دانه‌های برف چطور ساخته می‌شوند؟

اول صبح؛ چگونه کریستال‌های یخی شناور در آسمان به برفی تبدیل می‌شوند که زمین را می‌پوشاند؟ همه چیز از ابرها آغاز می‌شود. زمانی که هوای نزدیک به سطح زمین بالا می‌آید ابرها تشکیل می‌شوند. این زمانی رخ می‌دهد که نور خورشید زمین و هوای نزدیک به آن را گرم می‌کند درست مانند خورشید که می‌تواند صورت شما را در یک روز سرد زمستانی گرم کند. هوای کمی گرم‌تر با بالا آمدن خنک می‌شود و بخار آب موجود در آن هوای بالا رفته متراکم شده و آب مایع یا یخ آب را تشکیل می‌دهد که از آن ابر متولد می‌شود.

مسیرهای بی‌پایان

هنگامی که دمای زمین به شدت زیر صفر است ابرها عمدتا از آب به شکل یخ ساخته می‌شوند. در دمای صفر درجه سانتیگراد مولکول‌های آب منجمد به شکل شش ضلعی یا شش وجهی کریستالی نظم و ترتیب پیدا می‌کنند. وقتی کریستال‌های یخ رشد می‌کنند و روی هم جمع می‌شوند به قدری سنگین خواهند شد که نمی‌توانند در هوا باقی بمانند. آن کریستال‌های یخ با کمک گرانش شروع به سقوط از ابرها می‌کنند.

شکل ظاهری این بلورهای یخ پس از رسیدن به زمین به دما و رطوبت جو بستگی دارد. با افزایش رطوبت یا افزایش مقدار بخار آب در ابر برخی از کریستال‌های یخ بازوهای پیچیده را در شش گوشه خود رشد می‌دهند. این فرآیند انشعاب چیزی را ایجاد می‌کند که ما به عنوان دانه‌های برف می‌شناسیم. هیچ دو کریستال یخی مسیر یکسانی را در یک ابر طی نمی‌کنند. در عوض، هر کریستال یخ هنگام عبور از ابر چه بالا و چه پایین دما و رطوبت متفاوتی را تجربه می‌کند. شرایط همواره در حال تغییر همراه با تعداد نامتناهی مسیرهایی که کریستال‌ها می‌توانند طی کنند منجر به یک تاریخچه رشد منحصر بفرد و شکل کریستالی برای هر دانه برف می‌شود. به همین دلیل است که احتمالا این ضرب المثل را شنیده‌اید: «هیچ دانه برفی دقیقا شبیه دانه برف دیگر نیست».

بسیاری از اوقات این تفاوت‌ها با چشم غیر مسلح قابل مشاهده هستند. گاهی اوقات یک میکروسکوپ برای تشخیص آن‌ها لازم است. در هر صورت، دانشمندانی که درباره ابرها و برف‌ها به بررسی و پژوهش می‌پردازند می‌توانند دانه‌های برف را بررسی کنند و در نهایت مسیری را که از میان ابر طی کرده تا روی دست شما بیفتد درک نمایند.

آب مایع به مثابه چسب

زمانی که برف از آسمان می‌بارد معمولا کریستال‌های یخ جداگانه را نمی‌بینید بلکه توده‌هایی از کریستال‌ها را می‌بینید که به هم چسبیده اند. یکی از راه‌هایی که کریستال‌های یخ جمع می‌شوند از طریق سازوکاری است که «درهم تنیده شدن مکانیکی» نامیده می‌شود. هنگامی که کریستال‌های یخ به یکدیگر برخورد می‌کنند کریستال‌هایی با شاخه‌ها و بازوهای پیچیده در هم تنیده می‌شوند و به دیگران می‌چسبند. این سازوکار فرآیند اصلی چسبندگی در شرایط سردتر و خشک‌تر است چیزی که بسیاری آن را «برف خشک» می‌نامند. نتیجه آن برفی است که برای اسکی مناسب می‌باشد و به راحتی توسط باد جمع می‌شود، اما وقتی به شکل یک گلوله برفی در می‌آید روی هم نمی‌ماند.

راه دوم برای چسبیدن کریستال‌های یخ به یکدیگر آن است که ان‌ها را قدری گرم کنید. هنگامی که کریستال‌های یخ در ناحیه‌ای از ابر یا اتمسفر می‌افتند که دمای آن کمی بالاتر از نقطه انجماد است لبه‌های بلورها شروع به ذوب شدن می‌کنند. صرفا قدری آب مایع به کریستال‌های یخی که به یکدیگر برخورد می‌کنند اجازه می‌دهد تا تقریبا مانند چسب به یکدیگر بچسبند. نتیجه آن توده‌های بزرگی از کریستال‌های یخ است که از آسمان می‌افتند چیزی که ما آن را «برف مرطوب» می‌نامیم که برای برخورد به شیب‌ها ایده آل نیست، اما برای ساخت یک آدم برفی عالی است.

برف تشکیل شده در ابرها معمولا فقط در زمستان به زمین می‌رسد، اما تقریبا همه ابرها بدون توجه به زمان سال یا مکانی که در آن قرار دارند حاوی مقداری یخ هستند. این موضوع حتی برای ابرهای مناطق گرمسیری نیز صادق می‌باشد، زیرا جو بالای ما بسیار سردتر است و حتی در گرم‌ترین روزها می‌تواند به دمای زیر صفر برسد. در واقع، دانشمندانی که مسائل آب و هوایی را بررسی می‌کنند دریافته‌اند که ابرهای حاوی یخ نسبت به ابرهایی که اصلاً یخ ندارند باران بیش‌تری تولید می‌کنند.