❄️ ❄️ Płatki śniegu

Lód tworzy sześciokątną sieć krystaliczną — cząsteczki wody łączą się wiązaniami wodorowymi w sześciokątne pierścienie, tworząc strukturę o symetrii sześciokrotnej. Podstawowa komórka elementarna lodu ma kształt sześciokąta, więc każdy kryształ rosnący z pary wodnej dziedziczy tę symetrię. Sześć ramion płatka śniegu wyrasta z sześciu naroży sześciokątnego kryształu zarodkowego.

Każde ramię płatka śniegu w danej chwili znajduje się w niemal identycznych warunkach — takiej samej temperaturze, wilgotności i tempie wzrostu — ponieważ kryształ jest maleńki (zwykle 1–5 mm) i wszystkie sześć ramion znajduje się w tym samym lokalnym mikrośrodowisku. Gdy płatek unosi się przez chmurę, zmieniające się warunki wpływają na wszystkie ramiona jednocześnie i w ten sam sposób, synchronizując ich wzrost w pasujące do siebie kształty.

W praktyce nie ma dwóch identycznych płatków śniegu. Liczba możliwych ułożeń około 10^18 cząsteczek w strukturze płatka jest tak ogromna, że powstanie dwóch identycznych płatków jest praktycznie niemożliwe. Proste płatki (małe sześciokątne płytki lub słupki powstające w określonych warunkach laboratoryjnych) mogą wyglądać niemal tak samo, ale złożone, gwiaździste płatki rosnące w naturalnych warunkach atmosferycznych są praktycznie zawsze niepowtarzalne.

Rozbudowane, gwiaździste płatki śniegu (ten klasyczny kształt z sześcioma ramionami) powstają w temperaturze około −15°C przy wysokim przesyceniu parą wodną. W cieplejszych warunkach (0 do −3°C) tworzą się cienkie płytki, przy −3 do −8°C — kształty igiełkowe, a przy −8 do −12°C — puste słupki. Diagram morfologiczny Nakayi pokazuje, jaki kształt płatka odpowiada jakim warunkom wzrostu.

Wzrost płatka śniegu symuluje się za pomocą reguł automatu komórkowego (model Reitera: każda komórka reprezentuje mały obszar, który może być zamarznięty, ciekły lub w postaci pary; reguły wzrostu rozprzestrzeniają zamarzanie na podstawie stanu sąsiadów i dyfuzji pary), metody agregacji ograniczonej dyfuzją lub modeli pola fazowego rozwiązujących sprzężone równania dla udziału lodu i stężenia pary. Takie symulacje odtwarzają gwiaździste rozgałęzienia, powstawanie płytek i przejścia kształtów zgodne z diagramem Nakayi.