Знайоме кожне школяреві твердження, що немає двох однакових сніжинок, неодноразово ставилося під сумнів. Але унікальні дослідження Каліфорнійського технологічного університетузмогли поставити останню крапку у цьому воістину новорічному питанні.
Сніг утворюється, коли мікроскопічні крапліводи у хмарах притягуються до пилових частинок та замерзають.
Кристали льоду, що з'являються при цьому, не перевищують спочатку 0,1 мм в діаметрі, падають вниз і ростуть в результаті конденсації на них вологи з повітря. При цьому утворюються шестикінцеві кристалічні форми.
Через структуру молекул води між променями кристала можливі кути лише 60° і 120°. Основний кристал води має у площині форму правильного шестикутника. На вершинах такого шестикутника потім осідають нові кристали, на них - нові, і так виходять різноманітні формизірочок-сніжинок.
Професор фізики Каліфорнійського університету Кеннет Ліббрехт оприлюднив результати багаторічних досліджень своєї наукової групи. «Якщо ви бачите дві однакові сніжинки– вони однаково різняться!» - стверджує професор.
Ліббрехт довів, що у складі молекул снігу приблизно кожні п'ятсот атомів кисню з масою 16 г/моль припадає один атом з масою 18 г/моль.
Пристрій зв'язків молекули з таким атомом такий, що передбачає незліченну кількість варіантів сполук усередині кристалічної решітки.
Іншими словами – якщо дві сніжинки справді виглядають однаково, то їхню ідентичність ще потрібно перевірити на мікроскопічному рівні.
Вивчення властивостей снігу (і, зокрема, сніжинок) – не дитяча забава. Знання про природу снігу та снігових хмар дуже важливі для дослідження кліматичних змін.
Давайте подивимося, як це можна зробити.
Одна молекула води - це один атом кисню та два атоми водню, пов'язані між собою. Коли заморожені молекули води зв'язуються між собою, кожна молекула отримує близько чотирьох інших прив'язаних молекул: по одній на кожній з тетраедричних вершин над кожною окремою молекулою. Це призводить до того, що молекули води складаються у форму грат: шестикутну (або гексагональну) кристалічні ґрати. Але великі «кубики» льоду, як і відкладення кварцу, надзвичайно рідкісні. Коли ви заглядаєте в найдрібніші масштаби та конфігурації, ви знаходите, що верхні та нижні площини цієї решітки упаковані та пов'язані дуже щільно: ви маєте «плоскі грані» на двох сторонах. Молекули на сторонах, що залишилися, більш відкриті, і додаткові молекули води зв'язуються з ними більш довільно. Зокрема, шестигранні кути мають найбільш слабкі зв'язкитому ми спостерігаємо шестикратну симетрію в зростанні кристалів.
та зростання сніжинки, приватної конфігурації кристала льоду
Нові структури потім ростуть за такими ж симетричними схемами, нарощуючи гексагональні асиметрії після досягнення певного розміру. У великих складних кристалах снігу сотні особливо помітних особливостей, якщо дивитися під мікроскопом. Сотні особливостей серед приблизно 10 19 молекул води, з яких складається звичайна сніжинка, якщо вірити Чарльзу Найту з Національного центруатмосферні дослідження. На кожну з таких функцій є мільйони можливих місць, де можуть утворитися нові гілочки. Скільки може утворити таких нових особливостей сніжинка і при цьому не стати черговою з багатьох?
Щороку в усьому світі падає приблизно 10 15 (квадрилліон) кубометрів снігу на землю, і в кожному кубометрі міститься близько кількох мільярдів (10 9) окремих сніжинок. Оскільки Земля існує близько 4,5 мільярда років, за всю історію на планету впало 10 34 сніжинок. І знаєте, скільки з погляду статистики окремих, унікальних, симетричних особливостей, що гілкуються, могла мати сніжинка і чекати двійника в певний момент історії Землі? Усього п'ять. Тоді як у справжніх великих, природних сніжинок їх зазвичай сотні.
Навіть на рівні одного міліметра у сніжинці можна розглянути недосконалості, які складно продублювати
І тільки на самому приземленому рівні можна помилково розглянути дві однакові сніжинки. І якщо ви готові спуститися на молекулярний рівень, ситуація стане набагато гіршою. Зазвичай у кисні 8 протонів і 8 нейтронів, а атомі водню 1 протон і 0 нейтронів. Але 1 з 500 атомів кисню має 10 нейтронів, в 1 з 5000 атомів водню має 1 нейтрон, а не 0. Навіть якщо ви утворите ідеальні шестикутні кристали снігу, і за всю історію планети Земля нарахували 10 34 кристалів снігу, достатньо буде опуститися до розміру кількох тисяч молекул (менше довжини видимого світла), щоб знайти унікальну структуру, яку планета ніколи не бачила раніше.
Але якщо проігнорувати атомні та молекулярні відмінності та відмовитися від «природного», у вас буде шанс. Дослідник сніжинок Кеннет Ліббрехт із Каліфорнійського технологічного інститутурозробив методику для створення штучних «ідентичних близнюків» сніжинок та фотографує їх за допомогою спеціального мікроскопа під назвою SnowMaster 9000.
Вирощуючи їх пліч-о-пліч у лабораторних умовах, він показав, що можна створити дві сніжинки, які будуть невиразні.
Дві практично ідентичні сніжинки, вирощені в лабораторії Калтеха
Ну майже. Вони будуть невиразні людині, які дивиться на власні очі через мікроскоп, але вони не будуть ідентичні по правді. Як і ідентичні близнюки, вони матимуть багато відмінностей: у них будуть різні місцязв'язки молекул, різні властивостірозгалуження, і що вони більше, то сильніше ці відмінності. Ось чому ці сніжинки дуже маленькі, а мікроскоп потужний: вони схожі, коли менш складні.
Дві майже ідентичні сніжинки, вирощені в лабораторії в Калтесі
Проте багато сніжинок схожі одна на одну. Але якщо ви шукаєте дійсно ідентичні сніжинки на структурному, молекулярному або атомному рівні, природа ніколи вам цього не піднесе. Така кількість можливостей велика як історії Землі, але й історії Всесвіту. Якщо ви хочете знати, скільки вам потрібно планет, щоб отримати дві ідентичні сніжинки за 13,8 мільярдів років історії Всесвіту, відповідь буде близько 10 100000000000000000000000 . Враховуючи, що в Всесвіті, що спостерігається, всього 10 80 атомів, це вкрай малоймовірно. Так що так, сніжинки справді унікальні. І це м'яко кажучи.
Вчені виділяють два варіанти утворення снігових кристалів. У першому випадку водяна пара, занесена вітром на дуже велику висоту, де температура становить близько 40 ° С, може раптово замерзнути, утворивши кристали льоду. У нижньому шарі хмар, де вода замерзає повільніше, кристал створюється навколо маленької порошинки або частинки ґрунту. Цей кристал, яких в одній сніжинці налічується від 2 до 200, має форму шестигранника, тому більшість сніжинок є шестикінцевою зіркою.
«Країна Снігів» - таку поетичну назву вигадали для Тибету його мешканці.
Форма сніжинки залежить від багатьох факторів: температури навколо, вологості, тиску. Тим не менш, виділяють 7 основних видів кристалів: пластинки (якщо температура в хмарі - від -3 до 0 ° С), зірчасті кристали, стовпці (від -8 до -5 ° С), голки, просторові дендрити, стовпці з наконечником і неправильні форми. Примітно, що якщо при падінні сніжинка обертається, то форма її буде ідеально симетричною, а якщо падатиме боком або якось інакше – то ні.
Кристали льоду шестикутні: вони можуть з'єднатися кутом — лише гранню. Тому промені від сніжинки завжди ростуть у шість сторін, а розгалуження від променя може відходити лише під кутом 60 або 120 °.
З 2012 року передостанньої неділі січня відзначається «Всесвітній день снігу». Ініціаторами цього виступила Міжнародна федерація лижного спорту.
Сніжинки здаються білими через ув'язнене повітря: світло різних частотвідображається на гранях між кристалами та розсіюється. Розмір звичайної сніжинки становить близько 5 мм у діаметрі, а маса – 0,004г.
Під час озвучування фільму «Олександр Невський» скрип снігу отримували шляхом стискання змішаного цукру та солі.
Вважається, що двох однакових сніжинок немає. Вперше це було доведено 1885 року, коли американський фермер Вілсон Бентлі зробив перший вдалий знімок сніжинки під мікроскопом. Він присвятив цьому 46 років і зробив понад 5000 фотографій, на основі яких і було підтверджено теорію.
Проектна робота ЧИ БУВАЮТЬ СНІЖИНКИ ОДИННІ Виконав: Макар Жихарєв, 3- клас, ліцей №179, м. Санкт-Петербург. Керівник: Агафонова С.В.
Під час снігопаду ми рідко замислюємося, що звичайні сніжинки можуть продемонструвати дивовижну складність будови, правильність та різноманітність форм. Це добре помітно навіть неозброєним оком, проте якщо розглядати сніжинки у мікроскоп, нам відкриються нові та дуже дивовижні деталі.
ПЛАН МЕТА ДОСЛІДЖЕННЯ: вивчити сніжинки, як дивовижне явищеприроди. ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ: спостереження за сніжинками в природі; вивчення освіти сніжинок; виявлення різноманітності форм сніжинок, причини скрипу снігу; досвідченим шляхом поспостерігати утворення сніжинок; виявити знання учнів про сніжинки;
ГІППОТЕЗА Якщо при таненні сніжинок утворюється вода, сніжинки з'являються з води. Якщо сніжинок так багато, значить у природі має бути велика кількістьоднакових сніжинок.
Предмет дослідження СНІЖИНКИ СНІГ
Що таке СНІЖИНКА - складна симетрична структура, що складається з кристаликів льоду. Сніг утворюється, коли мікроскопічні краплі води у хмарах притягуються до пилових частинок і замерзають. Кристали льоду, що з'являються при цьому, падають вниз і ростуть в результаті конденсації на них вологи з повітря. При цьому утворюються шестикінцеві кристалічні форми. І сніжинка вирушає на землю вже шестикутною зірочкою. ;
ВИВЧЕННЯ СНІЖИНКИ Вілсон А. Бентлі Професор Ліббрехт
ВИВЧЕННЯ СНІЖИНКИ
ЕКСПЕРИМЕНТ 1 Я заморозив крапельки води, але сніжинки не вийшли. А це означає, що сніг не з'являється з крапельок води. Крапельки води можуть стати градинками, грудочками льоду, але не сніжинками.
ЕКСПЕРИМЕНТ 2 У снігопад я вийшов надвір, підставив рукавичку під сніг. На неї впало кілька сніжинок. Я почав розглядати їх у збільшувальне скло. З ніжки добре можна розглянути лише тоді, коли вони падають на долоню. Під дією якоїсь навіть невеликої сили вони ламаються, а отже сніжинки дуже тендітні.
Що ж таке сніжинки
Інтерв'ю Я проводив інтерв'ю серед 25 учнів 3-А класу школи №619, в якій навчається моя подруга. За результатами інтерв'ю - 20 із 25 хлопців стверджують, що сніжинка складається з води; - 24 з 25 хлопців стверджують, що однакові сніжинки бувають;
МІФ про ОДНАКОВІ СНІЖИНКИ
ЦІКАВІ ФАКТИ Про сніжинки
ВИСНОВКИ Працюючи над темою я досяг своєї мети і дізнався дуже багато про сніжинки. У процесі вивчення та дослідження вирішив поставлені мною завдання. На превеликий жаль, мої гіпотези не підтвердилися. Тому ми тепер точно знаємо, як утворюються сніжинки і якими вони бувають.
ДЯКУЮ ЗА УВАГУ!