Հետազոտություն

Ձյան փաթիլի գաղտնիքները

2-Ա դասարանի աշակերտ

MBOU թիվ 000 միջն

Ներածություն

1. Հետազոտության թեմայի ընտրություն

Վերջերս փողոցով քայլելիս նայեցի ձյան փաթիլներին։ Նրանք կիսաթափանցիկ էին և փափուկ, նրբագեղ ու ժանյակավոր, ասես ձմեռը ասեղնագործուհի լիներ, որը մեզ տալիս էր իր կախարդական նվերները: Օդում սահուն պտտվելով՝ ձյան փաթիլները հանգիստ թափվեցին գետնին։ Նայելով նրանց ձեռնոցներիս վրա՝ ես նկատեցի, որ բոլոր ձյան փաթիլները տարբեր են իրենց ձևով։ Երբ ես հանեցի ձեռնոցը, դրանք արագ հալվեցին իմ տաք ափերի վրա՝ վերածվելով ջրի կաթիլների։ Ինձ հետաքրքրում էր, թե ինչ «գաղտնիքներ» են պահում ձյան փաթիլները։

2. Աշխատանքի նպատակըԲացահայտեք և բացահայտեք ձյան փաթիլի գաղտնիքները:

3. Առաջադրանքներ:

· պարզել, թե ինչպես է ծնվում ձյան փաթիլը, որքան է այն կշռում և ինչպես է այն հնչում:

· որոշել ձյան փաթիլների օգտակար հատկությունները;

· պարզել ձյան փաթիլների «գաղտնի» գաղտնիքները։

4. Օբյեկտ, հետազոտության առարկա:

Ուսումնասիրության առարկա՝ ձյան փաթիլներ։

Ուսումնասիրության առարկա՝ Սնեժնոգորսկի շրջակայքում տեղացած ձյուն:

5. Վարկած. Առաջարկում եմ, որ ձյան փաթիլները, լինելով յուրահատուկ բնական երեւույթ, ունեն հետաքրքիր հատկություններ։

Փորձ թիվ 2.

Նպատակը` որոշել օդի ջերմաստիճանը ձյան ծածկույթի մակերեսին և հողի մոտ:

Ես նախ չափեցի օդի ջերմաստիճանը հողի մոտ ջերմաչափով։ Ջերմաչափն իջել է մինչեւ մինուս 2 աստիճան Ցելսիուս, իսկ ձյան ծածկույթի մակերեսին պարզվել է մինուս 6 աստիճան։

Եզրակացություն՝ ձյան փաթիլները ծածկում են հողը տաք գորգով և թույլ են տալիս բույսերին սառչել:

Փորձ թիվ 3.

Նպատակը. ստուգեք, թե երբ ձյան փաթիլը կարող է վերածվել ձնեմարդու:

Եզրակացություն. Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, ձյունը սկսում է հալվել: Այն հեշտությամբ կպչում է միասին՝ գնդիկների տեսքով: Եվ դուք կարող եք գնդիկներից ձնեմարդ պատրաստել:

https://pandia.ru/text/78/390/images/image008_10.jpg" width="123" height="169 src=">

Փորձ թիվ 4

Նպատակը. Ստուգեք հալված ձյան որակը և պարզեք՝ այն կարելի՞ է ուտել, թե՞ ոչ։

Դրա համար մեզ անհրաժեշտ էին ստվարաթղթե ձագարներ, բամբակյա բուրդ և ձյուն, որը վերցված էր փորձի համար ճանապարհից և մեր տնից:

Ես այս ձյունը դրեցի երկու ձագարի մեջ և սկսեցի սպասել, որ այն հալվի։

Հետո համեմատեցի հալված ձյունը։ Ահա թե ինչ եմ ստացել.

Եզրակացություն. Ճանապարհների մոտ ձյունը հատկապես կեղտոտ է և վնասակար, այն կուտակում է կեղտը և բենզինը: Դուք չեք կարող ձյուն ուտել նաև ձեր տան մոտ, թեև այն մաքուր տեսք ունի։ Հալած ձյան մեջ ես գտա կեղտի և փոշու մասնիկներ։

Ձյունը շատ օգտակար է մարմինը կարծրացնելու և ձմեռային սպորտով զբաղվելու համար։ Ընտանիքիս և ընկերներիս հետ ես սիրում եմ դահուկներ, սահնակ և չմշկասահք: Մենք սիրում ենք ձյունից հեքիաթային կերպարներ քանդակել։

Ես ապրում եմ Արկտիկայում, մի քաղաքում, որտեղ գեղեցիկ ձնառատ անունը Սնեժնոգորսկ է: Մեր քաղաքում հոկտեմբերից մինչև մայիսի վերջ ձյուն է տեղում։ Իսկ բլուրներում ձյունը փայլում է իր գունավոր լույսերով մինչև հունիսի սկիզբ։

Եզրակացություն.

Ձյան փաթիլները զարմանալի, գեղեցիկ և խորհրդավոր բնական երևույթ են, որոնք առաջանում են ջրային գոլորշիներից: Ձյան փաթիլներն ունեն իրենց գաղտնիքները.

Գաղտնիք 1. Ձյան փաթիլները ձևավորվում են ամպի մեջ վերև վարվելով, ձյան փաթիլը հայտնվում է տարբեր ջերմաստիճաններով և ջրի գոլորշիներով: Օդում ձյան փաթիլների ձեւն անընդհատ փոխվում է։

Գաղտնիք 2. Ձյան փաթիլներն ունեն վեց կողմ:

Գաղտնիք 3. Չկան միանման ձյան փաթիլներ:

Գաղտնիք 4. Յուրաքանչյուր ձյան փաթիլ անգույն է, ինչպես սառույցը: Նրանք բոլորը միասին դառնում են անթափանց, թույլ չեն տալիս ճառագայթներին անցնել իրենց միջով, այլ, ընդհակառակը, արտացոլում են դրանք մեր աչքերի մեջ։ Եվ դրա համար մենք ձյունը սպիտակ ենք տեսնում:

Գաղտնիք 5. Ցրտաշունչ եղանակին ոտքերիդ տակ լսվում է ձյան «երաժշտությունը»: Սրանք ճաքվող ձյան փաթիլների ճառագայթներն են։

Գաղտնիք 6. Ձյան փաթիլները ծածկում են գետինը և պաշտպանում բույսերը սառչելուց:

Գաղտնիք 7. Ձյունից կարող եք քանդակել ձյան ֆիգուրներ:

Գաղտնիք 8. Երբ ձյունը հալվում է, նրա ծավալը մի քանի անգամ փոխվում է։

Գաղտնիք 9. Ձյունը միայն մաքուր է թվում: Դուք չեք կարող ուտել այն, քանի որ սառը է և անմաքուր:

Գաղտնիք 10. Ձյան շնորհիվ մարդիկ կարող են զբաղվել ձմեռային սպորտաձևերով։

Մատենագիտություն:

1. , Ա.Ն. Կազակով «Մենք և մեզ շրջապատող աշխարհը» դասագիրք 2-րդ դասարանի համար. «Ուսումնական գրականություն» հրատարակչություն.

2. Հանրագիտարան կրտսեր դպրոցականների համար «Ի՞նչ. Ինչի համար? Ինչո՞ւ»: «Էքսմո» հրատարակչություն.

3. Ես ուսումնասիրում եմ աշխարհը: Մանկական հանրագիտարան. Էկոլոգիա. Մոսկվա. ՀՍՏ հրատարակչություն, 1999 թ.

4. http://ru. վիքիպեդիա. org/wiki

Ձմեռ. Դրսում շատ ցուրտ չէ և ձյուն է գալիս: Տեղադրեք ձեր թեւը ընկնող փաթիլների տակ. քանի՞ ձյան փաթիլներ են խրված իրենց փշոտ եզրերով: Եվ նրանցից յուրաքանչյուրին կարելի է երկար նայել՝ նրա յուրահատուկ նախշը այնքան գեղեցիկ է և կատարյալ։ Ինչպե՞ս են դրանք ձևավորվում:

Նվեր երկնքից

Ամեն անգամ սովորական ձյան փաթիլի մանրազնին ուսումնասիրությունը զարմանք և ուրախություն է պատճառում։ Մոտ 400 տարի առաջ եղանակային այս երևույթն ուսումնասիրելիս գերմանացի աստղագետ Յոհաննես Կեպլերն առաջինն էր, ով գիտականորեն նկարագրեց, թե ինչ են ձյան փաթիլները իր «Ամանորյա նվեր» տրակտատում։ Վեցանկյուն ձյան փաթիլների մասին»։ Հետագայում տարբեր երկրներից բազմաթիվ հետազոտողներ ուսումնասիրեցին այս բնական երևույթը։ Ավելի քան երեք հարյուր տարի առաջ ձյան փաթիլները առաջին անգամ հետազոտվել են մանրադիտակի միջոցով և ուրվագծվել: Ձմեռային այս հրաշքի իմացությանը նպաստել են նաև լուսանկարիչները։ Ձյան փաթիլները լուսանկարելու բնօրինակ մեթոդը հորինել է ռուս լուսանկարիչ Ա. Ա. Սիգսոնը 19-րդ դարի վերջին։

Նա ֆիլմի վրա նկարել է մոտ 200 տարբեր ձևի ձյան փաթիլներ: Այնուամենայնիվ, ամերիկացի Ուիլսոն Բենթլիին հաջողվել է սառցե աստղերի ամենաշատ լուսանկարներն անել՝ մոտ 5000: Նրա ձյան փաթիլների լուսանկարների հավաքածուն մինչ օրս ամենահայտնին է:

Պինդ ջուր

Ինչպե՞ս են բնության մեջ ձևավորվում այնպիսի կատարյալ գծեր, որոնք ասես գծագրված լինեն: Երկրի մթնոլորտը մշտական ​​գոլորշիացման պատճառով շատ ջուր է պարունակում: Օդի ավելի տաք շերտերից այն տեղափոխվում է ցուրտ՝ զրոյից ցածր ջերմաստիճաններով և այնտեղ սառչում։ Պարզվում է, որ «ինչ են ձյան փաթիլները» հարցի պատասխանը շատ պարզ է՝ դրանք սառցե բյուրեղներ են։ Նրանք ձևավորվում են բարձր երկնքում, որտեղ շատ ցուրտ է, սառած ջրային գոլորշիներից և կամաց-կամաց վայր են ընկնում։ Երկիր տանող ճանապարհին նրանց հետ շարունակաբար տեղի են ունենում բարդ մետամորֆոզներ:

Ո՞րն է ձևի գաղտնիքը:

Ինչու են սառույցի բյուրեղները այդքան բազմազան: Ինչից է պատրաստված ձյան փաթիլը և ինչպե՞ս է այն ստանում իր ձևը: Նախ, ջրային ամպի ներսում ձևավորվում են շատ մանր բյուրեղներ: Տարօրինակ է, բայց դրանցից յուրաքանչյուրի կենտրոնում սովորաբար փոշու մի փոքրիկ մասնիկ կա, որը քամին փչում է երկինք: Բյուրեղի սկզբնական չափը մոտավորապես 0,1 մմ է: Ինչպե՞ս են ձյան փաթիլները հայտնվում նման սառցաբեկորներից: Ամպը անընդհատ շարժվում է, և նրա ներսում ջերմաստիճանը փոխվում է։ Սրա արդյունքում բյուրեղում փոխակերպումներ են տեղի ունենում՝ այն անընդհատ դեպի իրեն է ձգում ջրի նույն սառած մանր մասնիկները, որոնք «կպչում» են դրան։

Այդ իսկ պատճառով ձյան փաթիլների ձեւը յուրահատուկ է։ Այն փոխվում է շրջակա միջավայրի ջերմաստիճանի հետ: Փորձից մենք գիտենք, որ ամենից հաճախ ձյան փաթիլները, որոնք բաղկացած են բազմաթիվ խոշոր, կատարելապես նույնիսկ շողշողացող ձյան փաթիլներից, ընկնում են երկնքից զրոյական ջերմաստիճանի դեպքում -10-ից մինչև 0 o C: Սա բացատրվում է նրանով, որ օդի խոնավությունը բարձրանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ: , և դրանից այնտեղ լողացող ավելի ու ավելի շատ ջրի բյուրեղներ բախվում են միմյանց և միանում։ Երբեմն լինում են պարզապես հսկայական չափերի ձյան փաթիլներ։ Դրանցից ամենամեծը մոտ 38 սմ տրամագծով էր։

Լուծումը գտնվում է մոլեկուլային բանաձեւով

Ցանկացած բնական երեւույթի համար միշտ կարելի է պարզ գիտական ​​բացատրություն գտնել։ Եկեք հիշենք մեր քիմիայի դասերը, որպեսզի հասկանանք, թե ինչ է ձյան փաթիլը: Ջրի բանաձևը H 2 O է, նրա մոլեկուլը բաղկացած է երկու ջրածնի ատոմից և մեկ թթվածնի ատոմից։ Հետևաբար, պինդ վիճակում ջուրը ձևավորում է երեք կամ վեց երեսներով բյուրեղներ։

Նոր կապեր են առաջանում վեցանկյուն բյուրեղային ցանցի հանգույցներում, և այն դառնում է ավելի բարդ և աճում այս ուղղություններով: Սառցե ճառագայթները նույն օրինաչափությամբ աճում են յուրաքանչյուր դեմքի վրա, քանի որ մեկ ձյան փաթիլի վրա բյուրեղների աճը տեղի է ունենում համաժամանակյա նույն պայմաններում մեկ ժամանակահատվածում: Նրանց միջև անկյունը կարող է լինել 600 կամ 1200 աստիճան: Ձյան փաթիլներից ոչ մեկը մյուսին չի կրկնում՝ սա է այս սառցե գեղեցկության գլխավոր առեղծվածն ու գրավչությունը:

Ձյան պես թեթև

Ինչպես գիտենք, ձյունը շատ թույլ է։ Բանն այն է, որ երբ ձևավորվում են տարօրինակ ձևի ձյան բյուրեղներ, դրանց ներսում առաջանում են բազմաթիվ օդային դատարկություններ: Ի՞նչ են ձյան փաթիլները, ավելի ճիշտ՝ դրանց բյուրեղները: Սա մի տեսակ բաց ցանց է, 95%-ով լցված օդով: Ձյան փաթիլները ձյան բյուրեղների ամենաթեթև և ծավալուն տեսակն են: Նրանք սովորաբար կշռում են մոտ մեկ միլիգրամ: Հետեւաբար, նրանք շատ թեթեւ են եւ հանգիստ լողում են մթնոլորտում՝ աստիճանաբար իջնելով։

Յուրաքանչյուր սառցե բյուրեղի հետագիծն ու արագությունը անհատական ​​են: Դրա շնորհիվ նրանք շարժվում են տարբեր ջերմաստիճաններով և ջրային գոլորշիների պարունակությամբ օդային զանգվածներում և կազմում մինչև 200 առանձին բյուրեղներ պարունակող եզակի նախշեր։ Ձյան փաթիլները ամենաթեթև և ծավալուն բազմազանությունն են:

Ձյունը գալիս է նաև փոքր, փշոտ ձյան կարկուտների տեսքով. այնտեղ բյուրեղներն ավելի ամուր են սեղմվում: Մեկ խորանարդ մետր ձյան մեջ ավելի քան 300 միլիոն ձյան փաթիլ կա։

Ինչպես գիտենք, ջուրը գույն չունի։ Այդ դեպքում ինչո՞ւ են ձյան փաթիլներն ու ձյունը հիմնականում սպիտակ: Նրանց եզրերը արտացոլում են արևի լույսը, և այն, ինչպես գիտենք, բաղկացած է գունային սպեկտրից, որի մեջ ճեղքվում է սպիտակ գույնը: Սա կարող է բացատրել տարբեր գույների «զարմանալի» ձյան տեղումները. ջրի բյուրեղների միջև, կախված տարբեր պատճառներից, տարբեր նյութեր կարող են սառչել՝ էկզոտիկ կարմիր ջրիմուռներից մինչև սովորական ածխի փոշի:

Ձյան փաթիլները գիտականորեն

Պարզվում է, որ գիտնականներն ուսումնասիրում են ձյան փաթիլները և նույնիսկ բյուրեղների ձևավորման մեթոդի հիման վրա առանձնացնում են մի քանի սորտեր։ Նրանց համար նրանք եկան տարբեր դասակարգումներ, որոնցում սորտերի թիվը հասնում է 80-ի: Սահմանման ամենապարզ համակարգը առաջարկվել է 1951 թվականին Գիտական ​​հիդրոլոգիայի միջազգային ասոցիացիայի Ձյան և սառույցի հանձնաժողովի կողմից:

Այն ներառում է յոթ տեսակի բյուրեղներ.

• ասեղաձև - ծայրերում երկարաձգված և սուր, իսկապես նման է ասեղներին;
• աստղաձև - դասական վեցանկյուն ձյան փաթիլներ, որոնք ունեն երկար սուր ճառագայթներ բարդ օրինակով;
• ափսեներ - նման են հարթ վեցանկյունների;
• սյուներ - օդով լցված բարակ խողովակներ;
• ծավալուն դենդրիտներ - մի քանի ձյան փաթիլներ, որոնք կրկին հալվել և սառչել են.
• պսակված սյուներ - ափսեների նման բյուրեղներ, միայն եռաչափ;
• անկանոն բյուրեղներ - կոտրված ճառագայթներով:

Ձմռանը ձյան փաթիլները միշտ չէ, որ կատարյալ վեցանկյուն ծաղիկի տեսք ունեն: Ինչպես վերը գրեցինք, դա կախված է խոնավությունից և օդի ջերմաստիճանից:

Հրաշք սառը երկրներից

Ինչպես գիտենք եղանակը կախված է տարվա եղանակից և ցուրտ բևեռներից տարածքի հեռավորության աստիճանից։ Ձմռանը ձյան փաթիլների անկումը կարող ենք դիտել միայն մոլորակի որոշակի ջերմաստիճանային գոտիներում:

Երբ երկրի մակերևույթի մոտ օդի ջերմաստիճանը զրոյից բարձր է, ձյունը պարզապես չի հասնում դրան, հալչում է և վերածվում անձրևի։ Ուստի շատ երկրների բնակիչներ, որոնք գտնվում են տաք լայնություններում, զրկված են իրականում այս բնական երևույթը՝ ձյան տեղումները դիտելու հնարավորությունից։ Նրան միայն նկարներով են տեսել։ Եվ հակառակը՝ մոլորակի վրա կան վայրեր, որտեղ թագավորում է հավերժական ձմեռը։

Մեկնաբանությունները Կ.Հ. n. O. V. Mosina.

Ինչու են տարրական սառույցի բյուրեղները վեցանկյուն, հեշտ է հասկանալ՝ վերլուծելով բյուրեղային ջրի՝ սառույցի կառուցվածքը:

Ջրի մոլեկուլում երկու էլեկտրոնային զույգերը բևեռային կովալենտային կապեր են կազմում ջրածնի և թթվածնի ատոմների միջև, իսկ մնացած երկու էլեկտրոնային զույգերը մնում են ազատ և կոչվում են. չտարածված.

Բրինձ. Ջրի մոլեկուլ

Քանի որ թթվածնի ատոմն ավելի շատ էլեկտրոններ ունի (քիմիկոսներն ասում են, որ թթվածնի ատոմն ավելի էլեկտրաբացասական է), քան ջրածնի ատոմը, ջրածնի երկու ատոմների էլեկտրոնները տեղափոխվում են դեպի ավելի էլեկտրաբացասական թթվածնի ատոմը, ինչը հանգեցնում է ջրածնի ատոմների երկու դրական լիցքերի չեղարկմանը։ թթվածնի ատոմի վրա բացասական լիցք ունեցող ջրածնի երկու ատոմների հավասար արժեքը: Ուստի էլեկտրոնային ամպն ունի ոչ միատեսակ խտություն։ Ջրածնի միջուկների մոտ առկա է էլեկտրոնային խտության պակաս, իսկ մոլեկուլի հակառակ կողմում՝ թթվածնի միջուկի մոտ, առկա է էլեկտրոնային խտության ավելցուկ։ Սա հանգեցնում է նրան, որ ջրի մոլեկուլը փոքր դիպոլ է, որը պարունակում է դրական և բացասական լիցքեր բևեռներում: Հենց այս կառուցվածքն է որոշում ջրի մոլեկուլի բևեռականությունը: Եթե ​​դրական և բացասական լիցքերի էպիկենտրոնները միացնեք ուղիղ գծերով, ապա ստացվում է եռաչափ երկրաչափական պատկեր՝ կանոնավոր քառաեդրոն։

Ջրի միավոր բջիջը տետրաեդրա է, որը պարունակում է հինգ H2O մոլեկուլներ, որոնք միմյանց հետ կապված են ջրածնային կապերով: Իրենց պարզ քառանիստների շնորհիվ դրանք կարող են միավորվել գագաթներով, եզրերով կամ դեմքերով՝ ձևավորելով տարատեսակ տարածական կառուցվածքներ։

Բրինձ. Սառույցի բյուրեղային կառուցվածքում ջրի յուրաքանչյուր մոլեկուլ մասնակցում է 4 ջրածնային կապերի՝ ձևավորելով քառաեդրոն։

Այսպիսով, ջրի կառուցվածքը կապված է, այսպես կոչված, պլատոնական պինդ մարմինների հետ (տետրաեդրոն, դոդեկաեդրոն), որոնց ձևը կապված է ոսկե հարաբերակցության հետ։ Ջրի մոլեկուլն ունի նաև պլատոնական պինդի (տետրաեդրոն) ձև։

Եվ բնության բոլոր կառուցվածքների բազմազանությունից հիմնականը վեցանկյուն (վեցակողմ) կառուցվածքն է, երբ վեց ջրի մոլեկուլներ (տետրաեդրա) միավորվում են օղակի մեջ: Այս տեսակի կառուցվածքը բնորոշ է սառույցի, ձյան և հալված ջրի համար։

Ձյան փաթիլը բարդ սիմետրիկ կառուցվածք է, որը բաղկացած է միասին հավաքված սառցե բյուրեղներից: «Հավաքման» շատ տարբերակներ կան. մինչ այժմ հնարավոր չի եղել գտնել երկու նույնական ձյան փաթիլներ: Լիբրեխտի լաբորատորիայում կատարված հետազոտությունները հաստատում են այս փաստը՝ բյուրեղային կառուցվածքները կարելի է արհեստականորեն աճեցնել կամ դիտել բնության մեջ։ Կա նույնիսկ ձյան փաթիլների դասակարգում, բայց, չնայած շինարարության ընդհանուր օրենքներին, ձյան փաթիլները դեռևս մի փոքր տարբերվելու են միմյանցից նույնիսկ համեմատաբար պարզ կառույցների դեպքում:

Բրինձ. 1. Սառույցի բյուրեղային կառուցվածքը

Այսպիսով, ինչու են ձյան փաթիլները վեցանկյուն: Սառույցի բյուրեղային կառուցվածքում ջրի յուրաքանչյուր մոլեկուլ մասնակցում է 4 ջրածնային կապերի, որոնք ուղղված են դեպի քառաեդրոնի գագաթները խիստ սահմանված անկյուններով, որոնք հավասար են 109°28" (մինչդեռ սառցե կառուցվածքներում I, Ic, VIIԵվ VIIIայս քառաեդրոնը ճիշտ է): Այս քառաեդրոնի կենտրոնում կա թթվածնի ատոմ, երկու գագաթներում՝ ջրածնի ատոմ, որի էլեկտրոնները մասնակցում են թթվածնի հետ կովալենտային կապի ձևավորմանը։ Մնացած երկու գագաթները զբաղեցնում են թթվածնի վալենտային էլեկտրոնների զույգերը, որոնք չեն մասնակցում ներմոլեկուլային կապերի առաջացմանը։ Այժմ պարզ է դառնում, թե ինչու է սառցե բյուրեղը վեցանկյուն։

Բյուրեղի ձևը որոշող հիմնական հատկանիշը ջրի մոլեկուլների միջև կապն է, որը նման է շղթայի օղակների միացմանը: Բացի այդ, ջերմության և խոնավության տարբեր հարաբերակցության պատճառով բյուրեղները, որոնք սկզբունքորեն պետք է նույնը լինեն, տարբեր ձևեր են ստանում։ Ճանապարհին բախվելով գերսառեցված փոքր կաթիլներին՝ ձյան փաթիլը պարզեցնում է իր ձևը՝ պահպանելով համաչափությունը:

Բայց ինչու են երբեմն ձևավորվում երկարավուն ձյան փաթիլներ: Ձյան փաթիլը սառույցի մեկ բյուրեղ է, վեցանկյուն բյուրեղի անալոգը, բայց այնպիսին, որն արագ աճեց ոչ հավասարակշռության պայմաններում: Որոշ պայմաններում սառցե վեցանկյունները ինտենսիվորեն աճում են իրենց առանցքի երկայնքով, այնուհետև ձևավորվում են երկարավուն ձյան փաթիլներ՝ սյունաձև ձյան փաթիլներ, ասեղաձյան փաթիլներ։ Այլ պայմաններում վեցանկյունները հիմնականում աճում են իրենց առանցքին ուղղահայաց ուղղություններով, այնուհետև ձևավորվում են ձյան փաթիլներ՝ վեցանկյուն թիթեղների կամ վեցանկյուն աստղերի տեսքով։

Կարդացեք ավելին ձյան փաթիլների և դրանց ձևավորման գործընթացների մասին Սերգեյ Ապրեսովի «Սպիտակ մոգություն» հոդվածում.

K. x. n. O. V. Mosin

ԻՆՉՈՒ՞ ԵՆ ՁՅՈՒՆ Փաթիլները վեցանկյուն:

Հասկանալու համար, թե ինչու են ձյան փաթիլներն այդքան գեղեցիկ տեսք ունենում, մենք պետք է դիտարկենք մեկ ձյան բյուրեղի կյանքի պատմությունը:

Ամպի մեջ սառույցի ձյան փաթիլները գոյանում են -15 աստիճանի պայմաններում՝ ջրի գոլորշիների պինդ վիճակի անցնելու պատճառով։ Ձյան փաթիլների առաջացման համար հիմք են հանդիսանում փոշու մանր մասնիկները կամ սառույցի մանրադիտակային կտորները, որոնք ծառայում են որպես միջուկ դրանց վրա ջրի մոլեկուլների խտացման համար։ Բյուրեղացման միջուկն այն է, որտեղ սկսվում է ձյան փաթիլների առաջացումը:

Որոշակի վայրերում աճող ձյան փաթիլին ավելի ու ավելի շատ ջրի մոլեկուլներ են միանում՝ տալով նրան հստակ վեցանկյուն ձև: Պինդ ջրի կառուցվածքի բանալին նրա մոլեկուլի կառուցվածքի մեջ է, որը կարելի է պարզապես պատկերացնել որպես քառանիստ՝ եռանկյուն հիմքով բուրգ, որում հնարավոր են ընդամենը 60° և 120° անկյուններ: Կենտրոնում թթվածին է, երկու գագաթներում՝ ջրածին, ավելի ճիշտ՝ պրոտոն, որի էլեկտրոնները մասնակցում են թթվածնի հետ կովալենտային կապի ձևավորմանը։ Մնացած երկու գագաթները զբաղեցնում են թթվածնի վալենտային էլեկտրոնների զույգերը, որոնք չեն մասնակցում ներմոլեկուլային կապերի առաջացմանը, ինչի պատճառով էլ կոչվում են միայնակ։

Ձյան փաթիլը սառույցի մեկ բյուրեղ է, վեցանկյուն բյուրեղի թեմայի տարբերակ, բայց այնպիսին, որն արագ աճեց ոչ հավասարակշռության պայմաններում: Որոշ պայմաններում սառցե վեցանկյունները ինտենսիվորեն աճում են իրենց առանցքի երկայնքով, այնուհետև ձևավորվում են երկարավուն ձյան փաթիլներ՝ սյունաձև ձյան փաթիլներ, ասեղաձյան փաթիլներ։ Այլ պայմաններում վեցանկյունները հիմնականում աճում են իրենց առանցքին ուղղահայաց ուղղություններով, այնուհետև ձևավորվում են ձյան փաթիլներ՝ վեցանկյուն թիթեղների կամ վեցանկյուն աստղերի տեսքով։

Ջրի մի կաթիլը կարող է սառչել մինչև ընկնող ձյան փաթիլը, որի արդյունքում ձևավորվում են անկանոն ձևի ձյան փաթիլներ: Ընդհանուր համոզմունքը, որ ձյան փաթիլներն անպայմանորեն ունեն վեցանկյուն աստղերի ձև, սխալ է։ Ձյան փաթիլների ձևերը շատ բազմազան են ստացվում։

Աստղագետ Յոհաննես Կեպլերը գրել է մի ամբողջ տրակտատ «Վեցանկյուն ձյան փաթիլների մասին» 1611 թվականին։ 1665 թվականին Ռոբերտ Հուկը մանրադիտակով տեսավ և հրապարակեց տարբեր ձևերի ձյան փաթիլների բազմաթիվ նկարներ։ Մանրադիտակի տակ ձյան փաթիլի առաջին հաջող լուսանկարն արվել է 1885 թվականին ամերիկացի ֆերմեր Վիլսոն Բենթլիի կողմից։ Bentley-ի գործի ամենահայտնի հետևորդներն են Ուկիհիրո Նակայան և ամերիկացի ֆիզիկոս Քենեթ Լիբրեխտը: Նակայան առաջինն էր, ով առաջարկեց, որ ձյան փաթիլների չափն ու ձևը կախված է օդի ջերմաստիճանից և խոնավության պարունակությունից, և փայլուն կերպով հաստատեց այս վարկածը փորձնականորեն՝ լաբորատորիայում տարբեր ձևերի սառցե բյուրեղներ աճեցնելով: Իսկ Libbrecht-ը, Caltech-ում, դեռևս զբաղված է ամբողջ օրը ձյան փաթիլներ աճեցնելով: Գիտնականը լուսանկարիչ Պատրիսիա Ռասմուսենի հետ ծրագրում է հրատարակել գիրք, որը կներառի ամենաֆոտոգենիկ ձյան փաթիլները, որոնցից մի քանիսն արդեն կարելի է տեսնել նրա կայքում: SnowCrystals.com.

Ձյան փաթիլի կառուցվածքին բնորոշ ևս մեկ առեղծված կա. Նրանում կարգն ու քաոսը գոյակցում են միասին։Կախված արտադրության պայմաններից՝ պինդ նյութը պետք է լինի կամ բյուրեղային (երբ ատոմները դասավորված են) կամ ամորֆ (երբ ատոմները պատահական ցանց են կազմում): Ձյան փաթիլներն ունեն վեցանկյուն վանդակ, որի մեջ թթվածնի ատոմները դասավորված են կարգավորված՝ կազմելով կանոնավոր վեցանկյուններ, իսկ ջրածնի ատոմները դասավորված են պատահականորեն։ Այնուամենայնիվ, բյուրեղյա ցանցի կառուցվածքի և ձյան փաթիլի ձևի միջև կապը, որը տասը միլիոն անգամ մեծ է ջրի մոլեկուլից, ակնհայտ չէ. ձյան փաթիլը կլինի անկանոն: Խոսքը վանդակի մեջ մոլեկուլների կողմնորոշման և ջրածնային ազատ կապերի դասավորության մասին է, ինչը նպաստում է հարթ եզրերի ձևավորմանը։

Ջրի գոլորշիների մոլեկուլներն ավելի հավանական է, որ լրացնեն դատարկությունները, քան կպչեն հարթ եզրերին, քանի որ դատարկությունները պարունակում են ավելի շատ ազատ ջրածնային կապեր: Արդյունքում ձյան փաթիլները ստանում են հարթ եզրերով սովորական վեցանկյուն պրիզմաների ձև: Նման պրիզմաները ընկնում են երկնքից՝ օդի համեմատաբար ցածր խոնավությամբ՝ տարբեր ջերմաստիճանային պայմաններում:

Վաղ թե ուշ եզրերին անհարթություններ են հայտնվում։ Յուրաքանչյուր տուբերկուլյոզ գրավում է լրացուցիչ մոլեկուլներ և սկսում է աճել: Ձյան փաթիլը երկար ժամանակ է պտտվում օդում, և դուրս ցցված տուբերկուլյոզի մոտ ջրի նոր մոլեկուլների հանդիպելու հավանականությունը մի փոքր ավելի մեծ է, քան դեմքերին: Ահա թե ինչպես են ճառագայթները շատ արագ աճում ձյան փաթիլի վրա։ Յուրաքանչյուր դեմքից մեկ հաստ ճառագայթ է աճում, քանի որ մոլեկուլները չեն հանդուրժում դատարկությունը: Այս ճառագայթի վրա ձևավորված տուբերկուլյոզներից ճյուղեր են աճում։ Փոքրիկ ձյան փաթիլի ճամփորդության ընթացքում նրա բոլոր դեմքերը գտնվում են նույն պայմաններում, ինչը նախապայման է բոլոր վեց դեմքերի վրա նույնական ճառագայթների աճի համար: Իդեալական լաբորատոր պայմաններում ձյան փաթիլի բոլոր վեց ուղղություններն աճում են սիմետրիկ և նմանատիպ կոնֆիգուրացիաներով: Մթնոլորտում ձյան փաթիլների մեծ մասը անկանոն բյուրեղներ են։

Մեր օրերում ձյան փաթիլների ուսումնասիրությունը դարձել է գիտություն։ Դեռևս 1555 թվականին շվեյցարացի հետազոտող Մանգուսը ձյան փաթիլների ձևերի էսքիզներ է արել։ 1955 թվականին ռուս գիտնական Ա.Զամորսկին ձյան փաթիլները բաժանել է 9 դասի և 48 տեսակի։ Սրանք ափսեներ, ասեղներ, աստղեր, ոզնիներ, սյուներ, բմբուլներ, ճարմանդներ, պրիզմաներ, խմբակային: Ձյան և սառույցի միջազգային հանձնաժողովը 1951 թվականին ընդունեց սառցե բյուրեղների բավականին պարզ դասակարգում. թրոմբոցիտներ, աստղաձև բյուրեղներ, սյուներ կամ սյուներ, ասեղներ, տարածական դենդրիտներ, ծայրային սյուներ և անկանոն ձևեր: Եվ ևս երեք տեսակի սառցե տեղումներ՝ մանր ձյան կարկուտ, սառույցի կարկուտ և կարկուտ:

1932 թվականին միջուկային ֆիզիկոս Ուկիհիրո Նակայան՝ Հոկայդոյի համալսարանի պրոֆեսոր, սկսեց արհեստական ​​ձյան բյուրեղներ աճեցնել, ինչը հնարավորություն տվեց կազմել ձյան փաթիլների առաջին դասակարգումը և բացահայտել այդ գոյացությունների չափի և ձևի կախվածությունը ջերմաստիճանից և օդի խոնավությունից: Կագա քաղաքում, որը գտնվում է Հոնսյու կղզու արևմտյան ափին, կա Ուկիհիրո Նակայայի հիմնադրած Ձյան և սառույցի թանգարանը, որն այժմ կրում է նրա անունը՝ խորհրդանշականորեն կառուցված երեք վեցանկյունների տեսքով։ Թանգարանում տեղադրված է ձյան փաթիլներ պատրաստելու մեքենա։ Նակայան հայտնաբերեց ձյան փաթիլների մեջ 41 անհատական ​​մորֆոլոգիական տեսակ, իսկ օդերևութաբաններ Ս. Մագանոն և Սյու Լին 1966 թվականին նկարագրեցին 80 տեսակի բյուրեղներ։

Որոշակի պայմաններում, քամու բացակայության դեպքում, թափվող ձյան փաթիլները կարող են կպչել միմյանց՝ ձևավորելով հսկայական ձյան փաթիլներ: 1944 թվականի գարնանը Մոսկվայում ընկան մինչև 10 սանտիմետր տրամագծով փաթիլներ, որոնք նման են պտտվող ափսեների։ Իսկ Սիբիրում նկատվել են մինչեւ 30 սանտիմետր տրամագծով ձյան փաթիլներ։ Ամենամեծ ձյան փաթիլը գրանցվել է 1887 թվականին Ամերիկայի Մոնտանա քաղաքում: Նրա տրամագիծը 38 սմ էր, իսկ հաստությունը՝ 20 սմ։ Այս երեւույթը պահանջում է լիակատար հանգստություն, քանի որ որքան երկար են ճանապարհորդում ձյան փաթիլները, այնքան ավելի շատ են բախվում ու կպչում իրար։ Հետևաբար, ցածր ջերմաստիճանների և ուժեղ քամիների դեպքում ձյան փաթիլները բախվում են օդում, փշրվում և ընկնում գետնին բեկորների տեսքով՝ «ադամանդի փոշու»: Մեծ ձյան փաթիլներ տեսնելու հավանականությունը զգալիորեն մեծանում է ջրային մարմինների մոտ. լճերից և ջրամբարներից գոլորշիացումը հիանալի շինանյութ է:

Ձյան փաթիլ ձևավորող սառույցը թափանցիկ է, բայց երբ դրանք շատ են, արևի լույսը, արտացոլված և ցրված բազմաթիվ երեսների վրա, մեզ տալիս է սպիտակ անթափանց զանգվածի տպավորություն. մենք այն անվանում ենք ձյուն: Ձյան փաթիլը սպիտակ է, քանի որ ջուրը շատ լավ կլանում է լույսի սպեկտրի կարմիր և ինֆրակարմիր մասերը։ Սառեցված ջուրը հիմնականում պահպանում է հեղուկ ջրի հատկությունները: Արևի լույսը, անցնելով ձյան կամ սառույցի շերտով, կորցնում է կարմիր և դեղին ճառագայթները, որոնք ցրվում և ներծծվում են դրա մեջ, իսկ միջով անցնող լույսը կապտականաչավուն է, կապույտ կամ վառ կապույտ, կախված նրանից, թե որքան հաստ է շերտը: լույսի ուղին.

ՏՎՅԱԼՆԵՐձյան փաթիլների մասին

Ձյան փաթիլները ձևավորում են ձյան ծածկույթ, որն արտացոլում է արևի լույսի մինչև 90%-ը տիեզերք:
Մեկ խորանարդ մետր ձյան մեջ կա 350 միլիոն ձյան փաթիլ, իսկ ամբողջ Երկրի վրա՝ 10-ից մինչև 24-րդ հզորության:

Ձյան փաթիլի կշիռն ինքնին ընդամենը մոտ մեկ միլիգրամ է, հազվադեպ՝ 2…3: Այնուամենայնիվ, ձմռան վերջին ձյան ծածկույթի զանգվածը մոլորակի հյուսիսային կիսագնդում հասնում է 13500 միլիարդ տոննայի։

Ձյունը միայն սպիտակ չէ. Արկտիկական և լեռնային շրջաններում վարդագույն կամ նույնիսկ կարմիր ձյունը տարածված է: Դա պայմանավորված է բյուրեղների միջեւ ապրող ջրիմուռներով: Բայց լինում են դեպքեր, երբ երկնքից ձյուն է տեղացել արդեն գունավոր։ Այսպիսով, 1969 թվականի Սուրբ Ծննդյան օրը Շվեդիայում սև ձյուն տեղաց: Ամենայն հավանականությամբ, սա մթնոլորտից կլանված մուր և արդյունաբերական աղտոտվածություն է: 1955 թվականին Կալիֆորնիայի Դանա քաղաքի մոտ ֆոսֆորային կանաչ ձյուն տեղաց, մի քանի մարդ սպանվեց և ծանր վնաս հասցրեց նրանց, ովքեր փորձեցին այն իրենց լեզվով։ Այս երեւույթի տարբեր վարկածներ կային, նույնիսկ ատոմային փորձարկումներ Նեւադայում։ Այնուամենայնիվ, նրանք բոլորն էլ մերժվեցին, և կանաչ ձյան ծագումը մնաց առեղծված: