Каждый раз с приходом зимы и выпадением снега мы переживаем какой-то эмоциональный всплеск. Белое покрывало, накрывшее город, и перелески, бескрайние поля и широкие реки и укутавшее деревья в причудливо мерцающие на солнце одежды, не оставит равнодушным ни ребенка, ни взрослого. В детстве мы могли часами сидеть у окна и наблюдать за тем, как, медленно кружась, пролетают мимо снежинки и тихо опускаются на землю... Мы часто рассматривали их структуру, пытаясь найти две одинаковые, не переставая удивляться красоте и сложности этого волшебного великолепия.
Снежная зима всегда наполняет детскую душу чувством радости и необъяснимого восторга. Со временем, когда ребенок взрослеет, это чувство притупляется, однако все равно где-то в глубине души все замирает, и мы наслаждаемся красотой, спящей под белым покрывалом природы. Малыши часто спрашивают у родителей: "А что такое снег?" Взрослые обычно отвечают односложно, мол, это замерзшая вода. В нашей статье мы попробуем разобраться не только с вопросом о том, что такое снег, но и рассмотрим его свойства, причем как со стороны науки, так и со стороны поэзии.
Что говорят энциклопедии?
Словарь Даля отвечает на вопрос о том, что такое снег, следующим образом: это замерзшие пары воды, которые опадают в виде хлопьев, клочков с облаков; рыхлый лед, который заменяет зимой дождь. Как видите, разъяснение довольно скупое. Всезнающая Википедия тоже немногословна, она гласит, что снег - это форма атмосферных осадков, которая состоит из мелких ледяных кристаллов. Энциклопедический словарь сообщает следующие: снег представляет собой твердые которые состоят из ледяных кристаллов, отличающихся различной формой; снежинки чаще всего имеют форму шестиугольных пластинок или звезд; выпадают, когда температура воздуха опускается ниже нуля градусов по Цельсию. Получается, что все словари и энциклопедии говорят одно и то же, однако ясности в вопрос о том, что такое снег, они не вносят. В таком случае обратимся к точным наукам.
Историческая справка
Откуда берется снег? Из чего он состоит? Какова его температура? Этими и многими другими вопросами, связанными с данным природным явлением, ученые всего мира интересуются очень давно. Так, еще в 1611 году астролог и астроном Кеплер издал научный трактат, имеющий название «О шестиугольных снежинках». Автор весьма прагматично изучил кристаллы снега по всей строгости геометрии. Его работа легла в основу такой науки, как теоретическая кристаллография. Другой известный деятель семнадцатого века, французский математик и философ Рене Декарт, также занимался исследованием формы снежинок. Им был написан в 1635 году этюд, который впоследствии включен в работу «Опыт о метеорах». В дальнейшем вопрос о том, из чего состоит снег, рассматривался учеными всего мира бесчисленное количество раз.
А изучают ли это явление современные ученые?
Сегодня даже в детских садах малышам рассказывают, что снежинки имеют форму шестиугольников, что их узор уникален и что не существует одинаковых снежинок. Казалось бы, уже известно все: при какой температуре тает снег, при какой идет, а также многое другое. И тем не менее ученые не потеряли интерес к этому чуду природы и до сих пор изучают процессы образования снежинок. Оказывается, они формируются вокруг так называемых ядер кристаллизации, и, что самое интересное, ими могут быть мельчайшие частицы пыли, сажи, пыльцы растений и даже споры.
Качество снега, воспетое поэтами
Скрип - это интереснейший эффект. Его можно услышать только в исключительно морозную погоду. Так, если будет стоять относительно теплый денек, то снежный покров будет безмолвен. И совсем иначе он ведет себя во время настоящей зимней стужи. Люди давно заметили: чем ниже температура снега и воздуха, тем выше тон скрипа. Ученые смогли выяснить, что этот эффект возникает в результате раздавливания микроскопических кристаллов льда. Когда температура снега опускается, эти кристаллики становятся более хрупкими и твердыми, вот они и издают скрипящий звук, ломаясь под колесами автомобилей и нашими ногами. Если раздавить один такой кристалл, то мы ничего не услышим в силу его незначительных размеров. Такие тонкие звуки человеческое ухо не в состоянии уловить. А вот объединившись, кристаллы способны создать исключительный музыкальный фон. Вот этот самый скрип и воспевают поэты в своих произведениях.
Почему идет снег или дождь?
Выпадение осадков связано с нарушением равновесия (устойчивости) облачных масс, которые состоят из множества элементов разных структур и размеров. Чем однороднее этот состав, тем устойчивее облако, и, соответственно, тем дольше оно не будет давать осадков. В каком виде они упадут на землю, зависит от температуры воздушной массы в подоблачном слое, а также высоты и структуры самого облака (как правило, она бывает смешанной, то есть состоит из капель охлажденной воды и ледяных кристаллов). Разберемся, что из этого следует. Выпадая из облака, эта смесь на пути к поверхности планеты проходит через подоблачные массы. Если температура при этом достаточно высока, то кристаллы льда тают и превращаются в обычный дождь с положительной температурой капель. Иногда, при условии небольшой высоты облаков, снежинки могут не успеть растаять полностью, в таком случае выпадает мокрый снег. Вот почему в периоды межсезонья могут выпадать смешанные осадки. Если температура подоблачной массы отрицательная, то в таком случае идет простой снег.
Почему иногда выпадает снег летом, а дождь зимой?
Мы разобрали, при какой температуре идет снег, а при какой - дождь. Однако иногда случаются невероятные явления, например, летом может выпасть снег, а зимой - пойти дождь. Чем объясняются подобные катаклизмы? Давайте попробуем понять, почему такое происходит. Ученые это явление объясняют отклонением от нормального хода развития процессов в атмосфере. Так, в зимнее время в средние широты могут попасть массы весьма богатого влагой теплого воздуха, движущиеся из бассейнов теплых южных морей. В результате начинаются оттепели, которые проявляются в таянии выпавшего снега, а также выпадении осадков в виде дождя. В летнее время можем наблюдать обратную ситуацию, то есть на юг могут прорваться холодные из Арктики. При отступлении теплого фронта формируется весьма мощная облачность, на линии раздела двух воздушных масс с различной температурой осадки бывают очень обильными. Сначала в виде дождя, а далее, при последующем похолодании и при условии низкой облачности, в виде простого или мокрого снега. В южных регионах это случается редко, при этом температура на поверхности земли остается положительной.
Снежные рулоны - что это за аномалия?
Впервые увидав это чудо природы, вы решите, что это творение рук человека. На самом же деле такие дорожки или рулоны крутит сама природа. Это довольно редкое Снежные рулоны создает ветер, катающий снег до тех пор, пока он не наберет в весе и размере. Обычно такие фигуры имею форму цилиндров, но бывают и исключения. Данное явление можно наблюдать только в регионах с сильным порывистым ветром, легкими влажным снегом и только на открытой местности. Снежные рулоны перекатываются по степи, как пустые бочки. Их размер может достигать 30 см в диаметре и 30 см в ширину. Фактически на заснеженном поле могут возникнуть одновременно сотни отдельных рулетов. За каждым из них остается след - своеобразная дорожка, которая указывает траекторию пройденного пути. Снежные рулоны часто образуются при прохождении зимних штормов, когда ветер сильный, а снег свежий. Температура воздуха при этом должна быть близкой нулю.
Процесс формирования снежных рулетов
Происходит это следующим образом: поверхность земли должна быть покрыта притертой ледяной коркой, либо старым слежавшимся снегом, в таком случае падающие снежинки с нижележащим слоем имеют слабое сцепление. При этом нижний слой должен иметь отрицательную температуру, а верхний - положительную (немного выше нуля градусов). Тогда свежий снег будет обладать высокой «липучестью». Оптимальной температурой считается минус два градуса для нижнего слоя и плюс два - для верхнего. Порывистый ветер должен иметь скорость более 12 м/с. Формирование рулона начнется, когда ветер «выкопает» кусочек снега. Далее образовываются маленькие комочки, катящиеся по полю под действием ветра, обрастая с каждым метром все большим слоем влажного снега. Когда рулон станет слишком тяжелым, он останавливается. Так что его размер напрямую зависит от скорости воздушного потока.
1. Снежинка на 95% состоит из воздуха. Благодаря этому она падает очень медленно, со скоростью 0,9 км/ч.
2. Белый цвет снега объясняется наличием в его структуре воздуха. При этом лучи света отражаются от границы ледяного кристалла с воздухом и рассеиваются.
3. В истории зафиксированы случаи выпадения цветного снега. Так, в 1969 году в Швейцарии выпал черный снег, а 1955 году в Калифорнии - зеленый.
4. В высоких горах и Антарктике можно встретить снежный покров розового, красного, фиолетового, желтовато-бурого цветов. Этому способствует существо - хламидомонада снежная, которая проживает в снегу.
5. При падении снежинки в воду она издает сильный высокочастотный звук. Человеческое ухо не способно его уловить, а вот рыбы могут, и, если верить ученым, он им сильно не нравится.
6. В нормальных условиях при температуре нуль градусов Цельсия. Однако при попадании на него солнечных лучей он может испариться и при минусовой температуре, при этом минуя жидкую форму.
7. В зимний период снег отражает от земной поверхности до 90% солнечных лучей, тем самым не давая ей прогреться.
8. В 1987 году в Форт-Кое (США) зафиксирована самая большая снежинка в мире. Ее диаметр составил 38 см.
В заключение
Вот мы и разобрали это которое так скупо описывают энциклопедии и словари. Теперь мы знаем, при какой температуре тает снег, при какой идет, как, когда и почему возникают снежные рулоны и многое другое, связанное с этим красивейшим вестником и спутником зимы.
Снег - признак настоящей зимы. Он образуется при замерзании маленьких дождевых капель. Пушистый белый снег - настоящее чудо. Дети лепят из него снежных баб, играют им в снежки, а на северные народы строят из снега свои жилища. Толстый слой снега согревает землю. Он не подпускает к ней морозный воздух, и сохраняет в глубине почвы положительную температуру.
Что такое снег и как он образуется
Если говорить научным языком, то снег - это вид атмосферных осадков. Это означает, что снег падает с неба в виде замёрзшего дождя. Снег - холодный, белый и пушистый. Он состоит из отдельных снежинок, похожих на шестиконечные звёздочки. Интересно, а как образуется снег?
Первое условие для появления снега - это холод. Температура, при которой вода превращается в лёд - это 0ºC. Когда на улице становится холодно, вода в лужах и озёрах покрывается льдом (замерзает). В небе в это время замерзают дождевые тучи. Капли дождя в них превращаются в снег.
Второй способ образование снега по-научному называется испарение. Послушайте, как оно происходит. Если постирать бельё и повесить его на улицу зимой, мокрая простынь сначала замёрзнет и станет твёрдой. Через несколько дней простынь превратиться в мягкую сухую ткань. Что произошло? Сначала вода в простыне превратилась в лёд. Это произошло довольно быстро. Потом лёд стал испаряться: маленькие микроскопические льдинки отрывались от простыни и поднимались в небо. Эти льдинки были настолько маленькими, что глядя на сохнущую простынь, мы не заметили их полёта.
Почему идёт снег?
Много маленьких льдинок встречаются в небесной вышине. Там они собираются в снежную тучу. В туче снежинок настолько много, что они соединяются вместе по несколько штук. Из нескольких маленьких ледяных звёздочек получается большая снежинка, которая становится слишком тяжёлой и падает вниз. Так начинается снегопад.
Для того чтобы образовалась большая снежная туча, не достаточно одной мокрой простыни. Много малюсеньких льдинок поднимаются в небо от замёрзшего озера, лужи или реки. Там они собираются в большие снеговые тучи.
Ветер может перенести такую тучу далеко. Например, туда, где нет мороза. Благодаря ветру снег может пойти даже в тех местах, где озёра и реки ещё не замёрзли.
Как образуются снежинки?
Вы видели когда-нибудь снежинку под микроскопом? Она похожа на шестиконечную звезду. Каждый конец звёздочки состоит из белой ветки, на которой растут маленькие белые веточки.
Эти ветки по-научному называют кристаллами. Они пересекаются в середине снежной звёзды. Каждая снежинка начинает расти из центра - с того места, где снежные веточки пересекаются. Рост снежинки похож на рост дерева: из центра вырастает шесть стволов, на каждом из которых начинают расти ветви. Звёздочки могут иметь разные веточки (длинные или короткие, толстые или тонкие), но всегда в снежной звёздочке растёт только 6 больших веток.
Когда замерзает вода в реке или луже, получается лёд. Звёздочки во льду расположены плотно друг к другу. Когда замерзает туман или туча, звёздочки располагаются на некотором расстоянии друг от друга. Если звёздочек становится слишком много, они соединяются по несколько штук и падают вниз. Так снег высыпается из тучи и накрывает дороги, дома и поля. Падение снежинок взрослые называют снегопадом.
Почему снег скрипит под ногами?
Если на улице небольшой мороз (-2 или -3 ºС), то в выпавшем снеге есть много воды. Про такой снег говорят, что он «мокрый». Из мокрого снега легко лепить снежки и снежную бабу, строить «крепости».
Когда мороз становится сильнее (температура воздуха опускается до -5 или -10 ºC), снег замерзает сильнее и становится сухим. Из сухого снега не получается слепить снеговика, но зато он громко скрипит под ногами. Почему сухой снег скрипит?
Каждая снежинка похожа на маленькую звёздочку. Если мы наступаем на снег, веточки в ледяных снежинках ломаются. Так при разламывании многих снежинок образуется хруст и скрип.
Снег скрипит при любом надавливании:
- если на него наступили;
- проехали на лыжах;
- прокатились на санках.
Снег перестаёт скрипеть только тогда, когда становиться почти тепло (температура воздуха приближается к 0ºC). Или тогда, когда его сильно укатали (так происходит на горках, где снег укатывается и превращается в лёд).
Когда снег скрипит очень громко?
Снег может скрипеть громче или тише. Когда скрип снега становиться очень громким?
Это происходит при сильном морозе. Например, на крайнем севере при -50ºC хруст снега становится таким громким, что его слышно на соседней улице.
При потеплении, когда температура воздуха приближается к 0ºC, хруст исчезает совсем. Снежинки становятся мягкими, на их ледяных веточках появляются капли воды, которая не даёт ледяным звёздочкам скрипеть.
Ученые проводят любопытные эксперименты с замержшей водой. Оказывается, вода нас слышит и реагирует по разному на ласковые и грубые слова. Именно об этом следующее видео.
Наша Ксюша стала почемучкой. А мама и папа стали ходячими мини-энциклопедиями. Поэтому мы решили в помощь родителям таких же почемучек создать новый раздел “ ” и публиковать в нём ответы на самые частые детские вопросы. Мы постараемся максимально адаптировать все ответы для детей дошкольников, чтобы родителям было проще объяснять им сложные законы природы.
Сейчас зима и поэтому, конечно, в ТОПе у почемучек находятся вопросы про :) Поэтому мы публикуем наши ответы на самые снежные вопросы.
Что такое снег?
Снежинки образуются точно так же, как и капельки дождя: из морей и океанов вода испаряется и поднимается на небо, там она остывает и собирается в капельки. Когда очень холодно, капли воды замерзают в кристаллики льда. Они выпадают на землю в виде снега. Растаявший снег испаряется или стекает в ручьи, откуда снова начинает свой путь на небо.
Почему снег белый?
Если снежинки и капельки одной природы, то почему капельки прозрачные, а снежинки белые? Дело в том, что каждая отдельная снежинка сама по себе прозрачная, но вместе они падают на землю в хаотичном порядке и образуют рыхлую массу. Снежинки лежат друг ко другу под разными углами. Солнечный свет отражается сначала в одной снежинке, затем в другой и так далее, пока не направится обратно. Получается, что снег полностью отражает солнечный свет, а так как лучи солнца белого цвета, то и снег белый. Если бы лучи нашего Солнца были желтыми и красными, то и снег тоже был бы желтым или красным. На закате или восходе, когда мы видим розовые лучи солнца, снег тоже становится розовым.
Почему снег и лёд тают от соли?
Снег и лёд – это вода, которая замерзает (становиться твёрдой) при температуре 0 градусов по Цельсию. Если в воду добавить соль, то получится соляной раствор, который замерзает при температуре ниже 0. Если посыпать лёд или снег солью, мы заставим их растаять, так как соль растворяется в воде и снижает точку ее замерзания.
Вначале растает лёд вокруг кристалла соли, а затем процесс таяния распространится от этой точки дальше.
Какой снег тает быстрее?
Быстрее тает грязный снег, потому что:
- В грязи тоже бывают соли, которые ускоряют процесс таянья снега.
- Грязь обычно тёмная, а это значит, что она поглощает солнечные лучи и в результате быстро нагревается, нагревая за собой снег.
Можно ли есть снег?
Снег имеет свойство собирать на себя пыль. В городской пыли, помимо обычной природной грязи и бактерий, содержится много тяжёлых металлов и других токсичных веществ, которые очень опасны для человека. Съедая снег, человек поглощает все эти токсичные вещества и подвергает свою жизнь опасности отравления.
Высоко в горах выпадает чистый снег без опасных примесей, однако такая вода тоже неполезна для организма, поскольку в ней не хватает важнейших солей, которые обычно есть в питьевой воде. Вывод один: есть снег не только неполезно, но и опасно для здоровья.
Есть ли на свете одинаковые снежинки?
Больше ста лет назад, когда только появились первые фотоаппараты, один человек по прозвищу “Снежика” решил сфотографировать снежинки под микроскопом. Он сделал 5000 снимков, но ни один узор снежинок так и не повторился. Прошло много лет, а учёные до сих пор спорят: бывают ли одинаковые снежинки. Они даже создали 2 снежинки-близняшки в своей лаборатории, но это всё равно не поставило точку в их споре. Начав очередное исследование, учёные пришли к выводу, что у снежинок может отличатся не только внешний узор, но и внутреннее строение. Это означает, что даже если снежинки одинаковые внешне, то скорее всего их внутреннее строение всё равно отличается.
Температура снега может иметь разные показатели, первоначальные данные варьируются от -1 градуса Цельсия и далее, в зависимости от того, где будут проводиться замеры. При большом объеме, в глубине, температура снега будет более высокая, чем температура окружающей среды.
При увеличении плюсовой температуры в окружающей среде, естественно, снег будет таять, когда температура окружающей среды снижается больше чем на -20 градусов Цельсия и она сохраняется достаточно долгое время, то снег в глубине может иметь температуру -15 градусов Цельсия.
Например, если вы решите провести эксперимент и принесете с улицы немного снега в банке, то примерно, через 30 минут снег начнет таять, то есть в данное время у снега температура будет приближаться к 0 градусов Цельсия, а затем снег превратится в воду.
Температура снежного покрова (снега) колеблется в пределах -2 - 0,5 градусов Цельсия.
Такие показатели подтвердились при проведении исследований для определения температуры снега.
Температуру снега измеряли в разное время суток на глубине 1,5 см.
Это подтвердило тот факт, что снег имеет температуру, которая всегда ниже нулевой отметки.
Поскольку снег при повышении температуры выше 0 градусов тает, то его температура всегда будет ниже нуля. Если температура воздуха составляет +10 градусов, то температура поверхности снега приближается к нулю. Если воздух остывает до минусовых температур, то и снег остывает вместе с ним, причем в более медленном темпе. Так, если воздух остыл до -10, то снег только до -6 градусов. Чем дольше стоят морозы, тем сильнее остывает снег. Но в глубине температура снега всегда выше чем на поверхности - снег хороший теплоизолятор, что может подтвердить любой огородник или эскимос. Он сохраняет землю от вымерзания, сугроб в полметра толщиной поддерживает у земли температуру около -8 градусов в самые сильные морозы.
Температура у снега за счет теплообмена приблизительно такая же, как и температура воздуха, земли, в общем, окружающего пространства.
Т.к. снег - это вода в твердом агрегатном состоянии, то, если температура среды заметно выше, чем его, то он растает и перестанет быть снегом, станет водой.
Как известно, снежинки, это замрзшие в верхних слоях атмосферы, капельки влаги. То есть вода начинает замерзать при минусовой температуре. Температура снега во многом зависит от глубины, на которой проводится замер и всегда ниже нуля градусов.
Температура снега всегда должна быть со знаком минус иначе он будет таять. Температура поверхностных слов снега приближена к температуре воздуха и напрямую завит от не. Но температура снега всегда немного выше температуры воздуха. Так при температуре -10 - 15 градусов температура снега будет -6 - -8 градусов примерно. А ближе к земле температура снега будет выше, так как снег наделн хорошей теплопроводностью.
Однозначно температура у снега будет минусовая, то есть ниже нуля градуса. Иначе это будет не снег, не лед, а вода. Учеными и просто заинтересованным людьми проводились измерения температуры снега. В ходе этих исследований выяснилось, что температура снега примерно равна температуре воздуха окружающей среды.Если температура воздуха нагревается, то температура снег постепенно тоже начинает стремиться к 0 градусам, если же воздух охлаждается, то и снег начинает постепенно охлаждаться. Так же стало известно, то в глубине толщи снега температура выше чем на поверхности.
Примерно, при температуре воздуха от -1 до -8 температура снега составляет от -4 до -6 градусов.
Снег- это замрзшая вода. Если его температура будет выше -1 то он растает и превратиться в воду. А температура в разных слоях и при разной окружающей температуре, будет разная. Так если снаружи тепло, то тает верхний слой. А глубже температура может оставаться минусовой. И наоборот если сверху образуется наледь и станет тепло, внутри снег быстрей тает чем образовавшийся лд сверху.
Температура снега в любом случае ниже нуля, это факт и до этого дойти может своим умом любой школьник. А вот конкретная температура снега зависит от температуры воздуха и от глубины его. Чем глубже сори снега, тем температура его выше, и наоборот. От температуры воздуха прямая зависимость - чем ниже она, тем ниже температура снега. Все в общем-то логично.
Следует сразу обозначить, что данный диапазон будет будет ниже нуля, поскольку снег при плюсовой температуре превращается в воду (начинает таять).
Достаточно интересное исследование было проведено в 2007 году, когда температуру снега измеряли на глубине полтора сантиметра. Как видим в разное время дня температура разная. Таким образом, средний диапазон составляет от -6 до -0,5.
М. СОФЕР, кандидат географических наук
Под голубыми небесами
Великолепными коврами.
Блестя на солнце, снег лежит...
А. Пушкин
Сколько весит снежинка и сколько весит весь снег!
«Белый снег пушистый в воздухе кружится и на землю тихо падает, ложится». И кажется, нет ничего невесомее крохотных снежинок. Упадет на руку – даже не почувствуешь. Весит около миллиграмма, редко – 2...3 миллиграмма. Тонкая сетка снежинок словно висит в воздухе, снежинки все падают и падают. И вот их уже миллионы, миллиарды... За несколько часов огромные пространства суши могут оказаться под снежным пушистым одеялом. Сколько же весит снег теперь? «Пуховое» одеяло стадо похожим на тяжеленные гири, способные повлиять на скорость вращения Земли.
Например, в августе, в период наименьшей заснеженности Земли, когда в северном полушарии еще лето, а в южном – конец зимы, снегом бывает покрыто 8,7 процента всей поверхности планеты (из них 7 процентов в южном полушарии и 1,7 процента – в северном), по площади это 44·10 6 квадратных километров, а весит такой покров 7400 миллиардов тонн.
К концу зимы в северном полушарии масса сезонного снега достигает 13 500 миллиардов тонн, а площадь снежного покрывала – 95·10 6 квадратных километров. При этом из 19 процентов территории Земли, покрытой снегом, 15,2 процента приходится на северное полушарие и 3,8 процента – на южное. Цифры показывают, что снежный покров северного полушария и обширнее южного и гораздо изменчивее. Его площадь изменяется в течение года в 9 раз, а южного – лишь вдвое.
Снег оказывает влияние на Землю не только своим весом. В планетном масштабе он подобен громадному зеркалу, отражающему в космос почти 90 процентов лучистой энергии Солнца. Такой высокой отражательной способностью (альбедо) не обладает больше ни одно естественное тело. Свободная же от снега суша отражает только 10...20 процентов. Отсюда понятно, что количество тепла, получаемого Землей от Солнца, сильно колеблется в зависимости от того, как изменяются площади снегов.
Это звучит парадоксально, но зимой холодно главным образом от рожденного холодом снега. Снежное покрывало, которое принято считать теплым и которое действительно спасает от морозов растения и животных, на самом деде – в масштабах всей Земли – значительно способствует выхолаживанию планеты: оно надолго изолирует от солнечных лучей обширные территории. Например, в умеренных широтах в ясный апрельский день поступает вполне достаточное количество солнечного тепла для того, чтобы почва оттаяла, прогрелась и чтобы прогрелся прилегающий слой воздуха. Но, пока лежит снег, почва остается мерзлой, а воздух холодным, да и сам снег тает очень медленно. По мере таяния альбедо снега постепенно уменьшается за счет увлажнения и загрязнения его поверхности, к концу весны доходит до 30 процентов.
Кстати, именно здесь кроется путь искусственного ускорения таяния снега. В сельском хозяйстве, на промышленных предприятиях используют запылители (сухую каменноугольную или древесную золу), способствующие быстрому таянию снега.
От снежинки до льда
...Он лег на землю и на крыши,
Всех белизною поразив.
И был действительно он пышен,
И был действительно красив...
E. Евтушенко.
В 1611 году немецкий астроном И. Кеплер опубликовал сочинение «Новогодний подарок, или о шестиугольном снеге». Там он говорит о формах снежинок, задумывается над вопросом: «Отчего снег шестиуголен?» и отвечает сам: «Вещь эта мне еще не открыта». В наше время, хотя с тех пор прошло более чем три столетия, специалисты говорят, что им приходится повторять этот ответ Кеплера.
Как же образуются снежинки? Первоначально вокруг ядер кристаллизации (мельчайших инородных частичек) возникают зародышевые ледяные кристаллы. Перемещаясь вверх-вниз, они попадают в слой воздуха с переохлажденными капельками воды. Здесь будущая снежинка начинает интенсивно увеличиваться в размерах за счет сублимации (идет процесс непосредственного перехода водяного пара, содержащегося в воздухе, в твердую фазу – в снег). При этом выпуклые участки снежинки растут быстрее. Так, из первоначально шестигранной пластинки вырастает шестилучевая звездочка. Сталкиваясь на своем пути с переохлажденными мелкими капельками, снежинка упрощается по форме. Если столкнется с крупной каплей, может превратиться в градинку.
Множество факторов влияет на образование и рост снежинок, потому так велико разнообразие их форм. В лучших коллекциях микрофотографий насчитывается более 5 тысяч снимков снежинок, отличных друг от друга. Однако даже специалисты лишь приближенно представляют, как форма и размер снежинки отражают историю ее жизни.
Известно, что еще в воздухе снежинки непрерывно изменяются. В зависимости oт погодных условий в разных местах выпадает «свой» снег. В Прибалтике и в центральных областях, например, часто идет снег в виде крупных, сложной формы разветвленных снежинок, иногда мохнатых хлопьев.
Весной 1944 года в Москве выпали хлопья размером до 10 сантиметров в поперечнике, они были похожи на небольшие медленно кружащиеся блюдца. Такая снежинка, упав на черный тротуар, давала большое белое пятно, словно брошенный снежок. В Сибири наблюдались снежные хлопья диаметром до 30 сантиметров. Они походили на медленно падающие с неба шапки из белого пушистого меха. Высокие, рыхлые сугробы росли просто на глазах.
Полнейшее безветрие – необходимое условие такого феномена. Снежинки долго кружатся в воздухе, то поднимаясь, то опускаясь. Чем дольше они путешествуют, тем больше сталкиваются и сцепляются друг с другом. Малейший ветерок, а уж тем более порывистый ветер, разрывает такие хлопья на отдельные части. Поэтому при низкой температуре и сильном ветре снежинки сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков. Случается, если мороз около 40°C, зарождающиеся в атмосфере кристаллики льда выпадают в виде «алмазной пыли». Так, в Центральной Якутии в ясную морозную погоду выпадают тоненькие ледяные иголки, образующие на земле слой пушистого снега.
Плотность его ничтожно мала – около 0,01 г/см 3 . Обычная плотность свежевыпавшего снега 0,05 г/см 3 Плотность снега, выпавшего во время метели, доходит до 0,12...0,18 г/см 3 , а если ураган бушует многие сутки подряд, то и до 0,40...0,45 г/см 3 .
Любой лыжник знает, что лесной снег отличается от снега на равнине. В сибирской тайге, где не бывает зимних оттепелей, средняя плотность метровой толщи снега местами не превышает 0,10 г/см 3 . В степях и в тундре метели сильно уплотняют снег, там высота снежного покрова значительно меньше, а плотность – в 2...4 раза больше.
На Крайнем Севере снег бывает настолько твердым, что топор при ударе по нему звенит, словно ударили по железу. Такой снег шлифует поверхность почвы, ранит растения. А в Антарктиде выпавший 3...4-метровый слой снега за несколько дней становится таким плотным, что его с трудом вспарывает тяжелый нож мощного бульдозера.
Очень быстро меняется плотность снега в период весеннего таяния: от 0,35 г/см 3 в начале, 0,45 г/см 3 в разгар, 0,5...0,6 г/см 3 в конце снеготаяния.
Практически уже при так называемой первой критической плотности – 0,55 г/см 3 снег перестает быть собственно снегом. Вторая критическая плотность (около 0,75 г/см 3) наступает при таком близком расположении ледяных кристаллов, что происходит замыкание воздушных пор. При этом воздух уже не может вытесняться из снега, и он оказывает упругое сопротивление сжатию. Дальнейшее уплотнение возможно лишь при деформации ледяных частиц под давлением вплоть до слияния их в монолитную поликристаллическую породу – лед.
Если хотят создать особо прочные сооружения из снега, его искусственно уплотняют. При этом разрушаются связи между зернами снега и в самих зернах. Образуется более однородная масса из округлых зерен, которые даже без давления лучше «упаковываются».
Проект строительства снежного аэродрома на станции Молодежная в Антарктиде был разработан с использованием этого свойства снега.
Самая снежная страна
Снеги, белые снеги –
Покров моей родины...
С. Есенин.
«Нигде влияние снежного покрова так не велико, как в России, так как нигде нет равнины настолько обширной, отдаленной от морей и покрытой снегом зимой», – писал около 100 лет назад в своей замечательной книге «Климаты земного шара» А.И. Воейков.
Толщина снежного покрова на территории СССР далеко не везде одинакова. Однако общую закономерность все же можно проследить. Она постепенно нарастает от Прибалтики до Подмосковья, резко увеличивается в Предуралье и в горах Урала, а на равнинах Западной Сибири снега снова становится меньше. Обширная область наиболее глубоких снегов расположена севернее Енисейска, при впадении Подкаменной Тунгуски в Енисей. Здесь высота снежного покрова достигает 1 метра. Еще восточнее, в некоторых горных и приморских районах снега накапливается и того больше. А вот в Забайкалье, где подолгу стоят устойчивые и сильные морозы, но при ясной, сухой погоде, высота снежного покрова чуть ли не в 10 раз меньше, чем в районе Енисейска. Рекордная, причем не только для Советского Союза, но и для всей Евразии, цифра высоты снежного покрова зарегистрирована на Камчатке. Обилие снега там связано с сочетанием гористого рельефа и влажных тихоокеанских ветров. Здесь даже на небольшой высоте над уровнем моря слой снега достигает 1,3...1,6 метра, а в отдельных районах – до 5...6 метров.
В горах отмечаются наибольшие контрасты в распределении снега. На высоких вершинах выпадающий за зиму снег не успевает растаять за лето, скапливается, превращается в глетчерный лед. Толщина снега часто зависит от крутизны и направления склонов, их ориентации, от господствующих ветров. Метели существенно перераспределяют снег в горах, создают глубокие наметы снега на подветренных склонах и оголяют склоны наветренные.
По времени, сколько земля находится под снегом, тоже есть большие различия. В Крыму, на Кавказе, в Средней Азии – лишь несколько дней в году, на Крайнем Севере – до 9...10 месяцев. Разумеется, это средние цифры. Случаются, особенно в южных и западных районах, существенные отступления от них. Так, например, зимой 1968...1969 годов снег полностью покрыл всю территорию среднеазиатских республик. В Ашхабаде снежный покров достиг 31 сантиметра по высоте и держался 52 дня, из которых 41 день – непрерывно. В Душанбе толщина снега превышала 20 сантиметров. В Ташкенте за 25 дней января выпало втрое больше снега, чем обычно за всю зиму.
Снег на полях...
«Снег на полях – хлеб в закромах».
Эта старинная русская пословица очень точно определяет роль снега в земледелии. Причем прошлогоднего снега! Известно, что температура почвы, ее влажность, химический состав, структура, насыщенность микроорганизмами в немалой степени зависят от толщины покрывавшего ее зимой снега и его свойств.
Особенно большую роль «прошлогодний» снег играет в засушливых областях, где он нередко оказывается основным источником запасов влаги, необходимых для развития растений.
Сейчас почти повсеместно широко входит в практику снежная мелиорация, то есть регулируются высота снежного покрова (с соответствующим изменением плотности и теплопроводности снега), накопление и задержание снега, интенсивность таяния, условия стока талых вод и прочее. Все это позволяет дополнительно собирать многие тонны зерна и другой земледельческой продукции.
Чтобы задержать на поле выпавший снег, применяют разные способы: собирают снег в валики, уплотняют его катками, оставляют на поле высокую стерню, создают стерневые кулисы из подсолнечника или горчицы, на посевах озимых ставят щиты.
И это дает очень ощутимый эффект. В высокой стерне или между валиками скапливается снег толщиной 35...40 сантиметров, а рядом, где их нет, – лишь 8...10 сантиметров. Такая разница дает при таянии дополнительно 800...900 кубометров воды на гектар, способствует повышению урожайности.
Районы с устойчивым и мощным снежным покровом в снегозадержании не нуждаются. Там задача, чтобы снег поскорее растаял, чтобы растения, продолжающие развиваться под снегом, не пострадали от вымокания и выпревания. На Крайнем Севере свои особенности снежной мелиорации. Там надо ранней осенью скопить снег, а весной ускорить его таяние, чтобы удлинить вегетационный период, чтобы успел образоваться более толстый слой талого грунта над вечной мерзлотой. Это позволит культивировать в открытом грунте многие растения.
Снежный покров – не только чрезвычайно емкий запас влаги, но и гигантское одеяло, прослойка между поверхностью земли и атмосферой. Даже тонкий слой снега нарушает тепло- и газообмен между ними, создает своеобразный «подснежный» климат.
Холодная бесснежная зима для средней полосы СССР – настоящее стихийное бедствие. Ведь если температура почвы на глубине 3 сантиметров (глубина узла кущения) доходит до минус 30°C, то почти все растения погибают. Но при слое снега всего в 20 сантиметров температура на этой глубине уже не опускается ниже минус 20°. Большинство растений нашей средней полосы свободно переносит такое охлаждение. Сугробы высотой в 50 сантиметров гарантируют, что температура почвы не опустится ниже минус 8°C, и все растения благополучно перезимуют.
Есть еще одна немаловажная роль снега в сельском хозяйстве. Воду, полученную из снега, только условно называют дистиллированной. В действительности снег содержит различные химические примеси. Химизм снега весьма разнообразен как по составу, так и по количественному содержанию. В работах академика В.И. Вернадского есть данные о возможных концентрациях главнейших составляющих снега – хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов и соединений азота. Это 0,001...0,005 процента. Снег приносит в почву и микроэлементы – необходимые стимуляторы роста и общего развития организмов. Эта роль снежного покрова давно подмечена в народе, кратко и точно выражена в пословице «Снег на овес – тот же навоз».
В.И. Вернадский обратил внимание на то, что снежный покров – не просто теплая покрышка озимых, это живительная покрышка, которая весной дает снеговые воды, насыщенные, а иногда и перенасыщенные кислородом.
Установлено, что количество азотистых соединений летом в почве пропорционально высоте сошедшего снежного покрова. Отсюда ясна роль снежной мелиорации, регулирования сиегопереноса и снегозадержания, когда они проводятся по единому научно разработанному плану.
Снег на путях...
«...Но едва Владимир выехал за околицу в поле, как поднялся
ветер и сделалась такая метель, что он ничего не взвидел.
В одну минуту дорогу занесло; окрестность исчезла
во мгле мутной и желтоватой, сквозь которую летели
белые хлопья снегу; небо слилося с землею...»
А. Пушкин.
Свежевыпавший снег обычно очень рыхлый, снежинки почти не связаны между собой, и даже небольшой ветер (2...4 метра в секунду) приводит их в движение. С увеличением скорости ветра количество переносимого снега быстро возрастает. Основная масса снега (почти 90 процентов) перемещается над землей на высоте не более 20 сантиметров. Эти тонкие, непрерывно меняющиеся струйки снега называются «поземкой». Чтобы ее приостановить, не надо создавать высокие препятствия. Даже оставшаяся в поле стерня хорошо задерживает гаков перенос снега.
Но если ветер усиливается, снег поднимается выше, до нескольких метров, начинается так называемая низовая метель. Верхней метелью называют снегопад, при котором снежинки падают и остаются лежать на месте. Так бывает, если падает мокрый снег, даже при сильном ветре он ложится ровным слоем, не разрушаемым ветром.
Чаще всего путь снежинки не заканчивается в том месте, где она впервые коснулась Земли. Если скорость ветра достаточно велика, упавшая снежинка вновь поднимается для того. чтобы снова упасть... При этих скачках снежинка дробится на части, выбивает из поверхностного слоя другие частицы, которые тоже включаются в движение. Такой тип переноса, когда в воздухе одновременно находятся и падающие и поднятые с поверхности снежинки, снеговеды называют общей метелью, или, если скорость ветра и масса переносимого снега очень велики, пургой. Во время пурги совершенно невозможно разобрать, падает ли снег сверху, поднимается ли с земли или это смешение тех и других снежинок. При ветре 16...20 метров в секунду поднимается пурга, при которой уже в нескольких метрах невозможно ничего рассмотреть и совсем легко заблудиться.
Пурга страшна еще тем, что мельчайшие разломанные, перетертые частички снежинок обладают исключительной проникающей способностью, они забиваются во все поры одежды, спастись от них можно только в специальном штормовом снаряжении. Вспомните описание снежных буранов у Пушкина, Аксакова, Куприна. И обратите внимание на то, что везде речь идет о буранах степной или лесостепной зоны нашей страны, а не о западных – более снежных районах. И это не случайно. Мягкий климат, большая влажность воздуха в западных районах способствуют закреплению снега. Во всей западной части европейской территории страны серьезные заносы – это редкое, почти исключительное событие, хотя осадков зимой выпадает немало.
В зоне степей снег отличается сухостью, ветер легко переносит его на большие расстояния, наметая сугробы, хотя средний снежный покров совсем невысок.
Метель, буран, пурга – эти природные явления не потеряли своего грозного смысла ив наши дни, они опасны и для современного транспорта. Измерения показывают, что во время сильной метели через погонный метр дороги за минуту проносится 8...10 килограммов снега. Для борьбы с заносами и для расчистки путей в нашей стране ежегодно затрачиваются десятки миллионов рублей. Работают снегоуборочные машины различных конструкций, снег разметают, скалывают, счищают, вывозят. Для защиты железнодорожных и автомобильных путей от снежных заносов ставят различные виды ограждений, задерживающих снег. До недавнего времени особенно широко были распространены переносные легкие дощатые щиты, их устанавливали на зиму вдоль участков, на которых часты метели. Щиты тормозят, снижают скорость потока ветра и снега, снег перелетает через щит и с подветренной стороны ложится полосами, которые в 10...15 раз длиннее, чем высота щита. При сильном ветре через стандартный железнодорожный щит площадью 2 x 2 метра за сутки переносится до 15 тонн снега! Однако этот способ снегозащиты достаточно дорог (щиты быстро изнашиваются и требуют ремонта) и трудоемок (перестановка их требует много рабочей силы). Поэтому вместо щитов сейчас почти всюду вдоль дорог сажают «живые изгороди» – в несколько рядов кустарники и деревья.
Однако искусственное перераспределение снежного покрова вдоль дорог имеет и свои отрицательные свойства. В непосредственной близости от полотна дороги скапливаются огромные массы снега, которые весной приводят к переувлажнению грунтов, к размыву полотна, к тому, что дорожные откосы оплывают, оседают, перекашиваются.
Почему снег скользкий!
Скользя по утреннему снегу,
Друг милый, предадимся бегу
Нетерпеливого коня...
А. Пушкин.
Одно из очень важных для человека свойств снега – это то, что он скользкий. Санный путь и быстр, и легок, и удобен. Чтобы скользить по снегу – передвигаться на санях, надо затратить в 10 раз меньше энергии, чем для передвижения на колесах.
Снег скользкий потому, что при давлении и трении полозьев саней или лыж поверхностные частички снежного покрова тают, появляющаяся при этом пленка воды служит как бы смазкой. Поэтому «скользкость» зависит от температуры снега и от скорости перемещения.
Известно, что трение минимально при скольжении по сухому снегу при температуре близкой 0°C. Если снег увлажняется, трение начинает возрастать пропорционально увлажнению.
Опыты с экспериментальными лыжами из металла, из твердого пластика показывают, что коэффициент трения увеличивается с понижением температуры. Для стали – от 0° до минус 25°C – он удваивается, а для меди и некоторых пластиков возрастает в 3...4 раза. При температуре ниже минус 25°C сопротивление снега скольжению с малыми скоростями приближается к величине сопротивления скольжения по сухому пеку.
Но почему же даже в сильные морозы можно встретить лыжников, получающих удовольствие от катания? Дело в том, что у них, во-первых, полозья лыж покрыты соответствующей мазью, а во-вторых, они достаточно быстро бегут по лыжне. Увеличение скорости скольжения приводит к уменьшению трения. Так, если скорость скольжения возрастает от 0,03 до 5 метров в секунду (скорость классного лыжника), коэффициент трения уменьшается почти в 10 раз. Вот почему хороший лыжник при всех прочих равных условиях затрачивает гораздо меньше усилий, чем начинающий. Высокая скорость бега как бы помогает скольжению и тем самым способствует еще большей скорости.
Немаловажную роль в скорости передвижения по снегу играет материал полозьев и структура снега. Коэффициент трения зависит еще и от длины скользящей поверхности. Так, при испытании стальной лыжи обнаружено, что с увеличением ее длины от 1,0 до 1,7 метра трение уменьшается на две трети. Чем длиннее скользящая поверхность, тем продолжительнее трение и тем больше тепла выделяется на контактах полозьев со снежными зернами, а это улучшает «смазку» и снижает величину трения. Казалось бы, ясно: лыжи надо делать длинней и скользить быстрей... Но здесь вступает в свою роль величина давления. Если она недостаточна, трение о снег может возрасти. Особенно при малых давлениях и температуре снега около 0°C.
Если же лыжи коротковаты, они глубже погружаются в снег, следовательно, появляются дополнительные силы сопротивления скольжению.
Мы все время говорили о сопротивлении снега при движении по нему. Но ведь приходится на снегу останавливаться, а затем вновь трогаться в путь. Каково в этом случае сопротивление снега (или статическое трение)?
При остановке водяная пленка под полозом замерзает, образуются ледяные связи. Чем дольше остановка, тем эти связи прочнее. Соответственно увеличивается и усилие, требуемое для того, чтобы снова сдвинуться с места. При кратковременной (мгновенной) остановке оно минимально (например, в конце скольжения на лыже, перед очередным толчком). Если прочность ледяных связей между поверхностью лыжи и зернами снега окажется больше, чем сопротивление снега сдвигу, то смещение будет происходить не на контакте «лыжа – снег», а ниже этой плоскости, в самом снеге. Это явление знакомо многим – снег налипает а, на лыжи, словно пудовые гири тащишь на ногах, все чаще останавливаешься передохнуть, а лыжи от этого становятся еще тяжелее. Тут может помочь специальная (гидрофобная) смазка, уменьшающая прочность смерзания и улучшающая скольжение.
Следы на снегу
Подойду, взгляну поближе:
Хрупкий снег изломан весь.
Здесь вот когти, дальше – лыжи.
Кто-то странный бегал здесь.
С. Есенин.
Народная примета говорит: «Гусь пошел – быть снегу», «Гусь несет снег на кончике своего клюва». И действительно, сопоставляя даты перелета гусей (гуменников) с датами появления снежного покрова, специалисты подметили определенную связь. Сроки возвращения гусей также почти точно совпадают с тем временем, когда снежный покров сходит. Нередко весенние снегопады заставляют гусей вновь отлетать на юг.
В жизни большинства «братьев наших меньших» снег – это суровейшее испытание. Высота, плотность и продолжительность снежного покрова часто самым прямым образом связаны с численностью видов животных и птиц после зимовки. От снежности зимы зависит, смогут или не смогут они добыть пищу, укрыться, убежать, защититься от врагов.
Во время исключительно снежной и морозной зимы 1939...1940 годов погибла масса птиц во всей Европе. При этом меньше других пострадали лесные куриные (глухари, тетерева, рябчики), потому что они укрываются в снегу, в очень глубоких лунках и ходах. Снег их спасает. А некоторые другие виды птиц гибнут именно из-за снега: низкую температуру они перенесли бы, а вот корм из-под снежного покрова достать не могут.
От того, каков снег в лесу – пушистый, глубокий или покрыт настом, – часто зависит жизнь млекопитающих. Удельное давление на снег – вес тела животного, приходящийся на единицу площади его стопы, – вот что определяет «соотношение сил» в заснеженном поле или лесу.
Так, у грызунов (в частности у зайцев) нагрузка на снег обычно не превышает 30 граммов на квадратный сантиметр опорной площади конечностей, у большинства представителей семейства куньих колеблется от 6 до 50 граммов, у лисицы 40...50 граммов, у росомахи и рыси 20...35 граммов, у волка – около 10 граммов, у копытных – от 200 до 970 граммов. Вот и получается, что у хищников значительно меньшая нагрузка на след, чем у их жертв, у копытных. Поэтому, если снег покрыт настом, копытные глубоко вязнут в снегу, а хищники бегут легко, почти не проваливаясь. Но если снег пушистый и глубокий, тут преимущество у копытных. При глубине снега 50 сантиметров волк не может догнать ни оленя, ни косулю. А при 60 сантиметрах волк еле пробирается через сугробы.
Для сравнения приведем такие цифры: весовая нагрузка на лыжи, в зависимости от веса человека и типа лыж изменяется в пределах 10...25 граммов на квадратный сантиметр, Это означает, что на снегу любой охотник обладает лучшей проходимостью, чем большинство зверей.
Скрип снега
Снег скрипит только в мороз, и тональность его скрипа меняется в зависимости от температуры воздуха – чем крепче мороз, тем выше тон скрипа. Есть люди, которые могут оценивать температуру воздуха по воспринимаемым на слух изменениям в характере скрипа снега.
Скрип снега – не что иное, как шум от раздавливаемых мельчайших кристалликов снега. В отдельности каждый из них так мал, что, ломаясь, издает звук, недоступный человеческому уху. Но когда суммируются мириады таких «голосов», появляется вполне явственный скрип.
Акустические измерения показали, что в спектре скрипа снега есть два пологих и не резко выраженных максимума – в диапазоне 250...400 Гц и 1000...1600 Гц. В большинстве случаев низкочастотный максимум на несколько децибел превышает высокочастотный. Если температура воздуха более минус 6°C, высокочастотный максимум сглаживается и полностью исчезает. Усиление морозов делает ледяные кристаллики более твердыми и хрупкими. При каждом шаге ледяные иглы ломаются, акустический спектр скрипа смещается в область высоких частот. С изменением температуры от минус 8°C до минус 20°C сила звука скрипа снега возрастает на 1 децибел.
Итак, снег не просто нечто эфемерное, непостоянное, сезонное. Не просто красивый спутник зимнего пейзажа. И даже прошлогодний снег отнюдь не бесполезен. Снег – это и высокие, устойчивые урожаи, это основа зимних дорог и даже аэродромов, это строительный материал для зимовий и различных хранилищ на севере, источник воды на юге. Со снежными запасами связаны водность рек и изменения климата целых районов.
Источник информации:
Журнал «Наука и жизнь», №1, 1982.
