Miért van tél, és miért van hideg télen?

Talán amiatt, mert a fény hajlásszöge változik, vagy a légtömegek elmozdulása a felelős? Esetleg azért mert messzebb vagyunk a Naptól? A megoldás nem a távolság változásában, hanem a Föld forgástengelyének és a Nap körül megtett útjának viszonyában rejlik. Télen a napsugarak kisebb beesési szöge miatt van hideg. Ez a szög határozza meg a napfény melegítő erejét. Ha a zseblámpánkkal meredek szögben világítunk rá egy sík felületre, akkor azt látjuk, hogy a fény egy helyre összpontosulva erősen megvilágítja azt, ám ha a lámpát megdöntjük, akkor ugyanaz a fénymennyiség nagyobb területen szóródik szét, ezért a fényereje gyengébb. A napfénnyel is ez történik. A tél azért hideg, mert a napsugarak melegítő ereje kisebb. Naponta érzékeljük ezt, hiszen hajnalban és alkonyatkor hűvösebb van, mint délben. Amíg mi az északi féltekén fagyoskodunk, addig az egyenlítőtől délre beköszönt a forró nyár. Ausztrál barátaink fürdőruhát húznak, amíg mi sapkában és kesztyűben dacolunk a jeges széllel. Az, hogy hó, eső vagy havas eső esik, az a hőmérséklettől függ. Egy adott légtömegnek, például egy téli viharnak is - hőmérséklet szempontjából - jelentősen eltérő részei lehetnek. A vihar meleg oldalán eső, vagy zivatar alakulhat ki, a hideg és meleg rész határvonalán hódarát és ónos esőt, míg a hideg oldalon hóesést tapasztalhatunk.

Miből lesz a hópehely a felhőben és a hógépben?

Mivel gyakran kisebbek egy hajszál átmérőjénél is, ha elég éles a látásunk, akkor szabad szemmel, ha nem, akkor mikroszkóp alatt, vagy fényképezőgépre erősített mikroszkóp objektív használatával szemügyre vehetjük a hókristályok különféle különleges formáit. 2013-ban Kenneth Libbrecht fizika professzor a laborjában egy olyan hógépet (páradiffúziós kamrát) készített, amelyben hókristályokat lehet növeszteni, és ez a hókristályképződés megfigyelhető a kamrában létrehozott felhőkben. A folyamat a felhőképződéssel kezdődik: a vízpára kicsapódik és apró páracseppek lesznek belőle a levegőben, ezek némelyike megfagy és az így kialakult jégkristályok alkotják a későbbi hópelyhek magját, amelyek felületén fagyott formában lecsapódik a pára, egy vékony réteggel növelve a hópehely méretét.

Miért nincs két egyforma és mi kell a szép hópehelyhez?

Minden hópehelynek hat, közel szimmetrikus ága van. Alakját a benne lévő vízmolekulák egymáshoz kapcsolódásának módja határozza meg. Amikor a víz megfagy, az atomok egy olyan kristályrácsba rendeződnek, amely csak hexagonális szerkezetet alkothat. (Kivéve a hetes jeget, de az a Földön ritkán fordul elő.) A szimmetrikus hexagonális kristályszerkezet okozza azt, hogy a hópelyhek is szimmetrikusak. A mintázat a felhőben alakul ki, és az időjárástól függő módon formálódik tovább karcsú tűvé, vastag oszlopokká, lapos tányérokká, sokágú csillagalakzatokká, és számtalan más formává.

Két egyforma hópehely azért nem képződhet, mert az alakzat kialakulásában meghatározó szerepet játszik a felhőben megtett útja során a változó páratartalom és a változó hőmérséklet. Egyforma hópelyhek létrejöttéhez arra volna szükség, hogy a felhőben a hókristályok pontosan ugyanazt az utat járják be, amely ugyanazokkal a légáramlatokkal, hőmérséklettel, és páratartalommal bír. Ennek meglehetősen kicsi az esélye. A felhőben lévő alacsonyabb páratartalom egyszerűbb, míg a magas páratartalom bonyolultabb formákat eredményez. Amennyiben hópehely fotózásra adnánk a fejünket, nem mindegy hol próbálkozunk, ugyanis nem minden hely ideális az igazán szép hópelyhek kialakulásához. A hópelyhek szempontjából a legjobb az, ha a páratartalom nagy, de változó, mínusz 15 °C van és szélcsend, mert a szél károsítja őket.

Miért csúszik a jég?

A 2000-es évek elején Berkleyben a kaliforniai egyetemen egy magyar származású kémikus professzor, Somorjai Gábor fedezte fel, hogy a vízjeget egyfajta cseppfolyós réteg borítja. Míg a folyékony vízben lévő molekulák minden irányban szabadon mozognak, addig a fagyott vízben szorosan egymáshoz kapcsolódnak, de a felszínen lévő molekuláknak nincs mihez kapcsolódniuk, ezért ezek szabadon mozoghatnak egy vékony csúszós réteget alkotva a jég felszínén, ezért csúszik a jég.

A - 89 fok és a toronyház méretű hóember

1999 februárjában egy Egyesült Államokbeli hegyvidéki faluban Bethelben, egy rekord nagyságú, 35 méter magas hóembert építettek 14 nap alatt egy daru és több tucat önkéntes segítségével, 5600 köbméter hó felhasználásával. A hóember-óriás egész télen kitartott, sőt még tovább is, teljesen csak júniusban olvadt el. Minél hidegebb van, hóemberünk annál hosszabb életű! A Föld bolygón mért „rekord hideg” hőmérséklet észlelésére 1983 telén, a déli sarkon, az orosz Vosztok kutatóállomáson került sor, ahol - 89.2 °C mértek. A méréshez speciális hőmérő kellett, a higany ugyanis - 38 fokon megfagy, ezért helyette - alacsonyabb a fagyáspontja miatt - alkohollal töltötték fel a hőmérőt.

A Föld leghidegebb faluja

Ojmjakon település lakói szentül hiszik, hogy a Föld leghidegebb helyén laknak. Habár a Föld összes hideg helyéhez képest ugyan nem, de a lakott települések közül valóban ez a leghidegebb. A falu északkelet Szibériában az Ingyigirka folyó mentén található. Az átlaghőmérséklet télen Ojmjakonban mínusz 60 °C körül ingadozik, a leghidegebb hőmérsékleti rekord a településen - 67,7 °C volt, amit 1933 februárjában mértek. Amennyiben oda szeretnénk költözni, kemény telekre kell felkészülnünk! Az autó náluk luxusnak számít, mert a nap 24-órájában járatni kell a motort, különben - leállítás esetén - nem indulnak újra. Ha ott élnénk nem volna szükségünk hűtőre és fagyasztóra télen, mert a hideg évszak folyamán a fagy sohasem enged fel. A tejet nem literben árulják, hanem centire mért fagyott tömbökben. A hideg miatt iskolaszünetet csak - 52 °C beállta esetén tartanak. (Más források szerint még akkor sem.) Az osztályteremben is csak plusz 12 °C van, de a hideg a helyiek szerint megszokható, jól alkalmazkodnak hozzá, például azzal, hogy alaposan szigetelt házakban laknak. Közülük sokan élnek tovább 100 évnél, amiben (egyes elméletek szerint) szerepet játszhat a hideg jótékony hatásán túl (lásd krioterápia) az is, hogy sok nyers húst és halat fogyasztanak.

Erdélyi Károly

Forrás

• Gábris Gyula, Marik Miklós: Csillagászati földrajz (2011).
• Ward Cameron: What Causes Winter? mountainnature.com (2005).
• Kimm Fesenmaier: Snowflake Science - Caltech Physicist Explains Why Snowflakes Are So Thin and Flat, California Institute of Technology, caltech.edu (2011).
• Joseph Stromberg: The Art and Science of Growing Snowflakes in a Lab: Physicist Kenneth Libbrecht can make snowflakes with elegant spindles or blocky tabs by manipulating temperature and humidity, smithsonianmag.com, 2013. december 5.
• Lisa M. Krieger: Meet the Caltech professor who’s building a bigger snowflake, The Mercury News, mercurynews.com, 2017. december 25. 
• Slippery All the Time, The Science of Hockey, exploratorium.edu.
• Gabor A. Somorjai (2002). The Evolution of Surface Chemistry. A Personal View of Building the Future on Past and Present Accomplishments, The Journal of Physical Chemistry. B,  106 (36), 9201–9213 o.
• Yimin Li,  Gabor A. Somorjai (2007). Surface Premelting of Ice, The Journal of Physical Chemistry C,  111 (27), 9631–9637 o.
• Bethel Area Chamber of Commerce: Bethel's World Record Snowpeople (2018).
• The Science of Winter, LMNO Cable Group Inc. (2006).
• Turner, J.; Anderson, P.; Lachlan-Cope, T.; Colwell, S.; Phillips, T.; Kirchgaessner, A. L.; Marshall, G. J.; King, J. C.; Bracegirdle, T.; Vaughan, D. G.; Lagun, V.; Orr, A. (2009). "Record low surface air temperature at Vostok station, Antarctica". Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 114 (D24).
• Coghlan, A. (2013). Fish need no refrigeration in Earth's coldest city. New Scientist, 219 (2931), 24-25. o.
• Stepanova, N. A. (1958). On the lowest temperatures on earth. Monthly weather review, 86 (1), 6-10. o.

További információk

• Szóval, hópihéket fotóznál? mlzphoto.hu (2016. december 16.)
• László Attila: A jégkorszaki gyógyulás módszere – a hidegszauna jótékony hatása, vaskarika.hu (2012. december 18.)