Снег

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Заснеженный лес на перевале Шипка, Болгария.
Свежий снег на тонкой ветке

Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. Относится к обложным осадкам, выпадающим на земную поверхность[1].

Образование кристаллов[править | править вики-текст]

Симметрия снежинки.
Снежинки, увеличенные при помощи сканирующего электронного микроскопа.

Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.

При высокой термике кристаллы неоднократно вертикально передвигаются в атмосфере, частично тая и кристаллизуясь заново. Из-за этого нарушается регулярность кристаллов и образуются смешанные формы. Кристаллизация всех шести лучей происходит в одно и то же время, в практически идентичных условиях, и поэтому особенности формы лучей снежинки получаются столь же идентичны.

Снежинки[править | править вики-текст]

Снежинки

Белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всевозможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95 % из воздуха, что обуславливает низкую плотность (100-400 кг/м³) и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч).

Самая крупная снежинка была засвидетельствована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США; она имела диаметр в 15 дюймов (около 38 см), опубликовано в Monthly Weather Review, 1915, 73. [1]. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.

Разнообразие снежинок[править | править вики-текст]

Существует такое многообразие снежинок, что обычно считается, что не бывает двух одинаковых снежинок. Например, Кеннет Либрехт — автор самой большой и разнообразной коллекции снежинок — говорит: «Все снежинки разные, и их размещение по группам (классификация) — это во многом вопрос личных предпочтений». Простые снежинки, например, призмы, образующиеся при низкой влажности, могут выглядеть одинаково, хотя на молекулярном уровне они отличаются. Сложные звёздчатые снежинки обладают уникальной, отличимой на глаз геометрической формой. И вариантов таких форм, по мнению физика Джона Нельсона из Университета Рицумэйкан (яп.) в Киото, больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной[2].

Снег как погодное явление[править | править вики-текст]

Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Несмотря на то, что возможны низкие зимние температуры и при отсутствии снега, одно из основных условий климатической зимы — наличие устойчивого (постоянного) снежного покрова, который лежит в течение всей зимы непрерывно или с небольшими перерывами.

Вместе с тем, в некоторых особо тёплых регионах планеты (например, на Аравийском полуострове) такое погодное явление, как снег, отсутствует или наблюдается только один раз в несколько десятилетий.

В России постоянный снежный покров устанавливается почти на всей территории страны. Сроки его установки варьируют от года к году и от сроков наступления климатической зимы. В северо-восточных районах (Республика Коми, Красноярский край, Чукотка, Якутия), где климат наиболее суров, снег ложится уже в начале октября и держится местами до начала июня. В Оймяконе осадки могут выпадать в виде снега и образование временного снежного покрова возможно в любой месяц года, средняя дата образования постоянного снежного покрова в Оймяконе-24 сентября, незадолго до дня осеннего равноденствия, но постоянный снежный покров в Оймяконе может образоваться и на месяц ранее, 24 августа, тает снег в Оймяконе в среднем с 17 мая по 31 мая, средняя продолжительность лежания устойчивого снежного покрова в селе-237 суток, но возможно и 282 суток. В Хатанге устойчивый плотный постоянный снежный покров отмечается не менее 256 суток в году, с 23 сентября по 5 июня. В Норильске снежный покров лежит в среднем 244 суток в году, но может лежать и 277 суток. На мысе Челюскин снежный покров присутствует чуть более одиннадцати с половиной месяцев в году. На некоторых арктических островах России он может присутствовать весь год, где средняя температура самого тёплого месяца в году в некоторых местах составляет -1.2 градуса. В июне на острове Визе высота снежного покрова может составить 50 сантиметров. В средней полосе России первый снег обычно выпадает в конце октября — начале ноября, снежный покров устанавливается во второй половине ноября, а сходит полностью в конце марта. В равнинной части южных областей европейской части России (особенно в Причерноморье) долговременный снежный покров (дольше 2-3 недель) устанавливается только в особо суровые зимы, и не везде. Самая ранняя дата установления временного и постоянного снежного покрова в Москве за 1946-2013 годы-25 сентября (1976 год) и 24 октября (1993 год) соответственно. В 1993 году в Москве временный снежный покров образовался 29 сентября.

Виды снегопадов[править | править вики-текст]

Снег характеризуется разнообразными параметрами: толщиной покрова, количеством в нём воды, рассыпчатостью и т. д. Кроме типичных, существуют особые снегопады, связанные с внетропическими циклонами, озёрами и горной местностью.

Внетропические циклоны, свойственные в Северном полушарии для Западной Европы, Канады и Гренландии, могут создать экстремальные условия, когда идут проливной дождь и обильный снег при ветре, превышающем 119 км/ч[3]. Полоса осаждения, которая связана с их тёплым фронтом, часто обширна, вызвана слабым восходящим движением воздуха над фронтальной границей; влага конденсируется, когда остывает и создает осадки,[4] формируя полосу слоисто-дождевых облаков.[5] В холодном секторе, по направлению к полюсу и к западу от центра циклона, малые или средние полосы выпадения снега обычно имеют ширину от 32 до 80 км.[6] Эти полосы связаны с областями фронтогенеза циклона, или зонами температурного контраста.[7]

Часто приходящий с циклонами холодный воздух может приводить к эффектам полос выпадения снега над большими водоёмами: крупные озера эффективно аккумулируют тепло, что приводит к значительной разнице температур (более 13 °C) между поверхностью воды и воздухом выше,[8] из-за этой разности температур, тепло и влага перемещаются вверх, уплотняясь в вертикально ориентированных облаках, которые производят снег. Чем сильнее понижение температуры с высотой, тем гуще образующиеся облака, и чем интенсивней снегопады.[9]

В горных районах сильные снегопады идут, когда воздух вынужден подниматься в горы и, охлаждаясь, отдавать лишнюю атмосферную влагу, выпадающую в холодных условиях высокогорий на их наветренных склонах в виде снега. Из-за особенностей горного ландшафта прогнозирование сильных снегопадов остается здесь серьёзной проблемой.[10]

Типы снега[править | править вики-текст]

Иней, который растет на поверхности снега в связи с водяным паром поднимающимся на холод в ясные ночи
Снежная лавина

Типы снега можно обозначить через форму хлопьев, скорость накопления и способы скопления его на земле. Виды снежных осадков, которые, из-за циклов таяния и замораживания, падают в виде шариков, а не хлопьев, известны как крупа.[11][12] После того как снег оказывается на земле, он может быть классифицирован как порошкообразный, когда он ещё пушистый, гранулированный, когда он прошёл цикл плавления и замораживания, и, в конце концов, — как превращённый в плотный лёд после уплотнения и дрейфа вниз в многократных циклах таяния и замораживания. Лыжники и сноубордисты разделяют выпавший снег на целяк, круд, наст, снежную кашу и лёд. Когда снег порошкообразный, то он под воздействием ветра может создавать снежные заносы вдали от места, первоначального выпадения,[13] формируя высокие сугробы или снежные ямы глубиной в несколько метров.[14] Снегозащитные заграждения созданы, чтобы управлять снегом, дрейфующим около дорог, повышая безопасность дорожного движения.[15] Снег, выпавший на горных склонах, может превратиться в снежную плиту, которая может скатиться по крутому склону в виде лавины. Замороженный эквивалент росы, известный как иней, образует формы снежного покрова на охлаждённых предметах, когда ветры слабые.[16]

Интенсивность снегопада определяется по видимости. Когда видимость составляет более 1 км, снег считается лёгким. Как умеренный снег описывается снегопад, ограничивающий видимость 0,5-1 км. Сильным снегопад называют, когда видимость составляет менее 0,5 км.[17] Устойчивый снег значительной интенсивности часто называют «метелью» (снежный шторм).[18] Когда снег различной интенсивности и малой продолжительности, он описывается как «ливневой снег».[19]

История[править | править вики-текст]

Исследования[править | править вики-текст]

Кристаллы льда диаметром около 10 мкм на торцах шестиугольной снежинки

Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году издал научный трактат «О шестиугольных снежинках», в котором подверг чудеса природы рассмотрению со стороны жёсткой геометрии.

Миниатюра «О шестиугольных снежинках» — это раритет науки, документ теоретической кристаллографии и гордость её истории. «Изобилие глубочайших идей, широта подхода при рассмотрении причин образования снежинок, замечательные геометрические обобщения, смелость и остроумие высказанных гипотез поражают и сейчас» — вот авторитетное мнение историка кристаллографии И. И. Шафрановского.

В 1635 году формой снежинок заинтересовался французский философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт, написавший этюд, включённый им впоследствии в «Опыт о метеорах» или просто «Метеоры».

В 1885 году, после множества проб и ошибок, американский фермер Уилсон Бентли (Wilson A. Bentley) по прозвищу «Снежинка» получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался этим сорок шесть лет, сделав более 5000 уникальных снимков. На основе его работ было доказано, что не существует двух абсолютно одинаковых снежинок (что впоследствии существенно дополнило теорию кристалла).

В 1889-м году в Санкт-Петербурге действительным членом Русского Географического Общества бароном Николаем Васильевичем Каульбарсом впервые были обнаружены снежинки довольно необычной формы. Из заметки д. чл. барона Н. В. Каульбарса[20]:

Утром 28 февраля, совершая свою обычную прогулку в Юсуповом саду в С.-Петербурге, я был поражен необыкновенным наружным видом снежинок, падавших на мое пальто.

Снежинка необычной формы

Они состояли по большей части из небольших столбиков, в два миллиметра длины, фиг. 2, на обоих концах которых и в плоскости, перпендикулярной к их оси, прикреплены были диски, диаметром около 1 миллиметра. Такой оригинальной формы снежинок мне ранее не доводилось видеть, а потому, вооружившись лупою, я стал ближе рассматривать все подробности их строения, которое и старался выразить на фиг. 1. Столбик а из белого непрозрачного льда казался мне цилиндрическим без внутренней пустоты. Все столбики были одинаковых размеров, около 2 миллиметров длины и около 14 миллиметра ширины. Быть может и даже вероятно, что столбики эти были шестигранные призмы; но на рисунке я не решился этого сделать, так как, при внимательном наблюдении в лупу нескольких десятков снежинок, столбики казались мне цилиндрическими.

То же самое скажу и о двух прозрачных ледяных дисках, прикрепленных к обоим концам столбика. Они также для глаза и в лупу казались совершенно правильными кружками б б, хотя основанием их формы, вероятно, был шестигранник, на что указывает число спиц, расположенных радиально внутри кружков и колебавшееся почти всегда между числами 6 или 12. Только в одном случае насчитал я таких спиц 24. Внутри кружка виднелось круглое основание столбика, образ которого представлял небольшую непрозрачную точку, окруженную весьма тонкой радиальной шрафировкой, упиравшейся как будто в край столбика. Число этих миниатюрных лучей невозможно было сосчитать, но, по-видимому, оно соответствовало числу спиц кружка. Эти последние мне казались трехгранными, удлиненными пирамидами (фиг. 3) из совершенно прозрачного льду, упиравшимися основанием на край обреза столбика, а вершиной в край диска. Пространство между этими пирамидами было выполнено весьма нежными перистыми образованиями формы, изображенной на фиг. 4.

Особенно поразило меня в этих снежинках оригинальное образование на наружном крае дисков, украшенных рядом игл, вертикально стоявших на самом наружном крае диска. Число этих игл, которые казались мне также трехгранными пирамидами, всегда строго соответствовало числу спиц диска, и притом на каждую спицу приходилось по 4 иглы с. У разных авторов я нашел рисунок этого весьма редкого вида снежинок, но везде только в самых общих чертах, без подробностей. Ни на одном, например, не показаны спицы внутри дисков и иглы, расположенные на их наружном крае. Вместе с описываемыми снежинками падали и снежинки обыкновенной шестигранной формы, но в весьма ограниченном числе.

Погода была пасмурная, при слабом S. W. и −5° Реомюра.

В 1951 году Международная комиссия по снегу и льду приняла довольно простую и получившую широкое распространение классификацию твёрдых осадков. Согласно этой системе, существует семь основных видов кристаллов: пластинки, звёздчатые кристаллы, столбцы (или колонны), иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились ещё три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

В 2001 году свои исследования в области снега начал профессор физики, астроном Кеннет Либбрехт (Kenneth Libbrecht) из Калифорнийского технологического института. В лаборатории профессора Либбрехта снежинки выращиваются искусственно.

Мифы и предания о снеге[править | править вики-текст]

«В области, лежащей ещё дальше к северу от земли скифов, — говорит Геродот, — как передают, нельзя ничего видеть, и туда невозможно проникнуть из-за летающих перьев. И действительно, земля и воздух там полны перьев, а это-то и мешает зрению».

В южнославянском фольклоре широко известна легенда о снеге, который белизной и рыхлостью напоминал смолотое зерно, в нём видели падающую с неба муку (Афанасьев 1994/1: 290). Этот мотив отразился в легендах «Когда Господь ходил по земле» и «Грешная женщина», а также в поверье, записанном в области Велеса в Македонии «Почему не падает с неба мука». В них рассказывается о том, что мука перестала падать с неба как снег, потому что одна женщина вытерла нечистоты ребёнка куском теста (Георгиева 1990: 34, 116).

Заснеженный лес в Архангельской области

Существует городская легенда о том, что количество слов для обозначения различных видов снега черезвычайно велико у эскимосов.

Снег в строительстве[править | править вики-текст]

Снег относительно высокой плотности используется в строительстве Иглу

Снег, особенно свежевыпавший, — неплохой теплоизолятор — К тп. = 0,1 −0,15 Вт/м*град (на уровне хороших утеплителей).[источник не указан 1025 дней] Хотя по мере слёживания Ктп вырастает до 0,6-0,7 Вт/м*гр.[источник не указан 1025 дней]

Скрип (хруст) снега[править | править вики-текст]

При сдавливании снег издаёт звук, напоминающий скрип (хруст). Этот звук возникает при ходьбе по снегу, надавливании на свежий снег полозьями саней, лыжами, при лепке снежков и т. п.

Скрип снега слышен при температуре ниже −2 °[21] (по другим данным, ниже −5 °[22]). Выше этой температуры скрип не слышен.

Считается, что есть три основных причины возникновения звуков:

  • ломанье кристалликов снега;
  • скольжение (смещение и трение) кристалликов снега друг о друга под давлением;
  • деформация кристаллической решетки.

Основной причиной скрипа (хруста) снега считается именно первая (ломанье кристалликов).

В акустическом спектре скрипа снега есть два максимума: в диапазоне 250—400 Гц и 1000—1600 Гц. Характер издаваемых звуков зависит от температуры снега[23]. В начале XX века метеорологи даже предлагали оценивать температуру снега по характеру скрипа. Ломка ледяных сосулек и взламывание льда ледоколом дают похожее распределение частот (125—200 Гц и 1250—2000 Гц), однако в случае льда максимумы более чётко выражены и отделены друг от друга[24]. Усиление морозов делает кристаллики более твёрдыми, но более хрупкими. В результате этого возрастает высокочастотная составляющая (1000—1600 Гц) — скрип сухого, морозного снега. Если же мороз ослабевает, и температура становится выше −6 °C, то высокочастотный максимум сглаживается, а затем и почти полностью исчезает[25].

Подтаивание снега влияет и на характер трения снежинок друг о друга: смоченные (смазанные водой) кристаллики издают звук, отличный от звука трения сухих снежинок, а выше некоторой температуры снег вообще перестаёт скрипеть. Это связано с тем, что при определённой температуре снежинки при сдавливании не столько ломаются, сколько начинают подтаивать, энергия сдавливания расходуется не на слом кристалликов, а на таяние снежинок, выделяющаяся вода смачивает снежинки, и вместо сухого трения возникает «скольжение снежинок по смоченной поверхности».

На характер звука влияет также и форма снежинок.

Скрип, похожий на скрип снега, можно получить, если сжимать, например, смешанные соль и сахар. Это использовалось, в частности, при озвучивании фильма «Александр Невский»[26].

Таяние и возгонка[править | править вики-текст]

Таяние снегового покрова

В нормальных условиях снег тает при температурах воздуха выше 0 °C. Однако в природе значительные объёмы снега испаряются и при отрицательных температурах, минуя жидкую фазу. Этот процесс легко наблюдать самостоятельно. Такой переход от твёрдого состояния к газообразному называется сублимацией или возгонкой. Особенно интенсивно происходит сублимация снега под воздействием солнечного света, однако существуют исследования, демонстрирующие интенсивное испарение снежных частиц в результате их взаимодействия при метелевом переносе снега[27].

Снег на других планетах и спутниках[править | править вики-текст]

На Марсе выпадает как привычный нам снег, так и снег из твёрдой углекислоты (помимо постоянных полярных шапок из обычного льда, на Марсе регулярно образуются сезонные шапки из углекислотного, более известного как «сухой» лёд).

На Титане, спутнике Сатурна, метан, обычно выпадающий в виде дождя, в холодных областях выпадает в виде снега (подобно тому, как это на Земле происходит с водой).

Тритон, спутник Нептуна, большей частью покрыт слоем снега, что делает его довольно ярким (он отражает около 85 % света). Снег Тритона состоит из замёрзших азота, воды, углекислого газа, небольших примесей угарного газа, метана и этана. Он имеет розовый оттенок, который ему придают более сложные соединения, образующиеся из метана и азота под действием ультрафиолетового излучения и космических лучей. Толщина слоя снега и льда вблизи полюсов Тритона, вероятно, достигает сотен метров[28].

Интересные факты[править | править вики-текст]

См. также[править | править вики-текст]

Снег на ветвях дерева

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Бровкин В. В. Атмосферные явления — классификация и описание
  2. Белая магия > Физика > «Всякая всячина» — Библиотечка разных статей
  3. Joan Von Ahn; Joe Sienkiewicz; Greggory McFadden (2005-04). «Hurricane Force Extratropical Cyclones Observed Using QuikSCAT Near Real Time Winds». Mariners Weather Log (Voluntary Observing Ship Program) 49 (1). Проверено 2009-07-07.
  4. Owen Hertzman (1988). «Three-Dimensional Kinematics of Rainbands in Midlatitude Cyclones Abstract» (University of Washington). Bibcode:1988PhDT.......110H.
  5. Yuh-Lang Lin Mesoscale Dynamics. — Cambridge University Press, 2007. — P. 405. — ISBN 978-0-521-80875-0
  6. K. Heidbreder. Mesoscale snow banding, TheWeatherPrediction.com (16 октября 2007). Проверено 7 июля 2009.
  7. David R. Novak, Lance F. Bosart, Daniel Keyser, and Jeff S. Waldstreicher. A climatological and composite study of cold season banded precipitation in the Northeast United States.
  8. B. Geerts. Lake Effect Snow., University of Wyoming.
  9. Greg Byrd. Lake Effect Snow. University Corporation for Atmospheric Research (3 июня 1998). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  10. Karl W. Birkeland and Cary J. Mock (1996). «Atmospheric Circulation Patterns Associated With Heavy Snowfall Events, Bridger Bowl, Montana, USA». Mountain Research and Development 16 (3): 281–286. DOI:10.2307/3673951.
  11. Glossary of Meteorology. Ice pellets. American Meteorological Society (2009). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  12. Glossary of Meteorology. Snow pellets. American Meteorological Society (2009). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  13. Joy Haden. CoCoRaHS in the Cold – Measuring in Snowy Weather. Colorado Climate Center (8 февраля 2005). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  14. Caroline Gammel. Snow Britain: Snow drifts and blizzards of the past. Telegraph Media Group (2 февраля 2009). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  15. ScienceDaily (2009-02-06). «'SnowMan' Software Helps Keep Snow Drifts Off The Road».
  16. David McClung and Peter Schaerer The Avalanche Handbook. — The Mountaineers Books, 2006. — P. 49–51. — ISBN 978-0-89886-809-8
  17. Glossary of Meteorology. Snow. American Meteorological Society (2009). Проверено 28 июня 2009. Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  18. National Oceanic and Atmospheric Administration. Winter Storms...the Deceptive Killers. United States Department of Commerce (November 1991). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  19. Glossary of Meteorology. Snow shower. American Meteorological Society (2009). Архивировано из первоисточника 5 августа 2012.
  20. Каульбарс Н. В. Снег необычной формы. — Известия Императорского русского Географического общества. Том XXV. — СПб., 1889. — С. 108—109.
  21. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ, ВОДЯНОГО ПАРА, ЛЬДА, СНЕГА
  22. Страница 2
  23. http://edu.nstu.ru/frc/konkurs/snow_ice/10.htm
  24. Загадки простой воды. Книги. Наука и техника
  25. http://www.aliki.ru/library/n-t/tp/mr/sn.htm
  26. Простые опыты. Снег скрипит :: Класс!ная физика
  27. Дюнин А. К. В царстве снега. — Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1983.
  28. McFadden Lucy-Ann, Weissman Paul, Johnson Torrence Encyclopedia of the Solar System. — 2. — Academic Press, 2006. — P. 483–502. — ISBN 0-12-088589-1
  29. «Выпавший в Омской области оранжевый снег оказался не радиоактивен» Лента.ru, 02.02.2007 г.

Литература[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]