Každá sněhová vločka váží jen miliontinu gramu. Na zem jich během geologického vývoje planety spadlo odhadem 1035. Pod tímto číslem – jedničkou následovanou 35 nulami – se skrývá množství sněhu těžší než celá zeměkoule. A přitom každá je originál a spatřit dvě identické prakticky není možné. To je jen jedno z tajemství, které sněhové vločky mají, popisuje meteoroložka ČT Alena Zárybnická.
Zájem budily sněhové vločky už dávno. „Nejvíce mne udivilo, když jsem si mezi vločkami, jež padaly ke konci, povšiml několika takových, jež měly po obvodu šest zoubků, jako by to bylo kolečko vyrobené hodinářem… Nazítří ráno jsem spatřil malé ledové šupinky, velmi tenké, vyhlazené, průsvitné, a přitom vytvarované do dokonalého šestiúhelníka; žádný člověk by nedokázal odvést tak přesnou práci… Nakonec následovaly křišťálové hranolky ozdobené na obou koncích šestilistými růžicemi, jen o málo většími, než byla podstava hranolku,“ napsal v roce 1635 v Amsterdamu René Descartes.
Při pozorování měl velké štěstí, zahlédl i velmi vzácné hranolky zakončené šestilistými růžicemi. I zkušení pozorovatelé takový tvar vidí jen jednou či dvakrát za život. O sněhových vločkách psal ovšem už v roce 1611 německý matematik a astronom Johannes Kepler ve svém svazku De nive sextangula.
Ve 30. letech 20. století se už vědci na studium sněhových vloček přímo specializovali. Například Japonec Ukičiro Nakaya. I jeho k tomu ale dovedla náhoda, totiž nedostatek prostředků pro vybavení katedry jaderné fyziky. Jeho poznatky jsou dodnes považovány za to nejcennější, co moderní fyzika o vločkách ví.
Jako plástev
Dvě zcela identické vločky neexistují, každá je originál. Zní to při obrovském množství, které se každoročně snáší na naši planetu, jako nesmysl? Není, stačí se podrobněji podívat na způsob, jakým vločky vznikají, a na to, kolik jich vlastně je.
Zmrzne-li voda, zafixují se molekuly v pevných pozicích a v krystalcích ledu se s železnou pravidelností opakuje obraz šestiúhelníku. Masa krystalků tak připomíná obří plástev. Ostatně, to věděl už i Kepler, když přirovnával strukturu uspořádání ledových krystalků k buňkám v plástvi či semínkům v granátovém jablku. Proč, to ale nevěděl.
Klíčem k tajemství je onen šestiúhelníkový vzor. Princip je vcelku jednoduchý, výsledek neopakovatelný. Na krystal ledu se nabalují další molekuly vody a přitom si stále zachovávají šestiúhelníkovou strukturu. V okamžiku, kdy je tak velká, že je rozeznatelná pouhým okem, máme před sebou malou sněhovou vločku, která pokračují-li vhodné podmínky, může dále narůstat.
Role teploty a vlhkosti
O konkrétní podobě sněhové vločky rozhoduje teplota a vlhkost v jednotlivých hladinách atmosféry, kterými vločka prochází. Jak se mění tyto veličiny, tak se mění i způsob narůstání ledových krystalků – tedy tvar vločky. Čím vyšší je vlhkost vzduchu, tím víc molekul soupeří o volná místa, na která by se mohla připojit. Čím nižší je teplota, tím snáze se utvářejí pevné vazby, které udržují molekuly vody ve vločce.
Například vločky vznikající v poměrně suchém vzduchu při teplotách kolem minus 15 stupňů Celsia mívají tvar placky, při teplotách kolem minus 25 stupňů Celsia se vytváří robustní hranolek. Pro vznik nadýchaných šesticípých vloček jako „z učebnice“ je třeba, aby ve vzduchu bylo hodně vlhkosti, ideální je pro ně teplota kolem minus 14 stupňů Celsia. A tak bychom mohli pokračovat dál.
A teď k té neopakovatelnosti. Každá vločka obsahuje asi 1018 molekul vody. A ty mohou být uspořádány jakkoli. Než totiž dopadne vločka na zem, zopakuje se asi milionkrát situace, v níž si nová molekula může vybrat z většího množství pozic, které obsadí.
Spektrum možností narůstá do neuvěřitelných cifer, počet možných tvarů může být sextilionkrát větší, než kolik kdy nasněžilo (sextilion odpovídá trilionu triolionů, respektive cifře 1036). Je tak třeba se smířit s tím, že dvě stejné nenajdeme.
