برف و اسرار آن

برف چگونه تشکیل می شود؟

ابرها از حجم زیادی بخار آب تشکیل شده است. علاوه بر بخار آب، انبوهی از ذرات گرد و غبار هم میان ابرها وجود دارد. با کاهش دمای ابر، ذرات بخار هم سرد شده و پس از قرار گرفتن دور این ذرات غبار منجمد می شود. از آنجا که این ذرات منجمد شده شکل منظم دارد، آنها را بلور می نامند. بلورهای برف شکل های متنوعی دارد که معمولا در چند دسته کلی همانند «سوزنی»، «شاخه دار»، «صفحه ای»، «منشوری» و «ستونی» طبقه بندی می شود. جالب است بدانید که همه بلورهای برف با وجود این تنوع در شکل، بدون استثنا شش وجهی است. عوامل بسیار زیادی، تعیین کننده شکل نهایی بلور برف است. در این میان دو عامل مهم عبارتند از «رطوبت» و «دما». هر قدر رطوبت بیشتر باشد، مولکول های بیشتری حول بلورهای تشکیل شده قرار می گیرد و به این ترتیب بلور نهایی بزرگ تر می شود.

هوا در هر درجه حرارتی، می تواند حداکثر مقدار مشخصی بخار آب را در خود نگاه دارد. این میزان حداکثری را در اصطلاح علمی، «نقطه اشباع» می نامند. هر قدر رطوبت از حد «نقطه اشباع» بالاتر باشد، حجم بلور هم افزایش قابل توجهی می یابد. اما آیا بلورهای برف کاملا مشابه هم هستند؟ حدود ده به توان 158 راه مختلف برای شکل گیری یک بلور برف وجود دارد. ده به توان 158 به این معناست که باید 158 صفر را در جلوی عدد یک قرار دهیم. برای درک بهتر این عدد بد نیست بدانید که این تعداد ده به توان 70 برابر تعداد کل اتم های موجود در کیهان است! با تصور کردن این رقم بسیار بزرگ شاید بتوان گفت که احتمال یافتن دو بلور کاملا مشابه تقریبا صفر است.

چرا برف سفید است؟

آب و یخ، شفاف و بدون رنگ هستند، اما حالا این سؤال پیش می آید که چرا برف که در واقع همان ذرات منجمد شده آب است، سفیدرنگ است. پاسخ این پرسش را باید در ساختار نور مرئی و ساختار مولکولی اجسام مختلف جست.

نور مرئی از مجموعه ای از رنگ های مختلف یا در اصطلاح علمی تر، مجموعه ای از امواج با فرکانس های مختلف تشکیل شده است. هر ماده در دنیا هم از اتم ها و مولکول های مختلف تشکیل شده است.

وقتی نور مرئی (یا همان فرکانس مشخص) به مواد مختلف می تابد، به دلیل خاصیت این اتم ها و مولکول ها، بخشی از نور مرئی جذب شده و بخشی دیگر بازتابش داده می شود. در واقع رنگی که ما می بینیم، همان نور بازتاب داده شده از جسم است. بلورهای برف به علت ساختار خاص خود، همه نورتابیده شده را بازتاب می دهد. از آنجا که نور مرئی دارای همه رنگ هاست و همه رنگ ها در ترکیب با هم نور سفید را می سازند، ما برف را در نهایت به رنگ سفید می بینیم.

 برف مصنوعی

پیست های اسکی در بسیاری از کشورهای دنیا، یکی از مهم ترین جاذبه های گردشگری در فصل های سرد محسوب می شود. با این حال این مکان ها تا سال ها با یک مشکل بزرگ روبه رو بودند و آن هم کمبود برف در برخی مواقع بود. در حقیقت رونق کسب و کار پیست های اسکی به شرایط جوی و میزان بارش برف بستگی داشت. همین امر بود که برخی از دانشمندان را به فکر یافتن راه حلی برای ساخت برف مصنوعی انداخت. امروز دستگاه های تولید برف مصنوعی کاربردهای وسیعی دارد. یکی از رایج ترین وسایل برای تولید برف مصنوعی، «تفنگ برف» نام دارد. این وسیله با ترکیب کردن آب سرد شده و هوای فشرده شده، قطرات ریز بخار آب تولید می کند. این قطرات ریز آب به بیرون پاشیده شده و در هوای سرد به برف تبدیل می شود. در بسیاری از پیست های اسکی دنیا در مواقعی که برف به اندازه کافی وجود ندارد، از این دستگاه ها برای تولید برف استفاده می شود. البته کاربرد این دستگاه ها فقط به مواقعی که برف وجود ندارد، محدود نمی شود. از آنجا که خارجی ترین لایه برف در پیست های اسکی از اهمیت فوق العاده زیادی برخوردار است، بسیاری از صاحبان این پیست ها از دستگاه های تولید برف مصنوعی برای تولید لایه ای از برف با کیفیت بالا استفاده می کنند. شیوه دیگر برای تولید برف مصنوعی، استفاده از دستگاهی به نام «تفنگ برف بدون هوا» است. در این دستگاه دیگر نیازی به بهره گیری از هوای فشرده نیست. در این دستگاه آب ابتدا به قطرات بسیار ریز بخار تبدیل شده و توسط لوله ای نازک به بیرون رانده می شود. در این مرحله یک پنکه بزرگ این رطوبت را به سمت جلو می راند. دمای زیر صفر محیط بسرعت این ذرات بخار را به بلور یخ تبدیل می کند. بارور کردن ابرها توسط ماده ای به نام «یدیدنقره» نیز از دیگر روش های علمی برای تولید برف مصنوعی است.