Fulg de nea

Un fulg de zăpadă este un cristal  separat de zăpadă sau de gheață care cade din nori sub formă de precipitații cu dimensiuni de la fracțiuni la câțiva milimetri. Formarea lor în atmosferă este asociată cu procesele de condensare și cristalizare a vaporilor de apă din aer. Clasificarea internațională modernă a formelor cristalelor de gheață din atmosferă, adoptată în 1949, identifică peste 40 de tipuri principale de fulgi de zăpadă. Cele mai comune forme de fulgi de zăpadă sunt dendritele , stelele, plăcile și coloanele cu simetrie de șase raze la bază. Particulele de gheață pot crește în dimensiune datorită ciocnirilor cu particulele de apă suprarăcită , urmate de înghețarea fazei lichide pe suprafața gheții sau pot forma agregate complexe prin ciocnirea și lipirea între ele.

Timp de secole, fulgii de nea au trezit atât curiozitatea profanului, cât și interesul academic al comunității științifice datorită calităților lor estetice, formelor geometrice complexe și proprietăților de simetrie [1] . În 1885, fotograful entuziast american Wilson Bentley a publicat o carte cu peste 5.000 de imagini cu fulgi de nea.

Informații generale

Clasificarea internațională modernă a formelor cristalelor de gheață din atmosferă, adoptată în 1949, identifică peste 40 de tipuri principale de fulgi de zăpadă [2] .

Dimensiunile spațiale ale fulgilor de zăpadă sunt în medie în intervalul de la fracțiuni de milimetru până la câțiva milimetri [3] . De obicei au mult mai puțin de 2 centimetri, dar în literatura științifică există raportări de fulgi de zăpadă care depășesc această valoare [4] . De regulă, odată cu creșterea temperaturii ambientale și scăderea forței vântului, fulgii de zăpadă au tendința de a crește în dimensiune [3] . Varietatea aparent uriașă a configurațiilor de fulgi de zăpadă din punct de vedere cristalografic se bazează pe o singură formă de bază, și anume, o prismă hexagonală cu fețe laterale de tip (0001) și fețe de bază de tip (10 1 0). Fețele cristaline de tipuri (10 1 2), (11 2 0) - fața laterală a structurii dodecagonale și (10 1 1) - fața laterală a piramidei sunt metastabile și se observă în cazuri extrem de rare [5] .

Într-o atmosferă calmă, rata căderii fulgilor de zăpadă este în medie de aproximativ un metru pe secundă, variind de obicei de la o zecime la doi metri pe secundă. Această valoare depinde în esență de temperatura aerului și de proprietățile aerodinamice ale cristalelor de gheață. În procesul de precipitare din atmosferă, fulgii de zăpadă se transformă continuu datorită coagulării, granulării și înghețului. Au tendința de a colecta umiditatea suprarăcită asupra lor, de a se interconecta și de a îngheța împreună cu formarea de fulgi de zăpadă . După căderea la suprafața pământului, ele suferă modificări puternice ale stratului de zăpadă [3] [6] .

Formare

În procesul formării lor, fulgii de zăpadă pot lua o varietate de forme geometrice. Cele mai comune forme de fulgi de zăpadă sunt dendritele , stelele, plăcile și coloanele cu simetrie cu șase fascicule la bază (unghiul de 60° dintre grinzi este asociat cu structura hexagonală formată de moleculele de apă din gheață) [3] [6] .

Fețele de gheață ale unui cristal în creștere sunt întotdeauna acoperite cu o peliculă lichidă subțire, care se numește stratul cvasi-lichid. Acest fenomen este legat de topirea suprafeței care are loc pe suprafața multor materiale cristaline și este un tip de tranziție de fază de ordinul întâi . Topirea la suprafață are loc la temperaturi sub punctul de topire al gheții solide din cauza legăturilor mai slabe ale moleculelor de apă de pe suprafața cristalului decât în ​​adâncimea acestuia. Acest efect dictează condițiile de apariție a reacțiilor chimice pe suprafața gheții, procesele de creștere a acesteia, precum și o serie de alte fenomene atmosferice [7] .

Apariția fulgilor de zăpadă în aerul atmosferic are loc sub influența complexă a unei combinații de diverși factori [8] . Creșterea cristalelor pure are loc datorită depunerii moleculelor de vapori de apă pe suprafața gheții. Simetria pe șase laturi a cristalului de gheață în creștere și-a dat numele și denumirea așa-numitei gheațe hexagonale normale Ih . Rețeaua cristalină de gheață Ih este cea mai importantă și cel mai frecvent întâlnită, dar doar o posibilă modificare a gheții din cel puțin 13 care a fost observată vreodată la diferite combinații de temperatură a aerului și presiune atmosferică [9] . În norii mixți și înghețați, creșterea sublimării gheții este stimulată de condițiile tipice la temperaturi de până la -40 ° C, când presiunea vaporilor de apă corespunde saturației peste apă, dar nu peste gheață. Suprasaturația peste gheață creată în acest fel poate ajunge la zeci de procente, ceea ce începe procesul de distilare a întregii umidități disponibile din faza lichidă până la faza solidă. Acest lucru este vizibil în special la temperaturi de aproximativ -12,5 °C [10] .

În plus, particulele de gheață pot crește în dimensiune din cauza ciocnirilor cu particulele de apă suprarăcită , urmată de înghețarea fazei lichide pe suprafața gheții. Un alt tip de creștere a particulelor solide este agregarea, când acestea se ciocnesc între ele și se lipesc unele de altele, formând agregate compozite complexe [8] .

Istoria observației și studiului

Se crede că prima descriere a fulgilor de nea ca obiecte cristaline a fost dată de matematicianul și astronomul german Johannes Kepler în 1611 în tratatul său Despre fulgii de nea hexagonali [11 ] . Totuși, în același timp, există dovezi că, sub acest aspect, Kepler a fost succesorul observațiilor astronomului danez Tycho Brahe , ale cărui schițe ale fulgilor de nea căzuți au supraviețuit până în prezent [12] . În 1635, proprietățile geometrice ale fulgilor de zăpadă au trezit interesul naturalistului și matematicianului francez René Descartes . Descartes a descoperit pentru prima dată o formă rară de fulg de zăpadă cu douăsprezece petale, a cărei origine este încă neclară. În 1665, inventatorul englez Robert Hooke a făcut o serie de observații ale fulgilor de zăpadă folosind un microscop și și-a publicat rezultatele sub formă de desene [11] .

secolul al XIX-lea

În 1820, exploratorul și pionierul englez William Scoresby a creat prima clasificare sistematică a fulgilor de zăpadă din lume. De asemenea, a devenit primul dintre cei care au atras atenția asupra relației indubitabile dintre forma cristalelor de gheață și temperatura aerului înconjurător [13] .

În anii 1870, o mare cantitate de fotografii cu fulgi de zăpadă a fost realizată de fotograful amator rus Andrey Sigson . Predându-se complet hobby-ului său, și-a răcorit mâinile și a respirat printr-o conductă specială de aer pentru a nu deteriora cristalele fragile de gheață. Rezultatul cercetării a fost medalia de argint a Expoziției Politehnice de la Moscova din 1872 și probleme de sănătate - reumatismul degetelor [11] [14] . În urma lui în 1885, fotograful entuziast american Wilson Bentley a publicat o carte cu peste 5.000 de imagini realizate prin fotografierea la microscop [15] .

secolul al XX-lea

În 1910, cercetătorul rus I. B. Shushkevich a compilat una dintre primele clasificări rusești ale cristalelor de gheață care cădeau, ținând cont de condițiile meteorologice însoțitoare. Câteva decenii mai târziu, acest sistem a fost rafinat de glaciologul sovietic Boris Veinberg [12] .

O contribuție semnificativă la studiul fulgilor de zăpadă a fost adusă de fizicianul și naturalistul japonez Ukishiro Nakaya de la Universitatea din Hokkaido din Sapporo . Și-a început cercetările în 1932 și după câțiva ani de muncă a reușit să reproducă aproape orice configurație de gheață în laboratorul său. A studiat peste 3.000 de fotografii cu fulgi de zăpadă naturali, iar pe baza acestora a propus o clasificare a cristalelor de gheață care cădeau în 40 de categorii morfologice. Rezultatele sale au fost rezumate și sistematizate sub forma așa-numitei diagrame Nakaya, care a legat temperatura și umiditatea aerului de proprietățile formelor observate de fulgi de zăpadă. Datorită diagramei Nakaya, a devenit posibilă deducerea condițiilor din atmosfera superioară, observând morfologia cristalelor de gheață care cădeau de acolo. În lumina descoperirilor sale, Nakaya s-a referit adesea la fulgii de zăpadă drept „scrisori din cer” [16] .

În 1940, inventatorul american autodidact Vincent Schaefer a dezvoltat o tehnică de fixare a amprentelor de cristale de gheață pe suprafața unei pelicule subțiri de plastic . Un amestec de dicloroetan și polivinilcromal a fost ales ca material principal pentru acest film [15] . Această abordare l-a interesat pe un alt cercetător american - chimistul Irving Langmuir , care în 1946 l-a atras pe întreprinzătorul Schaefer în funcția de asistent. În timpul experimentelor și observațiilor cu aerosoli de apă suprarăciți în congelator, s-a descoperit că este posibil să se controleze condensul umidității folosind gheață carbonică și alți reactivi chimici. Această descoperire a dus la apariția unor metode moderne de influențare a norilor și de control al vremii [17] .

În 1949, pe baza ideilor lui W. Nakaya, a fost creată și adoptată o clasificare internațională a formelor particulelor de gheață de origine atmosferică, care includea peste 40 de forme și configurații de fulgi de zăpadă [2] .

Cercetătorul sovietic F. Ya. Klinov în anii 40-50 ai secolului al XX-lea a efectuat un studiu complex al morfologiei cristalelor de gheață observate folosind baloane radiosonde legate în zona orașului Verhoiansk . Pe lângă parametrii particulelor de gheață, au fost înregistrate condițiile hidrotermale din timpul formării lor și tipul de tulbureală [12] .

În 1966, meteorologii K. Magono și K. Lee au propus un sistem de clasificare care standardiza diferitele forme de particule de gheață și zăpadă observate, atribuindu-le coduri speciale [18] . La fel ca Nakaya, acești cercetători au subliniat zonele de prevalență statistică a diferitelor tipuri de particule prin temperatură și suprasaturarea relativă a vaporilor de apă în atmosfera superioară [19] .

Fenomene înrudite

Cristalele de zăpadă atrag multă atenție oamenilor obișnuiți și oamenilor de știință în legătură cu influența lor asupra formării unor fenomene optice specifice care sunt adesea observate în stratul de suprafață al atmosferei. Dintre aceste fenomene, nu se pot nu menționa cunoscutii stâlpi solari , halo , parhelion și anteliu , care pot fi însoțiți de un întreg complex de efecte secundare mai puțin pronunțate. Apariția lor pe cer este asociată cu refracția luminii solare pe fețele plate ale particulelor de gheață, în timpul creșterii cărora se formează unghiuri strict definite între diferitele elemente ale structurii cristalului de gheață [20] [21] .

În cultură și conștiința de masă

Istoria contemplării estetice a cristalelor de gheață datează de câteva zeci de secole. Primul care a atras atenția asupra imuabilității simetriei pe șase laturi a particulelor de gheață a fost gânditorul chinez Han Yun în 135. În urma lui, oamenii de știință și scriitorii chinezi au menționat adesea acest fapt în scrierile lor. Și-a găsit drum și în poezia clasică chineză, de exemplu într-una dintre poeziile care datează din secolul al VI-lea [22] . În viziunea despre lume a chinezilor antici, cristalele de zăpadă aparțineau elementului Yin . Natura și simetria lor hexagonală au fost identificate cu simbolismul tradițional pentru cultura chineză, dar nu s-a făcut o singură încercare de a da măcar o explicație fenomenelor observate [23] .

Grecii antici și gânditorii din Orientul arab timpuriu nu au lăsat nicio mențiune despre fulgi de zăpadă în documentele lor [24] . Cel mai probabil, acest lucru se datorează pur și simplu faptului că gheața atmosferică este un fenomen extrem de rar în climatul mediteranean [25] .

Multe secole mai târziu, mințile iluminate ale Europei medievale au acordat atenție particulelor de zăpadă din atmosferă . Primul dintre acestea cunoscut a fost teologul german Albertus Magnus , care în jurul anului 1260 a lăsat referiri la cristale de gheață în formă de stea care cad doar în februarie și martie [25] . Episcopul scandinav Olaf Magnus a descris ciudatenia fulgilor de nea în cartea sa, care a fost publicată la Roma în 1555. Pe lângă cuvinte, a lăsat urmașilor săi o gravură în lemn cu imagini cu douăzeci și trei de fulgi de nea, care aveau forme și contururi extrem de ciudate. Istoricitatea acestei dovezi este îndoielnică [22] , întrucât maestrul gravor care a realizat acest tablou, aparent, nu a prins sensul instrucțiunilor autorului sau și-a pierdut schițele [26] .

Progresul tehnologic și-a făcut propriile ajustări la percepția frumuseților zăpezii. Naturalistul englez Robert Hooke din secolul al XVII-lea a fost șocat de imperfecțiunea particulelor de gheață sub microscop și, odată cu creșterea măririi optice a dispozitivului său, abundența defectelor vizibile de pe suprafața lor a crescut. Robert Hooke nu a îndrăznit să sugereze că creația creată după planul Atotputernicului ar putea fi cel puțin oarecum imperfectă și a atribuit toate defectele vizibile călătoriei lungi a unui fulg de zăpadă din cer pe pământ [27] . Într-un context mai general, Hooke a raționat într-o manieră similară cu linia filozofică a lui Joseph Glanville și John Locke . În conformitate cu aceste idei, incapacitatea de a vedea adevărata frumusețe și adevărata esență a providenței lui Dumnezeu provine din deficiențele percepției umane, care s-au degradat în momentul căderii . Adică, orice greșeală a cercetătorilor naturii este rezultatul distorsionării organelor lor de simț, care și-au pierdut posibilitățile stabilite de Creator din cauza predispoziției umane la păcat [28] .

În arta orientală, motivul fulgilor de nea, cu simetria lor tipică, s-a strecurat printre lucrările vizuale ale artistului japonez Utagawa Kunisada . Se crede că a fost inspirat din desenele de zăpadă publicate în 1832 de omul de stat japonez Toshitsura Doi.[29] . Semnificația observațiilor lui Toshitsura Doi provine din faptul că la momentul publicării lucrării sale, știința japoneză era la început [13] .

În secolul 21, în Marea Britanie a apărut termenul peiorativ „ generație fulgi de nea ” , care a început să fie folosit zilnic în relație cu generația mai tânără (cel mai adesea studenți), a cărei perioadă de creștere a căzut în anii 2010. Subliniind sensibilitatea lor sporită și incapacitatea de a face față dificultăților cotidiene, această expresie a început să fie folosită ca instrument în discuțiile politice. Este folosit mai ales des în comentariile politice populiste sau de dreapta [30] .

În argoul afro-american , cuvântul englezesc „fulg de zăpadă” ( în engleză  fulg de zăpadă ) denotă orice reprezentant al rasei albe și are o conotație ofensivă. În acest sens, circulă adesea în filme și seriale de televiziune [31] . Are același sens argotic în engleza britanică [32] . În schimb, în ​​argoul engleză americană , conceptul de „fulg de zăpadă” ( în engleză  fulg de zăpadă ) se referă adesea la cocaină [32] .

Există mai multe caractere fulgi de zăpadă în Unicode : U+2744 ❄ fulg de zăpadă , U+2745 ❅ fulg de nea trifoliat strâns , U+2746 ❆ fulg de zăpadă chevron greu [33] .

Note

  1. ↑ Singh, 2011 , Structura de cristal de zăpadă, p. 1038.
  2. ↑ 1 2 Golubev, 2013 , p. 54.
  3. ↑ 1 2 3 4 Hromov, Mamontova, 1974 , Snezhinka, p. 427.
  4. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Microstructura norilor și precipitații formate din particule de gheață, p. 40.
  5. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Formă, dimensiuni, densitate în vrac și concentrație numerică a cristalelor de zăpadă, p. 40, 41.
  6. ↑ 1 2 Kotlyakov, 1984 , Snezhinka, p. 407.
  7. ↑ Singh, 2011 , Gheață, p. 558.
  8. ↑ 1 2 Pruppacher, Klett, 2004 , Microstructura norilor și precipitații formate din particule de gheață, p. 39.
  9. ↑ Singh, 2011 , Gheață, p. 557.
  10. ↑ Tverskoy, 1962 , Precipitații din nori înghețați și amestecați, p. 444, 445.
  11. ↑ 1 2 3 Despre fulgi de zăpadă Copie de arhivă din 4 iunie 2020 la Centrul Hidrometeorologic Wayback Machine din Rusia
  12. ↑ 1 2 3 Golubev, 2013 , p. 53.
  13. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , Early observations of snow crystals, p. 525.
  14. ↑ N. A. Petukhova Andrey Andreevich Sigson Copie de arhivă din 27 octombrie 2020 la Wayback Machine Yarkipedia, 2016
  15. ↑ 1 2 Chimie și viață, 1961 , p. 77-78.
  16. ↑ Singh, 2011 , Gheață, p. 559.
  17. ↑ Keene, 2018 , Războiul vremii, p. 151.
  18. ↑ Wang, 2013 , Clasificarea Magono–Lee, p. 59.
  19. ↑ Golubev, 2013 , p. 57.
  20. ↑ Tape, 1994 , Halos from Plate Crystals, p. 3-7.
  21. ↑ Tape, 1994 , The Role of Sun Elevation, p. 58-60.
  22. ↑ 1 2 Libbrecht, Wing, 2015 , Vizionarea fulgilor de zăpadă, p. 19.
  23. ↑ Liou și Yang, 2016 , Câteva perspective istorice, p. 30, 31.
  24. ↑ Liou și Yang, 2016 , Câteva perspective istorice, p. 31.
  25. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , Early observations of snow crystals, p. 524.
  26. ↑ Noble și Gottesman, 2001 , Notă.
  27. ^ Wragge -Morley, 2020 , Robert Hooke and the Ruins of Snowflake, p. 86.
  28. ^ Wragge -Morley, 2020 , Robert Hooke and the Ruins of Snowflake, p. 84.
  29. ↑ Libbrecht, Wing, 2015 , Privirea fulgilor de zăpadă, p. 22.
  30. ↑ Creasy, Corby, 2019 , Fulgi de zăpadă, p. 38.39.
  31. ↑ Widawski, 2015 , fulg de nea, p. 255.
  32. ↑ 1 2 Datzell și Victor, 2006 , fulg de nea, p. 1807.
  33. ↑ Simbol fulg de zăpadă - Lasă textul să zădărească Arhivat 3 noiembrie 2020 pe Wayback Machine fsymbols.com

Surse

Link -uri

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii
În cataloagele bibliografice