Sněhová vločka

Sněhová vločka  je samostatný sněhový nebo ledový krystal , který padá z mraků ve formě srážek o velikosti od zlomků po několik milimetrů. Jejich vznik v atmosféře souvisí s procesy kondenzace a krystalizace vodní páry ze vzduchu. Moderní mezinárodní klasifikace forem ledových krystalů v atmosféře, přijatá v roce 1949, identifikuje více než 40 hlavních typů sněhových vloček. Nejběžnější formy sněhových vloček jsou dendrity , hvězdy, desky a sloupce se šestipaprskovou symetrií na základně. Ledové částice mohou zvětšovat svou velikost kvůli srážkám s částicemi podchlazené vody.s následným zmrznutím kapalné fáze na povrchu ledu nebo k vytvoření složitých kompozitních agregátů, narážejících a slepujících se dohromady.

Sněhové vločky pro své estetické kvality, složité geometrické tvary a vlastnosti symetrie po staletí vzbuzovaly jak zvědavost laiků, tak akademický zájem vědecké komunity [1] . V roce 1885 vydal americký nadšený fotograf Wilson Bentley knihu s více než 5000 snímky sněhových vloček.

Obecné informace

Moderní mezinárodní klasifikace forem ledových krystalů v atmosféře, přijatá v roce 1949, identifikuje více než 40 hlavních typů sněhových vloček [2] .

Prostorové rozměry sněhových vloček jsou v průměru v rozmezí od zlomků milimetru do několika milimetrů [3] . Obvykle jsou mnohem menší než 2 centimetry, ale ve vědecké literatuře se objevují zprávy o sněhových vločkách, které tuto hodnotu překračují [4] . Sněhové vločky mají zpravidla se zvýšením okolní teploty a snížením síly větru tendenci zvětšovat svou velikost [3] . Zdánlivě obrovská rozmanitost konfigurací sněhových vloček z krystalografického hlediska je založena na jediném základním tvaru, a to na šestibokém hranolu s bočními plochami typu (0001) a základními plochami typu (10 1 0). Krystalické plochy typů (10 1 2), (11 2 0) - boční strana dvanáctiúhelníkové struktury a (10 1 1) - boční strana pyramidy jsou metastabilní a jsou pozorovány ve velmi vzácných případech [5] .

V klidné atmosféře je rychlost pádu sněhových vloček v průměru asi jeden metr za sekundu, typicky se pohybuje od jedné desetiny do dvou metrů za sekundu. Tato hodnota v podstatě závisí na teplotě vzduchu a na aerodynamických vlastnostech ledových krystalků. V procesu srážek z atmosféry se sněhové vločky neustále přeměňují v důsledku koagulace, granulace a námrazy. Mají tendenci na sebe shromažďovat podchlazenou vlhkost, zablokovat se a zamrznout spolu s tvorbou sněhových vloček . Po dopadu na povrch země u nich dochází k silným změnám ve sněhové pokrývce [3] [6] .

Formace

V procesu jejich formování mohou sněhové vločky nabývat různých geometrických tvarů. Nejběžnějšími formami sněhových vloček jsou dendrity , hvězdy, desky a sloupy se šestipaprskovou symetrií na základně (úhel 60° mezi trámy je spojen s hexagonální strukturou tvořenou molekulami vody v ledu) [3] [6] .

Ledové plochy rostoucího krystalu jsou vždy pokryty tenkým tekutým filmem, který se nazývá kvazi-kapalná vrstva. Tento jev souvisí s povrchovým tavením, ke kterému dochází na povrchu mnoha krystalických materiálů a je typem fázového přechodu prvního řádu . K povrchovému tání dochází při teplotách pod bodem tání pevného ledu díky slabším vazbám molekul vody na povrchu krystalu než v jeho hloubce. Tento efekt diktuje podmínky pro vznik chemických reakcí na povrchu ledu, procesy jeho růstu, ale i řadu dalších atmosférických jevů [7] .

Ke vzniku sněhových vloček v atmosférickém vzduchu dochází pod komplexním vlivem kombinace různých faktorů [8] . Růst čistých krystalů probíhá díky usazování molekul vodní páry na povrchu ledu. Šestistranná symetrie rostoucího ledového krystalu dala jméno a označení tzv. normálnímu šestihrannému ledu Ih . Mřížka ledových krystalů Ih je nejdůležitější a nejčastěji se vyskytující, ale pouze jednou možnou modifikací ledu z nejméně 13 dalších, které kdy byly pozorovány při různých kombinacích teploty vzduchu a atmosférického tlaku [9] . Ve smíšených a ledových mracích je sublimační růst ledu urychlen typickými podmínkami při teplotách až -40 °C, kdy tlak vodní páry odpovídá nasycení nad vodou, nikoli však nad ledem. Takto vzniklé přesycení nad ledem může dosahovat až desítek procent, čímž se spustí proces destilace veškeré dostupné vlhkosti z kapalné fáze do fáze pevné. To je patrné zejména při teplotách kolem −12,5 °C [10] .

Kromě toho mohou částice ledu narůst ve velikosti v důsledku srážek s částicemi podchlazené vody , po kterých následuje zamrznutí kapalné fáze na povrchu ledu. Dalším typem růstu pevných částic je agregace, kdy dochází k jejich srážce a vzájemnému lepení, čímž vznikají složité kompozitní agregáty [8] .

Historie pozorování a studia

Předpokládá se, že první popis sněhových vloček jako krystalických objektů podal německý matematik a astronom Johannes Kepler v roce 1611 ve svém pojednání O šestihranných sněhových vločkách [11 ] . Zároveň však existují důkazy, že v tomto ohledu byl Kepler pokračovatelem pozorování dánského astronoma Tycha Brahe , jehož náčrtky padajících sněhových vloček se dochovaly do současnosti [12] . V roce 1635 vzbudily geometrické vlastnosti sněhových vloček zájem francouzského přírodovědce a matematika Reného Descarta . Descartes poprvé objevil vzácnou formu sněhové vločky s dvanácti okvětními lístky, jejíž původ je dodnes nejasný. V roce 1665 provedl anglický vynálezce Robert Hooke sérii pozorování sněhových vloček pomocí mikroskopu a své výsledky publikoval ve formě kreseb [11] .

19. století

V roce 1820 vytvořil anglický průzkumník a průkopník William Scoresby první systematickou klasifikaci sněhových vloček na světě. Stal se také prvním z těch, kteří upozornili na nepochybnou souvislost mezi tvarem ledových krystalků a teplotou okolního vzduchu [13] .

V 70. letech 19. století velké množství fotografování sněhových vloček provedl ruský amatérský fotograf Andrey Sigson . Plně se odevzdal svému koníčku, ochladil si ruce a dýchal speciálním vzduchovým kanálem, aby nepoškodil křehké ledové krystalky. Výsledkem výzkumu byla stříbrná medaile Moskevské polytechnické výstavy v roce 1872 a zdravotní problémy – revmatismus prstů [11] [14] . Po něm v roce 1885 vydal americký nadšený fotograf Wilson Bentley knihu s více než 5000 snímky pořízenými fotografováním pod mikroskopem [15] .

20. století

V roce 1910 ruský badatel I. B. Shushkevich sestavil jednu z prvních ruských klasifikací padajících ledových krystalů s přihlédnutím k doprovodným povětrnostním podmínkám. O několik desetiletí později tento systém zdokonalil sovětský glaciolog Boris Veinberg [12] .

Významný příspěvek ke studiu sněhových vloček měl japonský fyzik a přírodovědec Ukishiro Nakaya z univerzity Hokkaido v Sapporu . S výzkumem začal v roce 1932 a po několika letech práce dokázal ve své laboratoři reprodukovat téměř jakoukoli konfiguraci ledu. Prostudoval více než 3000 fotografií přírodních sněhových vloček a na jejich základě navrhl klasifikaci padajících ledových krystalků do 40 morfologických kategorií. Jeho výsledky byly shrnuty a systematizovány do podoby tzv. Nakayova diagramu, který vztahoval teplotu a vlhkost vzduchu k vlastnostem pozorovaných tvarů sněhových vloček. Díky Nakayovu diagramu bylo možné odvodit podmínky v horních vrstvách atmosféry pozorováním morfologie ledových krystalů, které odtud padají. Ve světle svých zjištění Nakaya často označoval sněhové vločky jako „dopisy z nebe“ [16] .

V roce 1940 americký vynálezce-samouk Vincent Schaefer vyvinul techniku ​​fixace otisků ledových krystalů na povrch tenké plastové fólie. Jako hlavní materiál pro tuto fólii byla zvolena směs dichlorethanu a polyvinylchromalu [15] . Tento přístup zaujal dalšího amerického badatele - chemika Irvinga Langmuira , který v roce 1946 zlákal podnikavého Schaefera na místo svého asistenta. Během experimentů a pozorování podchlazeného vodního aerosolu v mrazáku bylo zjištěno, že je možné řídit kondenzaci vlhkosti pomocí suchého ledu a dalších chemických činidel. Tento objev vedl ke vzniku moderních metod ovlivňování oblačnosti a řízení počasí [17] .

V roce 1949 byla na základě myšlenek W. Nakayi vytvořena a přijata mezinárodní klasifikace forem ledových částic atmosférického původu, která zahrnovala více než 40 forem a konfigurací sněhových vloček [2] .

Sovětský badatel F. Ya. Klinov ve 40.-50. letech 20. století provedl komplexní studii morfologie pozorovaných ledových krystalů pomocí přivázaných radiosondových balónků v oblasti města Verchojansk . Kromě parametrů ledových částic byly zaznamenávány hydrotermální poměry při jejich vzniku a typ oblačnosti [12] .

V roce 1966 meteorologové K. Magono a K. Lee navrhli klasifikační systém, který standardizoval různé formy pozorovaných částic ledu a sněhu tím, že jim přidělil speciální kódy [18] . Stejně jako Nakaya i tito výzkumníci nastínili oblasti statistické prevalence různých typů částic podle teploty a relativního přesycení vodní páry v horních vrstvách atmosféry [19] .

Související jevy

Sněhové krystaly vyvolávají velkou pozornost obyčejných lidí i vědců v souvislosti s jejich vlivem na vznik specifických optických jevů, které jsou často pozorovány v povrchové vrstvě atmosféry. Mezi těmito jevy nelze nezmínit známé sluneční sloupy , halo , parhelium a anthelium , které může doprovázet celý komplex méně výrazných vedlejších účinků. Jejich výskyt na obloze je spojen s lomem slunečního světla na plochých plochách ledových částic, při jehož růstu se mezi různými prvky struktury ledových krystalů vytvářejí přesně definované úhly [20] [21] .

V kultuře a masovém vědomí

Historie estetické kontemplace ledových krystalů sahá několik desítek století. První, kdo upozornil na neměnnost šestistranné symetrie ledových částic, byl v roce 135 čínský myslitel Han Yun. Čínští vědci a spisovatelé po něm tuto skutečnost ve svých spisech často zmiňovali. Našlo si cestu i do klasické čínské poezie, například v jedné z básní, která pochází z 6. století [22] . Ve světovém názoru starých Číňanů sněhové krystaly patřily k prvku Yin . Jejich povaha a šestiúhelníková symetrie byly identifikovány se symbolikou tradiční pro čínskou kulturu, ale nebyl učiněn jediný pokus podat alespoň nějaké vysvětlení pozorovaných jevů [23] .

Staří Řekové a myslitelé raného arabského východu nezanechali ve svých dokumentech žádnou zmínku o sněhových vločkách [24] . S největší pravděpodobností je to jednoduše způsobeno tím, že atmosférický led je ve středomořském klimatu extrémně vzácným jevem [25] .

O mnoho století později osvícené mysli středověké Evropy věnovaly pozornost částečkám sněhu v atmosféře . První známý z nich byl německý teolog Albertus Magnus , který kolem roku 1260 zanechal zmínky o hvězdicovitých ledových krystalech, které padají pouze v únoru a březnu [25] . Skandinávský biskup Olaf Magnus popsal výstřednost sněhových vloček ve své knize, která vyšla v Římě v roce 1555. Kromě slov zanechal svým potomkům dřevěnou rytinu s obrázky třiadvaceti sněhových vloček, které měly mimořádně zvláštní tvary a obrysy. Historicita tohoto důkazu je pochybná [22] , protože mistr rytec, který tento obraz zhotovil, zjevně nepochopil význam autorových instrukcí nebo ztratil své skici [26] .

Technologický pokrok udělal své vlastní úpravy vnímání sněhových krás. Anglický přírodovědec Robert Hooke ze 17. století byl šokován nedokonalostí ledových částic pod mikroskopem a s rostoucím optickým zvětšením jeho přístroje se hojnost viditelných defektů na jejich povrchu jen zvyšovala. Robert Hooke se neodvážil naznačit, že by výtvor vytvořený podle plánu Všemohoucího mohl být alespoň poněkud nedokonalý, a všechny viditelné vady přisuzoval dlouhé cestě sněhové vločky z nebe na zem [27] . V obecnějším kontextu Hooke uvažoval způsobem podobným filozofické linii Josepha Glanvilla a Johna Locka . V souladu s těmito představami pramení neschopnost vidět skutečnou krásu a pravou podstatu Boží prozřetelnosti z nedostatků lidského vnímání, které degradovalo v době pádu . To znamená, že jakékoli chyby badatelů přírody jsou výsledkem pokřivení jejich smyslových orgánů, které ztratily možnosti stanovené Stvořitelem kvůli lidskému sklonu k hříchu [28] .

V orientálním umění proklouzl motiv sněhových vloček s jejich typickou symetrií výtvarnými díly japonského umělce Utagawy Kunisady . Předpokládá se, že byl inspirován kresbami sněhu publikovanými v roce 1832 japonským státníkem Toshitsura Doi.[29] . Význam pozorování Toshitsura Doi vyplývá ze skutečnosti, že v době vydání jeho práce byla japonská věda v plenkách [13] .

V 21. století se ve Spojeném království objevil pejorativní termín „ generace sněhových vloček “ , který se začal každodenně používat ve vztahu k mladší generaci (nejčastěji studentům), jejíž období dospívání připadlo na 10. léta 20. století. S důrazem na jejich zvýšenou citlivost a neschopnost čelit každodenním potížím se tento výraz začal používat jako nástroj v politických diskusích. Zvláště často se používá v populistických nebo pravicových politických komentářích [30] .

V afroamerickém slangu anglické slovo „snowflake“ ( anglicky snowflake ) označuje jakéhokoli zástupce bílé rasy a nese urážlivou konotaci. V tomto smyslu často koluje ve filmech a televizních seriálech [31] . To má stejný slangový význam v britské angličtině [32] . Naproti tomu ve slangové americké angličtině pojem „sněhová vločka“ ( anglicky snowflake ) často označuje kokain [32] .   

V Unicode je několik znaků sněhových vloček : U+2744 ❄ vločka , U+2745 ❅ těsná trojčetná vločka , U+2746 ❆ těžká chevron vločka [33] .

Poznámky

  1. ↑ Singh, 2011 , Snow Crystal Structure, str. 1038.
  2. ↑ 1 2 Golubev, 2013 , str. 54.
  3. ↑ 1 2 3 4 Chromov, Mamontova, 1974 , Sněžinka, str. 427.
  4. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Mikrostruktura mraků a srážky skládající se z částic ledu, str. 40.
  5. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Tvar, rozměry, objemová hustota a početní koncentrace sněhových krystalů, str. 40, 41.
  6. ↑ 1 2 Kotlyakov, 1984 , Sněžinka, str. 407.
  7. ↑ Singh, 2011 , Led, str. 558.
  8. ↑ 1 2 Pruppacher, Klett, 2004 , Mikrostruktura mraků a srážky složené z ledových částic, str. 39.
  9. ↑ Singh, 2011 , Led, str. 557.
  10. ↑ Tverskoy, 1962 , Srážky z ledových a smíšených mraků, str. 444, 445.
  11. ↑ 1 2 3 O sněhových vločkách Archivní kopie ze 4. června 2020 v hydrometeorologickém centru Wayback Machine v Rusku
  12. ↑ 1 2 3 Golubev, 2013 , str. 53.
  13. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , Raná pozorování sněhových krystalů, str. 525.
  14. ↑ N. A. Petukhova Andrey Andreevich Sigson Archivní kopie z 27. října 2020 na Wayback Machine Yarkipedia, 2016
  15. ↑ 1 2 Chemie a život, 1961 , s. 77-78.
  16. ↑ Singh, 2011 , Led, str. 559.
  17. ↑ Keene, 2018 , Weather Wars, str. 151.
  18. ↑ Wang, 2013 , Magono–Leeova klasifikace, str. 59.
  19. ↑ Golubev, 2013 , str. 57.
  20. ↑ Páska, 1994 , Halos from Plate Crystals, str. 3-7.
  21. ↑ Tape, 1994 , The Role of Sun Elevation, s. 58-60.
  22. ↑ 1 2 Libbrecht, Wing, 2015 , Snowflake Watching, str. 19.
  23. ↑ Liou a Yang, 2016 , Některé historické perspektivy, s. 30, 31.
  24. ↑ Liou a Yang, 2016 , Některé historické perspektivy, s. 31.
  25. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , Raná pozorování sněhových krystalů, str. 524.
  26. ↑ Noble a Gottesman, 2001 , Pozn.
  27. ↑ Wragge-Morley, 2020 , Robert Hooke and the Ruins of Snowflake, str. 86.
  28. ↑ Wragge-Morley, 2020 , Robert Hooke and the Ruins of Snowflake, str. 84.
  29. ↑ Libbrecht, Wing, 2015 , Snowflake Watching, str. 22.
  30. ↑ Creasy, Corby, 2019 , Sněhové vločky, str. 38,39.
  31. ↑ Widawski, 2015 , sněhová vločka, str. 255.
  32. ↑ 1 2 Datzell a Victor, 2006 , sněhová vločka, str. 1807.
  33. ↑ Symbol sněhové vločky – Let text snow Archivováno 3. listopadu 2020 na Wayback Machine fsymbols.com

Zdroje

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích