki muszą być spełnione, by zaczął sypać i pokrył ziemię grubą białą warstwą? I czy pada tylko na naszej planecie?
Jak powstaje śnieg?
Co to jest śnieg? Wydawałoby się, że odpowiedź jest oczywista: to zamarznięta woda. Nie jest to jednak prawda. Płatek śniegu powstaje, gdy przechłodzona para wodna w chmurze zamienia się bezpośrednio w lód, z pominięciem stanu ciekłego (czyli wody właśnie). Taki proces nazywa się resublimacją. By zaszła, musi być nie tylko zimno, ale również wilgotno.
To jednak nie wszystko. By doszło do resublimacji (i powstania śniegu), potrzebne jest jeszcze coś. W wychłodzonej chmurze, składającej się z pary wodnej, unoszą się również różnego rodzaju drobiny. Może być to wywiany z ziemi kurz, mogą to być pyłki kwiatowe lub jakiekolwiek mikroskopijne ciała stałe wystarczająco lekkie, by szybować wysoko ponad ziemią. Fizycy nazywają je jądrami kondensacji.
Proces powstawania śniegu rozpoczyna się właśnie od jąder kondensacji. Stanową coś na kształt rusztowania, do którego przyczepiają się pierwsze zamarzające cząsteczki H2O. Do nich zaś przyczepiają się kolejne i kolejne. Tak właśnie tworzy się śnieżny płatek.
Jakie kształty ma śnieg?
Lód jest od strony chemicznej tym samym co śnieg – to H2O w stanie stałym. Jednak sposób, w jaki powstaje jeden i drugi, sprawia, że bardzo się od siebie różnią. Proces powstawania śniegu jest uporządkowany. Dlatego właśnie większość płatków śniegu jest niemal idealnie symetryczna. Powstają stopniowo, układając się w nieraz bardzo subtelne wzory. Gdy brakuje czasu i woda zamarza bardzo szybko, a jej cząsteczki nie zdążą ułożyć się regularnie – jak cząsteczki węgla w diamencie – zamienia się w zwykły lód.
Gdy myślimy o płatkach śniegu, wyobrażamy sobie gwiazdki. I faktycznie, wiele płatków ma właśnie kształt śnieżynki. Powstają one między -10 i -20 st. C przy dużej wilgotności, a niekiedy także gdy jest stosunkowo ciepło – temperatura nie spada poniżej -3 st. C. Z kolei gdy jest między -3 a -10 st. śnieg przybiera postać igiełek albo niskich kolumienek. Przy bardzo niskich temperaturach śnieg wygląda jak płaskie sześcioramienne płytki.
Jak wielki może być płatek śniegu?
Teoretycznie mogłoby się wydawać, że w odpowiednich warunkach płatek śniegu mógłby rosnąć w nieskończoność. Tak jednak nie jest, bo śnieg jest delikatny, a idealne warunki w chmurach nie utrzymują się zbyt długo.
Generowaniem śniegu w laboratorium – i badaniem śnieżynek – zajmuje się prof. Kenneth G. Libbrecht z Politechniki Kalifornijskiej. Na stronie www.snowcrystals.com można obejrzeć efekty jego pracy ze śniegiem. Prof. Libbrecht zamieścił tam również zdjęcie największej śnieżynki, jaką udało mu się sfotografować. Ma ona aż centymetr. – Ten potwór to, według mojej wiedzy, największa śnieżynka, jakiej kiedykolwiek zrobiono zdjęcie – napisał Libbrecht.
Największy płatek śniegu ma aż 1 centymetr. Fot. SnowCrystals.com
Czy śnieg pada na innych planetach?
Ziemia, w ponad 70 proc. pokryta wodą, wydaje się idealną planetą do powstawania śniegu. Jednak nie jest jedynym globem w Układzie Słonecznym, na którym z nieba pada biały puch. Kilkakrotnie opady śniegu udało się zaobserwować na Marsie. Zważywszy że średnia temperatura na Czerwonej Planecie wynosi ok. -60 st. C, nie wydaje się to dziwne. Więcej o atmosferze na Marsie przeczytasz również tutaj.
A jednak śnieg na Marsie to nadzwyczaj rzadkie zjawisko. Glob ten praktycznie nie ma atmosfery – jest ona aż 100 razy cieńsza niż atmosfera Ziemi. W 2008 roku należący do NASA lądownik Phoenix zarejestrował opad śniegu na Marsie. Śnieg zaczął padać z chmur znajdujących się 4 km nad powierzchnią, jednak nigdy do niej nie dotarł. Wcześniej bowiem wyparował. Taki opad nazywa się virga i występuje także na Ziemi. Virga pojawia się wówczas, gdy dolne partie atmosfery mają bardzo niską wilgotność.
W 2012 r. na Marsie spadł śnieg innego rodzaju. Składał się z zamrożonego dwutlenku węgla, czyli z suchego lodu. Z kolei na Enceladusie, księżycu Saturna, z gejzerów prawdopodobnie wystrzeliwują pióropusze pary wodnej i lodu. Opadają one powoli na powierzchnię Enceladusa, tworząc charakterystyczne regularne wzory. Co ciekawe, jest to jeden z najwolniejszych opadów kosmosu: według naukowców postępuje w tempie tysięcznych części milimetra na rok. A zatem, by na powierzchni Enceladusa zebrało się 100 m zamrożonej wody, potrzeba aż kilkudziesięciu milionów lat.
Źródło: NASA, LiveScience, SnowCrystals, Space.com
