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

Сейчас на главной

Новости

Публикации

A4TECH Bloody MS76 Plus — обзор механической клавиатуры с горячей заменой магнитных свитчей и частотой опроса 8000 Гц

Сегодня на обзоре обновленная модель MS76 Plus от A4Tech Bloody. У нее также съемные магнитные свитчи и весь список заведенных функций этих переключателей, что и у MS76. В основе расширенного...

Самый массовый обман аудиотехники 90-х: почему магнитолы из Китая с наклейкой «500 Вт» играли не громче советской «Весны»

В начале 1990-х годов на постсоветский рынок хлынул поток массовой электроники из Юго-Восточной Азии. Среди прочего появились компактные кассетные магнитолы и музыкальные центры, на корпусах...

✦ ИИ  Можно ли вычислить человека по IP-адресу и узнать, где он живёт на самом деле

В интернете регулярно появляются истории о том, как неизвестный собеседник вычислил человека по IP-адресу, узнал его домашний адрес и даже определил, в какой квартире он находится. Иногда такие...

Куда сходить в Москве в ноябре: выставки и мероприятия, которые не стоит игнорировать

Год уже близится к финалу, но музеи и галереи Москвы продолжают радовать новыми открытиями. К 160-летию Льва Бакста - новый проект Третьяковской галереи Несколько дней назад в Инженерном...

Хищную улитку завезли на Гавайи для борьбы с гигантской африканской — вредитель остался, а местные улитки начали исчезать

В 1955 году на Гавайях решили бороться с одним чужеродным видом при помощи другого. Гигантская африканская улитка Lissachatina fulica уже почти два десятилетия размножалась в садах и на плантациях,...

Что такое тяжёлая вода и что произойдёт, если человек её выпьет

На вид тяжёлая вода ничем не отличается от обычной. Она прозрачная, без характерного запаха, но литр такой жидкости весит примерно на 100 граммов больше. Замерзает она не при нуле, а при +3,8 °C....