 |
||
|
Zašto se snježne pahuljice istražuju? Postoji u ljudi trajno prisutna znatiželja i zanimanje za prirodu i prirodne pojave. Pogotovo ako one bitno utječu na život. Snježne pahuljice su, kao što smo vidjeli, često znale privući pažnju i znatiželjnika i znanstvenika. Bez obzira što je uobličilo ono što nam donese zimska padalina, svi se slažu da pahuljica nosi zapis odnosno informaciju s mjesta odakle je došla. Meteorologija je jedna od znanstvenih disciplina u okviru koje se trajno iskazuje pojačan interes. Brojna su istraživanja s ciljem povezivanja oblika pahuljica i uvjeta u oblacima u kojima je narasla, i obrnuto, utjecaja snježnih pahuljica na svojstva hladnih oblaka. Pahuljice su dakle jedan od instrumenata za razumijevanje fizike oblaka. Odmah uz nju, a posebno zadnjih desetak godina, ekologija pokazuje poseban interes za pahuljice. Pokazalo se naime da o svojstvima površine snježnih kristala ovise neki kemijski procesi koji se odvijaju u visokim oblacima. Prije svih to je sezonsko osiromašenje ozonskog sloja odnosno širenje ozonske rupe iznad Južnog pola. Većina kemijskih procesa u atmosferi moguća je i odvija se isključivo na površini snježnih kristala tako da oni djeluju kao procesni katalizatori. Spomenimo i električna polja koja se javljaju u olujnim oblacima kao posljedica međusobnih sudara kristalića leda. Ona bi mogla biti odgovorna i za specifični rast, ali i za intenziviranje kemijskih reakcija, pogotovo kad se u oblacima nađu neželjene kemikalije. Naravno, najčešće spominjani razlog istraživanja potječe iz svijeta industrije, proizvodnja kojih se temelji i ovisi o znanju o morfologiji i rastu kristala. To su u pravilu vodeće svjetske industrije, a proizvodi su: poluvodički kristali odnosno elektroničke komponente visoke integracije, optički kristali koji se koriste u proizvodnji lasera i u telekomunikacijama, lijekovi izvorno u obliku kristalića (najčešće pripravljeni kristalizacijom iz otopina) te kristali u prehrambenoj industriji, recimo čokolada. Tu su i druge industrije među kojima je industrija prahova (vrlo sitnih kristalića) za površinsku obradu materijala. Proučavajući fizikalne zakonitosti kojima su podvrgnuti oblici i rast snježnih pahuljica mi učimo o procesima ugradnje molekula u kristale. Stečeno fundamentalno znanje primjenjivo je i na druge kristale jednostavno zbog univerzalnosti problema. Osobito važan razlog za proučavanje oblika i načina rasta snježnih kristala je bolje razumijevanje uvjeta i načina kristalne samogradnje. U prirodi često se susreću primjeri i uzorci samogradnje. To su na primjer stanice koje rastući i dijeleći se grade složene organizme. Čak i krajnje sofisticirana računala (mozak živih bića) garđena su na taj način. DNK ne sadrži ni blizu dovoljno informacija da bi vodila proces smještaja svake stanice u organizmu. Većina poznatih struktura formira se spontano tijekom rasta organizma slijedeći slabo razumljiva pravila. Biologijska samogradnja je krajnje složen proces i na žalost ne razumijemo kako on djeluje na fundamentalnoj razini. Snježne pahuljice su vrlo jednostavan primjer samogradnje. Ne postoji ni matrica niti generički kod koji upravlja rastom pahuljice. Ipak, pojavljuju se čudesno složene strukture, doslovno iz rijetkog zraka. Što bolje upoznajemo pahuljicu to više saznajemo o samogradnji. To je proces koji igra sve veću ulogu u nanoelektronici, u gradnji uređaja nanometarskih dimenzija. I konačno, svako stečeno temeljno znanje, pokazalo se, ubrzo nađe primjenu tamo gdje to čovjek najmanje očekuje. Postoji zanimljiva fizika, kemija kao i znanost o materijalima umotana u rast snježnih pahuljica pa nije čudo što se istraživanjem priproste pahuljice može puno toga naučiti. Često motivacija znanstvenika ne dolazi od praktične primjene. Nije im cilj proizvesti bolji umjetni snijeg, bolji snijeg za natjecateljsko skijanje, veće i bolje dijamante, brža računala, niti bilo što drugo od moguće koristi. Goni ih čista znatiželja, želja da razumiju kako priroda djeluje. Snježne pahuljice idealan su predložak za takav pristup. One su predivni uzorci koje priroda proizvodi u svom 'laboratoriju'. Oblicima su toliko raznovrsni da se stječe utisak da su zabilježili svaki utjecaj okoline kojem su izloženi tijekom nekoliko sati boravka u oblacima. Ne samo da su predložak za znatiželju već su pravi modelni sustav za istraživanje fizike kristala. Pripadaju inače malobrojnima koji ispunjavaju uvjete za tu laskavu titulu. Jeftini su, sveprisutni, kemijski čisti, lako dobavljivi, i nije ih posebno teško rasti u laboratorijskim uvjetima. Prije nego opišemo uređaje koji se koriste pri rastu umjetnih pahuljica rezimirajmo motivaciju znanstvenika–znatiželjnika rječima čovjeka koji je doprinosim znanju o morfologiji i rastu snježnih pahuljica obilježio prijelaz iz 20. u 21. stoljeće. On je također zaslužan za intenzivan porast popularnosti snježne pahuljice i prave pomamme za svim što je povezano s njom. Riječ je Kennethu G. Libbrechtu, profesoru fizike na Caltech i pročelniku fizičkog odsjeka i dobitniku niza nacionalnih (SAD) i internacionalnih nagrada. On kaže da je u istraživanje krenuo ustanovivši da postoji opće nerazumijevanje zašto pahuljice pokazuju tako raznolike i čudovišne oblike kakvi se nalaze u prirodi. Odlučio je shvatiti fizikalnu pozadinu opaženih pojava. Štoviše odlučio je razjasniti temeljne principe kako se molekule utiskuju, ugrađuju u mjesto na površini kristala i kako se to brzo događa te kako taj događaj ovisi o temperaturi. Na kraju dodaje: 'Morali bismo moći razumjeti kako se oblikuju te prelijepe i neobične strukture, koje jednostavno padaju s neba'. Prof Libbrecht je eksperimentalni fizičar koji zajedno sa svojim suradnicima već petnaestak godina u laboratoriju u kontroliranim uvjetima raste i snima snježne pahuljice; vidi SnowCrystals.com |
Sadržaj |
|
|
piše dr. sc. Zlatko Vučić Institut za fiziku, Zagreb |
||