Võimas märg lumi 26.1.2009

Oluliselt täiendatud ja parandatud 28.1.2009

26. jaanuaril valitses seoses nõrga tsükloniga Eestis enamasti sula ja udune ilm. Paljudes kohtades sadas lund ja lörtsi ning erandiks polnud ka hommikune Tartu. Sajutsoon jagunes üle Eesti kaheks: nõrgem sadu Lääne-ja Loode-Eestis, tugevam Ida-Eestis. Sajuala hääbus õhtu poole ja asendus mitmel pool tiheda uduga.

Umbes kl 10 hommikul üllatas ilm Tartus väga võimsa jämeda märja lumesajuga (sadu oli lume ja lörtsi vahepealne): sadavate räitsakate keskmine läbimõõt oli 2 cm, kuid suurimad, mis ma mõõtsin, olid 4 cm-se läbimõõduga. Oleks paar cm veel suuremad, oleksid juba nagu labakindad. Huvitaval kombel ei pööranud tänaval keegi sajule mingit tähelepanu ja sadu kestis umbes 15 min, siis muutus tasapisi nõrgemaks ja helbed väiksemaks. Ka üsna hiljuti oli teade, et Hiiumaal sadas 3-4 cm suurusi räitsakaid. Kunagi märtsis, 2002. aastal, teatati ühes maakonnaajalehes Läänemaal sadavatest lumesiilidest: vaiksel õhtul sadas tennisepalli mõõdus lumetükke (täpseid mõõtmeid ei antud), kuid kui see ära sulatati, jäi sellest järgi kolm veepiiska. Lisati, et tegemist olevat uut liiki sademetega, mis vajavat uurimist (!?). (http://www.laanemaa.ee/article/articleprint/1132/-1/6/)

Kõik see jääb aga kaugelt alla maailma suurimaile "lumehelbele": see sadas alla 28. jaanuaril 1887 Montanas; mõõtmed: 20 cm paksune ja 38 cm laiune, nii et võrreldav lapiku jalgpalliga. Euroopa suurim lumetükk on mõõdetud Berliinis (mõõtmed: 5x6x1 cm).

Kuidas ja miks siis tekivad sellised hiiglaslikud räitsakad?
Üldiselt algab lume teke pilvedes, mis sisaldavad nii jääkristallide kui ka veepiisakeste segu, seega vesi-jää segapilvedes. Lumeks üldse nimetatakse tahkete sademete liiki, mis koosneb jääkristallidest või nende kogumist (täpsustuseks tuleb öelda, et lumel on nn peenuse alammäär - väga väikeste jääkristallide langemine ei ole enam lumi, vaid seda nimetataksegi kas jääkristallide langemiseks või ülipeene jäätolmu korral ka teemanditolmuks, viimast esineb põhiliselt Antarktikas; veidi suuremad, kui lihtsalt jääkristallid kannavad nime lumekübemed, vanarahvas ütles selle koht: "Lemmetab lund").

Vastavad pilved tekivad enamasti sooja ja külma õhumassi piirialadel, kus on nii piisavalt jääkristalle, niiskust kui ka veepiisakesi. On kahte tüüpi sademete tekkeprotsessi: eelkõige troopikas ja suvel moodustuvad sademed veepiisakeste ja kond.tuumakeste koalestsents-kokkupõrgete põhimõttel, kuid lume puhul on oluline Wegener-Bergeron-Findeiseni protsess (Wegener oli esimene, kes ametlikult käis välja jääkristallipõhise sademetetekke teooria, ülejäänud kaks teadlast arendasid ja täpsustasid teooriat oluliselt), mida tuntakse ka lihtsalt Bergeroni protsessi nime all.

Jääkristallid kasvavad läheduses olevate veepiisakeste arvelt, sest viimastelt lahkuvad veemolekulid piisakese naabruses olevale jääkristallile ja nii "kuivab" veepiisk ära ja jääkristall kasvab selle arvel suuremaks. Selle põhjuseks on madalam veeauru rõhk jääkristalli pinnal. Jääkristallid moodustuvad aga kondensatsioonituumade ümber, vastasel juhul veepiisakesed ei külmuks, vaid jahtuksid kümneid kraade alla nulle, kuid oleksid ikka vedelas olekus. Alles umbes -40° juures jääb väikese piisakese sees soojusliikumine nii nõrgaks, et embrüonaalse jäästruktuuri mõõtmed ületavad kriitilise suuruse ja veepiisake külmub spontaanselt.

Seejuures tekivad sademed vaid siisis, kui jääkristalle ja veepiisakesi on pilves suhtes 1:100 000, vastasel juhul on jääkristallide moodustumine kas ebaefektiivne või tekib palju väikseid jääkristalle, mis kõik aga jäävad mõlemal juhul pilve suspendeerunud olekusse. Vastava suhte korral toimub aga jääkristallide efektiivne kasv ja need hakkavad raskujõu tõttu langema.
Lumehelveste ja jääkristallide suurus on üldjuhul võrdelises seoses õhutemperatuuriga: mida külmem õhk, seda väiksemad kristallid tekivad, sest külm õhk on väikse veesisaldusega. Lumehelveste tekkel on oluline, et tekiksid lumetähed, mis saavad haakuda üksteise külge. Lumetähed aga tekivad siis, kui pilvedes on temperatuur 4-10° alla nulli. Külmema ilmaga tekivad enamasti vaid lumekübemed, pakasega aga heksagonaalsed jääsambad ja jääplaadid või vahel ka kuueharulised tähed (nende tekkeks on vaja suurt veeauru sisaldust ja mitte liiga külma ilma). Heksagonaalset prismat nimetataksegi lihtsaimaks lumehelbeks.

Põhjus, miks jääkristallid kipuvad olema kuusnurksed, peitub vee vesiniksidemetes: tahkes olekus on soodsaim veemolekulide asend üksteise suhtes just selline:

.

.

.

.

.

.

.

.

.

.

Alljägneval pildil on näidatud jääkristallide ja lumehelveste morfoloogiline seos temperatuuri ja õhu veesisaldusega (kehtib kristallide tekketingimustes ja-kohas!):

.

.

.

.

.

Kui lumetähed on tekkinud, siis haakuvad need langemisel üksteise külge ja nii võib hiigelhelbes olla kuni mitusada lumetähekest. Seejuures on oluline roll õhuniiskusel ja tuulel: ilmselt tekivad suuremad räitsakad tuulevaikse ja väga niiske ilmaga, sest siis hakkavad helbed sulama ja liituvad äärtelt omavahel. Olen sageli täheldanud, et suurte räitsakate korral on pilvede alumine piir maapinnast ainult mõnekümne m kõrgusel või tekib pärast sadu udu või uduvine. Seejuures valitseb üldiselt tuulevaikus või nõrk tuul. Ilmselt tugev tuul lõhuks väga suured helbed ära.

Kell 10 Tartus:

Alt vaadates tunduvad helbed tumedad!























.

.

.

Graafikult võib näha, et ka jäänõelad on võimalikud. Jäänõelu lähedalt uurides võib märgata, et kui lumehelves koosneb kahest nõelast, on need risti, kui rohkematest, siis üks risti ülejäänutega. Sageli on jäänõelad kaetud veel teralise härmatisega.

Nullilähedase temperatuuriga või sadada peale lume veel muud liikigi sademeid, aga neist pikemalt edaspidi.

Lumesaju puhul ilmneb veel üks huvitav valgusilming: kui vaadata sadavaid lumehelbeid taeva taustal, tunduvad need väga tumedad, vahel isegi tumehallid, kuigi lumi on ju ometi täiesti valge (v. a. saastatuse korral). Seletus. Nii valge kui hall ja tume erinevad vaid heledusastme poolest ümbritseva fooni suhtes. Sageli arvame, et (pilves) taevas on tumedam kui maapind (eriti kui on lumi maas). Tegelikult on taevas alati heledam kui maa, sest valgus tuleb ju päikesest, mitte aga ei kiirga seda maapind. Ja nii ongi, et see tumeda lumehelbe efekt tekib sellest, et me hindame kõiki heledusi taevaga, mis on alati heledam kui ümbrus või lumehelbed altpoolt vaadates. Seega võimaldab langevate lumehelveste (piisava suuruse korral) vaatlemine mõista taeva tegelikku heledust ja sealt edasi õigeid suhteid looduses. Seda efekti märkis juba Aristoteles.