Fala arktycznych mrozów to wyjątkowa okazja do podziwiania niecodziennych zjawisk atmosferycznych, które pojawiają się tylko wówczas, gdy temperatura spada co najmniej do kilkunastu stopni poniżej zera.
Pył diamentowy
Chyba najbardziej fantastycznym zjawiskiem podczas tęgiego mrozu jest pył diamentowy, nazywany też słupkami lodowymi. Jest to opad, tak samo jak śnieg czy deszcz, lecz występujący w bardzo specyficznych sytuacjach.
Najczęściej można go spotkać na Antarktydzie lub w Arktyce, gdzie temperatura spada do kilkudziesięciu stopni poniżej zera, a niebo jest zupełnie wolne od chmur. Jednak z uwagi na to, że Arktyka właśnie zawitała do Polski, to i my możemy się nim zachwycać.
W lodowatym powietrzu następuje wytrącenie się bardzo drobnych kryształków lodu, które mają kształt sześciokątów, czworokątów lub trójkątów. Dzieje się to podczas zjawiska inwersji temperatury, gdy zimne powietrze, które jest cięższe, opada i gromadzi się przy powierzchni ziemi, zaś ciepła masa, która jest lżejsza, wślizguje się ponad nie.
Wtedy dochodzi do skraplania się pary wodnej, która zamarza i zmienia się w drobny lód. Kryształki są tak lekkie, że wydają się być zawieszone w powietrzu, mimo iż w rzeczywistości bardzo powoli opadają ku powierzchni ziemi.
Słupki lodowe łatwo jest zaobserwować, ponieważ w promieniach Słońca kryształki zaczynają błyszczeć. To właśnie dlatego nazywane są pyłem diamentowym. Jak każde zjawisko lodowe potrafi wywoływać najróżniejsze efekty optyczne. Jednym z nich jest zjawisko halo, czyli najróżniejsze łuki i okręgi pojawiające się na niebie wokół Słońca.
Słup słoneczny
W mroźne poranki lub wieczory może też zaobserwować słup słoneczny. Podobnie, jak inne tego typu zjawiska, pojawia się, gdy promienie pochodzące ze Słońca znajdującego się pod horyzontem lub lekko ponad nim, zaczynają się załamywać i odbijać od kryształków lodu, z których zbudowane są chmury wysokiego pietra.
Słupy słoneczne na Pomorzu. Fot. Jakub Hoły / Sylwia Legutko / TwojaPogoda.plCzasem może się wydawać, że słup sięga zenitu. Rzadziej zdarzają się mniejsze słupy słoneczne, unoszące się nad horyzontem. Powstają one w ten sam sposób, lecz mogą być niewidoczne w całości z powodu zachmurzenia chmurami niskiego piętra. Wówczas słup słoneczny wyłania się zza chmur, mogąc zwiększać i zmniejszać swoje rozmiary.
Jeszcze rzadziej można zaobserwować całą grupę słonecznych słupów w różnych kolorach. Zjawisko to najlepiej obserwować o świcie i o zmroku, zwłaszcza kiedy temperatura jest bardzo niska, a niebo jest zupełnie wolne od chmur lub pojawiają się na nim chmury najwyższego piętra.
Słupy świetlne
Nie tylko naturalne światło w postaci Słońca może stać się źródłem jasnego słupa zdobiącego niebo, lecz również sztuczne światło. W mroźne noce można zaobserwować nietypowe zachowanie światła emitowanego przez wszelkiego rodzaju lampy znajdujące się na wolnym powietrzu.
Słupy świetlne. Fot. yandex.ruMa ono postać pionowych słupów świetlnych i trochę przypomina świąteczną dekorację, choć nią nie jest. Jest ono wynikiem bardzo niskiej temperatury i powstawania w powietrzu kryształków lodu, na których załamuje się wiązka światła.
Po części powstaje sztuczne zjawisko halo, ponieważ górna część świetlnych słupów do złudzenia przypomina tzw. górny łuk styczny lub też jeszcze rzadsze Łuki Parry'ego. Słupy mają różne kolory, na skutek rozszczepienia światła białego, raz powiększają, a raz zmniejszają swą wysokość, jednocześnie unosząc się na mroźnym powietrzu.
Halo słoneczne i księżycowe
W mroźny dzień wokół Słońca, a w nocy wokół Księżyca może się pojawić tęczowy pierścień, który nazywany jest halo słonecznym lub księżycowym. Powstaje on na skutek rozszczepiania się światła słonecznego na sześciokątnych kryształach w chmurach pierzasto-warstwowych Cirrostratus.
Halo słoneczne w Tatrach Niżnych na Słowacji. Fot. Agnieszka Pazera / TwojaPogoda.plPrzy sprzyjających warunkach wokół Słońca mogą się też pojawiać tzw. słońca poboczne (słońca pozorne) oraz najróżniejsze łuki. Halo słoneczne widzieliście już zapewne nie raz, jednak halo księżycowe do najczęstszych zjawisk nie należy, ponieważ ujrzeć je można jedynie w okolicach pełni Srebrnego Globu. Najbliższa przypada na noc z 1 na 2 marca, więc z każdą nocą szansa na pojawienie się pierścienia wokół Księżyca zwiększa się.
Parujący wrzątek
Wy również możecie stworzyć fantastyczne zjawisko, nazywane Efektem Mpemby, korzystając z mroźnego powietrza o temperaturze poniżej 15 stopni. Wystarczy tylko zagotować wodę, następnie błyskawicznie przelać wrzątek do kubka i szybkim ruchem ręki wylać jego zwartość w powietrze, tak jak możecie to zobaczyć na poniższych filmikach. Uważajcie jednak, żeby nie wylać wrzątku na siebie.
Co się wówczas dzieje tak niezwykłego? Na naszych oczach woda dosłownie wyparowuje, a więc następuje zmiana jej stanu skupienia z ciekłego w gazowy. Pozostała po wodzie chmura przez chwilkę jest pełna kryształków lodowych.
Zjawisko to nazywane jest efektem Mpemby, od nazwiska tanzańskiego studenta, który, jako pierwszy w czasach nowożytnych, opisał je na początku lat 60. ubiegłego wieku. Wcześniej uwagę na to zwrócił chociażby Arystoteles, ale nie zdołał go wyjaśnić.
Zaobserwował on, że podgrzana woda zamarza szybciej niż ta uprzednio schłodzona. Aby szczegółowo wyjaśnić ten efekt, trzeba przyjrzeć się bliżej budowie molekularnej wody. Jej pojedyncza cząsteczka zawiera bowiem spory atom tlenu, do którego z pomocą wiązań kowalencyjnych przyłączone są dwa mniejsze atomy wodoru.
Jeśli jednak mamy więcej cząsteczek wody to zaczynają się one ze sobą zbijać w grupy z pomocą wiązań wodorowych. Wiązania te, które ostatnio po raz pierwszy dostrzeżono pod mikroskopem, są słabsze od wiązań kowalencyjnych.
Nie zmienia to faktu, że są one bardzo istotne, umożliwiają istnienie ziemskiego życia jakim znamy, bo to z ich pomocą tworzą się pewne struktury białek, kwasów nukleinowych i wielu innych złożonych substancji o ogromnym znaczeniu biologicznym. Właśnie dzięki nim woda ma dużo wyższą temperaturę wrzenia niż inne płyny.
I to właśnie wiązania wodorowe wyjaśniają efekt Mpemby. W normalnych warunkach bowiem wiązania te prowadzą do bliższego ściśnięcia cząsteczek wody, które zaczynają się odpychać, rozciągając tym samym wiązania kowalencyjne wodoru z tlenem, czyli gromadząc w nich energię. Wraz z podgrzaniem wody wiązania wodorowe wydłużają się, wobec czego cząsteczki wody oddalają się od siebie i wiązania kowalencyjne oddają energię, przyspieszając schładzanie wody.
Źródło: TwojaPogoda.pl / NASA.