راز سفید بودن برف؟

راز سفيد بودن بلور برف چيست؟


زماني كه بخار آب روي سطح ذره يخ شروع به سخت شدن ميكند، به سرعت در اين يخ كوچك چند وجه ايجاد و به يك شش وجهي تبديل ميشود.


به راستي چرا بلورهاي برف شش پر و متقارن و سفيد هستند؟
براي پاسخ به اين سوال بايد داستان زندگي يك دانه برف را دانست.
داستان زندگي دانه برف، از ابر آغاز ميشود، از زماني كه يك قطره بسيار ريز ابر يخ زده و به يك ذره كوچك يخي تبديل ميشود.
زماني كه بخار آب روي سطح ذره يخ شروع به سخت شدن ميكند، به سرعت در اين يخ كوچك چند وجه ايجاد و به يك شش وجهي تبديل ميشود.
ذره يخ تا مدتي اين شكل شش وجهي را حفظ ميكند اما به تدريج كه بلور بزرگتر و بزرگتر ميشود، از هر يك از وجوه اين شش وجهي شاخهاي بيرون ميآيد. از آنجا كه شرايط جوي (يعني دما و رطوبت) در همه نقاط اين بلور كوچك يكسان است، هر شش شاخه جديد، تقريبا به يك اندازه رشد ميكنند.
بلور برف در حاليكه بزرگتر ميشود، در داخل ابر با باد به اينسو و آنسو ميرود و به همين دليل است كه در طول زمان، با دماهاي مختلفي روبرو ميشود.
اما رشد كريستال تا حد بسيار زيادي به ميزان دما مربوط ميشود و از آنجا كه هر شش شاخه بلور در هر زمان در شرايط مساوي قرار دارند، همه آنها به يك شكل رشد ميكنند.
نتيجه نهايي اين روند، ايجاد ساختاري شش شاخه و متقارن است. بايد توجه داشت كه چون هر بلور برف مسيري خاص خود را در ابر ميپيمايد، هر يك شكل خاص خود را پيدا ميكنند.
چه چيزي باعث همزماني رشد شش بازوي كريستال برف ميشود؟
هيچ چيز. همانطور كه قبلا اشاره شد هر يك از بازوهاي دانه برف مستقلا رشد ميكند اما از آنجا كه نقاط مختلف هر بلور اوليه برف درشرايط مساوي دمايي قرار دارد، اين رشد همزمان و برابر صورت ميگيرد.
شايد اين موضوع عجيب و باورنكردني به نظر برسد اما شايد اشاره به يك نكته، اين موضوع را باوركردني كند: در واقع بلورهاي برف چندان كامل متقارن نيستند. براي اطمينان به زير برف برويد و خودتان آزمايش كنيد.
به ندرت ممكن است كريستالي كاملا متقارن پيدا كنيد.
دانه برف چرا شش بازو دارد؟
علت اين امر به خصوصيات هندسه شش ضلعي شبكه بلور يخ برميگردد. اما اين شبكه ابعاد مولكولي دارد و پي بردن به اين موضوع كه اين تقارن در ابعاد نانو چگونه به ساختار يك كريستال برف كه به مراتب بزرگتراست، منتقل ميشود، كار سادهاي نيست.
اما بطوركلي بايد گفت ايجاد بازو در دانه برف از طريق "تشكيل وجوه" (‪ faceting‬يا ايجاد ساختاري مانند جواهرات تراش داده شده) صورت ميگيرد.
اين وجوه بدون نياز به نيروي خاصي تشكيل ميشوند كه علت آن، نحوه قرار گرفتن مولكولها در داخل شبكه دانه برف است. در فرآيند تشكيل وجوه است كه دانه ابتدايي برف به يك شش وجهي تبديل ميشود كه ساختاري بزرگتر با يك تقارن شش بري است. در نهايت، بازوها از گوشههاي شش ضلعي بيرون ميآيند و وجود شش گوشه اساس به وجود آمدن شش بازوست.
فرآيند "تشكيل وجوه" نشان ميدهد كه هندسه مولكول آب چگونه به هندسه يك كريستال درشت برف منتقل ميشود.
چرا برف سفيد است؟
برف سفيد نيست. برف از كريستالهاي يخ درست شده و انبوه آنها سفيد به نظر ميرسد درست مانند خرده شيشههايي كه انبوه آنها سفيد به نظر ميآيد.
نور بازهم مانند شيشه، از بخشي از سطوح يخ دانه برف منعكس ميشود و رنگ خاصي را بازتاب ميدهد. هنگامي كه مقدار زيادي برف انباشته شده باشد و از روي هر وجه هر دانه برف بخشي از نور منعكس شود، اين نور به نقاط اطراف بازتاب يافته و دوباره برميگردد. از آنجا كه همه رنگها تقريبا به ميزان مساوي پراكنده هستند، انبوه برف سفيدرنگ به نظر ميرسد.
در واقع، هنگامي كه نور در حال تابش و بازتابش است، يخ بخشي از آن را جذب ميكند و رنگ قرمز، آسانتر از رنگ آبي جذب ميشود و در نتيجه، رنگ آبي بازتاب مييابد. به همين دليل اگر به داخل يك توده برف خوب نگاه كنيد، گاه در آن رنگ آبي را مشاهده ميكنيد.
فايده دانستن اين اطلاعات درباره دانههاي برف چيست؟
بلورهاي زيباي برف رقص كنان از آسمان به زمين ميبارند و يك انسان پرسشگر بايد بداند كه اين دانهها از چه و چگونه تشكيل شدهاند. مطمئنا از ميان بيش از شش ميليارد جمعيت زمين، عدهاي هستند كه بخواهند به رازهاي دانههاي برف پي ببرند.
با همه اينها، يافتن راز چگونگي تشكيل بلورها، بدون ترديد كار بيفايدهاي نيست. براي مثال، كل صنعت كامپيوتر به سيليكون و ديگر كريستالهاي نيمههادي متكي است ولي ما هنوز درباره فيزيك چگونگي تشكيل اين كريستالها اطلاعات زيادي نداريم.
اگر از فيزيك پايهاي كه در پس رشد بلورها ، از جمله بلور يخ، وجود دارد، درك بهتري پيدا كنيم، توانايي بيشتري براي ايجاد مواد جديد خواهيم داشت.
منبع : هوپا به نقل از ايرنا