Fulgii de zăpadă se formează în norii reci, unde cristalele de gheață cresc prin depunerea vaporilor de apă pe suprafața lor. Forma lor depinde de structura moleculară a gheții, de temperatură, de umiditate și de schimbările întâlnite în timpul deplasării prin nor. Imaginea unei steluțe cu șase brațe reprezintă doar una dintre formele posibile. Zăpada poate conține cristale plate, coloane, ace sau grupuri de cristale lipite între ele.
Cele șase direcții de creștere pornesc de la organizarea moleculelor de apă în rețeaua cristalină. Detaliile ramurilor apar pe parcurs, pe măsură ce molecule noi se atașează și condițiile din jur se schimbă. Afirmația că nu există doi fulgi la fel trebuie înțeleasă cu grijă. Pentru cristalele mari și complicate, o potrivire exactă este extrem de improbabilă, însă cristalele simple pot arăta aproape identic la microscop.
Cercetătorii au obținut perechi foarte asemănătoare în laborator, crescute în condiții controlate. Asemănarea nu înseamnă însă identitate perfectă până la ultima moleculă. Diversitatea zăpezii vine din combinarea unor reguli comune cu un număr uriaș de variații. De aceea, aceeași ninsoare poate aduce forme diferite, iar aspectul unui cristal oferă indicii despre mediul în care a crescut, fără să permită reconstruirea exactă a întregului său traseu.
Cum începe și cum crește un cristal de zăpadă
Într-un nor rece pot exista atât cristale de gheață, cât și picături de apă suprarăcită. Aceste picături sunt încă lichide, deși temperatura lor este sub zero grade Celsius.
Particulele microscopice din atmosferă pot favoriza apariția unui cristal inițial. După formarea acestuia, moleculele de apă din aer se pot depune direct pe gheață, fără să treacă mai întâi printr-o etapă lichidă.
Creșterea cristalului din vapori este esențială pentru apariția formelor delicate. Nu este suficient să ne imaginăm o picătură de ploaie care îngheață și devine automat o steluță.
Pe măsură ce primește molecule noi, cristalul își mărește dimensiunile. Creșterea poate fi mai rapidă în anumite direcții, în funcție de temperatură și de cantitatea de vapori disponibilă.
Curenții din nor îl pot menține în suspensie sau îl pot deplasa între regiuni cu proprietăți diferite. În tot acest timp, forma continuă să se modifice.
Un cristal care începe simplu poate dezvolta ramuri, iar acestea pot produce ramificații secundare. Dacă ajunge într-un mediu mai uscat sau mai cald, creșterea se poate încetini, iar unele detalii se pot modifica.
În timpul căderii, cristalele se pot ciocni și lipi. Astfel apar fulgii mari, neregulați, pe care îi observăm ușor cu ochiul liber.
Un fulg poate fi un singur cristal sau un agregat de mai multe cristale. Distincția explică de ce zăpada care cade nu seamănă întotdeauna cu imaginile perfect conturate din fotografii.
De ce apar șase brațe și forme atât de diferite
În condițiile obișnuite în care se formează zăpada, moleculele de apă se organizează într-o rețea cristalină cu simetrie hexagonală. Această ordine microscopică se reflectă în forma cristalului.
Un cristal poate începe ca o prismă hexagonală foarte mică. Dacă se dezvoltă mai mult pe anumite fețe, rezultă o placă subțire, o coloană sau alte forme.
La cristalele stelare, ramurile principale cresc în șase direcții. Unghiul dintre direcțiile vecine este de aproximativ 60 de grade.
Simetria generală vine din structura gheții, iar desenul fin depinde de condițiile de creștere. Molecula de apă nu are ea însăși forma unei steluțe cu șase colțuri.
Temperatura influențează felul în care moleculele se atașează pe diferitele fețe ale cristalului. Umiditatea determină cât material este disponibil pentru creștere.
În anumite condiții, cristalele rămân compacte și au margini relativ simple. Când există suficienți vapori și creșterea este rapidă, pot apărea ramificații elaborate.
Printre formele întâlnite se numără următoarele:
- Plăci hexagonale, subțiri și relativ plate.
- Cristale stelare cu ramuri asemănătoare unor crenguțe.
- Coloane și ace.
- Forme combinate, dezvoltate în condiții care s-au schimbat.
În laborator, cristalele stelare spectaculoase se obțin frecvent în apropierea temperaturii de −15°C, în condiții potrivite de umiditate. Aceasta este temperatura mediului în care cresc, nu neapărat temperatura măsurată la sol în timpul ninsorii.
De ce brațele seamănă între ele, dar fulgii diferă
Cele șase brațe ale aceluiași cristal se află foarte aproape unele de altele. Prin urmare, întâlnesc aproximativ aceleași schimbări de temperatură și umiditate, în același timp.
Dacă o anumită schimbare favorizează ramificarea, mai multe brațe pot începe să se ramifice într-un mod asemănător. Nu este nevoie ca brațele să comunice între ele sau să urmeze un desen prestabilit.
Asemănarea lor rezultă din reguli comune și condiții apropiate. Totuși, creșterea fiecărei ramuri are și variații, astfel că simetria perfectă nu este regula pentru toate cristalele.
Unele brațe se dezvoltă mai mult, altele se rup sau întâlnesc obstacole. Multe cristale naturale sunt neregulate, chiar dacă păstrează indicii ale structurii hexagonale.
Două cristale separate au istorii de creștere diferite. Pot petrece durate diferite într-o regiune a norului, pot întâlni alte concentrații de vapori și pot suferi ciocniri distincte.
Diferențele mici se acumulează. Poziția unei ramificații influențează dezvoltarea ulterioară, iar posibilitățile cresc odată cu dimensiunea și complexitatea cristalului.
De aceea, găsirea a două cristale naturale mari, identice în toate detaliile, este extrem de improbabilă. Această explicație se bazează pe mecanismele creșterii și pe numărul foarte mare de configurații posibile.
Pot exista totuși doi fulgi asemănători?
Da, două cristale pot părea aproape identice. Acest lucru este mai ușor de observat la forme simple, precum plăcile hexagonale mici, care au mai puține detalii de comparat.
Afirmația populară despre unicitate depinde de ce înțelegem prin identic. Asemănarea într-o fotografie, potrivirea la microscop și identitatea structurii moleculare sunt criterii diferite.
Nu au fost comparați toți fulgii care au existat vreodată. Prin urmare, formularea prudentă este că o potrivire exactă între cristale naturale complexe este extraordinar de improbabilă, nu că fiecare fulg a fost verificat individual.
Fizicianul Kenneth Libbrecht a crescut în laborator perechi de cristale în condiții aproape identice. Acestea dezvoltă forme foarte asemănătoare, demonstrând cât de puternic influențează mediul rezultatul.
Chiar cercetătorul precizează că perechile respective nu sunt perfect identice. Experimentele arată însă că două cristale pot ajunge la o asemănare vizuală remarcabilă atunci când cresc alături.
Pentru a observa singur diversitatea, poți prinde câțiva fulgi pe un carton închis la culoare, răcit afară. Privește-i cu o lupă înainte să se topească și compară ramurile, marginile și grupurile de cristale.
Zăpada combină aceeași ordine moleculară cu istorii de creștere diferite. Tocmai această combinație explică de ce recunoaștem forma generală a unui cristal, dar descoperim mereu alte detalii când îl privim de aproape.
