De verbluffende diversiteit aan sneeuwvlokken roept het idee op dat elk exemplaar uniek is. Hoewel 'geen twee vlokken gelijk' een aantrekkelijke metafoor is, is het niet helemaal waar. Maar dat weerhoudt ons er niet van om naar de ingewikkelde kristalstructuren op onze wanten te kijken. Het weerhoudt onderzoekers er ook niet van om elk type kristal dat zich zou kunnen vormen nauwgezet te catalogiseren.
Dankzij hun werk heeft scheikundeleraar Andy Brunning, die de grafische en scheikundeblog Compound Interest bijhoudt, een fascinerende afbeelding gemaakt met 39 soorten vaste neerslag, waaronder 35 die sneeuwkristallen of -schilfers zijn. De andere afgebeelde vormen van neerslag zijn ijzel, ijs, een hagelsteen en een bevroren hydrometeor-deeltje.
Samengestelde rente (CC BY 4.0) Brunning schrijft:
Je vraagt je misschien af wat de vormen van sneeuwvlokken met chemie te maken hebben. In feite heeft de studie van kristalstructuren van vaste stoffen zijn eigen discipline, kristallografie, waarmee we de rangschikking van atomen in deze vaste stoffen kunnen bepalen. Kristallografie werkt door röntgenstralen door het monster te laten gaan, die vervolgens worden afgebogen terwijl ze passeren door de daarin aanwezige atomen. Analyse van het diffractiepatroon maakt het mogelijk om de structuur van de vaste stof te onderscheiden; deze techniek werd door Rosalind Franklin gebruikt om de dubbele helix-opstelling van DNA te fotograferen voordat Watson & Crick de structuur bevestigde.
Eerdere inspanningen hebben een aantal verschillende cijfers opgeleverd voor de totale categorieën vaste neerslag. De nieuwe afbeelding is gebaseerd op werk van onderzoekers uit Japan. De 39 categorieën kunnen verder worden onderverdeeld in 121 subtypen, meldt Susannah Locke voor Vox. En ze kunnen allemaal worden samengevoegd in acht bredere groepen:
- Kolomkristallen
- Vliegtuigkristallen
- Combinatie van kolom- en vlakke kristallen
- Aggregatie van sneeuwkristallen
- Rimed sneeuwkristallen
- Kiemen van ijskristallen
- Onregelmatige sneeuwdeeltjes
- Overige vaste neerslag.
Kenneth Libbrecht, natuurkundige bij Caltech, schrijft op zijn website over de vorming van sneeuwkristallen:
Het verhaal begint in een wolk, wanneer een minuutwolkdruppeltje voor het eerst bevriest in een klein deeltje ijs. Terwijl waterdamp op het oppervlak begint te condenseren, ontwikkelt het ijsdeeltje snel facetten en wordt zo een klein zeshoekig prisma. Gedurende een tijdje houdt het deze eenvoudige gefacetteerde vorm terwijl het groeit.
Naarmate het kristal groter wordt, beginnen takken uit de zes hoeken van de zeshoek te ontspruiten (dit is de derde fase in het diagram rechts). Omdat de atmosferische omstandigheden (bijv. Temperatuur en vochtigheid) bijna constant zijn over het kleine kristal, groeien de zes ontluikende armen allemaal ongeveer met dezelfde snelheid uit.
Terwijl het groeit, wordt het kristal heen en weer geblazen in de wolken, zodat de temperatuur die het ziet willekeurig verandert met de tijd.
Die temperatuurveranderingen veranderen de armen in verschillende vormen en geven ons de verschillende sneeuwvlokken en kristallen die we zien. Omdat alle armen dezelfde schommelingen ondergaan, kunnen ze symmetrisch groeien. In werkelijkheid zijn de meeste sneeuwkristallen onregelmatig, schrijft hij.
Waarom al die tijd besteden aan het classificeren van sneeuwvlokken? Zoals Libbrecht uitlegt, is dit echt de studie van hoe kristallen worden gevormd. En die kennis kan worden toegepast om kristallen te maken voor tal van andere toepassingen - silicium en andere halfgeleiders in computers en elektronica zijn bijvoorbeeld opgebouwd uit kristallen.
Bovendien zijn ze verbluffend.
