Почему все снежинки разные?

[amon]

Munin в сообщении #1122519 писал(а):

В исходном облаке - плотный туман из мелких капелек,

По крайней мере в моих широтах (Петербург) дождь - это в большинстве случаев растаявший по дороге снег.

[Munin]

Faceting http://www.snowcrystals.com/faceting/faceting.html

Branching http://www.snowcrystals.com/branching/branching.html

Sharpening http://www.snowcrystals.com/sharpening/sharpening.html

-- 10.05.2016 16:07:28 --

amon в сообщении #1122530 писал(а):

По крайней мере в моих широтах (Петербург) дождь - это в большинстве случаев растаявший по дороге снег.

Да, точно.

[amon]

Munin в сообщении #1122501 писал(а):

Какие условия управляют ростом снежинки?

К своему стыду (это близко к моей нынешней специальности) я про это ничего не знаю, и могу только предположения делать. IMHO, проблема тут в том, почему кристаллу воды достаточно большого размера "выгодно" (или по крайней мере не совсем прогарно) увеличивать свою поверхность. В природе уйма гексагональных кристаллов (тот же кварц), и ни один из них так похабно себя не ведет, хотя условия роста естественного кварца при приведении к одному временному масштабу меняются не хуже, чем в облаке. Поэтому аргумент "Part of the answer to this question lies in an edge-sharpening growth instability", IMHO, нуждается в дополнении, объясняющем, чем кварц или карбид кремния радикально отличается от воды. Тут, наверно, как-то замешаны уникальные свойства воды вблизи нуля и слабость связей. Неужели ни кто на эту тему гранта еще не написал?

[AnatolyBa]

Цитата:

Exactly why snow crystals grow this way remains an unsolved scientific puzzle. The growth behavior of ice depends on the molecular structure and dynamics at the crystal surface, and this is all so complicated that no one really understands it.

Although science has made great advances in understanding the secrets of the Universe, there remains a bit of mystery still in these remarkable ice structures.

[amon]

IMHO, тому, что кристаллу воды увеличивать поверхность выгоднее, чем другим, должно быть какое-то простое (термодинамическое?) объяснение без всяких там growth behavior of ice.

[Pphantom]

amon в сообщении #1122539 писал(а):

IMHO, проблема тут в том, почему кристаллу воды достаточно большого размера "выгодно" (или по крайней мере не совсем прогарно) увеличивать свою поверхность. В природе уйма гексагональных кристаллов (тот же кварц), и ни один из них так похабно себя не ведет,

Где-то крутятся воспоминания, что подобное поведение характерно для молекулярных кристаллов (что, в частности, автоматически влечет и слабость связей).

(Оффтоп)

А вообще 10 мая эта тема крайне актуальна.

[Munin]

(Оффтоп)

Pphantom в сообщении #1122580 писал(а):

А вообще 10 мая эта тема крайне актуальна. :-)

Ну извинитя! :-)

Я тут в апреле хотел замутить тему про альбедо луж, но поленился. А щас чё-то вспомнил - и не сдержался.

[Degen1103]

Лучшие годы жизни занимался спонтанной конденсацией, посему могу предположить, что рост снежинок суть нестационарный релаксационный процесс, протекающий в переохлаждённом водяном паре. Глубина переохлаждения должна сильно зависеть от наличия инородных зародышей (пылинок, аэрозолей, ионов...), условно названных в данном обсуждении катализаторами.
При расчёте кинетики непременно следует учитывать капиллярные эффекты, изменение давления насыщенного пара над поврехностью разной кривизны, а также, возможно, фотофорез. Это что касается условий возникновения зародыша снежинки, форма которого может зависеть от разных факторов.

Почему растёт всегда по-разному? И почему преимущественно в плоскости? Рискну предположить, что каждая снежинка растёт единственным, наиболее энергетически выгодным в случайно сложившихся условиях, образом.

[Munin]

Degen1103 в сообщении #1122600 писал(а):

Глубина переохлаждения должна сильно зависеть от наличия инородных зародышей (пылинок, аэрозолей, ионов...), условно названных в данном обсуждении катализаторами.

Я как-то думал, что под катализаторами подразумеваются газы, уже после начала конденсации, а не инородные зародыши.

Degen1103 в сообщении #1122600 писал(а):

Рискну предположить, что каждая снежинка растёт единственным, наиболее энергетически выгодным в случайно сложившихся условиях, образом.

Вопрос был о том, какие именно случайные условия тут играют роль.

Но на него, вроде бы, нашёлся ответ.

[rockclimber]

Munin в сообщении #1122519 писал(а):

Но вот какой-то у этого уровень "любительский". Неужели серьёзные физики этим не занимаются? Не рассчитывают форму?

Мне кажется, что это не столько к физикам, сколько к физхимикам. А не занимаются, как я думаю, из-за того, что практическое применение этому найти трудно.

И кстати, есть еще один эффект. Любая система, как известно, стремится к минимизации собственной энергии, применительно к кристаллам это приводит к тому, что в более-менее равновесных условиях вещество как бы перетекает с маленьких кристаллов на большие (этот процесс более выгоден энергетически, чем обратный). Тут причина в целом та же, что у капель жидкости. Капля, будучи предоставлена сама себе, стремиться стать шаром, чтобы минимизировать поверхность. Кристалл стать шаром не может, зато много мелких кристаллов с течением времени растворятся (если это в жидкости), а вещество пересядет на крупные кристаллы, что в итоге также приведет к уменьшению отношения поверхность/объем. То есть, если на нескольких центрах кристаллизации снежинки начали расти чуть раньше, они должны подавлять рост близлежащих "опоздавших" снежинок. Это может отчасти объяснять их непохожесть. А вот насколько силен этот эффект в сильно нестационарных условиях, не знаю.

[Degen1103]

Цитата:

Мне кажется, что это не столько к физикам, сколько к физхимикам. А не занимаются, как я думаю, из-за того, что практическое применение этому найти трудно.

Да, конечно, не только физхимия этим занимается, но и чисто прикладные ПАХТ, где процессы кристаллизации занимают важное место. Собственно, вся эта мезофизика с наноструктурами и составляет одну из опор нового технологического уклада. Так что изучение данных процессов крайне актуально именно для практики.

Кроме этого, ясное понимание картины роста водяных кристаллов позволит если не совсем избавиться от лженаучных измышлений об энергоинформационных свойствах воды, её памяти и т.п., то хотя бы подвергать их обоснованной критике.

[DimaM]

Pphantom в сообщении #1122580 писал(а):

А вообще 10 мая эта тема крайне актуальна.

У нас 9 мая целый день падал снег. 10 в тени еще лежал.

Munin
При 100% влажности расти не будет. Нужно пересыщение тем больше, чем более мелкие кристаллики растут.

При больших пересыщениях/переохлаждениях и не слишком большой поверхностной жесткости (surface stiffness) и ее анизотропии возникает tip-splitting instability.
Кроме того, флуктуации провоцируют рост боковых веток на формирующемся луче.
Хотя это все относится температурам выше, чем roughening temperature, и я не уверен, подходит ли оно к образованию снежинок.

[Degen1103]

Бутенков С.А.
Математические модели процессов на фрактальных структурах с заданными свойствами на основе методов грануляции
Известия Южного федерального университета, 2011

Fan Yang, Yajun Yin , Bin He, Qinshan Fan
Fractal growth kinematics abstracted from snowflakes: topological evolution
Applied Mathematics and Mechanics. February 2015, Volume 36, Issue 2, pp 243-264

[GraNiNi]

Munin в сообщении #1122501 писал(а):

Почему все снежинки разные?

Физика не может почивать на лаврах, пока не ответит на этот величайший научный вопрос мироздания.

Весьма обнадеживающее заявление!

А то, ведь, как только речь заходит об устройстве пространства-времени, ОТО, СТО, черных дырах, темных энергиях и прочих высших материях - сразу набегает масса народу, и у каждого есть что сказать в разгорающемся споре.

А вот здесь, где все реально и материально - прямо перед глазами (носом), неужели физика спасует?

[Munin]

Уже не спасовала. Перечитайте тему. И загляните по ссылкам - там много интересного.