برف و اسرار آن

در این نوشته کوتاه به چند تایی از آنها خواهیم پرداخت.

برف چگونه تشکیل می‌شود؟

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 می‌شود. از آنجا که این ذرات منجمد شده شکل منظم دارد، آنها را بلور می‌نامند. بلورهای برف شکل‌های متنوعی دارد که معمولا در چند دسته کلی همانند «سوزنی»، «شاخه‌دار»، «صفحه‌ای»، «منشوری» و «ستونی» طبقه‌بندی می‌شود. جالب است بدانید که همه بلورهای برف با وجود این تنوع در شکل، بدون استثنا شش وجهی است. عوامل بسیار زیادی، تعیین‌کننده شکل نهایی بلور برف است. در این میان دو عامل مهم عبارتند از «رطوبت» و «دما». هر قدر رطوبت بیشتر باشد، مولکول‌های بیشتری حول بلورهای تشکیل شده قرار می‌گیرد و به این ترتیب بلور نهایی بزرگ‌تر می‌شود.

هوا در هر درجه حرارتی، می‌تواند حداکثر مقدار مشخصی بخار آب را در خود نگاه دارد. این میزان حداکثری را در اصطلاح علمی، «نقطه اشباع» می‌نامند. هر قدر رطوبت از حد «نقطه اشباع» بالاتر باشد، حجم بلور هم افزایش قابل توجهی می‌یابد. اما آیا بلورهای برف کاملا مشابه هم هستند؟ حدود ده به توان 158 راه مختلف برای شکل‌گیری 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 اتم‌های 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 می‌آید 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 مجموعه‌ای از رنگ‌های مختلف یا در اصطلاح علمی‌تر، مجموعه‌ای از امواج با فرکانس‌های مختلف تشکیل شده است. هر ماده در دنیا هم از اتم‌ها و مولکول‌های مختلف تشکیل شده است.

وقتی نور مرئی (یا همان فرکانس مشخص) به مواد مختلف می‌تابد، به دلیل خاصیت این اتم‌ها و مولکول‌ها، بخشی از نور مرئی جذب شده و بخشی دیگر بازتابش داده می‌شود. در واقع رنگی که ما می‌بینیم، همان نور بازتاب داده شده از جسم است. بلورهای برف به علت ساختار خاص خود، همه نورتابیده شده را بازتاب می‌دهد. از آنجا ‌که نور مرئی دارای همه رنگ‌هاست و همه رنگ‌ها در ترکیب با هم نور سفید را می‌سازند، ما برف را در نهایت به رنگ سفید می‌بینیم.

برف مصنوعی

پیست‌های اسکی در بسیاری از کشورهای دنیا، یکی از مهم‌ترین جاذبه‌های گردشگری در فصل‌های سرد محسوب می‌شود. با این حال این مکان‌ها تا سال‌ها با یک مشکل بزرگ روبه‌رو بودند و آن هم کمبود برف در برخی مواقع بود. در حقیقت رونق کسب و کار پیست‌های اسکی به شرایط جوی و میزان بارش برف بستگی داشت. همین امر بود که برخی از دانشمندان را به فکر یافتن راه‌حلی برای ساخت برف مصنوعی انداخت. امروز دستگاه‌های تولید برف مصنوعی کاربردهای وسیعی دارد. یکی از رایج‌ترین 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 می‌کند. این قطرات ریز آب به بیرون پاشیده شده و در هوای سرد به برف تبدیل می‌شود. در بسیاری از پیست‌های اسکی دنیا در مواقعی که برف به اندازه کافی وجود ندارد، از این دستگاه‌ها برای تولید برف استفاده می‌شود. البته کاربرد این دستگاه‌ها فقط به مواقعی که برف وجود ندارد، محدود نمی‌شود. از آنجا که خارجی‌ترین لایه برف در پیست‌های اسکی از اهمیت فوق‌العاده زیادی برخوردار است، بسیاری از صاحبان این پیست‌ها از دستگاه‌های تولید برف مصنوعی برای تولید لایه‌ای از برف با کیفیت بالا استفاده می‌کنند. شیوه دیگر برای تولید برف مصنوعی، استفاده از دستگاهی به نام «تفنگ برف بدون هوا» است. در این دستگاه دیگر نیازی به بهره‌گیری از هوای فشرده نیست. در این دستگاه آب ابتدا به قطرات بسیار ریز بخار تبدیل شده و توسط لوله‌ای نازک به بیرون رانده می‌شود. در این مرحله یک پنکه بزرگ این رطوبت را به سمت جلو می‌راند. دمای زیر صفر محیط بسرعت این ذرات بخار را به بلور یخ تبدیل می‌کند. بارور کردن ابرها توسط ماده‌ای به نام «یدیدنقره» نیز از دیگر روش‌های علمی برای تولید برف مصنوعی است.