هر دانه برف شکل منحصر به فرد دارد

خیلی‌ها می‌گویند با این که دانه‌های برف در دسته‌های بزرگی از آسمان به زمین سقوط می‌کنند، هیچ یک جفتی بینشان پیدا نمی‌شود که عینا مثل هم باشد. حالا واقعا دانه‌های برف تا این حد شکلشان متنوع است؟

بگذارید خلاصه بگویم: بله! دانه‌های برف واقعا با یکدیگر تفاوت دارد. شاید در اولین مراحل شکل گرفتن دانه‌های برف بتوانید تعدادی را پیدا کنید که کمابیش شبیه هم باشد، اما طی سفر دور و درازی که ظاهر نهایی دانه‌ها را شکل می‌دهد، شکی نیست که هر کدام حداقل تفاوتی با دانه‌های دیگر پیدا خواهد کرد.

درک این مساله که «دانه‌های برف چطور شکل خاص پیدا می‌کند» منوط به سر در آوردن از «چگونگی به وجود آمدنشان در وهله اول» است. همه چیز از سطح زمین شروع می‌شود. از آبی که از رودخانه، برکه، دریا و اقیانوس تبخیر شده، به جو سفر کرده و آنجا در قالب آب تبخیری گازی، یا همان چیزی که به آن ابر می‌گوییم به ما رخ می‌نماید.

تابستان‌ها این ابرها در آسمان سفر کرده، سایه بر سرمان انداخته و افق آبی آسمان را می‌شکند، اما در زمستان ماجرا فرق دارد. هوای سرد مولکول‌های آب تبخیری را به قطرات مایع‌ریزی تبدیل می‌کند که قادرند با هر ماده دیگری، مانند خاک یا گرده هم‌چگالی شود. این کریستال‌های کوچک یخ، نوزادهایی هستند که با رسیدن به بلوغ، به دانه‌های برف کامل تبدیل می‌‌شود.

کریستال‌ها آسمان را طی کرده و با مولکول‌های آب تبخیری برخورد می‌کنند. به محض برخورد بخار با کریستال، بخار آب حالت گازی خود را از دست داده و به کریستال جامد تبدیل شده و به هسته دانه برف می‌پیوندد. این فرآیند مدام تکرار شده و از آن کریستال تقریبا نامرئی ابتدایی، دانه‌ای بزرگ می‌سازد که تحت شرایط مناسب، به زمین نشسته و داد آنهایی را که کف‌ کفش‌شان صاف است، درمی‌آورد.

با وجود این اطلاعات، باز هم باورش سخت است که در آسمانی به آن گستردگی، هیچ دو دانه برفی مثل هم نباشند. در ادامه به این می‌پردازیم که فرآیند ساخت دانه برفی چطور عمل می‌کند که در آسمانی با میلیاردها دانه برفی در حال بارش، هیچ یک جفتی از آنها با هم یکسان نمی‌شوند.

دانه برفی را چه می‌سازد؟

در روند پا گرفتن ابتدایی دانه‌های برف و گروه شدن آنها، ظاهر دانه‌ها گاهی غیرقابل تمییز است. علت اصلی آن تا حد زیادی شش‌گوش مشبک بودن دانه‌های برف است که آن هم از نحوه خاص پیوند اتم‌های هیدروژن با اکسیژن برای ساخت آب ناشی می‌شود.

بعضی لبه‌های خاص دانه‌ها دندانه‌دار است. این بخش‌های ناهموار و زبر، مولکول‌های آب بیشتری نسبت به دیگر قسمت‌های صاف‌تر شش‌گوش جذب می‌کند. هر شاخه کوچک به رشد خاص خود ادامه می‌دهد تا که یک دانه برف پیچیده و متحدا‌لشکل تشکیل شود.

اگر روند ساخت دانه‌های برف در همان مراحل اولیه متوقف می‌شد، تعداد دانه‌های مشابه سر به فلک می‌گذاشت، اما دانه‌ها باز هم به جذب کریستال ادامه می‌دهد و با الگوهای خاص و متمایز روی یکدیگر می‌نشیند.

همچنان که خوشه‌های کریستال به جشن دانه‌برفی می‌آید، مهمان‌های دیگری نیز به جمع می‌پیوندند. این مهمان کسی نیست جز عناصر زیست‌محیطی، مانند رطوبت و دما. هر دو نقش پررنگی در رشد فزاینده یا محو شدن دانه برف دارد.

تصور اهمیت دما در ساخت و پرداخت کریستال یخ اصلا سخت نیست. بین -8.2 تا صفر درجه سانتی‌گراد کریستال ظاهری بشقاب‌مانند یا بلوری به خود می‌گیرد. اینها نمونه‌های اولیه‌ی شش شاخه دانه برف است که از نظر بصری چیز خاصی برای عرضه ندارد. اگر دما را چند درجه کم کنیم، سازه‌های سوزن‌مانندی را می‌بینیم. در دمای کمتر ستون‌های پوکی تشکیل خواهد شد و در سرمای استخوان سوز پرهای سرخس‌مانند از شاخه‌هایش بیرون خواهد زد.

رطوبت پایین‌تر به تولید دانه‌های مسطح‌تری منجر می‌شود. رطوبت بالاتر هم ساخت کریستال بیشتر در لبه‌ها و گوشه‌ها را رقم می‌زند.

با کمی نم بیشتر در آن سرمای استخوان‌سوز، دانه‌های برف به طرز خیره‌کننده‌ای زیبا می‌شوند؛ آنها به شاهکارهای زیبای خلقت تبدیل می‌شود که در هنگام نشستن بر زمین چند شاخه و فضا‌ی تودرتو دارد.

سرنوشت این شاهکارها شاید شبیه به پاشیدن شکر بر سطح زمین باشد و کل وجودشان از چند دقیقه حضور بر سطح زمین فراتر نرود. شاید هم عمرشان بلندتر باشد و آن‌قدر روی هم انباشته شود تا سازه‌ای فوق‌العاده تشکیل دهد؛ مانند برف رکوردشکنی که زمستان سال 1386 در رشت بارید!

بخت‌آزمایی دانه‌برفی‌ها

شرایط فیزیکی و آب و هوایی شکل و اندازه دانه برف را تعیین می‌کند و طبق محاسبات می‌توان خاص بودنشان را ثابت کرد.

تصور کنید که هر دانه برف از حجم عظیمی از مولکول‌های آب تشکیل شده است. طبق یک تخمین، محتمل است که هر دانه برف از یک کویینتیلیون مولکول (1.000000000000000000 مولکول) تشکیل شده است.

از آنجایی که ممکن است روی هر شاخه کوچک دانه برف، چند شاخه دیگر درست شود، چند راه برای الحاق دیگر کریستال‌ها وجود دارد. راه‌های ترکیب این کریستال‌ها آنچنان گسترده و متنوع است که برخی دانشمندان باور دارند تعداد ترکیب‌های احتمالی کریستالی، دو برابر تعداد تمام اتم‌های جهان است!

اینچنین ارقامی آن‌قدر بزرگ است که از درکشان عاجزیم، اما اگر این نظریه صحیح باشد، کاملا بعید است که تا امروز یک جفت دانه برف درست مثل هم باریده باشد و در آینده هم ناممکن خواهد بود.

علاوه بر آن، چند عنصر مختلف در شکل دادن دانه برفی نقش بازی می‌کند. حتی کوچک‌ترین نوسان در دما و رطوبت قادر است چگونگی ساخت کریستال را تغییر بدهد. حتی ناخالصی‌های لحظه‌ای مانند گرد و خاک هم کریستال‌ها را تغییر می‌دهد. زاویه‌ای که مولکول‌های آب طبق آن به کریستال‌های موجود می‌چسبد هم از اهمیت خاصی برخوردار است.

در جو متلاطمی که کیلومترها بالای سطح زمین است. تمام این عوامل بی‌وقفه در حال تغییر است. شرایطی که در یک فضای کوچک اندکی با چند سانت کناری خود در جهات مختلف فرق دارد و تمام اینها دست در دست هم کریستال‌ها و دانه‌های برفی را که در نهایت ساخته می‌شود شکل می‌دهد.

دانه‌های برف در حال فرود با یکدیگر برخورد می‌کند. بر اثر این برخورد شاخه‌هایشان می‌شکند و جایش شاخه‌ای دیگر درست می‌شود و خاص بودن دانه‌ی برف را تشدید می‌کند.

حالا می‌توانیم بگوییم دانه‌های برف در استثنایی بودن بی‌نظیر است. آنها دلایل کوچک، اما محکمی است بر تغییرات غریب و پیوسته جهان اطراف ما.

Howstuffworks / مترجم: سیاوش شهبازی