¿Todos los copos de nieve del mundo tienen la misma forma?
La forma básica de los copos de nieve es hexagonal, pero casi no hay dos copos de nieve idénticos en la naturaleza, al igual que no hay dos personas idénticas en la Tierra. Muchos estudiosos han observado miles de copos de nieve con microscopios. Estos estudios finalmente han demostrado que en la naturaleza no se pueden formar copos de nieve con exactamente la misma forma y tamaño y con una simetría completa en cada parte.
Entre los copos de nieve que han sido observados por la gente, por muy regulares y simétricos que sean los copos de nieve, también hay deformidades. ¿Por qué se deforman los copos de nieve? Porque el contenido de vapor de agua en la atmósfera alrededor del copo de nieve no puede ser el mismo en todas las direcciones, mientras haya una ligera diferencia, el lado con mayor contenido de vapor de agua siempre crecerá más rápido.
Hay muchos coleccionistas de patrones de copos de nieve en el mundo. Coleccionan todo tipo de fotografías de copos de nieve como coleccionistas de sellos. Hubo un estadounidense llamado Bentley que dedicó su vida a tomar casi 6.000 fotografías. Sigshan, entusiasta de la fotografía soviética, también fue fotógrafo de fotografías de copos de nieve. Sus extáticas obras son utilizadas a menudo por artistas industriales como modelos para patrones estructurales. El japonés Ukichiro Nakatani y sus colegas trabajaron duro durante veinte años en una cámara fría del laboratorio de la Universidad de Hokkaido, Japón, y en una tienda de campaña en los campos nevados del norte de Japón, fotografiando y estudiando miles de copos de nieve.
Sin embargo, aunque las formas de los copos de nieve vienen en todas las formas y tamaños, siguen siendo las mismas, razón por la cual los científicos pueden resumirlos en las siete formas mencionadas anteriormente. Entre estas siete formas, los copos de nieve hexagonales y los cristales de nieve prismáticos hexagonales son las formas más básicas de copos de nieve, y las otras cinco son solo el desarrollo, la metamorfosis o la combinación de estas dos formas básicas.
Ya en la dinastía Han Occidental a. C., "Han Shi Wai Zhuan" señaló: "Cada planta y árbol tiene cinco flores, pero los copos de nieve sólo tienen seis". Pero bajo diferentes circunstancias, puede mostrar diversas formas.
Hay muchos coleccionistas de patrones de copos de nieve en el mundo, y coleccionan varios patrones de copos de nieve. Alguien pasó toda su vida tomando miles de fotografías de copos de nieve y descubrió que había casi 6.000 tipos diferentes de copos de nieve. Sin embargo, antes de morir, pensó que se trataba sólo de una pequeña cantidad de copos de nieve que la naturaleza había caído en sus manos. Tanto es así que algunos dicen que no hay dos copos de nieve que tengan exactamente el mismo tamaño y forma.
¿Por qué las formas básicas de los copos de nieve son escamas y columnas hexagonales?
Esto está relacionado con el hábito cristalino de la sublimación y cristalización del vapor de agua. Los copos de nieve formados por la condensación de vapor de agua y el hielo congelado por agua natural pertenecen al sistema cristalino hexagonal. Nos sentimos fácilmente atraídos por el cristal puro y transparente del museo. Tanto los cristales como los cristales de hielo son cristales hexagonales, pero los cristales son cristales de dióxido de silicio (SiO2), mientras que los cristales de hielo son cristales de agua (H2O).
El sistema cristalino hexagonal tiene cuatro ejes cristalográficos, de los cuales tres ejes auxiliares están en un plano base y se cruzan entre sí en un ángulo de 60º. El cuarto eje (eje principal del cristal) y los tres ejes auxiliares forman. La base es vertical. El representante más típico del sistema cristalino hexagonal tiene una geometría similar a un cilindro hexagonal regular. Cuando el vapor de agua se desublima y cristaliza, si el eje principal del cristal se desarrolla más lentamente que los otros tres ejes auxiliares y es muy corto, entonces el cristal formará una escama; si el eje principal del cristal se desarrolla rápidamente y se extiende mucho, entonces se formará el cristal; una forma columnar. La razón por la que los copos de nieve son generalmente hexagonales es porque la tasa de crecimiento de los cristales a lo largo del eje principal del cristal es mucho más lenta que a lo largo de los tres ejes auxiliares.
Varias formas de copos de nieve
Para un copo de nieve hexagonal, debido a sus diferentes curvaturas de superficie (convexa, plana y cóncava), la presión de vapor de agua saturado en cada superficie también es diferente. , se genera un gradiente mutuo de densidad de vapor de agua, lo que provoca una transferencia direccional de vapor de agua. La dirección de transferencia del vapor de agua es superficie convexa → plano → superficie cóncava, es decir, se mueve desde la superficie con gran curvatura a la superficie con pequeña curvatura. Las seis esquinas de un copo de nieve hexagonal tienen la curvatura más grande, seguidas por las superficies planas en los bordes y la curvatura más pequeña en el centro. De esta manera, los copos de nieve hexagonales siempre están en el proceso de migración direccional del vapor de agua. Dado que el vapor de agua de los bordes y las esquinas se transporta hacia los bordes y el centro, el grado de saturación del vapor de agua cerca de los bordes y las esquinas disminuye, lo que da como resultado la sublimación. A medida que la parte central recibe un flujo constante de vapor de agua, la superficie del hielo alcanza la saturación, lo que resulta en la sublimación. Este proceso de sublimación y cristalización continúa y los copos de nieve hexagonales evolucionan gradualmente hasta convertirse en cristales de nieve con forma de prisma hexagonal. (Diagrama esquemático de la migración del vapor de agua sobre los copos de nieve: fig42)
Esta es una situación ideal suponiendo que no se transporta vapor de agua desde el exterior. De hecho, las cosas están estrechamente relacionadas con el entorno que las rodea y siempre hay más o menos vapor de agua en el aire. Si el aire circundante introduce menos vapor de agua, lo que no es suficiente para que los bordes y esquinas de los copos de nieve transporten vapor de agua al centro, entonces continuará el proceso de desarrollo de los copos de nieve hasta formar cristales de nieve columnares. En latitudes altas y regiones polares, donde la temperatura es muy baja y hay poco vapor de agua, suelen caer cristales de nieve en forma de columnas por este motivo.
Cuando el nivel de saturación de vapor de agua en el aire es alto se produce otra situación. En este momento, el aire circundante transporta continuamente vapor de agua a los copos de nieve, lo que hace que los copos de nieve se sublimen rápidamente. La sublimación reduce la densidad del vapor de agua en la capa de aire que rodea los copos de nieve, lo que a su vez promueve el transporte de vapor de agua desde la capa exterior hacia el interior. De esta forma, los copos de nieve crecen rápidamente. Cuando el vapor de agua se transporta rápidamente a los copos de nieve, las seis esquinas del vértice son las más afectadas y el gradiente de densidad del vapor de agua es el mayor. El vapor de agua que no tiene tiempo de transportarse al interior del copo de nieve se condensa y cristaliza en las esquinas superiores, en este momento aparecerán algunas protuberancias y ramas en las esquinas superiores; Cuando estas ramas crezcan hasta cierto punto, se ramificarán nuevamente.
Las ramas secundarias mantienen un ángulo de 60° con la rama principal, formando así un copo de nieve en forma de estrella de seis puntas.
Cuando hace buen tiempo, en las montañas o en las regiones polares, también se pueden ver una especie de agujas de hielo, que brillan como gemas, las gente las llama polvo de diamante. Hay dos situaciones para el crecimiento de agujas de hielo: una es el resultado de la cristalización espontánea del vapor de agua en condiciones de frío severo (por debajo de -30°C) cuando la humedad es muy baja, y la otra es el resultado de la cristalización espontánea del agua. vapor cuando la temperatura es alta (alrededor de -5°C) y la humedad es alta. El producto de un crecimiento particularmente rápido en el ángulo superior donde se encuentra uno de los ejes auxiliares del copo de nieve es el desarrollo anormal del copo de nieve.
Después de que se forman varios cristales de copos de nieve en el cielo, cuando su diámetro alcanza las 50 micras, pueden superar la flotabilidad del aire y comenzar a realizar un movimiento evidente hacia abajo, continuando creciendo y cambiando mientras caen elegantemente. Como resultado, los copos de nieve se presentan en una amplia variedad de formas.
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