Великолепие снежинок: как ученые исследуют их хрупкую красоту

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Они падают с неба миллиардами, но две одинаковые найти почти невозможно. Снежинка — это не просто зимняя игрушка природы, а крошечный архив климата и даже след живых организмов. Физика, химия и биология вместе раскрывают её тайную жизнь — куда более сложную, чем кажется с первого взгляда.

Геометрия из холода

Ещё в XIX веке метеоролог Уилсон Бентли, вооружившись примитивным микроскопом, сделал тысячи фотографий снежинок и первым показал миру их разнообразие. Сегодня мы знаем, что форма снежинки зависит от температуры и влажности воздуха: при -2 °C преобладают плоские шестиугольные пластинки, при -15 °C — изящные «звёзды», а при других условиях — иглы или столбики.

Снежинки на фотографиях Уилсона Бентли
Снежинки на фотографиях Уилсона Бентли
Автор: Wilson Bentley

Современные лаборатории воспроизводят эти процессы искусственно. Например, группа исследователя Кеннета Либбрехта (Caltech) десятилетиями изучает рост снежинок в камерах с контролируемой температурой. Их работы показали: малейшее изменение условий заставляет кристалл менять траекторию роста, и именно это делает каждую снежинку уникальной.

Изучение снежинок в лаборатории, вольная интерпретация
Изучение снежинок в лаборатории, вольная интерпретация
Автор: ИИ Gemini Источник: gemini.google.com

Биология в сердце кристалла

Менее очевидная часть истории — то, что в формировании снежинок участвует биология. Вода в облаках редко замерзает сама по себе: нужны «затравки» — микрочастицы, на которых кристалл начинает расти. Ими могут быть пылинки, соли — и даже бактерии.

Учёные обнаружили, что некоторые виды бактерий (например, Pseudomonas syringae) обладают белками, которые ускоряют замерзание воды. В 2008 году исследователи Университета штата Монтана показали, что эти бактерии часто встречаются в высоких слоях атмосферы и становятся ядрами кристаллизации. Так биология напрямую влияет на физику облаков и даже на погоду.

Затравка из микрочастиц Pseudomonas syringae, вольная интерпретация
Затравка из микрочастиц Pseudomonas syringae, вольная интерпретация
Автор: ИИ Gemini Источник: gemini.google.com

Снежинка как архив климата

В каждой снежинке заключена история атмосферы в момент её рождения. Когда снежинки тысячелетиями накапливаются и уплотняются в ледники, они превращаются в лёд, в котором сохраняются пузырьки древнего воздуха.

Ледяные керны из Антарктиды и Гренландии позволяют восстановить состав атмосферы за сотни тысяч лет. Так, проект EPICA (European Project for Ice Coring in Antarctica) показал колебания концентрации CO₂ за последние 800 000 лет и их связь с глобальными изменениями климата. И всё это — благодаря миллиардам «замороженных снежинок».

Зачем это нужно

На первый взгляд снежинка — просто красивая деталь зимы. Но в действительности она является частью гораздо более сложной системы.

Климатология. Рождение снежинок связано с процессами внутри облаков: именно кристаллы льда задают, когда и сколько выпадет осадков. От того, какие они будут — пушистые «звёздочки» или плотные иглы, — зависит количество отражённого солнечного света и даже энергетический баланс планеты. Поэтому изучение снежинок помогает уточнять климатические модели и предсказывать будущее потепление.

Биология атмосферы. Многие снежинки появляются благодаря бактериям и другим микрочастицам, которые запускают замерзание капель. Это открытие буквально переписало наше понимание круговорота воды: оказалось, что живые организмы участвуют в формировании облаков и могут влиять на погоду.

Материаловедение. Законы роста снежинок интересны не только метеорологам. Инженеры используют аналогичные механизмы, чтобы создавать новые материалы с необычными кристаллическими структурами — прочные, но лёгкие, или проводящие электричество особым образом.

Вместо послесловия

Каждая снежинка — это маленький эксперимент природы. В ней переплетаются физика фазовых переходов, химия примесей и биология микроорганизмов. Наука учит нас видеть в хрупком кристалле не только красоту, но и подсказку о том, как работает наша планета.

Изображение в превью:
Автор: Carmen Keuper
Источник: unsplash.com

0 комментариев

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как небольшой Тайвань стал мировым центром производства чипов

Компания может разработать процессор, годами продавать его под своим именем и при этом не иметь ни одного завода, способного его изготовить. За производством она обратится к специализированной...

✦ ИИ  Зачем в мороженое добавляют воздух

В шарике мороженого воздуха может быть примерно половина объёма — его вводят туда специально. Пузырьки участвуют в создании привычной лёгкой текстуры, поэтому их присутствие само по себе...

Покадровая съемка электронов впервые показала, как свет вызывает квантовые переходы в графене

Скорость работы современной компьютерной техники уперлась в фундаментальное физическое ограничение. Тактовая частота серийных кремниевых процессоров уже два десятилетия держится на уровне...

Ученые вырастили организм, от которого произошла вся сложная жизнь. Внутри него не оказалось органов

Все живые существа на Земле делятся на две принципиально разные группы.К первой относятся бактерии и археи. Их клетки устроены относительно просто: внутри нет изолированных отсеков, а генетический...

Где в мозге находится сознание и почему ученые десятилетиями искали его не там

В каждую секунду глаза передают в мозг огромный объем зрительной информации, но человек осознает лишь малую ее часть. Остальные сигналы обрабатываются без участия сознания. Чтобы понять, чем...

На Галапагосах уничтожили более 140 тысяч одичавших коз — что произошло с островами после их исчезновения

На Галапагосах трудно представить более странного врага гигантской черепахи, чем обычная домашняя коза. Она не охотится на черепах и не разоряет их кладки. Но несколько поколений одичавших животных...