Πώς σχηματίζεται το χιόνι;

Εκτός από τις νοτιοδυτικές και ακραίες νότιες πολιτείες, ο χειμώνας στις Ηνωμένες Πολιτείες σημαίνει τουλάχιστον κάποιες χιονοπτώσεις. Χαιρετίζεται από παιδιά και λάτρεις των χειμερινών σπορ, το χιόνι σημαίνει επίσης προβλήματα κυκλοφορίας και καθαρισμό πεζοδρομίων. Οι χιονοθύελλες μπορούν να σταματήσουν τα πάντα και να προκαλέσουν απώλεια ζωής και περιουσίας. Ο σχηματισμός χιονιού έχει πολλά κοινά με το σχηματισμό βροχής και ξεκινά με σταγονίδια νερού. Αυτά παγώνουν σε διάφορες μορφές κρυστάλλων χιονιού ανάλογα με τη θερμοκρασία και τις ατμοσφαιρικές συνθήκες.

Οι χειμερινές συνθήκες χιονοθύελλας προκύπτουν όταν μια μάζα ζεστού, υγρού αέρα ανεβαίνει από την επιφάνεια της Γης σε ψυχρότερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Πολλά σενάρια είναι πιθανά: Μια θερμή, υγρή μάζα αέρα μπορεί να συγκρουστεί με μια μάζα κρύου αέρα, αναγκάζοντας τον ζεστό αέρα πάνω από τον κρύο αέρα. Ο ζεστός αέρας μπορεί επίσης να κρυώσει ταξιδεύοντας σε μια πλαγιά του βουνού. Ένας τρίτος μηχανισμός ονομάζεται "χιόνι-επίδραση στη λίμνη" και εμφανίζεται όταν ο κρύος, ξηρός αέρας κινείται πάνω από μια λίμνη και ωθεί τους θερμότερους υδρατμούς προς τα πάνω. Ο αυξανόμενος θερμότερος αέρας που περιέχει υδρατμούς σχηματίζει ένα σύννεφο.

Σύννεφα σχηματίζονται όταν οι υδρατμοί μετατρέπονται σε υγρό νερό μέσω συμπύκνωσης. Για να συμβεί συμπύκνωση, απαιτείται ένα στερεό σωματίδιο ή επιφάνεια. Σκεφτείτε τη δροσιά που σχηματίζεται στο γρασίδι. Σταγονίδια νερού στη μάζα αέρα ψύξης συμπυκνώνονται γύρω από μικροσκοπικά σωματίδια στην ατμόσφαιρα, όπως αιθάλη, γύρη, σκόνη ή βρωμιά. Καθώς το νέφος που περιέχει σταγονίδια νερού ανεβαίνει σε υψηλότερα, πιο δροσερά στρώματα της ατμόσφαιρας, ή καθώς ο ψυχρότερος αέρας κινείται για να χαμηλώσει τη θερμοκρασία, τα σταγονίδια νερού παγώνονται σε κρύσταλλα πάγου και χιονιού.

Οι θερμοκρασίες ανώτερης ατμόσφαιρας όπου εμφανίζονται σταγονίδια νερού πρέπει να είναι κρύες για το σχηματισμό κρυστάλλων. Οι κρύσταλλοι πάγου αρχίζουν να σχηματίζονται μόλις οι θερμοκρασίες νέφους φτάσουν περίπου τους -10 βαθμούς Κελσίου (14 βαθμούς Φαρενάιτ) ή χαμηλότερες. Οι μεμονωμένοι κρύσταλλοι χιονιού μεγαλώνουν συγκρούονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μεγαλύτερους συμμετρικούς κρύσταλλους χιονιού, οι οποίοι πέφτουν όταν γίνονται βαριές. Ο αέρας που κυμαίνεται μεταξύ 0 και 2 βαθμούς Κελσίου (32 έως 35 βαθμούς Φαρενάιτ) συνήθως φέρνει τις βαρύτερες χιονοπτώσεις. Οι κρύσταλλοι αλλάζουν το σχήμα τους καθώς πέφτουν ανάλογα με τις θερμοκρασίες που αντιμετωπίζουν, αλλά διατηρούν ένα σχήμα έξι όψεων με πανομοιότυπους βραχίονες, επειδή κάθε βραχίονας αντιμετωπίζει τις ίδιες συνθήκες. Η θερμοκρασία του εδάφους είναι επίσης σημαντική για το σχηματισμό χιονιού, με το χιόνι να σχηματίζεται μόνο όταν το έδαφος είναι κάτω από 5 βαθμούς Κελσίου (41 βαθμούς Φαρενάιτ).

Τα σχήματα κρυστάλλου χιονιού εξαρτώνται από τη θερμοκρασία. Από 0 έως -4 βαθμούς Κελσίου (32 έως 25 βαθμούς Φαρενάιτ), σχηματίζονται λεπτές εξαγωνικές πλάκες. Οι βελόνες σχηματίζονται από -4 έως -6 βαθμούς Κελσίου (25 έως 21 βαθμούς Φαρενάιτ) και οι κοίλες στήλες σχηματίζονται στους -6 έως -10 βαθμούς Κελσίου (21 έως 14 βαθμούς Φαρενάιτ). Τομεακές πλάκες που μοιάζουν με λουλούδια 6 πετάλων προκύπτουν όταν οι θερμοκρασίες κυμαίνονται από -10 έως -12 βαθμούς Κελσίου (14 έως 10 βαθμούς Φαρενάιτ). Οι γνωστοί έξι οπλισμένοι δενδρίτες εμφανίζονται από -12 έως -16 βαθμούς Κελσίου (10 έως 3 βαθμούς Φαρενάιτ). Πολλοί κρύσταλλοι χιονιού μπορούν να ομαδοποιηθούν για να σχηματίσουν μία νιφάδα χιονιού. Οι περισσότερες νιφάδες χιονιού έχουν διάμετρο 1,3 cm ή μικρότερη (0,5 ίντσες), αλλά μερικές μεγάλες νιφάδες έχουν πλάτος περίπου 5 cm (2 ίντσες).