Doğal HayatAraştırma

Kar Tanecikleri ve Kristalleri

Bu yıl kış soğuk geçecek diye tahminler var. Kar yağışları her zamankinden fazla olabilir. Peki, çok merak edilen kar nasıl bir yapıya sahiptir? Oluşum aşamaları nelerdir?

Kar Nasıl Oluşur?

u buharı sadece atmosfer içerisinde alt katmanlarda bulunmaz. Yeryüzüne uzak üst katmanlarda da su buharı bulunur. Bu üst katmanlardaki buharcıklar özellikle kış aylarında yeryüzüne bazen yağmur bazen de kar olarak yağar. Kar veya yağmur olarak yağmada havanın değişen ısısı etkili olur. Bir de su buharının katı ve sıvı halde yeryüzüne inmesinde buharın ulaştığı son yükseklikle yeryüzü arasındaki hava katmanlarının sıcaklığı da etkilidir. Eğer yeryüzünden yüksek noktadaki hava katmanlarında sıcaklık aniden düşerse bu su buharları yağmur damlası olmadan buz parçacıkları halini alır.

Sabah serinliğinde, yaprakların üzerindeki “çiğ” buna benzer şekilde oluşur. Çiğ yeryüzünde meydana gelen ani soğuma neticesinde buharın su halini alması ile oluşmuştur. Yüksek katmanlardaki ismi “buz kistidir”. Bu buz kristalleri farklı hava akımlarına maruz kaldıkları için şekilleri yeryüzüne doğru hareketleriyle beraber değişmeye başlar. Atmosfer içerisinde yeryüzüne yaklaştıkça hava katmanlarında ısı düşmezse “kar” olarak inişlerini tamamlarlar. Bu yolculuk sırasında geçtikleri hava katmanlarında sıcaklık artarsa buz kristalleri eriyerek “yağmur” halini alırlar. Bazı durumlarda ise kar yağmur karışık “sulusepken” halini alabilir.

Neden kar tanecikleri birbirine benzemez?

Su, buz kristalleri şeklinde donmaya başlar. Molekülün açılı formu sebebiyle kristallerinden altıgen bir kafes oluşur. İlk oluşumda bu yüzden tüm kar kristalleri altıgen şeklindedirler. (Şekil 1) Bu hafif kar kristalleri bulutlar içerisinde yükselmeye başlar. Rüzgâr ve türbülanslar aracılığı ile geniş bir alana yayılırlar. Bu sırada git gide daha da büyürler. Yeterince ağırlaştıklarında aşağı yönlü hareket başlar. (Şekil 2) Bu andan itibaren her plaka farklı gelişir. Şekillerinin farklı olmasında ısı, hava hareketleri ve havadaki nem oranı etkilidir.

Yeryüzüne inerken kristaller nem oranı çok yüksek olan bir hava tabakasına girdiğinde, ani bir hızla donar. Yalnız bu ani geçiş -50 C’de olduğu için içi dolamamıştır. (Şekil 3) Daha aşağılarda ısı -20 dereceye düşmüştür. Ve nem oranı da azalmıştır. Bu ortamda içi dolamayacak kadar ani bir  hızla donan buz kristallerinden bazı parçalar koparak iç kısma doğru ilerler.  Ve iç kısımdaki boşluk dolar.(Şekil 4)

3000 metre yükseklikte sıcaklığın -15 derece olduğu yerlerde kristal, çevresindeki tüm damlacıkları yakalar. En dışarıda bulunan uçlar hızlı bir şekilde büyüyerek bir yıldız oluşur. (Şekil 5) 1000 metreye inildiğinde sıcaklık da -10 dereceyi bulur. Bu sıcaklık ve nem ortamında yıldız şeklini alan buz kristalimizin üstünü ince tabaka halinde su kaplar. Bu andan itibaren daha fazla büyüyemez. Yer yüzeyinden birkaç metre yükseklikte bazı kristaller birbirine takılıp yapışarak donarlar. Bu şekilde bir araya gelen kar taneleri oluşur.(Şekil 6)

Buz kristallerinin yapısı

Atmosferin yeryüzünden uzak üst katmanlarında önce su buharı iken sonra buz kristali ve toz parçacıklarına dönüşen değişimle kar tanecikleri yeryüzüne düşer. Karın bu ilk değişim sonrasında, kristalin değişen sıcaklığa bağlı olarak karmaşık geometrik yapısı tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Bilim adamları ilk oluşan buz kristallerinin daha sonra atmosfer içerisindeki fiziki değişimi üzerinde araştırmalarına devam etmektedirler.

Laboratuarda kar imalatı

Kar kristalinin basit temel yapısı, köşelerden “tomurcuklanan” kollarla giderek karmaşıklaşır. Oluşan geometri, sıcaklık ve neme bağlı olarak değişkenlik gösterir. Laboratuar koşullarında   -2°C civarında oluşturulan kristallerin düzlem ve yıldız özelliklerine karşın -5°C’de iğnemsi, çubuksu yapı, -15°C’de yine düzlem ve yıldız, -30°C’de düzlem ve çubuk kombinas yonları oluştuğu görülmüştür. Bunun yanı sıra, nem oranı düşürüldüğünde oluşan kristallerin yüksek nem koşullarında ortaya çıkan kristallere göre daha basit yapıda olduğu gözlenmiştir. -5°C’de oluşan uzun iğne, -15°C’de gelişen ince tabakalar gibi olağanüstü kristaller içinse aşırı nem gerekiyor.

Kırmızı kar

Öyle görünüyor, ama değil. Kristaller, yakından bakıldığında cam kadar şeffaf. Prizmatik kar kristali öbeği, üzerine düşen ışığın tüm dalga boylarını aynı düzeyde yansıttığı için beyaz görünüyor. Tuzla buz olmuş cam yığınları da aynı biçimde, beyaz renkte algılanır. Öte yandan kar, ışığın kırmızı dalga boylarını soğutma eğiliminde, bu nedenle kar öbeklerinde açılan oyuklarda mavi-yeşil renk oluşumuna nadiren de olsa rastlanabiliyor. Ancak kırmızı renkte karlar da yağabilir. Bu karın şeffaf yapısının ışığı yansıtmasıyla ilgili bir durum değildir. Kar kristallerinin atmosferden yeryüzüne doğru başladıkları yolculuk sırasında toz yüklü ama soğuk bulutlarla karşılaşmalarında onlardan yüzeye yapışan toz zerrecikleri karın renginin değişmesine neden olur.

Sayılarda kar

Bir kar tanesinin çapı yaklaşık olarak 2-4 mm, ağırlıkları ise 0.005 gramdır. Havanın kar taneciklerine uyguladığı direnç nedeniyle sabit hızla yeryüzüne inerler. Bu iniş o kadar yavaştır ki 3000 metreden inmeleri 2 saati bulabilir ve birbirlerine uyguladıkları itme kuvvetinden dolayı birbirlerine yapışmazlar. 25 cm’lik bir kar yağışı sırasında 0.18 metrekarelik bir sahada bir milyondan fazla kar tanesi bulunmaktadır. Kar 8  de, bitkilerin üzerinde ince bir hava tabakası oluşturur, kar tanecikleri içerisindeki kristallerin arasında bol miktarda hava vardır. Bu hava sayesinde ısı iletimi sağlanmaz,  toprak ve bitki üzerinde bir örtü vazifesi görür, bu tabaka sayesinde bölge 0 sıcaklıkda kalır. Bu sayede kışın bitkileri ve toprağı donmaktan korur. Karın içinde bulunan amonyak, karın erimesiyle toprağa geçer ve azot bakterileri tarafından kalsiyum nitrat(Ca) gibi azot tuzlarına dönüşerek bitkilere faydalı olur.

Normal şartlarda saf suyun -400C bile kristalleşemediği ama doğal karın içindeki çekirdek olarak bulunan toz parçaları sayesinde daha düşük sıcaklıkta bu kristalleşme gerçekleşebiliyor. Bu toz parçacıkları yerine ‘snomax’ adında bir proteini kullanarak suni kar üretildi.(1975 California Üniversitesi; Prof. Steve Lindow). Ama ne derece gerçekçi olduğu tartışılır.

Kar tanelerine mikroskopla bakmak zordur; çünkü hemen eriyiverirler. Bilim adamlarının geliştirdiği Taramalı Elektron Mikroskobu’nda bulunan “soğuk yüzey” ile kar taneleri saatlerce erimeden dayanıyor. Tanecikler soğuk metal diskler üzerine toplanıyor ve -190 OC ’de sıvı nitrojene batırılıyor. Daha sonra mikroskoba alındığında soğuk yüzey aynı sıcaklığı sağlamaya devam ettiğinden, kar taneciklerinde hiçbir bozulma olmuyor.

 

En Yeniler

Başa dön tuşu