كيف يتشكل الثلج؟

باستثناء الولايات الجنوبية الغربية والجنوبية المتطرفة ، فإن فصل الشتاء في الولايات المتحدة يعني على الأقل بعض تساقط الثلوج. عند ترحيب الأطفال وعشاق الرياضات الشتوية بالثلج ، فإن الثلج يعني أيضًا مشاكل المرور وتنظيف الأرصفة. يمكن للعواصف الثلجية أن توقف كل شيء وتتسبب في خسائر في الأرواح والممتلكات. هناك الكثير من القواسم المشتركة بين تكوين الثلج وتكوين المطر ويبدأ بقطرات الماء. تتجمد هذه البلورات في أشكال مختلفة من بلورات الثلج حسب درجة الحرارة والظروف الجوية.

تنشأ ظروف العاصفة الثلجية الشتوية عندما ترتفع كتلة من الهواء الدافئ الرطب من سطح الأرض إلى طبقات الغلاف الجوي الأكثر برودة. هناك عدة سيناريوهات ممكنة: يمكن أن تصطدم كتلة هوائية دافئة ورطبة بكتلة هوائية باردة ، مما يجبر الهواء الدافئ فوق الهواء البارد. يمكن أن يبرد الهواء الدافئ أيضًا عن طريق السفر فوق منحدر جبلي. الآلية الثالثة تسمى "ثلج تأثير البحيرة" ، وتحدث عندما يتحرك الهواء البارد والجاف فوق بحيرة ويدفع بخار الماء الأكثر دفئًا إلى أعلى. يشكل الهواء الدافئ المتصاعد الذي يحتوي على بخار الماء سحابة.

تتكون السحب عندما يتحول بخار الماء مرة أخرى إلى ماء سائل من خلال التكثيف. من أجل حدوث التكثيف ، من الضروري وجود جسيم أو سطح صلب. فكر في تشكيل الندى على العشب. تتكثف قطرات الماء في كتلة الهواء البارد حول الجزيئات الصغيرة في الغلاف الجوي ، مثل السخام أو حبوب اللقاح أو الغبار أو الأوساخ. عندما ترتفع السحابة التي تحتوي على قطرات الماء إلى طبقات أعلى وأكثر برودة من الغلاف الجوي ، أو عندما يتحرك الهواء البارد لخفض درجة الحرارة ، تتجمد قطرات الماء في الجليد وتتشكل بلورات الثلج.

يجب أن تكون درجات حرارة الغلاف الجوي العلوي حيث تحدث قطرات الماء باردة لتكوين البلورات. تبدأ بلورات الجليد في التكون بمجرد أن تصل درجات حرارة السحب إلى حوالي -10 درجات مئوية (14 درجة فهرنهايت) أو أقل. تنمو بلورات الثلج الفردية عن طريق الاصطدام مع بعضها البعض لتشكيل بلورات ثلجية متناظرة أكبر ، والتي تسقط عندما تصبح ثقيلة. عادةً ما يتسبب الهواء الذي يتراوح بين 0 و 2 درجة مئوية (32 إلى 35 درجة فهرنهايت) في أشد تساقط للثلوج. تغير البلورات شكلها عند سقوطها اعتمادًا على درجات الحرارة التي تواجهها ، لكنها تحافظ على شكل سداسي الجوانب بأذرع متطابقة لأن كل ذراع يواجه نفس الظروف. تعتبر درجة حرارة الأرض مهمة أيضًا لتكوين الثلج ، حيث يتشكل الثلج فقط عندما تكون الأرض أقل من 5 درجات مئوية (41 درجة فهرنهايت).

تعتمد أشكال بلورات الثلج على درجة الحرارة. من 0 إلى -4 درجة مئوية (32 إلى 25 درجة فهرنهايت) ، تتشكل صفائح سداسية رفيعة. تتكون الإبر من -4 إلى -6 درجة مئوية (25 إلى 21 درجة فهرنهايت) ، وتتشكل الأعمدة المجوفة عند -6 إلى -10 درجات مئوية (21 إلى 14 درجة فهرنهايت). تنتج الصفائح القطاعية التي تشبه أزهارًا ذات 6 بتلات عندما تتراوح درجات الحرارة من -10 إلى -12 درجة مئوية (14 إلى 10 درجة فهرنهايت). تحدث التشعبات السداسية المألوفة من -12 إلى -16 درجة مئوية (10 إلى 3 درجات فهرنهايت). يمكن أن تتجمع العديد من بلورات الثلج معًا لتشكيل ندفة ثلجية واحدة. يبلغ قطر معظم رقاقات الثلج 1.3 سم أو أقل (0.5 بوصة) ، لكن بعض الرقائق الكبيرة يبلغ عرضها 5 سم (2 بوصة).