Hver er innri gerð snjókorna? Eru engin tvö snjókorn eins?

Nafn þitt

Netfang þitt

Netfang móttakanda

Ruslpóstvörn =

Svar

Hver er innri gerð snjókorna? Eru engin tvö snjókorn eins?

Andri Vigfússon, Karl Valur Guðmundsson og Þórdís Katla Bjartmarz, nemendur í FSu, spurðu: 'Hvernig er bygging snjókorna?'

Eiríkur Rafn spurði: 'Hvers vegna eru öll snjókorn mismunandi og hvað gerir þau svona ólík hvert öðru og hvernig getur það verið svona nákvæmt?'

Hugrún spurði: 'Er rétt að engin tvö snjókorn séu eins?'

Snjókristallar myndast þegar vatn í andrúmsloftinu kólnar niður fyrir frostmark, annað hvort vegna tilkomu kaldara lofts eða vegna þess að rakinn berst upp í kaldari lög lofthjúpsins. Vatnið frýs þó ekki við það eitt, heldur helst ofurkælt sem kallað er, það er að segja undir frostmarki án þess að breytast í ís, þar til það finnur eitthvert fast efni til að storkna á.

Dæmigerður snjókristallur myndast utan um agnarsmátt rykkorn og vex fljótt upp í sexstrending sem er nokkrir míkrómetrar að stærð (1 míkrómetri er einn milljónasti úr metra). Þessi upphaflega sexstrenda lögun stafar af því hvernig vatnssameind er í laginu (eitt súrefnisatóm milli tveggja vetnisatóma með 104 gráða horni á milli sín). Horn eða brúnir kristallsins standa aðeins út úr honum og eru því í meiri snertingu við yfirmettað loftið (sjá einnig svar sama höfundar við spurningunni Hvernig myndast frostrósir á rúðum? á Vísindavefnum). Þannig byrja armar að vaxa út úr kristallinum.

Vöxtur kristallsins er á þessu stigi aðallega háður hitastigi. Á vissu hitastigsbili vex kristallinn hraðast í einni sléttu (plani) en við annan hita vex hann hraðast í annarri sléttu, það er að segja í allt aðra átt. Þar sem snjókristallinn þyrlast um verður hann fyrir stöðugum hitabreytingum og vaxtarstefna hans verður því bæði síbreytileg og óregluleg. Auk þess eru tilviljunarkenndir gallar í kristallsgrindunum, mismargir eftir aðstæðum, og þeir geta valdið því að vöxturinn tekur enn aðra stefnu en áður var lýst.

Þessu til viðbótar getur það verið skilgreiningaratriði hvenær tveir hlutir teljast eins; eru til dæmis tvær vatnssameindir eins? Þær hafa allar sama efnatáknið, H₂O, sem merkir að þær eru allar úr sömu frumefnum og hafa sömu efnafræðilegu eiginleikana. Hins vegar geta komið fyrir í þeim aðrar samsætur frumefnanna, bæði vetnis og súrefnis. Slíkar sameindir víkja talsvert frá hinum í massa.

Ef við leikum okkur aðeins að tölum má nefna að í dæmigerðum litlum snjókristalli eru 10¹⁸ vatnssameindir (1.000.000.000.000.000.000 stykki!). Eitt af hverjum 5000 vetnisatómum er frábrugðið hinum vetnisatómunum, svonefnt tvívetni. Í okkar tilfelli þýðir það að um 10¹⁵ vetnisatóm í hverjum snjókristalli (1000.000.000.000.000 stykki!) eru öðruvísi en hin. Tvívetnið kemur tilviljunarkennt inn í grindina og eykur þannig enn á fjölbreytileika kristallanna. Samsætur súrefnis gera það ekki síður. Á leið sinni til jarðar festast svo snjókristallarnir venjulega hver við annan og mynda hið eiginlega snjókorn sem við öll þekkjum svo vel. Snjókorn eru oft gerð úr 2-200 slíkum snjókristöllum.

Þó að snjókornin í heiminum séu vissulega geysimörg þá eru þau þó margfalt færri en möguleikarnir í gerð þeirra. Niðurstaðan er því sú að nær útilokað sé að finna tvö nákæmlega eins snjókorn.

Frekara lesefni af Vísindavefnum:

• Af hverju glitrar snjórinn? - eftir Ara Ólafsson
• Hvort bráðnar snjór og ís betur í roki og rigningu eða roki og sterku sólskini? eftir Trausta Jónsson
• Af hverju er snjórinn hvítur? eftir EDS

Hér á þessari slóð eru margar fallegar myndir af snjókornum.

Myndir: California Institute of Technology (CALTEC): Snow Crystals...