O sněhových vločkách

Sněhové vločky jako přísně tvarované krystaly poprvé popsal německý astronom Johannes Kepler ve svém díle „O šestiúhelníkových vločkách“ (1611).

V roce 1635 se francouzský filozof, matematik a přírodovědec René Descartes začal zajímat o tvar sněhových vloček a napsal pojednání „Esej o meteorech“. Descartes byl první, kdo našel a popsal poměrně vzácnou dvanácticípou sněhovou vločku. Dosud není jasné, za jakých podmínek vzniká.

V roce 1665 Robert Hooke pomocí mikroskopu viděl a publikoval mnoho kreseb sněhových vloček různých tvarů.

Wilson „Snowflake“ Bentley (1865-1931) byl americký farmář, který fotografoval sněhové krystaly. V 15 letech dostal darem mikroskop, o tři roky později na něj připevnil fotoaparát a v roce 1885 po mnoha pokusech a omylech získal první úspěšnou fotografii sněhové vločky pod mikroskopem. Dělal to čtyřicet šest let a pořídil více než 5000 unikátních fotografií. V roce 1898 vydal Bentley svou půlstoletí starou práci o sněhových krystalech. Tato práce ukázala, že je nemožné najít dvě naprosto identické sněhové vločky – sněhová mozaika může být tvořena obrovským množstvím způsobů. „Zjistil jsem, že sněhové vločky jsou úžasným ztělesněním krásy,“ napsal Bentley, „a zdálo se mi škoda, že tuto krásu ostatní neuvidí a neocení. Každý krystal představoval nádherný vzor a žádný vzor se neopakoval dvakrát. Když sněhová vločka roztála, vzor navždy zmizel. Bylo to, jako by krása navždy odcházela beze stopy.“

V Rusku neměl Wilson Bentley ani následovníka, ale předchůdce Andrei Sigsona (1840-1907). O fotografii se začal zajímat ve věku 14-15 let a následně pracoval jako fotograf v Ufě a později v Rybinsku, kde obyvatelé považovali Sigsonovy mikrofotografické aktivity za maličkosti, které mu bránily vydělávat na portrétních fotografiích.

Sigson byl prvním ruským fotografem, který fotil sněhové vločky a pořídil asi dvě stě takových fotografií. Pro pořízení snímku byla sněhová vločka umístěna pod mikroskop s 15 až 24násobným zvětšením. Aby předmět neroztavil, musel si ochladit ruce a dýchat hadičkou, která odváděla vzduch do strany (fotografovi se nakonec objevilo revma v prstech). Sigsonovy fotografie získaly uznání na mnoha ruských i mezinárodních výstavách – od Polytechnické výstavy 1872 v Moskvě (kde autor obdržel stříbrnou medaili za první výsledky v oblasti mikrofotografie) až po pařížskou světovou výstavu 1900 (zlatá medaile). Sigson obdržel objednávky od univerzit v Německu, Francii, Anglii, Itálii a Španělsku, jeho fotografie sněhových vloček obdržely kyjevské, petrohradské a moskevské univerzity a hlavní fyzikální observatoř; Sigsonovy fotografie skončily v různých vědeckých pracích a v „encyklopedickém slovníku“ Brockhause a Efrona.

Je známo několik klasifikací sněhových krystalů. V roce 1951 navrhla Komise pro sníh a led Mezinárodní asociace hydrologických věd klasifikaci rozlišující sedm hlavních forem krystalů:

• – záznamy,
• – hvězdné krystaly,
• – sloupce nebo sloupce,
• – jehly,
• – prostorové dendrity,
• – sloupce s tipy
• – nepravidelné tvary.

A další tři druhy pevných srážek: jemné sněhové pelety, ledové pelety a kroupy.

Existuje také podrobnější klasifikace, ve které je každý z těchto typů rozdělen do několika typů a poddruhů.

Když padají sněhové krystaly, může se jim stát mnoho věcí – částečné tání, srážky mezi sebou i s kapkami vody. To je důvod, proč jsou nejběžnější krystaly nepravidelné krystaly, které nemají snadno identifikovatelný tvar. Někdy jsou krystaly kombinací několika tvarů.

Profesor Ukihiro Nakaya z Hokkaidské univerzity jako první navrhl, že velikost a tvar sněhových vloček závisí na teplotě a vlhkosti, a tuto hypotézu potvrdil experimentálně pěstováním ledových krystalů různých tvarů v laboratoři.

Jak teploty klesají, sněhové vločky se obvykle zmenšují. Mění se i tvar sněhových vloček: od krásných pravidelných hvězd po talíře a nepravidelné sloupce.

Molekuly vody v ledovém krystalu tvoří hexagonální mřížku. Na obrázku níže jsou červené koule atomy kyslíku s atomy vodíku mezi nimi. Šestinásobná symetrie sněhových vloček pochází z krystalové mřížky ledu – mezi paprsky krystalu jsou možné úhly pouze 60° a 120°. Každá molekula H₂0 je obklopena čtyřmi nejbližšími molekulami, umístěnými ve stejných vzdálenostech od ní a umístěnými ve vrcholech pravidelného čtyřstěnu.

Jaký je důvod plochého tvaru sněhových vloček? Základní tvar krystalického sněhu je šestiboký hranol, který zahrnuje dvě šestihranné „základní“ plochy a šest obdélníkových ploch. Na bočních hranách je stav povrchu sněhové vločky energeticky nevyrovnanější než na „základních“ plochých plochách krystalu. Díky tomu je v rozích větší pravděpodobnost vzniku nových vazeb molekul mezi sebou. Proto sněhové vločky „raději“ nerostou v tloušťce, ale v šířce v jedné rovině (na rozdíl od sněhových vloček nemají kroupy tak pravidelnou krystalovou mřížku, protože kroupy se tvoří, když zamrznou dešťové kapky, a ne z vodní páry).

Časem napadaný sníh vlivem vlastní váhy, teploty a větru částečně ztrácí svou primární strukturu. Čím déle sníh leží, tím více je zhutněný, tím méně v něm zůstává původních ledových krystalků. Starý sníh ztrácí svou původní strukturu a přeměňuje se ve více či méně velká zrna. Zároveň se mění i hustota sněhu. U suchého sněhu je to 10–20 kg/m3, u mokrého sněhu 100–300 kg/m3. Hustota starého sněhu je 200–600 kg/m3.

Když se sněhová vločka rozbije, vydává zvuk, který je pro naše uši neslyšitelný. Pokud se najednou rozbije mnoho sněhových vloček, uslyšíte tento zvuk – není to nic jiného než vrzání sněhu pod nohama. V mrazech se sněhové vločky stávají tvrdšími a křehčími, takže křupání sněhu je slyšet až při velmi mínusových teplotách.

Pamatujte si to, až bude sněžit.