de Laura Zmaranda şi Adrian Barna
Magia fulgilor de nea este reală. Nu este doar o metaforă. Este suficient să privim cu atenţie arhitectura lor extraordinară ca să înţelegem că viaţa scurtă a fulgilor este un miracol. Cum este posibil ca fiecare fulg de nea să fie unic prin forma şi structura sa? Mai ales că într-o singură iarnă pot cădea din cer un septilion (1 urmat de 24 de zerouri) de fulgi de nea? Cum altfel dacă nu vorbim despre magie.
Un mister care a intrigat mulţi oameni de ştiinţă
Perfecţiunea fulgilor de nea şi mecanismul prin care aceştia iau naştere au fascinat dintotdeauna. Matematicianul şi filosoful francez René Descartes este doar unul dintre oamenii de ştiinţă care s-au întrebat cum este posibilă această perfecţiune a fulgilor de nea şi cine orchestrează acest proces. În 1655, savantul englez Robert Hooke a publicat o carte numită Micrographia, lucrare ce conţine schiţe ale imaginilor cu fulgi pe care i-a văzut la microscop. Fermierul american Wilson Bentley a rămas în istorie ca primul fotograf al fulgilor de zăpadă. Acesta şi-a dedicat cea mai mare parte din viaţă fotografierii fulgilor de nea şi a dezvoltat un procedeu de capturare a lor pe catifea neagră. Astfel imaginile cu fulgii erau surprinse înainte ca aceştia să se topească. Ukichiro Nakaya este un om de ştiinţă cunoscut pentru studiile pe care le-a făcut asupra gheţii, dar mai ales pentru faptul că a reuşit să creeze primii fulgi de zăpadă artificiali. În 1934, acesta a reuşit să întocmească prima schemă de clasificare a fulgilor. Astfel, acesta a clasificat fulgii de zăpadă în 41 de tipuri individuale, pentru ca în 1966 această clasificare să fie extinsă la 80 de tipuri diferite. Ce ştim până acum despre fulgii de zăpadă? Cum se formează şi cum dezvoltă fiecare dintre ei o arhitectură unică?
Temperatura și umiditatea decid forma cristalelor de gheață
Studiile realizate în laborator au arătat că fulgii obținuți la o temperatură aproape de limita înghețului sunt cristale plate subțiri cu formă canonică sau tip stea. Dacă temperatura scade, până aproape de valoarea de -5 grade Celsius, cristalele de gheață vor avea aspectul unor coloane lungi subțiri. Practic forma lor va fi complet diferită față de cristalele obținute la temperatura aproape de îngheț. Doar câteva grade în plus sau în minus stabilesc forma pe care o vor avea fulgii de zăpadă. Pe măsură ce temperatura scade, la -15 grade Celsius, spre exemplu, forma fulgilor redevine plată. Apoi la temperaturi și mai scăzute, de -30 de grade Celsius, forma devine din nou columnară. Potrivit omului de știință, în cei 75 de ani de studiu al fulgilor de zăpadă, nu s-a găsit încă o explicație care să justifice aceste tranziții de la o formă la alta determinate de variațiile de temperatură. Variațiile de umiditate stabilesc viteza cu care se formează fulgii, dar au, de asemenea, implicații și în arhitectura pe care o vor dezvolta. Cu cât este mai mare umiditatea în nori, cu atât cristalele se formează mai repede, iar forma lor este mai complexă. La niveluri mici de umiditate, spre exemplu, se formează fulgi de zăpadă mici, cu o formă simplă, pe când la umiditate crescută, cristalele devin mai complexe.
Metamorfoza continuă în căderea lui liberă
Testele de laborator au arătat că atunci când marginea unui fulg de zăpadă devine ascuțită, de fapt structura moleculară se schimbă, iar marginea lui va creşte mai ra- pid, va deveni mai ascuţită, iar la final fulgul va fi la fel de subţire precum o lamă de ras. Acest efect de ascuțire este motivul pentru care cristalele sunt atât de subțiri și de plate. Deci, dacă schimbați temperatura, tot ceea ce faceți este să schimbați modul în care funcționează efectul de ascuțire. Dacă efectul de ascuțire merge în direcția marginii, fulgul va avea aspectul unei plăci subțire. Dacă efectul de ascuțire merge în direcția opusă, se creează o coloană goală. O schimbare foarte mică a temperaturii poate face ca direcțiile să fie schimbate, iar efectul de ascuțire amplifică această mică schimbare. Când un fulg de zăpadă îşi începe călătoria spre pământ (în căderea lui din nori, fulgul de zăpadă, care are o greutate de aproximativ 3 miligrame, poate atinge viteza de 1,7 metri pe secundă), el trece de la o parte la cealaltă a norului, iar temperatura şi umiditatea se vor schimba în timp ce cade. De fiecare dată când există aceste mici schimbări, fulgul va suferi modificări ale formei şi creşterii. Şi pentru că fiecare fulg are propriul său drum către pământ unde va întâlni variaţii de temperatură şi de umiditate, va fi unic prin forma pe care şi-o va atribui. Aşa se explică faptul că niciun fulg căzut pe pământ nu este asemănător altuia.
Formele pot fi simple sau complexe
Aşa cum spuneam, forma fulgilor este influenţată de mai multe condiţii. Cert este că la final, în pofida fragilităţii lor, fulgii au o structură complexă şi extraordinar de frumoasă. Cea mai comună formă a fulgilor de zăpadă este numită dendrită stelară. În cuvinte nesofisticate, fulgul are aspectul unei stele. O altă formă este cea de placă hexagonală cu şase laturi. Hexagonul poate fi simplu sau complex prin faptul că uneori în centrul lui poţi vedea că gheaţa a întruchipat o steluţă. Unii fulgi cad pe pământ sub formă de coloană sau sub o formă asemănătoare glonţului. Atunci când doi fulgi cu această formă se unesc, ei vor lua forma unor rozete îngheţate. Uneori, fulgii au aspectul unor coloane cu şase feţe, iar acestea pot fi scurte şi înclinate sau lungi și subțiri. În cazuri rare, arhitectura acestor coloane este şi mai sofisticată prin faptul că acestea pot fi răsucite. La o temperatură de aproximativ -5 grade Celsius, fulgii iau forma unor ace fine, solide, goale sau parțial goale. Câteodată, fulgii au aspectul unei pane sau a unei frunze de ferigă. Atunci când cristalele intră în contact cu vaporii de apă din nori, fulgul suferă de asemenea o metamorfoză. Practic, apa din vapori îngheaţă pe fulg şi apare ca o peliculă de brumă. Alteori, fulgul este acoperit complet de această brumă sau doar parţial.
Descendenţa către pământ se realizează în patru moduri
Se pare că şi aerodinamica fulgilor de zăpadă şi felul în care cad din cer sunt speciale. S-a ajuns la concluzia că există patru feluri în care fulgii coboa- ră spre pământ. Aceştia cad fie rostogolindu-se, fie printr-o mişcare verticală care include o rotaţie. Alte mişcări ale fulgilor în descendenţa lor spre pământ sunt cea de zig-zag şi cea de rotire. Felul în care se va realiza coborârea este stabilit de viteza de descendenţă şi de mărimea fulgului. Cel mai mare fulg căzut vreodată pe pământ a avut un diametru de peste 30 de centimetri și 20 de centimetri grosime. Recordul acesta, înscris și în Cartea Recordurilor, a fost atins în Fort Keogh Montana, în anul 1887.