Kar tanelerinin karmaşık şekillerini inceleyen bilim insanları sıcaklık gibi faktörlerin etkili olabileceğini buldu. Utah Üniversitesi'nden atmosfer fizikçisi Tim Garrett “Kar taneleri, düşündüğümüzden çok daha çeşitli ve ilginç” diyor.
Kar taneleri nasıl oluşuyor? Farklı şekilleri hangi faktörler etkiliyor?
Plakalar
Birçok insan bir kar tanesi çizerken muhtemelen bir plaka şeklindeki buz kristalini hayal eder. Bunlar, ince, düz ve altıgen kristallerdir; basit desenlere sahip olabilecekleri gibi oldukça süslü desenler de içerebilirler.
Yıldız Dendritleri
En çok bilinen plaka benzeri kar tanesi, yıldız dendritidir. “Dendrit” terimi, kristalden büyüyen karmaşık dalları tanımlayan “ağaç benzeri” şekiller için kullanılıyor. Bu kar tanelerinin dalları oldukça karmaşıktır çünkü donmuş su damlacıkları dallar üzerinde kolayca birikebilir.
Sütunlar
Kar taneleri bazen altıgen, çubuk benzeri kristaller olarak da görünebilir. Bu kristallerin uçlarında bazen içi boş alanlar bulunur ve bu yapılar “sütun” olarak adlandırılır.
İğneler
Sütunlar farklı çeşitlerde olabilir, bunlardan biri ince iğneler şeklindedir. Bu tür kristaller genellikle ince, pudra gibi kar üreten kar fırtınalarında gözlemlenir.
Kapaklı Sütunlar
Bazı kar taneleri, bir plaka ve sütun karışımıdır. (iki tekerlek gibi bir görünümüne sahiptirler.) Bu birleşim, kar tanesi hem plaka hem de sütun büyüme desenleri için uygun koşullara maruz kaldığında oluşur.
Düzensiz
Bu güzel kar taneleri ne kadar ikonik olursa olsun, aslında en sık rastlanan kar taneleri değiller.
Yaklaşık bir yüzyıl önce, bilim insanları farklı sıcaklıklarda çeşitli şekillerin oluştuğunu keşfettiler. Sıcaklıklar düştükçe şekiller sütunlar ve plakalar arasında değişiklik gösterir. En büyük ve estetik olan yıldız dendritleri, genellikle -15 derece Celsius civarında oluşur.
Kar tanelerinin oluşumunda sıcaklığın etkisi büyük
Tüm kar tanelerinin oluşumu, bir bulut içindeki sıvı su damlacıklarıyla başlar. Sıcaklık donma noktasının altına düştüğünde, bazı bulut damlacıkları gökyüzündeki toz parçacıkları etrafında donmaya başlar ve altıgen kristaller oluşturur. Tüm kar taneleri altıgen yapıdadır çünkü su molekülleri birbirine altıgen bir kafes yapısıyla bağlanır.
Bir kristal, çevresindeki havadan su buharını emerek büyümeye başlar. Damlacıklar buharlaştıkça kristallerin daha fazla büyümesini sağlar. Büyüyen kristaller ağırlaştıkça düşmeye başlarlar.
California Teknoloji Enstitüsü'nden fizik profesörü ve "Frozen" filminin kar tanesi danışmanı Ken Libbrecht "Tüm bunlar aynı anda gerçekleşir. İyi boyutta bir kar tanesi oluşturmak için yaklaşık 100 bin damlacık gerekir" diyor. Bu süreç yaklaşık 30 ila 45 dakika sürebilir.
1930’larda Japon fizikçi Ukichiro Nakaya ilk yapay kar tanesini oluşturdu ve farklı koşullarda farklı kar tanelerinin oluştuğunu keşfetti.
Peki, neden belirli şekiller farklı sıcaklıklarda ortaya çıkıyor? Laboratuvarında kar taneleri yetiştiren Ken Libbrecht, bu uzun süreli gizemi açıklamaya yardımcı olan süreçleri ortaya çıkardı.
Örneğin, farklı sıcaklıklarda, kristalin belirli taraflarında düz ve pürüzsüz yüzeyler yani “facet” olarak adlandırılan yapılar oluşabilir. Bunu, buz üzerindeki bir elmas yüzeyi gibi parlak ve düzgün bir yüzey olarak hayal edebilirsiniz. Su moleküllerinin bu düz yüzeylere tutunması zordur çünkü bağlanacak daha az kimyasal bağlantı noktası vardır. Sonuç olarak, bu yüzeyler kalkan gibi davranır ve kristallerin belirli yönlerde büyümesini engeller.
Eğer bu pürüzsüz yüzeyler kristalin üst ve alt taraflarında oluşursa kar tanesi sütun veya iğne şeklinde büyüme eğilimindedir. Eğer altıgenin yan taraflarında oluşursa kar tanesi plaka şeklinde büyüme eğilimindedir.
Yıldız dendritler, sütunlar ve kapaklı sütunlar klasik kış simgeleridir, ancak bu şekilleri en saf halleriyle görmek neredeyse imkansızdır. Eğer Kuzey Kutbu gibi aşırı soğuk bölgelerde yaşamıyorsanız, muhtemelen daha karışık şekillerle karşılaşırsınız.
Buz kristalleri yere ulaşana kadar çalkantılı bir yolculuk geçirir. Örneğin, düşen kristaller bulutlardaki aşırı soğumuş su damlacıklarıyla çarpışarak yüzeylerinde “riming” adı verilen buzlu noktalar oluşturabilir. Utah Üniversitesi’nden atmosfer bilimcisi Jim Steenburgh’a göre saha yüksek sıcaklıklarda bulutlarda aşırı soğumuş su damlacıklarının bulunma ihitmali daha yüksektir.
Kar tanelerinin yapıları da değişkenlik gösterir
Kar tanelerinin yalnızca görünümleri değil, yapıları da değişir. Riming ve erime süreciyle birlikte kar taneleri yoğunlaşır ve daha hızlı düşer. Utah Üniversitesi'nde yapılan araştırmalar, daha sıcak hava koşullarının daha yoğun ve hızlı düşen kar taneleri oluşturduğunu gösteriyor. Ortalama olarak yağış daha hızlı gerçekleştiğinde, bir bölgede fırtına hızları daha aşırı hale gelebilir.
