Nauka o pahuljama

Nešto poput posebne discipline posvećenoj pahuljama ne postoji, ali možemo posmatrati ovu pojavu sa stanovišta hemije, kristalografije, matematike i meteorologije. Kada se pomenute nauke ukrste, otkrivaju se glaciologija i nauka o kriosferi, koje proučavaju sve pojave koje su povezane sa ledom, a ne samo pahuljice.

Po definiciji, karakterističan za zimski period godine na severnoj polulopti planete, sneg nas vrlo često iznenadi. Snežni pokrivač obraduje decu, a one koji se staraju o čistoći grada ili imaju poteškoće u kretanju, ne baš.

SASTAV PAHULJE

Pahulja je, po hemijskom sastavu, voda u čvrstom stanju, u obliku najraznovrsnijih kristala. Dobro je poznato da molekul vode čine dva atoma vodonika i jedan atom kiseonika, ali njihovi izotopi mogu biti u najrazličitijim kombinacijama. Potrebno je najmanje 90 molekula vode da nastane pahulja.

SVAKA PAHULJA JE JEDINSTVENA ILI IPAK NIJE?

Kristalografija, disciplina koja je pomogla da se razluči struktura DNK, otkriva raspored atoma u kristalima uz pomoć difrakcije X-zraka. Pahulje su za ovu analizu savršene, u čvrstom su stanju i u obliku kristala. Samo treba održati temperaturu u kojoj se sneg analizira odgovarajućom.

U poslednjih 90 godina, naučnici su došli do 121 kategorije oblika pahulja na opštem, srednjem i osnovnom nivou, a lista kategorija stalno raste. Ako bismo se zadržali na srednjem nivou, izdvaja se osam grupacija oblika pahulja:

stubni kristali
planarni kristali
kombinacija stubnih i planarnih kristala
agregacija kristala
obrubljeni snežni kristali
klice kristala leda
nepravilne čestice snega
ostale čvrste padavine

Iako se dugo smatralo da je svaka pahulja jedinstvenog oblika, nova istraživanja pokazuju da je moguće predvideti oblik pahulje. Ono što u snežnom kristalu ostaje jedinstveno je izotopski sastav vodonika i kiseonika u molekulima vode.

ŽIVOTNI CIKLUS SNEŽNOG KRISTALA

Pahulja nastaje izdvajanjem kristala leda oblika perle na čestici prašine u atmosferi. Led je topliji od svoje okoline i ta razlika u temperaturi leda i okolnog vazduha utiče na oblik pahulje.

Perlice leda dalje razvijaju iglice u jednoj ravni, ali šest pravaca, radi efikasnog odavanja toplote. Na kraju tih iglica su takođe perle leda koje nastavljaju da rastu, opet u obliku iglica i dalje od centra. Samo, umesto šest iglica, kristal se razvija u tri dostupna pravca. Ovaj proces traje do trenutka kada se izjednače toplota kristala pahulje i okoline.

Da nema razlike u vremenskim uslovima, sve pahulje bi po ovom principu bile iste. Ipak, različite kombinacije temperature i relativne vlažnosti vazduha čine da se pahulje menjaju.

Postoji nekoliko uočenih pravilnosti:

najrazgranatije ili najpahuljastije pahulje nastaju pri velikoj temperaturnoj razlici između pahuljice i okoline – pahulje su oštre i brzo rastu
pahulje u obliku sitnih perli bez izraženih iglica nastaju kada je temperatura vazduha malo ispod nule
“veći komadi”, odnosno pahulje kao listovi, nastaju kada se snežni kristali međusobno udaraju i lepe za druge
“oštećene” pahulje nastaju pri jakim snežnim olujama

Ovo sve čini da makroskopski izgled pahulja dosta varira i doprinosi uverenju da su sve pahulje jedinstvene.

Poznavanjem svih varijabli u sistemu jednog fenomena omogućava razvijanje matematičkih modela i predviđanje mogućih ishoda, čak i komplikovanijih pojava od padanja snega.

PODACI IZ ISTORIJE KOJE NOSE PAHULJE

Mada ne deluju večno, pahulje, odnosno višeslojni sneg iz davnih prošlih vremena na delovima planete koji su dugo pod ledom, otkrivaju mnoge informacije o prošlosti.

Odnos izotopa kiseonika u molekulima vode otkriva temperaturu koja je vladala kada je pahulja pala. Osim toga, zarobljeni mehurovi vazduha u večnom ledu odražavaju tadašnju količinu ugljen-dioksida, što je još jedna potvrda o visini temperature.

Čestica prašine ili polena potrebna da nastane prva perla leda takođe nosi informacije o poreklu.