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

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....

Пятница 13-е: почему обычная дата превратилась в мировой символ неудач

Сегодня пятница, 13 ноября. Для большинства это просто конец рабочей недели, но есть люди, которые в такую дату предпочитают не начинать важных дел, не отправляться в путешествия и даже не...

JVC 9501: Как японский радиогигант 1976 года создавал магнитолы для работы за «железным занавесом»

В августе 1976 года японская фирма Victor Company of Japan наладила сборку переносной магнитолы JVC 9501 массой 4,6 кг и габаритами 24,6 см в высоту на 37,4 см в ширину. Базовая модель...

Обзор беговой дорожки Genau Nordic 75: как три минуты ходьбы оказались тяжелее двадцатиминутной тренировки

Бегать по утрам нравится далеко не всем, особенно когда за окном дождь или холодно. С домашней беговой дорожкой все проще: заниматься можно в любое удобное время. Genau Nordic 75 позволяет...

Обзор Rapoo VT0 Max – флагманская начинка в ультралегком исполнении

Минимальная масса при бескомпромиссной аппаратной мощи — именно так сейчас выглядит золотой стандарт для манипуляторов, ориентированных на киберспорт. Наш сегодняшний гость, Rapoo VT0...

✦ ИИ  Колтуны у собаки после мокрого снега: почему влажная шерсть спутывается быстрее

После прогулки по мокрому снегу собака может выглядеть почти чистой. На шерсти нет репейника, веток или заметной грязи, поэтому хозяин вытирает лапы и ждёт, пока остальное высохнет само. На...