Почему снежинки такой формы? Все просто! Вот:
Молекула H2O — это тетраэдр, в центре которого находится кислород, а на двух вершинах — протоны водорода, которые задействуются при образовании связи с кислородом. Две свободные вершины заняты парой электронов кислорода, не участвующих в образовании внутримолекулярных связей. В узлах кристаллической решетки атомы кислорода упорядочены и образуют правильные шестиугольники, а вот атомы водорода занимают произвольные положения вдоль связей.
Поскольку, вследствие анизотропии кристалла, замерзание происходит неравномерно, все снежинки выглядят по разному. Но так как кристалл льда имеет три оси второго порядка, снежинка может быть только шестиугольной.
Если вы ничего не поняли из этого объяснения — не волнуйтесь. Мы его тоже не поняли, просто процитировали учебник. Чтобы понять, почему снежинка имеет такую форму, вернемся к молекуле воды. Она представляет собой треугольник:
Кристаллы льда же имеют форму шестигранника, который состоит из вышеупомянутых треугольников:
Этот самый первый кристаллик — будущая снежинка. Дальнейший его/её рост будет происходить за счет присоединения новых молекул водяного пара к кристаллику.
Хотя порядок присоединения новых молекул хаотичный, в конечном итоге они выстраиваются в шестигранники, такие же, как и наш первый кристаллик.
Далее у снежинки начнут расти ответвления. Как именно они буду выглядеть зависит от температуры, влажности, давления и кучи других факторов. Кристаллики присоединяются друг к другу всегда гранью и никогда углом, поэтому луч снежинки всегда будет шестиугольным.
От луча могут отходить ветки, но они всегда будут расти под углом 60° или 120°.
Это была идеальная снежинка. В реальности, огромное скопление «веток», которые прирастают в хаотичном порядке, делает каждую снежинку уникальной. Поэтому снежинки могут выглядеть так:
Или так:
Или так:
И даже так (когда «сцепляются» две снежинки, получается 12-лучевая снежинка):
Ходят слухи, что есть треугольные снежинки:
На самом деле, это те же шестиугольные снежинки, у которых часть сторон короче других.
Зависимость формы снежинок от внешних условий
Существует упрощенная статистика зависимости формы снежинок от температуры. Она основана на многолетних наблюдениях ученых:
0..-3°С: плоские шестиугольники
-4..5°С: игольчатые кристаллы
-6..-8°С: столбики-призмы
-9..-12°С: снова плоские шестиугольники
-13..-16°С: снежинки-звездочки
>16°C: снежинки любых форм, в том числе очень сложных
И все же предсказать форму снежинок более точно невозможно — слишком много факторов влияют на это. Моделирование процесса создания снежинок невозможно, поскольку пришлось бы моделировать каждый отдельный случай. Считается, что каждая новая снежинка не похожа на уже созданную.
Снежные хлопья и цветной снег
Снежинки также могут сцепляться друг с другом (как на рисунке выше), образуя сложные многоугольные снежные хлопья. Порой эти хлопья бывают рекордных размеров — в Сербии как-то выпал снег с диаметром хлопьев до 30 см! Было это зимой 1971 года. Но чаще всего их размер не превышает 1-2 см.
Бывает также цветной снег — мелкие частички пыли попадают в облака, окрашивая снежинки в желтый, красноватый или бурый цвет. Бывает это в местностях, расположенных недалеко от пустынь, где бушуют песчаные бури. К слову, снег иногда выпадает и в самых пустынях, радуя местных жителей разнообразием и красотой снежинок.