Žiadne dve rovnaké? Vedci nafotili pre SME pod mikroskopom snehové vločky [sme.sk]

Nenájdete dve rovnaké snehové vločky?
Máme problém, nesneží, hovoria vedci Marián Marton a Marian Vojs, keď prichádzame na Fakultu elektrotechniky a informatiky Slovenskej technickej univerzity v Bratislave.
Mrzne, sú dva stupne pod nulou, pocitovo oveľa menej, zem je pokrytá zvyškami staršieho snehu.
O druhej poobede by podľa predpovedí malo začať, ak nie, fotografovanie sa nekoná. Namiesto do laboratórií nás zavedú na strechu budovy, kde umiestnili optický mikroskop. Počítač pripoja neskôr, aby ho zbytočne nevystavovali chladu a vlhku.
„Snehová vločka sa topí pri nulovej teplote, preto je dôležité, aby bol mikroskop čo najstudenší. Aj tak to budú preteky s časom, vločka na podložnom sklíčku vydrží pár sekúnd, potom ju roztopí svetlo žiarovky,“ vysvetľuje Marián Marton.
S mikroskopom na streche
Čakáme na sneženie, sneh zo zeme nemôžeme použiť, obsahuje len kryštály ľadu.
Snehová vločka sa po dopade na zem väčšinou rekryštalizuje a zhutní do trojrozmerného kryštálu. Inými slovami sa roztopí, znova zamrzne a stratí svoju dvojrozmernosť.
Ako čierny podklad je najlepší materiál s nízkou vodivosťou tepla, napríklad guma alebo látka. Druhým variantom je, že vločku presvietime na sklíčku a vykreslia sa nám obrysy.
Na pozorovanie nepotrebujete veľké priblíženie (náš mikroskop má zväčšenie desať- až stonásobné), priemerná vločka meria niekoľko milimetrov a jej tvar je niekedy viditeľný aj voľným okom.
Ak máte výkonný teleobjektív, vystačíte si aj s fotoaparátom. V Guinnessovej knihe rekordov nájdete najväčšiu snehovú vločku, ktorá padla 28. januára 1887 v americkom štáte Montana, v oblasti Fort Keogh. Merala 38 centimetrov.
Tie naše sú sotva milimetrové.
Krása zblízka
Pozorovať padajúce snehové vločky je fascinujúce, pozrieť sa na ne z blízka je estetický zážitok. Sú to ‚maličké zázraky nekonečnej krásy‘, napísal o nich poeticky Američan Wilson Alwyn Bentley v roku 1922 pre časopis Popular Mechanics Magazine.
Ako prvý na svete odfotil snehovú vločku, stalo sa tak 15. januára 1885, čiže presne pred 130 rokmi. Odvtedy ho posadnutosť lietajúcim snehom neopustila, postupne si zdokonalil techniku odchytávania vločiek, nechal ich spadnúť priamo na čiernu podložku, rýchlo presunul na podložné sklíčko a exponoval.
Počas svojho života urobil neuveriteľných päťtisíc záberov – sú charakteristické práve čiernym pozadím, v roku 1931 vydal knihu Snow Crystals, kde uverejnil 2500 fotografií. Je tiež autorom tvrdenia, že ‚na svete s najväčšou pravdepodobnosťou nenájdete dve úplne rovnaké snehové vločky‘. Na základe svojich pozorovaní definoval 80 rôznych typov a tvarov vločiek.
V skutočnosti ho však v prvenstve predbehol nemecký prírodovedec Johann Heinrich Flögel, šesť rokov pred ním urobil pri 46-násobnom zväčšení prvý záber vločky na svete. Na rozdiel od Bentleyho sa tejto téme nevenoval systematicky, nezanechal za sebou unikátnu zbierku záberov a nikdy nezískal podobnú popularitu.
Vznikajú z vodnej pary
Snehové vločky nie sú zamrznuté dažďové kvapky. Ak by to tak bolo, z neba by padali drobné kryštáliky ľadu, krúpy alebo mrznúci dážď. Vznikajú z vodnej pary v oblakoch vo výške štyri až šesť kilometrov.
Na to, aby sa mikrokvapôčka vody začala kryštalizovať, potrebuje peľovú alebo prachovú mikročasticu. Tá pôsobí ako katalyzátor. V priestore bez mikročastíc by snehová vločka nikdy nevznikla.
„Predstavte si paru v saune,“ vysvetľuje Marian Vojs. „Na kvapky vody sa tiež mení len na miestach, kde sa nachádza hrana alebo hrot. Tam sa vyzráža. Para hľadá vždy to najefektívnejšie miesto, kde by sa mohla spájať, na čom by sa mohla prichytiť.“
Vločky doslova rastú z vodnej pary pri vhodných podmienkach v oblaku. Ich tvar ovplyvňuje teplota, tlak a vlhkosť vzduchu. Pretože žiadna nerastie na tom istom mieste v oblaku, nemôžu vzniknúť dve rovnaké.
„Jediné, čo majú spoločné, je zachovanie symetrie šesťuholníka. Dokonalú symetriu majú len teoreticky, pri páde v atmosfére sa vločky spájajú alebo z nich často ostanú len fragmenty, majú polámané ramená, alebo jedno dlhšie, druhé kratšie a bez vetvenia,“ hovorí Ľubomír Vančo.
Vo vzácnych prípadoch môžete nájsť dve identické snehové vločky, v roku 1988 sa to podarilo americkej vedkyni Nancy Knightovej počas výskumu realizovaného pre National Center for Atmospheric Research. Vyzerali síce totožne, ale profesor Kenneth Libbrecht zistil, že na atómovej úrovni sú úplne odlišné.
„Na fakulte elektrotechniky a informatiky sa zaoberáme kryštalizáciou uhlíkových materiálov. Používame na to reaktor, v prírode sa kryštalizácia, čiže aj vznik vločiek, deje prirodzene. Princíp je rovnaký, či ide o vodu a ľad, alebo o uhlík a diamant. V reaktore pri deväťsto stupňoch Celzia a zachovaní určitých podmienok rozložíme metán na uhlík a vodík. Uhlík potom kryštalizuje na podložke na umelý diamant. Snehová vločka je tiež sústava kryštálov, špeciálnych kryštálov ľadu,“ hovorí Marián Marton.
Prečo je umelý sneh iný?
Každý lyžiar vie, že umelý sneh nemá kvalitu prírodného. „Je to preto, že ide skôr o malé kryštály ľadu než o sneh,“ hovorí Marian Vojs.
Ak sa zblízka pozriete, uvidíte to i voľným okom. Snehové delá striekajú cez malé otvory drobné kvapôčky vody a tie, kým dopadnú na zem, zamrznú. Na rozdiel od snehových vločiek, ktoré vznikajú z vodných pár a vďaka svojmu špeciálnemu tvaru dodajú prírodnému snehu rôzne unikátne vlastnosti.
Keď kryštalizuje vodná para, vznikajú dvojrozmerné snehové vločky, keď kryštalizuje kvapka vody, vzniká objemový ľadový kryštál.