Kar Taneleri Nasıl Oluşur? Neden Altı Köşeli ve Hepsi Farklı?

Koyu renkli bir eldivenle bir kar tanesi yakalayın ve erimeden önce yakından bakın. Herhangi bir mücevherden daha ince işlenmiş, kusursuz altı köşeli bir yıldız görebilirsiniz. Başınızın bir kilometre ya da daha fazla üstündeki bir bulutta oluştu, düşerken belki yarım saat boyunca büyüdü ve şaşırtıcı bir hassasiyetle dizilmiş yaklaşık bir kentilyon su molekülünden yapıldı.

Bir toz zerresiyle başlar

Soğuk bulutlar minik su damlacıklarıyla doludur. Şaşırtıcı biçimde bu damlacıklar, donmalarına yardım edecek hiçbir şey yoksa 0 °C’nin çok altında, yaklaşık −40 °C’ye kadar sıvı kalabilir. Bir başlangıç noktasına ihtiyaçları vardır.

Bu başlangıç noktası genellikle mikroskobik bir parçacıktır: havada süzülen bir toz, kil ya da polen tanesi, hatta bakteri. Su molekülleri ona tutunup donar ve minik bir buz kristali oluşur. Bir kez oluştuktan sonra kristal, su buharını doğrudan havadan alarak hızla büyür. Çevresindeki aşırı soğumuş damlacıklar buharlaşıp onu besler.

Neden altı köşe?

Cevap su molekülünün şeklinde yatıyor. Her H₂O molekülü bükük yapıdadır; buzda moleküller komşularına sabit açılarla hidrojen bağlarıyla bağlanır. Ortaya çıkan düzen, sıradan buzun yapısı olan altıgen halkalardan oluşan bir kafestir.

Yapı taşları altıgen bir desenle birbirine oturduğu için kristal altı katlı simetriyle büyür. En küçük kar kristalleri bile, minik kalemler ya da altı kenarlı madeni paralar gibi basit altıgen prizmalardır.

Dallar nasıl büyür?

Altıgen bir levha eşit büyüseydi altıgen kalırdı. Ama kristalin altı köşesi, düz yüzlerinden biraz daha fazla havaya uzanır. Orada daha çok su buharıyla karşılaşır ve biraz daha hızlı büyür.

Bir köşe ne kadar hızlı büyürse o kadar dışarı uzanır ve yeniden daha hızlı büyür. Dallanma kararsızlığı denen bu kontrolden çıkan etki, köşeleri kollara, kolları da dallara dönüştürür. Altı kolun hepsi aynı anda aynı koşulları yaşadığı için birlikte büyür; kar tanelerinin bu kadar simetrik görünmesinin nedeni budur.

Şekli sıcaklık belirler

1930’larda Japon fizikçi Ukichiro Nakaya, Hokkaido’daki laboratuvarında ilk yapay kar kristallerini üretti. Bir kristalin şeklinin esas olarak sıcaklığa ve ne kadar su buharı bulunduğuna bağlı olduğunu keşfetti.

Tuhaf olan, sıcaklık düştükçe şeklin bir ileri bir geri değişmesidir: önce levhalar, sonra iğneler ve sütunlar, ardından yeniden levhalar ve yıldızlar, sonra yine sütunlar. Bilim insanları bunun tam nedenini hâlâ araştırıyor; farklı sıcaklıklarda moleküllerin kristalin düz yüzlerine ve kenarlarına ne kadar hızlı tutunduğundaki ince farklara bağlı.

Nakaya kar kristallerini ünlü biçimde gökten gönderilmiş mektuplara benzetmişti: Bir kristalin şeklini okuyarak hangi koşullardan geçtiğini anlayabilirsiniz.

Neden hiçbir kar tanesi aynı değil?

Düşen bir kar tanesi sıcaklığı ve nemi biraz farklı hava katmanlarından geçer. Her değişiklik büyüme biçimini değiştirir; yeni bir halka, dal ya da levha ekler. Hiçbir iki kristal tam olarak aynı yolu izlemediği ve her biri bu kadar çok molekül içerdiği için iki karmaşık kar tanesinin aynı olma olasılığı pratikte sıfırdır.

Vermontlu çiftçi Wilson Bentley bunu görsel olarak kanıtladı. 1885’te bir mikroskoba fotoğraf makinesi bağlayarak bir kar kristalini fotoğraflayan ilk kişi oldu ve sonraki yıllarda 5.000’den fazlasını fotoğrafladı.

Kar neden beyazdır?

Tek bir kar kristali cam kadar saydamdır. Ama yerdeki kar, aralarında hava bulunan sayısız kristalden oluşan gevşek bir karışımdır. Bir kar yığınına giren ışık o minik yüzeylerin hepsi tarafından her yöne ve bütün renkler için neredeyse eşit biçimde yansıtılıp saçılır. Sonuç beyazdır. Sıkışmış bir kar yığınının ya da buzulun derinliklerinde, havanın daha az olduğu yerlerde, buz biraz kırmızı ışık soğurduğu için soluk bir mavi görülebilir.

Özetle

• Kar taneleri, soğuk bir bulutta su buharının minik bir parçacık üzerinde donmasıyla büyür.
• Su molekülleri buzda altıgen bir kafes oluşturduğu için altı köşelidir.
• Köşeler yüzeylerden daha hızlı büyür ve birlikte büyüyen dallar oluşturur.
• Temel şekli sıcaklık belirler: levhalar, iğneler, sütunlar ya da yıldızlar; nem karmaşıklık ekler.
• Karmaşık kar taneleri her biri kendi yolunu izlediği için pratikte asla aynı değildir.
• Kar, çok sayıdaki kristal yüzeyi ışığın bütün renklerini saçtığı için beyazdır.