Снежинки выглядят по-разному не потому, что у каждого региона есть собственный набор форм, а потому, что кристаллы проходят через неодинаковые условия в облаках. На их рост влияют прежде всего температура, содержание водяного пара и изменения этих параметров по пути к земле. Поэтому снег у моря, на равнине и в горах может отличаться размером и структурой, хотя основные физические процессы везде одинаковы.
Для понимания этой разницы важно разделять отдельный снежный кристалл и снежинку в привычном смысле. Видимая снежинка может состоять из нескольких слипшихся кристаллов, а её форма после падения иногда меняется из-за столкновений, таяния и повторного замерзания. Ни один региональный признак сам по себе не позволяет определить форму каждой выпавшей снежинки: значение имеет история воздушной массы и облака.
- Как формируется снежный кристалл
- Температура меняет форму, а влажность — скорость роста
- Почему условия снегопада различаются по регионам
- Высота облаков и путь к земле
- Что можно и нельзя заключить по выпавшему снегу
- Частые вопросы
- Правда ли, что двух одинаковых снежинок не бывает?
- Почему снег в одном городе бывает пушистым, а в другом мокрым?
- Можно ли по форме снежинки определить регион?
- Главное
Как формируется снежный кристалл
Снежные кристаллы растут в холодных облаках, где есть водяной пар и условия для образования льда. Часто в облаке одновременно присутствуют переохлаждённые капли: вода остаётся жидкой при температуре ниже нуля, пока не замёрзнет на подходящей частице или ледяном зародыше. Кристалл может увеличиваться за счёт осаждения водяного пара на его поверхность, а затем сталкиваться с другими кристаллами или каплями.
Молекулы воды в твёрдом состоянии выстраиваются в структуру, характерную для обычного атмосферного льда. Из-за этой структуры у снежных кристаллов часто заметна шестилучевая симметрия. Однако одинаковое кристаллическое основание не означает одинакового внешнего вида: скорость роста разных участков кристалла меняется, и форма постепенно усложняется.
Температура меняет форму, а влажность — скорость роста
Температура влияет на то, какие грани кристалла растут быстрее. При одних условиях заметнее развиваются плоские пластинки, при других — столбики или иглы; при подходящем сочетании температуры и влажности возникают разветвлённые дендриты. Эта зависимость известна по лабораторным наблюдениям и обычно описывается диаграммой морфологии снежных кристаллов, связанной с работами физика Укичиро Накаи.
Диаграмма не задаёт безошибочный календарь форм. Упрощённо, пластины часто наблюдаются вблизи диапазона примерно от −2 до −3 °C и в более холодной области около −10…−20 °C, а столбчатые формы чаще встречаются в промежуточных холодных диапазонах. Но границы зависят от влажности и других условий, поэтому эти ориентиры нельзя использовать как точные температурные пороги для любого облака.
Важна и степень насыщения воздуха водяным паром относительно льда. При небольшом избытке пара кристаллы могут расти сравнительно просто; при большем избытке рост ускоряется и чаще появляются ветвления. В облаках могут возникать области с разной влажностью на небольшом расстоянии, поэтому два кристалла рядом не обязательно получат одинаковую форму.
Почему условия снегопада различаются по регионам
Регион влияет на снег не напрямую, а через погоду и строение атмосферы. Моря и крупные озёра могут снабжать воздух влагой, горы заставляют воздушные потоки подниматься, а положение холодных и тёплых воздушных масс определяет высоту и температуру облаков. Важны также ветер, рельеф и путь, который кристаллы проходят до поверхности.
| Тип условий | Что может происходить в атмосфере | Возможные особенности снега |
|---|---|---|
| Влажный воздух над морем или крупным озером | Влага поддерживает развитие облаков; локальные снеговые полосы могут возникать при подходящем движении холодного воздуха над водой. | В отдельных эпизодах снегопад бывает интенсивным, а кристаллы могут расти в облаках с заметным запасом влаги. Это не означает, что снег всегда крупнее или пушистее на побережье. |
| Холодная континентальная воздушная масса | Воздух часто содержит меньше водяного пара, но облака и снег возможны, если источник влаги и подъём воздуха достаточны. | При малом содержании влаги рост может быть ограничен; конкретный результат зависит от профиля температуры и облачной микрофизики. |
| Горный рельеф | Поднимаясь по склону, воздух охлаждается, и облачность может усиливаться с наветренной стороны. | Условия снегопада могут быстро меняться с высотой и по разным сторонам хребта; осадки не обязаны быть одинаковыми даже в соседних долинах. |
| Переходная зона между тёплым и холодным воздухом | Кристаллы проходят через слои с разной температурой, а ближе к земле возможны таяние и повторное замерзание. | На поверхности могут выпадать слипшиеся хлопья, мокрый снег или смешанные осадки, даже если выше формировались ледяные кристаллы. |
Таблица описывает возможные сценарии, а не неизменные свойства климатических зон. Например, континентальный воздух не всегда сухой, а морской снег не всегда состоит из крупных хлопьев. Конкретный результат зависит от того, откуда пришла воздушная масса, сколько в ней влаги и как меняются условия от основания облака до земли.
Высота облаков и путь к земле
Кристалл может расти в нескольких слоях облака, в которых температура и влажность различаются. Если он проходит через слой с иной температурой, характер роста меняется: к уже сформированной основе могут добавляться новые детали. Поэтому форма снежинки отражает не одну температуру, а последовательность условий, через которые она прошла.
По пути вниз кристаллы сталкиваются друг с другом. Ветвистые формы легче образуют рыхлые скопления, когда их лучи цепляются за соседние кристаллы. Так возникают снежные агрегаты — крупные хлопья, состоящие из множества отдельных кристаллов. Размер такого хлопья зависит не только от роста в облаке, но и от числа столкновений и того, насколько хорошо кристаллы слипаются.
Если в облаке много переохлаждённых капель, часть из них может оседать на поверхности ледяного кристалла и замерзать. Этот процесс называют нарастанием инея, или римингом. Он меняет контуры и массу кристалла: вместо тонких ветвей может получиться более округлая или неровная ледяная частица. Сильное нарастание капель участвует в образовании граупеля — мягких округлых ледяных крупинок, которые не следует путать с обычными снежинками.
Что можно и нельзя заключить по выпавшему снегу
Внешний вид осадков даёт лишь ограниченную информацию о погоде в облаках. Крупные хлопья могут образоваться из слипшихся кристаллов, а не из одного необычайно большого кристалла. Мокрый, плотный снег у земли может указывать на близкие к нулю условия в нижней части атмосферы, но сам по себе не показывает, какая температура была на высоте образования кристаллов.
В полевых наблюдениях форма быстро теряется. Ветер ломает тонкие ветви, кристаллы сталкиваются при падении, а на тёплой поверхности снег начинает таять. Для изучения исходной структуры образцы рассматривают быстро и при низкой температуре; бытовая фотография на тёмном фоне может показать симметрию, но редко позволяет надёжно установить историю кристалла.
- Шесть лучей связаны с внутренним строением обычного атмосферного льда, а не с географическим положением.
- Разветвлённость зависит от сочетания температуры и доступности водяного пара.
- Размер хлопьев определяется также столкновениями и слипанием кристаллов.
- Таяние, замерзание и нарастание капель могут изменить форму после начала роста.
Частые вопросы
Правда ли, что двух одинаковых снежинок не бывает?
Это популярное упрощение. Кристаллы действительно могут различаться из-за меняющихся условий и случайных столкновений, но утверждать, что совпадение форм абсолютно невозможно, нельзя. Простые ледяные формы могут быть похожими; сложные ветвистые кристаллы обычно демонстрируют больше индивидуальных деталей.
Почему снег в одном городе бывает пушистым, а в другом мокрым?
На рыхлость влияют температура нижних слоёв воздуха, влажность, структура осадков и время, прошедшее после выпадения. Холодный сухой снег обычно сохраняет больше воздуха между частицами, а при температурах, близких к нулю, кристаллы легче слипаются и увлажняются. Но это описание общих тенденций, а не правило для каждого снегопада.
Можно ли по форме снежинки определить регион?
Надёжно определить регион по одной снежинке нельзя. Похожие формы возникают в разных местах, если в облаках совпадают условия роста. Региональные различия проявляются в характере погодных ситуаций и доступности влаги, а не в уникальном «региональном» типе кристалла.
Главное
Строение снежинок формируется под совместным влиянием температуры, влажности, микрофизики облака и изменений условий во время падения. География задаёт фон: близость воды, континентальность и рельеф меняют движение и увлажнение воздуха, но не предписывают единственную форму снега. Поэтому разумнее говорить о вероятных особенностях конкретных погодных условий, а не о снежинках, характерных для целого региона.
