برف

برف, قطرات یخ زده باران نیست این قطرات یخ زده یا تگرگ, الگوی پیچیده و منظم دانه های برف را ندارند بلورهای برف از تراکم مستقیم بخار آب به یخ تشکیل می شوند که فرآیندی است که در ابرها روی می دهد الگوی زیبای دانه های برف با رشد کریستال به وجود می آید

● دانه های برف چه هستند؟

دانه های برف کریستالهایی از یخ هستند. کریستال یا بلور ماده ای است که مولکولهای سازنده آن به شیوه خاصی آرایش یافته اند که به آن شبکه بلوری می گویند. مولکولهای آب در یخ، شبکه ای شش گوشه تشکیل می دهند که عکس آنها را در این جا می بینید. هر گلوله قرمز نماینده یک اتم اکسیژن است و هر میله خاکستری یک اتم هیدروژن را نشان می دهد.

در ازای هر اکسیژن دو هیدروژن وجود دارد که همان ساختمان معمول H۲O است.

البته باید توجه کرد که برف، قطرات یخ زده باران نیست. این قطرات یخ زده یا تگرگ، الگوی پیچیده و منظم دانه های برف را ندارند. بلورهای برف از تراکم مستقیم بخار آب به یخ تشکیل می شوند که فرآیندی است که در ابرها روی می دهد. الگوی زیبای دانه های برف با رشد کریستال به وجود می آید.

● بلورهای برف چه شکلی دارند؟

شکل پایه و اصلی بلورهای برف، منشور شش گوشه ای است که در شکل زیر می بینید:

این شکل به این دلیل رخ می دهد که بعضی سطوح بلور، که به آن وجوه رشد می گویند بسیار به آهستگی رشد می کنند.

منشور شش گوشه، دو وجه قاعده شش گوشه و ۶ وجه مستطیلی دارد که در شکل می بینیم. بنابراین اگر این منشور بخواهد رشد کند دو راه برایش وجود دارد: از راه قاعده و یا از راه وجه های جانبی و در اثر رشد شکلهای صفحه مانند یا ستون، مانند پدید خواهند آمد. اینکه کدام یک از شکلهای پدید بیایند و بلور برای رشد کدام راه را انتخاب کند، به سرعت رشد هر سطح بستگی دارد.

بعضی دانه های برف همین منشورهای شش گونه ساده هستند اما اکثر آنها شکلهای پیچیده تری دارند. یعنی انواع متفاوتی از بلور وجود دارد. حالا باید دید که تحت چه شرایطی انواع مختلف بلور پدید می آید؟ این نکته کلیدی در درک بلورهای برف است. اگر سعی کنیم که این بلورها را در آزمایشگاه و تحت شرایط معین درست کنیم، می فهمیم که شکلهای متفاوت به دما و درجه رطوبت موجود در محیط رشد بلور، بستگی دارد. این رفتار را در " نمودار مورفولوژی " می بینیم که نشان می دهد که تحت شرایط مختلف، شکل بلور چگونه خواهد بود.

شکل بلور بیش از هر چیز به دما بستگی دارد. در حوالی دمای ۲- درجه سانتی گراد شکل صفحه ای بلورها به شکل ستونی تبدیل می شود و دوباره در نزدیکی ۱۵- درجه سانتی گراد دوباره به شکل صفحه ای می رسیم و با رسیدن به دمای ۳۰- درجه شکل بلورها مخلوطی از صفحه ای و ستونی است.

با دقت بیشتر متوجه می شویم که در رطوبت پایین، بلورهای برف شکلهای ساده تری دارند و در رطوبتهای بیشتر به سمت شکلهای پیچیده تر می روند. دو شکل حدی یعنی سوزنهای باریک و دراز و صفحه های پهن نازک که در دمای ۵- و ۱۵- رخ می دهند، هر دو در شرایط رطوبت نسبتاً بالا پدید می آیند.

اگر می خواهید بیشتر و دقیقتر موضوع را دنبال کنید، اینجا را ببینید.

اما چه باور کنید و چه نه، ما هنوز نمی دانیم چرا در دماهای مختلف، سرعت رشدهای مختلف به وجود می آید و دقیقا چه رابطه ای بین آنها برقرار است. باورتان می شود دانه هایی به این کوچکی چنان فیزیک عمیق و پیچیده ای دارند که هنوز رازهایش برای ما گشوده نشده است!

●● طبقه بندی دانه های برف

هر چند هیچ دو دانه برفی به هم شباهت ندارند، می توان اشکال آنها را به چند دسته تقسیم کرد.

● اشکال اصلی دانه های برف عبارتند از:

۱- دندریت های ستاره مانند

کلمه دندریت به معنی "درخت مانند"، ظاهر چند شاخه این بلورهای برف را توضیح می دهد.

دندریتهای ستاره مانند، شش شاخه متقارن اصلی دارند که شاخه های فرعی بسیاری روی آنها قرار گرفته است. این کریستالها قطری در حدود ۵ میلی لیتر یا بیشتر دارند اما در هر حال کاملاً مسطح هستند و ضخامتشان کمتر از ۱/۰ میلی متر است.

۲- صفحات چند بخشی

بعضی از دانه های برف شیارهایی دارند که صفحه بلور آنها را، بخش بخش کرده است و برای همین به آنها صفحات چند بخشی می گویند. این بلور ها هم مانند دندریت های ستاره ای مسطح و نازک هستند و اشکال بسیار پیچیده و متفاوتی دارند.

۳- ستونهای توخالی

هر وقت از دانه های برف حرف می زنیم، همه به یاد اشکال صفحه ای می افتند، در حالیکه بخش اعظم هر بارش برفی را بلورهای ستونی تشکیل می دهند. این ستونهای تو خالی شش گوش، شکلی شبیه به مداد دارند و سر و ته آنها مخروطهای تو خالی، درست مانند نوک تیز مداد قرار گرفته است.

۴- سوزنی ها

اگر بلورهای ستونی بسیار دراز و باریک بشوند، به سوزن شباهت پیدا می کنند. این سوزنها گاهی دارای نواحی تو خالی هستند و گاهی هم در انتهایشان بلور سوزنی شکل دیگری جوانه زده است.

۵- دندریتهای فضایی

این بلورها نه صفحه ای هستند و نه ستونی، بلکه از تعدادی بلور یخ تشکیل شده اند که به هم چسبیده اند. هر شاخه آن به یکی از بازوهای بلور ستاره ای شباهت دارد اما جهت قرار گرفتن شاخه ها نامرتب و تصادفی است.

۶- ستونهای دردار

این بلورها ابتدا به صورت ستونی رشد می کنند؛ اما در نیمه راه تغییر روش می دهند و به رشد صفحه ای می پردازند. این اتفاق زمانی روی می دهد که بلور وارد ناحیه ای با دمای متفاوت می شود.

۷- بلورهای حباب دار

دانه های برف در ابرها پدید می آیند که خود آنها از قطرات کوچک آب تشکیل شده اند. این قطرات آب در بلورهای برف منجمد می شوند و حبابهایی درست می کنند که شکلشان را در این تصاویر می بینید.

۸- بلورهای نامنظم

دانه های برف در ابرهای آشفته سرگذشت سختی دارند و برای همین شکسته، بدشکل و از شکل افتاده به زمین می رسند. بارشهای گرم، به خصوص هنگامی که باد سخت در آن ها می وزد، بیشترین مقدار بلورهای نامنظم را همراه دارند.

● برف در آزمایشگاه

شاید شما هم از خود پرسیده باشید که چطور می توان این دانه های زیبای برف را به طور مصنوعی ساخت؟ آیا می توانیم طرحهایی به زیبایی طبیعت و حتی منظم تر از آن به وجود بیاوریم؟ در واقع در آزمایشگاه با وجود شرایط کنترل شده می توانیم به این هدف دست پیدا کنیم.

این کار را با "اتافک نفوذ" شروع کنیم. این دستگاه یک جعبه عایق است که ته آن را سرد (مثلاً حدود ۴۰- درجه) و بالای آن را گرم (مثلاً حدود ۴۰درجه) نگه می داریم. یک منبع آب را هم در بالای جعبه قرار می دهیم و بخار آب به درون جعبه نفوذ می کند و هوا را کاملاً اشباع می کند. اگر از زیر اتاقک یک سیم هم وارد کنیم، بلورهای یخ روی آن رشد می کنند. با اعمال کردن ولتاژ بالا مثلاً حدود ۲۰۰۰ ولت می توانیم به بازده بالایی دست پیدا کنیم.

اگر با حوصله باشیم می توانیم در فاصله های زمانی منظم از بلور در حال رشد عکس بگیریم و به این ترتیب، یک فیلم درست کنیم. چند نمونه از این فیلم ها را می توانید در اینجا ببینید.

اما شاید بخواهید خودتان هم برف بسازید. خوب دست به کار شوید! ساده، ارزان و بامزه است!

●● خودتان برف بسازید

● مواد لازم:

کمی یخ خشک

یک بطری کوچک نوشابه پلاستیکی

چهار سوزن بلند

یک گیره کاغذ

۳ لیوان بزرگ آبمیوه ( از همین لیوانها که از فوم پلی استایرین هستند)

یک تکه اسفنج

یک سوزن خیاطی بزرگ

چند حوله کاغذی

▪ قدم اول: بعد از شستن و خشک کردن بطری نوشابه، حدود یک و نیم سانت پایین تر از ته بطری را با چاقوی تیز ببرید. وسط ته بطری را با استفاده از سوزن خیاطی سوراخ کنید و چهار سوراخ هم در اطراف ته بطری درست کنید.

درون بطری اسفنج گرد را جای دهید و با چهار سوزن که از سوراخها رد می کنید، آن را در جایش محکم کنید.

▪ قدم دوم: نخ نایلونی نازک را از سوراخ سوزن وارد کنید و سوزن را درون سوراخ ته بطری و اسفنج فرو کنید. مجموعه را با چسب محکم کنید. انتهای دیگر را گره بزنید که بتوانید گیره کاغذ را نگه دارد. وقتی بطری را کامل و وارونه کردیم، این خط باید آزادانه درست مثل تصویر آویزان باشد.

▪ قدم سوم: بطری را مانند شکل وارونه درون ۳ لیوان قرار دهید. بین دیواره های بطری و لبه بالایی لیوانها باید حدود ۵/۲ سانتی متر فاصله باشد.

▪ قدم چهارم: در اتاقکتان یعنی ( ته بطری + اسفنج) را بردارید، اسنفج را با آب بشر خیس کنید و سرجایش بگذارید.

▪ قدم پنجم: حالا نوبت سرد کردن اتافک است. این کار را باید با یخ خشک انجام دهید. یخ خشک، قالبهای منجمد دی اکسید کربن است. کارکردن با آن آسان ولی بی خطر است اما چون دمای آن حدود ۶۰- درجه است، برای کار کردن با آن به دستکش احتیاج دارید. یخ خشک را درون دو پلاستیک بریزید و با چکش خرد کنید. یخ خشک نرمتر از یخ معمولی است و به آسانی خرد می شود. با قاشق آنها را دور اتاقک بریزید و لیوانها را تا لب پر کنید.

▪ قدم ششم: حالا تماشا کنید! بعد از ۵ تا ۱۰ دقیقه در انتهاب نخ بلور پدید می آید و بعد از ۲۰ دقیقه بلور بسیار زیبایی خواهید داشت. اگر از ذره بین استفاده کنید، خیلی بهتر است.

---