Floco de neve - Snowflake

Flocos de neve recém-caídos
Fotografia macro de floco de neve natural

Um floco de neve é um único cristal de gelo que atingiu um tamanho suficiente e pode ter se amalgamado com outros, então cai pela atmosfera da Terra como neve . Cada floco nucleado em torno de uma partícula de poeira em massas de ar supersaturadas , atraindo gotículas de água da nuvem super-resfriada , que congelam e se acumulam na forma de cristal. Formas complexas surgem conforme o floco se move através de diferentes zonas de temperatura e umidade na atmosfera, de modo que flocos de neve individuais diferem em detalhes uns dos outros, mas podem ser categorizados em oito classificações amplas e pelo menos 80 variantes individuais. As principais formas constituintes dos cristais de gelo, a partir das quais podem ocorrer combinações, são agulha, coluna, placa e gelo. A neve aparece na cor branca, apesar de ser feita de gelo transparente. Isso se deve à reflexão difusa de todo o espectro de luz pelas pequenas facetas de cristal dos flocos de neve.

Formação

Flocos de neve formados naturalmente diferem uns dos outros por acaso de formação. Os seis ramos característicos estão relacionados com a estrutura cristalina do gelo .

Os flocos de neve se nuclearam em torno de partículas minerais ou orgânicas em massas de ar saturadas de umidade e subcongelantes. Eles crescem por acréscimo líquido até os cristais incipientes em formações hexagonais. As forças coesivas são principalmente eletrostáticas.

Núcleo

Em nuvens mais quentes, uma partícula de aerossol ou "núcleo de gelo" deve estar presente (ou em contato com) a gota para atuar como um núcleo. As partículas que formam os núcleos de gelo são muito raras em comparação com os núcleos sobre os quais se formam gotículas de nuvem líquida; no entanto, não se sabe o que os torna eficientes. Argilas, poeira do deserto e partículas biológicas podem ser eficazes, embora não esteja claro até que ponto. Os núcleos artificiais incluem partículas de iodeto de prata e gelo seco , e são usados ​​para estimular a precipitação na semeadura de nuvens . Experimentos mostram que a nucleação "homogênea" de gotículas de nuvem ocorre apenas em temperaturas abaixo de -35 ° C (-31 ° F).

Crescimento

Imagem do microscópio eletrônico de varredura de geada em ambas as extremidades de um floco de neve de "coluna coberta".

Uma vez que uma gota de água congela como um núcleo de gelo, ela cresce em um ambiente supersaturado - onde a umidade líquida coexiste com o gelo além de seu ponto de equilíbrio em temperaturas abaixo do ponto de congelamento. A gota então cresce pela deposição de moléculas de água no ar (vapor) na superfície do cristal de gelo, onde são coletadas. Como as gotículas de água são muito mais numerosas do que os cristais de gelo devido à sua abundância, os cristais podem crescer até centenas de micrômetros ou milímetros em detrimento das gotículas de água. Este processo é conhecido como processo Wegener – Bergeron – Findeisen . O esgotamento correspondente do vapor de água faz com que as gotículas evaporem, o que significa que os cristais de gelo crescem às custas das gotículas. Esses grandes cristais são uma fonte eficiente de precipitação, uma vez que caem na atmosfera devido à sua massa, podendo colidir e grudar-se em aglomerados, ou agregados. Esses agregados são geralmente o tipo de partícula de gelo que cai no solo. O Guinness World Records lista os maiores flocos de neve agregados do mundo, como os de janeiro de 1887 em Fort Keogh , Montana , que teriam 15 polegadas (38 cm) de largura - bem fora da faixa normalmente documentada de flocos agregados de três ou quatro polegadas de largura. Foram observados cristais únicos do tamanho de uma moeda (17,91 mm de diâmetro). Flocos de neve encapsulados em bolas de geada , conhecidas como graupel .

Aparência

Cor

Cristais de neve sob forte luz solar direta agem como pequenos prismas

Embora o gelo por si só seja claro, a neve geralmente aparece na cor branca devido à reflexão difusa de todo o espectro de luz pelo espalhamento da luz pelas pequenas facetas de cristal dos flocos de neve que o compõem.

Forma

A forma do floco de neve é ​​amplamente determinada pela temperatura e umidade em que é formado. Raramente, a uma temperatura de cerca de -2 ° C (28 ° F), os flocos de neve podem se formar em simetria tripla - flocos de neve triangulares. A maioria das partículas de neve tem forma irregular, apesar de sua representação comum como simétrica. É improvável que quaisquer dois flocos de neve sejam iguais devido às cerca de 10 19 (10 quintilhões) de moléculas de água que compõem um floco de neve típico, que cresce em taxas e padrões diferentes, dependendo da mudança de temperatura e umidade na atmosfera que o floco de neve cai no seu caminho para o chão. Flocos de neve que parecem idênticos, mas podem variar em nível molecular, foram cultivados sob condições controladas.

Embora os flocos de neve nunca sejam perfeitamente simétricos, o crescimento de um floco de neve não agregado frequentemente se aproxima da simetria radial de seis vezes , surgindo da estrutura cristalina hexagonal do gelo. Nesse estágio, o floco de neve tem a forma de um hexágono minúsculo. Os seis "braços" do floco de neve, ou dendritos, crescem independentemente de cada um dos cantos do hexágono, enquanto cada lado de cada braço cresce independentemente. O microambiente no qual o floco de neve cresce muda dinamicamente à medida que o floco de neve cai através da nuvem e pequenas mudanças na temperatura e umidade afetam a maneira como as moléculas de água se ligam ao floco de neve. Como o microambiente (e suas mudanças) são quase idênticos ao redor do floco de neve, cada braço tende a crescer quase da mesma maneira. No entanto, estar no mesmo microambiente não garante que cada braço cresça da mesma forma; na verdade, para algumas formas de cristal, não, porque o mecanismo de crescimento do cristal subjacente também afeta a velocidade de crescimento de cada região da superfície de um cristal. Estudos empíricos sugerem que menos de 0,1% dos flocos de neve exibem a forma simétrica seis vezes ideal. Muito ocasionalmente, doze flocos de neve ramificados são observados; eles mantêm a simetria sêxtupla.

Classificação

Uma classificação inicial de flocos de neve por Israel Perkins Warren .

Os flocos de neve se formam em uma ampla variedade de formas intrincadas, levando à noção de que "não há dois iguais". Embora flocos de neve quase idênticos tenham sido feitos em laboratório, é muito improvável que sejam encontrados na natureza. As tentativas iniciais de encontrar flocos de neve idênticos fotografando milhares deles com um microscópio de 1885 em diante por Wilson Alwyn Bentley encontraram a grande variedade de flocos de neve que conhecemos hoje.

Ukichiro Nakaya desenvolveu um diagrama de morfologia do cristal, relacionando a forma do cristal às condições de temperatura e umidade sob as quais eles se formaram, que está resumido na tabela a seguir:

Morfologia da estrutura cristalina em função da temperatura e saturação de água
Faixa de temperatura Faixa de saturação (g / m 3 ) Tipos de cristal de neve

abaixo da saturação

Tipos de cristal de neve

acima da saturação

0 ° C (32 ° F) a -3,5 ° C (26 ° F) 0,0 a 0,5 Placas sólidas Pratos finos

Dendrites

−3,5 ° C (26 ° F) a −10 ° C (14 ° F) 0,5 a 1,2 Prismas sólidos

Prismas ocos

Prismas ocos

Agulhas

−10 ° C (14 ° F) a −22 ° C (−8 ° F) 1,2 a 1,2 Pratos finos

Placas sólidas

Placas setorizadas

Dendrites

−22 ° C (−8 ° F) a −40 ° C (−40 ° F) 0,0 a 0,4 Pratos finos

Placas sólidas

Colunas

Prismas

Micrografia de Wilson Bentley mostrando duas classes de floco de neve, placa e coluna. Faltando é um exemplo de agulha.

A forma de um floco de neve é ​​determinada principalmente pela temperatura e umidade em que é formado. O congelamento do ar até −3 ° C (27 ° F) promove cristais planos (finos e planos). No ar mais frio até −8 ° C (18 ° F), os cristais se formam como colunas ocas, prismas ou agulhas. No ar tão frio quanto −22 ° C (−8 ° F), as formas tornam-se placas novamente, geralmente com características ramificadas ou dendríticas. Em temperaturas abaixo de −22 ° C (−8 ° F), os cristais tornam-se em placas ou colunares, dependendo do grau de saturação. Como Nakaya descobriu, a forma também depende do fato de a umidade prevalente estar acima ou abaixo da saturação. As formas abaixo da linha de saturação tendem a ser mais sólidas e compactas. Cristais formados em ar supersaturado tendem mais para rendados, delicados e ornamentados. Muitos padrões de crescimento mais complexos também se formam, como planos laterais, rosetas em forma de bala e também tipos planos, dependendo das condições e dos núcleos de gelo. Se um cristal começou a se formar em um regime de crescimento de coluna, em torno de −5 ° C (23 ° F), e então cai no regime de placa mais quente, então, cristais de placa ou dendríticos brotam no final da coluna, produzindo assim chamadas de "colunas limitadas".

Magono e Lee desenvolveram uma classificação de cristais de neve recém-formados que inclui 80 formas distintas. Eles estão listados nas seguintes categorias principais (com símbolo):

  • Cristal agulha (N) - Subdividido em: Simples e combinação de agulhas
  • Cristal colunar (C) - Subdividido em: Simples e combinação de colunas
  • Cristal de placa (P) - Subdividido em: Cristal regular em um plano, cristal plano com extensões, cristal com número irregular de ramos, cristal com 12 ramos, cristal malformado, conjunto radiante de ramos planos
  • Combinação de cristais colunares e placas (CP) - Subdividido em: Coluna com cristal plano em ambas as extremidades, bala com cristais planos, cristal plano com extensões espaciais nas extremidades
  • Cristal colunar com planos laterais estendidos (S) - subdividido em: planos laterais, planos laterais semelhantes a escalas, combinação de planos laterais, marcadores e colunas
  • Cristal com orlas (R) - subdividido em: cristal com orlas, cristal densamente orlado, cristal semelhante a um graupell, graupel
  • Cristal de neve irregular (I) - subdividido em: partícula de gelo, partícula com borda, pedaço quebrado de um cristal, diversos
  • Germe de cristal de neve (G) - Subdividido em: Coluna de minutos, germe de forma de esqueleto, placa hexagonal de minuto, cristal estelar minuto, montagem de minutos de placas, germe irregular

Eles documentaram cada um com micrografias.

A Classificação Internacional para Neve Sazonal no Solo descreve a classificação dos cristais de neve, uma vez que são depositados no solo, que incluem a forma e o tamanho dos grãos. O sistema também caracteriza a camada de neve, à medida que os cristais individuais se metamorfizam e coalescem.

Use como um símbolo

Floco de neve no brasão de Lumijoki

O floco de neve costuma ser uma imagem ou motivo sazonal tradicional usado na época do Natal , especialmente na Europa e na América do Norte. Como celebração cristã , o Natal celebra a encarnação de Jesus , que segundo a fé cristã expia os pecados da humanidade; portanto, nas tradições de Natal europeias e norte-americanas, os flocos de neve simbolizam pureza. Flocos de neve também são tradicionalmente associados ao clima de " Natal Branco ", que costuma ocorrer durante o Natal. Durante este período, é bastante comum fazer flocos de neve de papel dobrando um pedaço de papel várias vezes, recortando um padrão com uma tesoura e depois desdobrando-o. O livro de Isaías se refere à expiação dos pecados, fazendo com que eles pareçam "brancos como a neve" diante de Deus (cf. Isaías 1:18 );

Os flocos de neve também são freqüentemente usados ​​como símbolos que representam o inverno ou o frio. Por exemplo, pneus de neve que aumentam a tração durante condições de condução rigorosas no inverno são marcados com um floco de neve no símbolo da montanha. Um floco de neve estilizado foi parte do emblema dos Jogos Olímpicos de Inverno de 1968 , 1972 Jogos Olímpicos de Inverno , Jogos Olímpicos de Inverno de 1984 , 1988 Jogos Olímpicos de Inverno , Jogos Olímpicos de Inverno de 1998 e 2002 Jogos Olímpicos de Inverno .

Os três graus na Ordem do Canadá (Companheiro, Oficial e Membro, respectivamente).

Um floco de neve hexagonal estilizado de seis pontas usado para a Ordem do Canadá (um sistema de honra nacional) passou a simbolizar a diversidade e a herança do norte dos canadenses .

Na heráldica, o floco de neve é uma carga estilizada . Três símbolos diferentes de floco de neve são codificados em Unicode : "floco de neve" em U + 2744 (❄); " floco de neve trifoliado estreito " em U + 2745 (❅); e " floco de neve chevron pesado " em U + 2746 (❆).

Galeria

Uma seleção de fotos tiradas por Wilson Bentley (1865–1931):

Veja também

Referências

Leitura adicional

links externos