همه چیز از ابر‌ها آغاز می‌شود. وقتی نور خورشید زمین و هوای نزدیک به سطح را گرم می‌کند، هوای گرم‌تر به سمت بالا حرکت کرده و در ارتفاعات خنک می‌شود. این فرآیند باعث متراکم شدن بخار آب و تشکیل قطرات آب مایع یا ذرات یخ می‌شود که ابر‌ها را می‌سازند.

مسیر‌های بی‌نهایت کریستال‌های یخ

هنگامی که دمای زمین به شدت زیر صفر باشد، ابر‌ها عمدتا از یخ تشکیل می‌شوند. در دمای صفر درجه سانتی‌گراد، مولکول‌های آب در قالب‌های شش‌ضلعی یا شش‌وجهی منظم چیده می‌شوند. با رشد این کریستال‌ها و تجمع آن‌ها، آنقدر سنگین می‌شوند که نمی‌توانند در هوا معلق بمانند و تحت تأثیر گرانش از ابر‌ها سقوط می‌کنند.

شکل نهایی دانه‌های برف پس از رسیدن به زمین به دما و رطوبت جو بستگی دارد. با افزایش رطوبت در ابر، برخی کریستال‌های یخ بازو‌های پیچیده‌ای در شش گوشه خود رشد می‌دهند که دانه‌های برف را تشکیل می‌دهد. هیچ دو کریستال یخی مسیر یکسانی در ابر طی نمی‌کنند؛ هر کدام دما و رطوبت متغیری را تجربه می‌کنند که باعث ایجاد تاریخچه رشد منحصر به فرد برای هر دانه برف می‌شود. به همین دلیل می‌گویند هیچ دانه برفی دقیقا همانند دانه برف دیگر نیست.

بسیاری از این تفاوت‌ها با چشم غیر‌مسلح قابل مشاهده است، اما گاهی برای تشخیص آن‌ها به می‌کروسکوپ نیاز است. دانشمندان با مطالعه دانه‌های برف می‌توانند مسیری را که از ابر تا دست انسان طی کرده را باز‌سازی کنند.

آب مایع به مثابه چسب

وقتی برف از آسمان می‌بارد، معمولا کریستال‌های یخ جداگانه دیده نمی‌شوند، بلکه توده‌هایی از کریستال‌های به هم چسبیده مشاهده می‌شوند. یکی از مکانیزم‌های چسبندگی درهم‌تنیده شدن مکانیکی نام دارد. در شرایط سرد و خشک، کریستال‌های یخ با شاخه‌ها و بازو‌های پیچیده در هم تنیده شده و به یکدیگر می‌چسبند که نتیجه آن برف خشک است. این نوع برف برای اسکی مناسب است و به راحتی توسط باد جابه‌جا می‌شود، اما به شکل گلوله برف در نمی‌آید.

مکانیزم دوم چسبندگی، کمی گرم کردن کریستال‌هاست. وقتی کریستال‌های یخ در ناحیه‌ای از ابر با دمای بالا‌تر از نقطه انجماد قرار می‌گیرند، لبه‌های آن‌ها ذوب شده و آب مایع ناشی از آن مانند چسب عمل می‌کند. نتیجه توده‌های بزرگ کریستالی است که برف مرطوب نامیده می‌شود؛ این برف برای ساخت آدم برفی عالی است، اما برای شیب‌ها ایده‌آل نیست.

برف معمولا فقط در زمستان به زمین می‌رسد، اما تقریبا تمام ابر‌ها در هر فصل و مکانی حاوی مقداری یخ هستند. حتی در مناطق گرمسیری نیز جو بالا به اندازه کافی سرد است که دما زیر صفر برسد. پژوهشگران متوجه شده‌اند که ابر‌های حاوی یخ نسبت به ابر‌های فاقد یخ، باران بیش‌تری تولید می‌کنند.