Kar tanesinin büyüleyici geometrisi

Kar taneleri, sıradan bir kış manzarasının parçası gibi görünseler de doğadaki en etkileyici yapılardan biridir. Suyun olağanüstü özellikleri sayesinde ortaya çıkan kar; küçücük, kırılgan ve aynı zamanda gerçekten büyüleyicidir.

"Kar gibi bembeyaz" tabiri yalnızca bizim değil, pek çok kültürün diline yerleşmiş bir benzetmedir. Herkesin doğal olarak kabul ettiği şey karın beyaz oluşudur. Peki ben size bunun bir yanılgı olduğunu, kar tanesinin aslında beyaz olmadığını söylesem?

İnanmıyor musunuz? O hâlde buyurun, birlikte hem bu sorunun hem de kar tanesine dair pek çok başka sorunun cevabını arayalım.

Kar tanesinin en büyüleyici kısmı, aslında nasıl oluştuğudur.

Kar tanesi nasıl oluşur?

Kar tanesi, sanıldığının aksine donmuş bir yağmur damlası değildir. Ben de uzun süre öyle sandım; fakat bir kar tanesinin oluşumu bundan çok daha incelikli bir süreçtir.

Görünmez su buharıyla başlar

Bulutların içinde, havada serbestçe dolaşan görünmez bir su buharı vardır. Sıcaklık yaklaşık 0 °C'nin altına düştüğünde, bu su buharı sıvı hâle hiç geçmeden doğrudan buz kristaline dönüşebilir.

Arada sıvı su olmak zorunda değildir. Bilim bu olaya depozisyon (doğrudan kristalleşme) adını verir.

Bir çekirdeğin etrafında ilk kristal oluşur

Havadaki minicik bir parçacık —

• toz tanesi,
• polen,
• deniz tuzu,
• volkanik kül —

ilk kristalin oluşacağı merkez olur. Bu merkeze çekirdek denir; ilk buz molekülleri burada birbirine tutunur.

Altıgen yapı ortaya çıkar

Su molekülleri donarken rastgele dizilmez; birbirlerine belirli açılarla bağlanırlar. Hidrojen bağları onları kaçınılmaz olarak altıgen bir simetriye yönlendirir.

Sonuç: altı köşeli ilk kristal oluşur. Bu nedenle dünyadaki tüm kar tanelerinin temelinde aynı altılı simetri bulunur.

Asıl mucize burada başlar

Kar tanesi bulutun içinde aşağıya doğru süzülmeye başlar. Fakat düşerken sıcaklık, nem ve rüzgâr sürekli değişir. Her değişim, kristalin büyümesini bir nebze farklı yönlendirir:

• bir bölgede kol uzar,
• başka bir bölgede yeni dallar belirir,
• bazı yerlerde büyüme yavaşlar,
• bazı yerlerde hızlanır.

Tıpkı bir ağacın sessizce dallanması gibi…

Kar tanesi gökyüzünde "yaşar"

Bir kar tanesi yalnızca yere düşmez; o, gökyüzünde büyüyen canlı bir kristaldir. Bulut içindeki hava akımları onu yukarı kaldırabilir, döndürebilir, sonra yeniden aşağı indirebilir. Bu yolculuk boyunca sürekli yeni buz molekülleri toplar.

En şaşırtıcı kısım

Kar tanesinin altı kolu birbirinden bağımsız büyümez; hepsi aynı anda ve neredeyse aynı atmosfer koşullarında büyür. Bu yüzden ortaya hem son derece karmaşık hem de son derece simetrik bir yapı çıkar. Bu, doğadaki en etkileyici düzen örneklerinden biridir.

Bir kar tanesi yere düşene kadar

Bir tek kar tanesi:

• milyarlarca su molekülünü bir araya getirir,
• dakikalarca, hatta bazen saatlerce büyür,
• kilometrelerce yol kat edebilir.

Biz onu yalnızca son demlerinde, en yakınımıza geldiğinde fark ederiz.

Kar tanelerinin en olağanüstü özellikleri

1. Her kar tanesi altıgen olmak zorundadır

Kar tanelerinin temel geometrisi altıgendir. Bunun nedeni, su moleküllerinin donarken birbirlerine yaklaşık 120°'lik açılarla bağlanmasıdır.

Doğada milyonlarca farklı desen oluşabilir; ama temel yapı her zaman altıgen kalır.

2. İki kar tanesinin tamamen aynı olma ihtimali neredeyse sıfırdır

Bu en bilinen bilgidir; ancak çoğu kişi nedenini bilmez.

Bir kar tanesi oluşurken sürekli olarak:

• sıcaklık değişir,
• nem değişir,
• hava akımları değişir,
• basınç değişir.

Kar tanesi buluttan yere inerken birbirinden farklı katmanlardan geçer ve her katmanda farklı bir şekilde büyür. Bu yüzden her birinin gelişim hikâyesi başkadır.

Bilim insanları teorik olarak aynı iki kar tanesinin oluşmasının mümkün olduğunu söyleseler de, doğada bunun gerçekleşme olasılığı inanılmaz derecede düşüktür.

Bu eşsizliğin manevi yankısı için inanç ve tefekkür sayfasındaki "Yaradılışın mucizesi: kar tanesi ve insan" yazısına davet ediyorum.

3. Bir kar tanesi aslında "yazılı bir hava raporudur"

Bir kar tanesine mikroskopla bakıldığında, geçtiği atmosfer koşullarının izleri okunabilir. Kristalin kalınlığı, dallanma şekli ve kollarının uzunluğu, oluştuğu andaki sıcaklık ve nem hakkında bilgi verir. Yani bir kar tanesi, gökyüzündeki yolculuğunu üzerinde taşır.

4. Kar aslında beyaz değildir

Bu, pek çok kişiyi şaşırtır.

Tek bir kar kristali aslında şeffaftır.

Peki o hâlde kar yığını neden beyaz görünür?

Çünkü milyonlarca buz kristali, üzerine düşen ışığı her yöne saçar. Işık bütün renkleri birlikte geri yansıttığı için gözümüz karı beyaz olarak algılar. Tek bir kar tanesini yakından incelerseniz, onun cam gibi saydam olduğunu görürsünüz.

5. Kar, sesi yutar

Karlı bir günde çevrenin daha sessiz hissedilmesinin nedeni psikolojik değildir. Kar tanelerinin arasında çok sayıda minik hava boşluğu bulunur. Bu boşluklar:

• ses dalgalarını emer,
• yankıyı azaltır,
• ortamı daha sessiz hâle getirir.

Bu yüzden yoğun kar yağışı sırasında şehirler bile olağanüstü bir sükûnete bürünebilir.

6. Kar taneleri gökyüzünde saatlerce büyüyebilir

Bazı kar kristalleri oluşur oluşmaz düşmez. Bulutun içinde yükselir, döner, nem toplar ve büyümeye devam eder. Bazen yere ulaşmadan önce kilometrelerce yol kat etmiş olurlar.

7. Kar taneleri "çiçek" gibi büyür

Kar kristallerindeki dallanma ilk bakışta rastgele görünür. Fakat her dal aynı fizik kurallarına uyar ve benzer hızlarda büyür. Bu nedenle kar taneleri hem düzenli hem de karmaşık bir görünüm kazanır. Bu yapı, matematikte fraktal benzeri büyüme örneklerinden biri olarak incelenir.

8. Bir kar tanesinin içinde milyarlarca su molekülü olabilir

Büyük ve karmaşık bir kar kristalinin içinde yaklaşık 10¹⁸ mertebesinde su molekülü bulunabilir.

Yani mikroskobik görünen bir kar tanesi bile, hayal ettiğimizden çok daha büyük bir moleküler mimariye sahiptir.

9. Kar kristalleri laboratuvarda yetiştirilebilir

Bilim insanları sıcaklık ve nemi kontrol ederek belirli şekillerde kar kristalleri üretebilir. Örneğin:

• iğne şeklinde,
• levha şeklinde,
• yıldız şeklinde,
• sütun şeklinde

kar kristalleri oluşturulabilir. Bu çalışmaların öncülerinden biri Japon fizikçi Ukichiro Nakaya olmuştur.

10. Kar taneleri, suyun olağanüstü özelliklerinin bir sonucudur

En şaşırtıcı nokta da budur. Suyun:

• donduğunda genleşmesi,
• altıgen kristal oluşturması,
• hidrojen bağlarıyla benzersiz biçimde davranması,

Dünya'da yaşamın sürmesinde kritik bir rol oynar. Eğer su farklı bir molekül olsaydı:

• göller dipten donabilir,
• ekosistemler çökebilir,
• kar taneleri bugünkü güzelliklerinde oluşmayabilirdi.

Normalde maddeler donunca büzülür

Çoğu maddeyi düşünelim:

• Sıvı hâlde moleküller daha dağınıktır.
• Donduklarında daha sıkı paketlenir.
• Bu yüzden hacimleri küçülür.

Örneğin demir, alüminyum ya da mum soğudukça hafifçe büzülür. Su ise tam burada kuralları bozar.

Su, donduğunda büzülmek yerine genleşir. Bu yüzden buz, sıvı suyun üzerinde yüzer; göllerin yüzeyi donar ama altı canlı kalır. Bu "anomali" sayesinde Dünya'daki yaşam, kış boyunca koruma altına alınır.

Bu olağandışılığın manevi okuması için inanç ve tefekkür sayfasındaki "Bir anomali sonucu ortaya çıkan mucize" yazısına davet ediyorum.

Belki de kar tanesi, suyun kendi hikâyesini gökyüzüne yazdığı en zarif harftir.