Tomusta tähdeksi – Lumihiutale ja sateen olomuoto

Kuva lumihiutaleesta - sateen olomuoto

Sen alku on pilven pienessä pölyhiukkasessa. Tuntien, jopa päivien kestävän taipaleensa aikana siihen tarttuu, tiivistyy, törmäilee tai tahmaantuu vettä. Ilmakerrosten erilaiset olosuhteet muovaavat sitä. Lopulta ainutkertainen luonnon taideteos, lumihiutale, on valmis.

Sateen olomuoto saa alkunsa hiutaleesta

Lumihiutaleet vaativat syntyäkseen oikeanlaiset lämpöolot ja omanlaisensa tiivistymisytimen. Ytiminä toimivat ilman epäpuhtaudet. Mikäli sopivia hiukkasia ei löydy, vaaditaan kiteiden syntyyn jopa 40 asteen pakkanen. Heikommassa pakkasessa oikeanlaisten ytimien puute enteilee alijäähtyneitä vesipisaroita ja usein myös jäätävää tihkusadetta.

Sateenolomuoto pakkasella
Ilmassa on lähestulkoon aina jääkiteille soveliaita tiivistymisytimiä. Tällöinkin vaaditaan 18 asteen pakkanen, jotta voidaan olla aivan varmoja kiteiden jäätymisestä. Vielä 10 asteen pakkasessa alijäähtyneet pisarat ovat melkein yhtä todennäköisiä kuin jääkiteet. Aidon sadepilven ja kuuropilven yläosassa pakkasta on jopa kesällä enemmän kuin 15 astetta. Näin varmuudella pilven yläosiin syntyy aina jääkiteitä. Pudotessaan jääkiteet ja hiutaleet sieppaavat alijäähtyneet pisarat mukaansa ja samalla hiutaleet kasvavat.
Sumupilvissä tilanne on erilainen. Pilvet ovat paljon ohuempia ja niiden yläosassa pakkasta on harvoin yli 15 astetta. Siksi pakkasilman sumupilvet ovat usein alijäähtyneitä ja jos ne satavat, alas putoaa lumihiutaleiden sijasta pieniä jäätäviä tihkupisaroita. Seitsemän asteen pakkasessa alijäähtyneet pisarat ovat yhtä todennäköisiä kuin lumihiutaleet.

Lumihiutaleen muoto on seurausta pilven lämpötilasta

Jäätä ja hiutaleita syntyy helposti, jos sadepilven huippu on kylmempi kuin -15 astetta. Huipussa olevien jääkiteiden putoaminen alemmas pilvessä jäädyttää vähitellen koko pilven. Se, miten jäätyminen tapahtuu, vaikuttaa oleellisesti siihen, millaisia hiutaleita taivaalta tippuu.

Erilaisia hiutaleita By Wilson Bentley – Plate XIX of ”Studies among the Snow Crystals … ” by Wilson Bentley, ”The Snowflake Man.” From Annual Summary of the ”Monthly Weather Review” for 1902., Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=22130

Diffuusio synnyttää kaikkein kauneimmat hiutaleet. Koristeellisia moniulotteisia dendriittejä syntyy -15 asteen lähettyvillä, koska silloin kosteus tiivistyy helpoiten suoraan jääksi. Pilvessä olevat jääkiteet kasvavat nopeasti alijäähtyneiden sadepisaroiden kustannuksella. Kuusikulmaisista kiteistä kasvaa pikkuhiljaa lumitähtiä, kun niiden kulmiin puhkeaa uusia ulokkeita ja haaroja.

Isoimmat hiutaleet tarvitsevat syntyäkseen myös vettä

Lumihiutaleet ja jääkiteet voivat myös kasvaa, kun niihin törmäilevät alijäähtyneet vesipisarat jäätyvät niiden pinnalle. Näin syntyy yksinkertaisempia hiutaleita tai littanoita jääkiteitä. Lähellä nollaa astetta, jos lumisateet liikkuvat lämpimältä alustalta kylmemmälle alueelle, kiteiden pinnalla olevat vesimolekyylit toimivat tahmaajina. Tällöin maahan leijailee valtavan kokoisia hiutaleita, ”jalkarättejä”.

Sateen olomuoto määräytyy lämpötilasta pilven ja maan välillä

Matkalla maahan olosuhteet muovaavat lunta ja jäätä loputtomiin variaatioihin: Puikuloiksi, pylväiksi, levyiksi, neuloiksi, sauvoiksi, sakaroiksi, tähdiksi tai rakeiksi. Tuuli, törmäykset ja vaihtuvat lämpö- ja kosteusolot riepottelevat hiutaleressukoita välillä kovallakin kädellä. Sakarat katkeilevat, kulmat hioutuvat tai kauniit lumitähdet sulavat masentavaksi räntämoskaksi. Jokainen hiutale saapuu maahan taipaleensa tuloksena ja kertoo muodollaan koettelemuksistaan pilven ja maan välillä.

Sateen olomuoto ja sen riippuvuus lämpötilasta pilven ja maan välillä
Sateet alkavat sadepilvestä lumisateena. Lämpöolot pilven ja maan pinnan välillä ovat vastuussa ja luovat lopullisen sateen olomuodon. a) Jos lämpötila on koko matkan pilvestä maanpinnalle asti pakkasella, sade on lunta. b) Jos lämpötila on maanpinnan läheisyydessä plussan puolella, ehtii hiutaleet sulaa vedeksi ja sateen olomuoto on vettä. c) jos lumihiutaleet pudotessaan ensin sulavat vedeksi, mutta aivan maanpinnan lähellä on pakkasta, ehtivät pisarat jäähtyä pakkasenpuolelle eli ovat alijäähtyneitä. Tällöin olomuoto on jäätävää sadetta. d) Jos maanpinnan lähellä oleva pakkaskerros on huomattavan paksu ja kylmä, ehtivät alijäähtyneet pisarat toisinaan jäätyä jääjyväsiksi tai lumirakeiksi. Ulkonäöltään ne muistuttavat styrox-palloja.