Lumehelbed

Lumehelbed koosnevad veemolekulidest, mis on moodustunud sümmeetrilise kristallilise struktuuri. Lumehelbed ei ole külmunud vihmapiisad - külmunud vihmapiisku nimetatakse jäiteks ning sellel puudub lumehelbele iseloomulik struktuur. Lumehelbed tekivad, kui veeaur kondenseerub jääkristallidele.

Kui veeaur atmosfääris jahtub, hakkab see kondenseeruma udupiiskadeks, millest osad muutuvad jääkristallideks. Nende jääkristallide külge hakkavad kondenseeruma veeaur ja pisikesed udupiisad, moodustades fraktaalseid struktuure. Iga lumehelves on kordumatu. Täiesti ideaalselt sümmeetrilise mustriga lumehelbed on haruldused, sest lumehelveste "kasvamise" protsess sõltub väga suurel määral lumehelvest ümbritseva keskkonna omadustest ja nende muutustest.

Kui vaadelda jää ja lumehelveste struktuuride erinevust, siis jää puhul paiknevad vee aatomid võrestruktuurina, kuid lumehelvestes moodustavad vee aatomid keerulisi kuuekandilisi (heksagonaalseid) mustreid. Kuuekandiline struktuur tuleneb veemolekuli (H2O) eripärast, kus vesinikuaatomid paiknevad hapniku aatomi suhtes 105-kraadise nurga all. Kristaliseerudes tekivad veemolekulide vahele vesiniksidemedJääkristallis tekivad vesiniksidemed ühe veemolekuli hapniku aatomi ja teise veemolekuli vesiniku aatomi vahele. Üksiku heksagonaalse struktuuri tekkimiseks läheb vaja kuut veemolekuli, siis jääb igal veemolekulil veel üks vesinikuaatom "vabaks", mis saab omakorda ühineda vesiniksideme abil järgmise hapnikuaatomiga. Nii moodustubki heksagonaalse struktuuriga kristallvõre.  ja veemolekulid moodustavad korrapärase kuuekandilise 60-kraadiste sisenurkadega struktuuri, nagu näidatud järgmisel joonisel:

Jääkristallid (autor: Ly Sõõrd)

Joonis: Jää kristalliline struktuur
Graafika ja tekst: Ly Sõõrd. Foto allikas:  Alexey Kljatov http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/photos/photos.htm (CC BY-NC 2.0)

Joonis: Lumehelveste kasvamise protsess.
Graafika ja tekst: Ly Sõõrd. Kasutatud allikad: http://www.its.caltech.edu/~atomic/snowcrystals/faqs/faqs.htm, lumbehelbe foto: Alexey Kljatov, https://www.flickr.com/photos/chaoticmind75/8208270569/ (CC BY-NC 2.0)

Vaata videoklippi: Selline näeb välja lumehelveste tekkimine:

https://youtu.be/jiuaxPETk_k

Vaata videoklippi: Lumehelbed, pildistatud tööstusliku mikroskoobiga:

http://youtu.be/FWepKIbZVeE

Allikad ja lisalugemist: