Hópehely

A hópehely  egy különálló hó- vagy jégkristály , amely a felhőkből csapadék formájában hullik, töredékektől néhány milliméterig terjedő méretű. A légkörben való képződésük a levegőből származó vízgőz kondenzációs és kristályosodási folyamataihoz kapcsolódik. A légkörben lévő jégkristályok formáinak modern nemzetközi osztályozása, amelyet 1949-ben fogadtak el, több mint 40 fő típusú hópelyhet azonosít. A hópelyhek leggyakoribb formái a dendritek , a csillagok, a lemezek és az oszlopok, amelyek alján hatsugaras szimmetria van. A jégrészecskék mérete megnövekedhet a túlhűtött víz részecskéivel való ütközés következtében , majd a folyékony fázis megfagyhat a jég felszínén, vagy összetett aggregátumokat alkothatnak ütközés és összetapadás következtében.

A hópelyhek esztétikai tulajdonságaik, összetett geometriai formáik és szimmetriatulajdonságaik miatt évszázadok óta felkeltik a laikusok kíváncsiságát és a tudományos közösség akadémiai érdeklődését is [1] . 1885-ben Wilson Bentley , az amerikai lelkes fotós könyvet adott ki több mint 5000 hópelyhek képével.

Általános információk

A légkörben lévő jégkristályok formáinak modern nemzetközi osztályozása, amelyet 1949-ben fogadtak el, a hópelyhek több mint 40 fő típusát azonosítja [2] .

A hópelyhek térbeli méretei átlagosan a milliméter töredékétől a több milliméterig terjednek [3] . Általában jóval kisebbek, mint 2 centiméter, de a tudományos irodalomban vannak olyan hópelyhek, amelyek meghaladják ezt az értéket [4] . Általános szabály, hogy a környezeti hőmérséklet emelkedésével és a szélerősség csökkenésével a hópelyhek mérete általában megnő [3] . A kristálytani szempontból hatalmasnak tűnő hópehely konfigurációk egyetlen alapformán alapulnak, mégpedig egy hatszögletű hasábon , melynek oldallapjai (0001) és alaplapjai (10 1 0) típusúak. A (10 1 2), (11 2 0) típusú kristálylapok - a kétszögletű szerkezet oldallapja és (10 1 1) - a piramis oldallapja metastabilak, és rendkívül ritka esetekben figyelhetők meg [5] .

Nyugodt légkörben a hópelyhek lehullásának sebessége átlagosan körülbelül egy méter másodpercenként, jellemzően másodpercenként egy tized és két méter között változik. Ez az érték alapvetően a levegő hőmérsékletétől és a jégkristályok aerodinamikai tulajdonságaitól függ. A légkörből történő kicsapódás során a hópelyhek folyamatosan átalakulnak a koaguláció, granulálás és fagyás következtében. Hajlamosak magukra gyűjteni a túlhűtött nedvességet, összezáródnak és megfagynak, hópelyhek képződésével együtt . A föld felszínére hullásuk után a hótakaró erős változáson mennek keresztül [3] [6] .

Formáció

Kialakulásuk során a hópelyhek különféle geometriai formákat ölthetnek. A hópelyhek legelterjedtebb formái a dendritek , csillagok, lemezek és oszlopok, amelyek alján hatnyaláb szimmetria van (a gerendák közötti 60°-os szög a jégben lévő vízmolekulák által alkotott hatszögletű szerkezethez kapcsolódik) [ 3 ] [ 6] .

A növekvő kristály jégfelületét mindig vékony folyadékfilm borítja, amelyet kvázi-folyékony rétegnek neveznek. Ez a jelenség sok kristályos anyag felületén fellépő felületi olvadással kapcsolatos, és az elsőrendű fázisátalakulás egyik fajtája . A felület olvadása a szilárd jég olvadáspontja alatti hőmérsékleten következik be, mivel a vízmolekulák gyengébb kötései vannak a kristály felszínén, mint a kristály mélységében. Ez a hatás határozza meg a kémiai reakciók előfordulásának feltételeit a jég felszínén, a növekedési folyamatokat, valamint számos más légköri jelenséget [7] .

A hópelyhek megjelenése a légköri levegőben különböző tényezők kombinációjának összetett hatása alatt következik be [8] . A tiszta kristályok növekedése a vízgőz -molekulák jégfelületen történő lerakódásának köszönhető. A növekvő jégkristály hatoldalú szimmetriája az úgynevezett normál hatszögletű jég Ih nevét és jelölését adta . Az Ih jégkristályrács a legfontosabb és leggyakrabban előforduló, de csak egy lehetséges módosulás a jégnek a legalább 13 másik közül, amelyeket valaha is megfigyeltek a levegő hőmérsékletének és légköri nyomásának különböző kombinációinál [9] . Vegyes és jeges felhőkben a jég szublimációs növekedését a tipikus körülmények –40 °C-ig terjedő hőmérsékleten ösztönzik, amikor a vízgőznyomás a víz feletti telítettségnek felel meg, de nem a jég felett. Az így létrejövő jég feletti túltelítettség elérheti a több tíz százalékot, ami elindítja az összes rendelkezésre álló nedvesség desztillációját a folyékony fázisból a szilárd fázisba. Ez különösen –12,5 °C körüli hőmérsékleten észrevehető [10] .

Ezenkívül a jégrészecskék mérete megnőhet a túlhűtött víz részecskéivel való ütközés következtében, amit a folyékony fázis jégfelületen történő megfagyása követ. A szilárd részecskék növekedésének egy másik típusa az aggregáció, amikor egymáshoz ütköznek és egymáshoz tapadnak, összetett kompozit aggregátumokat képezve [8] .

Megfigyelés és tanulmányozás története

Úgy tartják, hogy a hópelyheket, mint kristályos objektumokat először Johannes Kepler német matematikus és csillagász írta le 1611-ben A hatszögletű hópelyhekről című értekezésében [11 ] . Ugyanakkor bizonyítékok vannak arra, hogy ebben a vonatkozásban Kepler Tycho Brahe dán csillagász megfigyeléseinek utódja volt , akinek a lehulló hópelyhek vázlatai a mai napig fennmaradtak [12] . 1635-ben a hópelyhek geometriai tulajdonságai felkeltették René Descartes francia természettudós és matematikus érdeklődését . Descartes először fedezte fel a hópehely ritka, tizenkét szirmú formáját, amelynek eredete máig tisztázatlan. 1665-ben Robert Hooke angol feltaláló egy sor hópelyhek megfigyelését végezte mikroszkóp segítségével , és eredményeit rajzok formájában publikálta [11] .

19. század

1820-ban William Scoresby angol felfedező és úttörő megalkotta a hópelyhek világ első szisztematikus osztályozását. Ő lett az első azok közül is, akik felhívták a figyelmet a jégkristályok alakja és a környező levegő hőmérséklete közötti kétségtelen kapcsolatra [13] .

Az 1870-es években nagy mennyiségű hópehely-fotózást készített Andrej Sigson orosz amatőr fotós . Teljesen átadva magát hobbijának, lehűtötte a kezét, és egy speciális légcsatornán keresztül lélegzett, hogy ne sértse meg a törékeny jégkristályokat. A kutatás eredménye az 1872-es Moszkvai Politechnikai Kiállítás ezüstérme és az egészségügyi problémák - az ujjak reumája [11] [14] . Őt követően 1885-ben Wilson Bentley, az amerikai lelkes fotós könyvet adott ki több mint 5000 mikroszkóp alatti fényképezéssel készült képpel [15] .

20. század

1910-ben I. B. Shushkevich orosz kutató összeállította a lehulló jégkristályok egyik első orosz osztályozását, figyelembe véve a kísérő időjárási viszonyokat. Néhány évtizeddel később ezt a rendszert Boris Veinberg szovjet glaciológus finomította [12] .

A hópelyhek tanulmányozásában jelentős mértékben járult hozzá Ukishiro Nakaya japán fizikus és természettudós , a szapporói Hokkaido Egyetemről . Kutatásait 1932-ben kezdte, és több éves munka után szinte bármilyen jégkonfigurációt képes reprodukálni laboratóriumában. Több mint 3000 természetes hópelyhek fényképét tanulmányozta, és ezek alapján javasolta a lehulló jégkristályok 40 morfológiai kategóriába való besorolását. Eredményeit az úgynevezett Nakaya diagram formájában összegezte és rendszerezte, amely a levegő hőmérsékletét és páratartalmát a megfigyelt hópehely alakzatok tulajdonságaihoz kapcsolta. A Nakaya diagramnak köszönhetően az onnan lehulló jégkristályok morfológiájának megfigyelésével lehetővé vált a felső légkör viszonyaira következtetni. Eredményei fényében Nakaya a hópelyheket gyakran úgy emlegette, mint "levelek a mennyből" [16] .

1940-ben egy autodidakta amerikai feltaláló, Vincent Schaefer kifejlesztett egy technikát jégkristály lenyomatok rögzítésére egy vékony műanyag fólia felületén. Ennek a filmnek a fő anyagaként diklór-etán és polivinil -kromál keverékét választották [15] . Ez a megközelítés érdekelt egy másik amerikai kutatót , Irving Langmuir vegyészt , aki 1946-ban a vállalkozó szellemű Schaefert asszisztense pozíciójába csábította. A fagyasztóban végzett túlhűtött víz aeroszol kísérletei és megfigyelései során kiderült, hogy szárazjég és más kémiai reagensek segítségével szabályozható a nedvesség lecsapódása. Ez a felfedezés vezetett a felhők befolyásolására és az időjárás szabályozására szolgáló modern módszerek megjelenéséhez [17] .

1949-ben W. Nakaya ötletei alapján létrehozták és elfogadták a légköri eredetű jégrészecskék formáinak nemzetközi osztályozását, amely a hópelyhek több mint 40 formáját és konfigurációját foglalta magában [2] .

F. Ya. Klinov szovjet kutató a 20. század 40-50-es éveiben komplex vizsgálatot végzett a megfigyelt jégkristályok morfológiájával kapcsolatban, rögzített rádiószonda ballonok segítségével Verhojanszk város területén. A jégrészecskék paraméterei mellett rögzítettük a keletkezésük során kialakuló hidrotermális viszonyokat és a felhőzet típusát [12] .

1966-ban K. Magono és K. Lee meteorológusok olyan osztályozási rendszert javasoltak, amely szabványosította a megfigyelt jég- és hórészecskék különböző formáit speciális kódok hozzárendelésével [18] . Csakúgy, mint Nakaya, ezek a kutatók felvázolták a különböző típusú részecskék statisztikai előfordulási területeit a hőmérséklet és a felső légkörben lévő vízgőz relatív túltelítettsége alapján [19] .

Kapcsolódó jelenségek

A hókristályok nagy figyelmet keltenek a hétköznapi emberekben és a tudósokban a légkör felszíni rétegében gyakran megfigyelhető speciális optikai jelenségek kialakulására gyakorolt ​​hatásuk kapcsán. E jelenségek között nem szabad megemlíteni a jól ismert naposzlopokat , a halót , a parheliont és az antheliumot , amelyek kevésbé kifejezett mellékhatások egész komplexumával járhatnak. Az égen való előfordulásuk a napfénynek a jégrészecskék lapos felületein történő megtörésével függ össze, melynek növekedése során a jégkristályszerkezet különböző elemei között szigorúan meghatározott szögek alakulnak ki [20] [21] .

A kultúrában és a tömegtudatban

A jégkristályok esztétikai szemlélődésének története több tíz évszázadra nyúlik vissza. Elsőként Han Yun kínai gondolkodó hívta fel a figyelmet a jégrészecskék hatoldalú szimmetriájának megváltoztathatatlanságára 135-ben. Őt követően kínai tudósok és írók gyakran említették ezt a tényt írásaikban. A klasszikus kínai költészetbe is bekerült, például az egyik költeményben, amely a 6. századból származik [22] . Az ókori kínaiak világképében a hókristályok a Yin elemhez tartoztak . Természetüket és hatszögletű szimmetriájukat a kínai kultúrában hagyományos szimbolizmussal azonosították, de egyetlen kísérlet sem történt arra, hogy legalább valamilyen magyarázatot adjon a megfigyelt jelenségekre [23] .

Az ókori görögök és a korai arab kelet gondolkodói nem hagytak említést a hópelyhekről dokumentumaikban [24] . Valószínűleg ennek egyszerűen az az oka, hogy a légköri jég rendkívül ritka jelenség a mediterrán éghajlaton [25] .

Sok évszázaddal később a középkori Európa felvilágosult elméje figyelmet fordított a légkörben lévő hórészecskékre . Ezek közül az első ismert Albertus Magnus német teológus volt , aki 1260 körül hagyott utalást csillag alakú jégkristályokra, amelyek csak februárban és márciusban hullanak le [25] . Olaf Magnus skandináv püspök 1555-ben Rómában megjelent könyvében leírta a hópelyhek furcsaságát. A szavakon kívül egy fametszetet hagyott utódaira huszonhárom hópehely képeivel, amelyeknek rendkívül furcsa formája és körvonala volt. Ennek a bizonyítéknak a történetisége kétséges [22] , mivel a képet készítő metszőmester láthatóan nem értette meg a szerző utasításait, vagy elvesztette vázlatait [26] .

A technológiai fejlődés saját maga módosította a hó szépségeinek érzékelését. A 17. századi angol természettudóst , Robert Hooke -ot megdöbbentette a jégrészecskék tökéletlensége mikroszkóp alatt, és készülékének növekvő optikai nagyításával csak nőtt a felületükön látható hibák száma. Robert Hooke nem merte azt sugallni, hogy a Mindenható terve szerint létrejött alkotás legalább valamelyest tökéletlen lehet, és minden látható hibát a hópehely égből a földig tartó hosszú utazásának tulajdonított [27] . Általánosabb összefüggésben Hooke Joseph Glanville és John Locke filozófiai irányvonalához hasonló módon érvelt . Ezeknek az elképzeléseknek megfelelően az a képtelenség, hogy meglássuk Isten gondviselésének valódi szépségét és valódi lényegét, az emberi felfogás hiányosságaiból fakad, amelyek a bukás idején leépültek . Vagyis a természetkutatók bármilyen tévedése érzékszerveik eltorzulásának következménye, amelyek az emberi bűnre való hajlam miatt elvesztették a Teremtő által lefektetett lehetőségeket [28] .

A keleti művészetben a hópelyhek motívuma, jellegzetes szimmetriájával átsuhant Utagawa Kunisada japán művész vizuális alkotásain . Feltételezhető, hogy Toshitsura Doi japán államférfi 1832-ben megjelent hórajzai ihlették.[29] . Toshitsura Doi megfigyeléseinek jelentősége abból fakad, hogy munkája publikálása idején a japán tudomány még gyerekcipőben járt [13] .

A 21. században jelent meg az Egyesült Királyságban a pejoratív „ hópehelygeneráció ” kifejezés , amelyet a fiatalabb generációval (leggyakrabban diákokkal) kapcsolatban kezdtek el mindennap használni, akiknek felnőtté válási időszaka a 2010-es évekre esett. Hangsúlyozva fokozott érzékenységüket és képtelenségüket a mindennapi nehézségekkel szembenézni, ezt a kifejezést a politikai viták eszközeként kezdték használni. Különösen gyakran használják populista vagy jobboldali politikai kommentárokban [30] .

Az afroamerikai szlengben az angol "snowflake" ( angol hópehely ) szó a fehér faj bármely képviselőjét jelöli, és sértő konnotációt hordoz. Ebben az értelemben gyakran forog filmekben és televíziós sorozatokban [31] . Ugyanaz a szleng jelentése a brit angolban [32] . Ezzel szemben az amerikai angol szlengben a "snowflake" ( angol hópehely ) fogalma gyakran kokainra utal [32] .   

A Unicode -ban több hópehely karakter is található : U+2744 ❄ hópehely , U+2745 ❅ feszes háromlevelű hópehely , U+2746 ❆ nehéz chevron hópehely [33] .

Jegyzetek

  1. ↑ Singh, 2011 , Snow Crystal Structure, p. 1038.
  2. ↑ 1 2 Golubev, 2013 , p. 54.
  3. ↑ 1 2 3 4 Khromov, Mamontova, 1974 , Snezhinka, p. 427.
  4. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , Jégrészecskékből álló felhők és csapadék mikroszerkezete, p. 40.
  5. ↑ Pruppacher, Klett, 2004 , A hókristályok alakja, méretei, térfogatsűrűsége és számkoncentrációja, p. 40, 41.
  6. ↑ 1 2 Kotljakov, 1984 , Snezhinka, p. 407.
  7. ↑ Singh, 2011 , Jég, p. 558.
  8. ↑ 1 2 Pruppacher, Klett, 2004 , Jégrészecskékből álló felhők és csapadék mikroszerkezete, p. 39.
  9. ↑ Singh, 2011 , Jég, p. 557.
  10. ↑ Tverskoy, 1962 , Csapadék jeges és vegyes felhőkből, p. 444, 445.
  11. ↑ 1 2 3 A hópelyhekről 2020. június 4-i archív másolat az oroszországi Wayback Machine Hidrometeorológiai Központban
  12. ↑ 1 2 3 Golubev, 2013 , p. 53.
  13. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , A hókristályok korai megfigyelései, p. 525.
  14. ↑ N. A. Petukhova Andrey Andreevich Sigson 2020. október 27-i archív példány a Wayback Machine Yarkipedia-nál, 2016
  15. ↑ 1 2 Kémia és Élet, 1961 , p. 77-78.
  16. ↑ Singh, 2011 , Jég, p. 559.
  17. ↑ Keene, 2018 , Időjárási háborúk, p. 151.
  18. ↑ Wang, 2013 , Magono–Lee osztályozás, p. 59.
  19. ↑ Golubev, 2013 , p. 57.
  20. ↑ Szalag, 1994 , Halos from Plate Crystals, p. 3-7.
  21. ↑ Szalag, 1994 , The Role of Sun Elevation, p. 58-60.
  22. ↑ 1 2 Libbrecht, Szárny, 2015 , Hópehelyfigyelés, p. 19.
  23. ↑ Liou és Yang, 2016 , Néhány történelmi perspektíva, p. 30, 31.
  24. ↑ Liou és Yang, 2016 , Néhány történelmi perspektíva, p. 31.
  25. ↑ 1 2 Hobbs, 1974 , A hókristályok korai megfigyelései, p. 524.
  26. ↑ Noble és Gottesman, 2001 , Megjegyzés.
  27. ↑ Wragge-Morley, 2020 , Robert Hooke és a hópehely romjai, p. 86.
  28. ↑ Wragge-Morley, 2020 , Robert Hooke és a hópehely romjai, p. 84.
  29. ↑ Libbrecht, Szárny, 2015 , Hópehelyfigyelés, p. 22.
  30. ↑ Creasy, Corby, 2019 , Hópelyhek, p. 38.39.
  31. ↑ Widawski, 2015 , hópehely, p. 255.
  32. ↑ 1 2 Datzell és Victor, 2006 , hópehely, p. 1807.
  33. ↑ Hópehely szimbólum – Legyen a szöveg hó Archíválva : 2020. november 3., a Wayback Machine fsymbols.com oldalán

Források

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban