Наступило утро, и мы, как всегда, в 8 утра в нашем лесопарке. И вот оно, наше долгожданное чудо — снег. Белый и пушистый! А Вы не задавались вопросом: «А почему он белый и пушистый?» А какая у него формула, а из чего он состоит? Пришло время ответить на эти и другие вопросы о снеге и вместе полюбоваться снегом на моих фотографиях.
Что такое снег?
Снег — это особый вид осадков, выпадающий в виде ледяных кристаллов. Он образуется при температуре воздуха ниже нуля и условиях достаточной влажности. Когда водяной пар замерзает, формируются мельчайшие кристаллы, собранные в снежные комья. На поверхность земли они оседают, если температура остается достаточно низкой для того, чтобы они не растаяли. Ежегодно на Землю выпадает целый септиллион (1 000 000 000 000 000 000 000 000) снежинок. (В статье частично использованы материалы ж. «Химия и жизнь», телеканала «Моя планета»).
В холодных местах нашей планеты, например в Сибири или Гренландии, снег выпадает и сохраняется на протяжении долгих месяцев. Около 50% людей на Земле никогда не видели снега — большая часть населения планеты проживает в тропиках и никогда не видела настоящих снежных осадков. Для них его неожиданное появление становится грандиозным событием.
Если снег сантиметровым слоем покроет территорию площадью 1 гектар, в пересчете на жидкость это будет около 30 кубометров воды. Это примерно месяц активного использования воды с купанием, мытьем посуды, уборками и приготовлением пищи семьи из шести человек, целый 28-метровый бассейн или 2,5 месяца активного полива дачных 6 соток.
Снег на Марсе обнаружили раньше, чем узнали физические свойства снега, покрывающего окрестные улицы. А произошло это потому, что снег крайне изменчив. Например, в Прибалтике из-за большой влажности плотность снега почти вдвое больше, чем в Восточной Сибири. А на Крайнем Севере снег такой твердый, что топор при ударе по нему звенит. Снег здесь шлифует поверхность почвы, а растения из-за «снежной коррозии» получают настоящие раны. В Антарктике через, несколько дней снег делается таким плотным, что его с трудом вспарывает нож мощного бульдозера.
Состав снега.
В основе каждой снежинки — молекулы воды, соединяющиеся в сложную кристаллическую решетку. Но из воды снежинки состоят лишь на 5%, всё остальное — это воздух. Чистый снег может быть абсолютно прозрачным, но обычно снежинки захватывают в атмосферных слоях и другие мельчайшие частицы. В основном это:
Пыль, в том числе космическая и вулканическая, и минеральные частицы — они влияют на цвет снега, особенно вблизи моря или в промышленных регионах, где снег может быть слегка серым или коричневым.
Микроорганизмы — встречаются в заснеженных зонах земного шара. Некоторые воды, например, делают снег красным. Такое явление называют «арбузный снег». Это уникальное явление, его можно встретить на высокогорных вершинах и только весной и летом, когда слой снега немного подтаивает изнутри. Со стороны кажется, что горы начинают кровоточить. Первым о кровавом снеге упомянул еще Аристотель, а первые пробы были взяты в Гренландии лишь в 1818 году, благодаря экспедиции капитана Джона Росса. Тогда пришли к выводу, что снег окрасили частицы горных пород и почвы.
Химический состав снега включает как природные компоненты, так и примеси, которые попадают в снег из атмосферы. В чистом снеге преобладает вода (ее формула H₂O-аш2о) в твёрдом состоянии, но реальный снег всегда содержит примеси.
Разнообразие снега.
Снег, казалось бы, обычное явление, но его разнообразие буквально потрясает. Тип снега зависит от внешних факторов: температуры, влажности атмосферы, ветра, высоты над уровнем моря, а также микроскопических частиц, вокруг которых вращаются кристаллы.
Сухой снег представляет собой легкие, рыхлые кристаллы, которые легко разлетаются при соприкосновении.
Мокрый снег — тяжелый и липкий, легко слеживается. Он выпадает при температуре около 0 °C, когда кристаллы снега начинают частично плавиться, но еще остаются замерзшими. Мокрый снег легко лепится и отлично подходит для создания снежных фигурок. Мокрый снег характерен для умеренных широт, например, для Центральной России и Северной Европы.
Пушистый снег (пухляк) образуется при легких морозах (от -5 °C до -10 °C) и высоком уровне влажности. Его кристаллы крупные, напоминают «звездочки» и легко накапливаются друг на друге, образуя мягкую, почти воздушную оболочку. Пушистый снег можно найти на Дальнем Востоке России, а также в Сибири, например горнолыжный курорт Шерегеш известен именно им.
Хлопья — крупные, пушистые снежинки, состоят в основном из звездообразных кристаллов и могут достигать нескольких сантиметров в диаметре. Часто встречаются в условиях слабого ветра и умеренной влажности. Во время оттепели, а также в процессе ливневых дождей могут достигать особенно больших размеров.
Почему снег белый?
Белый цвет снега проявляется преломлением и отражением света внутри кристаллов льда. Рядом воздушные промежутки между кристаллами заставляют свет многократно преломляться и рассеиваться. Каждый кристалл по отдельности прозрачен, но в массиве они становятся белыми. Это спектральное явление ученый-физик Кеннет Либбрехт, который многие годы изучал структуру, формы и свойства кристаллов снега, объяснил так: при большой концентрации снежинок свет проходит многократное преломление от кристаллов, в результате чего не поглощается, а отражается. Это и воспринимается человеческим зрением как белый цвет.
Как образуется снег?
Формирование снега начинается с подъема влаги в более холодные слои атмосферы, где она замерзает. Превращение водяного пара в снежные кристаллы происходит через несколько этапов:
1. Испарение и подъем — влага испаряется и поднимается вверх, пока не достигнет холодного слоя атмосферы.
2. Конденсация — при охлаждении водяной пар конденсируется, образуя мельчайшие капли, а затем замерзает.
3. Кристаллизация — возникновение ледяных кристаллов, которые при соединении превращаются в снежинки. Снежные хлопья падают на землю, когда становятся слишком тяжелыми для удержания в воздухе.
Значимость снега среди всех видов осадков сильно недооценена. Он сыграл чуть ли не самую важную роль в биологическом развитии нашей планеты. Если бы снега не охладили много миллионов лет назад Землю, еще не известно, возможна ли была на ней жизнь. Без ледникового перида Земля могла остаться необитаемой горячей планетой наподобие Венеры.
Снег играл и продолжает играть важную роль в экосистемах и климате. Его четыре основные функции:
1. Источник влаги — весной тающий снег питает почву водой.
2. Утепление — защита корней растений и почвы от промерзания.
3. Регулятор температуры — снежный покров отражает солнечные лучи, предотвращая перегрев.
4. Среда для зимующих организмов — под снегом обитают насекомые и мелкие животные.
Интересные факты о снеге.
- Снег «съедает» звук — пористая структура снега помогает гасить звуковые волны.
- Существует музей снежинок — в музее японского города Накадзё посетители могут создавать модели снежинок из бумаги и дерева, повторяя естественные кристаллические формы.
- Снежинки всегда уникальны — каждый кристалл имеет свою форму и орнамент.
- Снежинки бывают разного размера — в Японии и на Аляске были зафиксированы снежные хлопья диаметром более 10 см. Один из редких экземпляров был найден в 1887 году в Монтане — его диаметр достигал 38 см.
- Ледники хранят снег многовековой давности — ледники не только накапливают снег, но и содержат следы первых обитателей планеты, а также дают представления ученым о циклах изменения климата.
- Снежные барханы — такие снежные дюны можно встретить в Антарктиде, они формируются под действием сильных ветров.
- Снежная лавина — при сходе лавины структура снега резко меняется: из рыхлого и пористого он становится плотным и тяжелым. Снег в лавине движется со скоростью до 300 км/ч.
- Снегопад был зафиксирован в пустыне Сахара в 2018 году, он накрывал дюны слоем снега, правда, быстро растаял под воздействием солнечного тепла.
- Снежное одеяло, прикрывающее Землю, подобно громадному зеркалу. Оно отражает почти 95% солнечных лучей обратно в космос.
- В научных коллекциях микрофотографий хранятся более 5000 снимков снежинок, отличных друг от друга.
Снежинка обычно весит миллиграмм, а самые толстые ее подруги — 2—3 мг. Упадут они на руку — их тяжести и не почувствуешь. Это уже не легкое пуховое одеяло, а тяжеленная гиря, способная влиять на скорость вращения Земли. Больше всего снега на планете, когда кончается зима северного полушария, когда 19% поверхности планеты белы от снега.
Воздух, которым мы дышим зимой, несколько иной, нежели летом: в зимнем воздухе чуть меньше аммиака, а углекислого газа и озона, наоборот, немного больше, чем летом.
Парадоксы снега в талой воде.
В ней в тысячу раз меньше солей, чем в морской воде, в сто раз меньше примесей, чем в речной или озерной. Однако за дистиллят талую воду принимать нельзя — она в 5–10 раз уступает ему в чистоте — снег содержит примеси, необходимые для многих биохимических и гидрохимических процессов. Химизм снега разнообразен и по составу, и по количеству примесей. Но точных данных об этом очень мало. Академиком В. И. Вернадским указаны пределы возможных концентраций главных составляющих снега — хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов и соединений азота: от одной до пяти тысячных процента. Кроме них из снега в почву поступают микроэлементы. Может показаться, что это очень мало. Ведь при обработке полей вносят гораздо большие дозы удобрений. Однако не следует забывать, что человек удобряет только поля, а снег выпадает повсюду. Роль снежного покрова в удобрении почв известна давно и сформулирована по-народному кратко и точно: «Снег на овес — тот же навоз».
А можно ли есть снег?
Теоретически снег съедобен, но не всегда безопасен. Снег — это замерзшая вода, и если она не загрязнена, ее можно употреблять. Как соседские дети, слепившие сегодня этого снеговика с зеленью и ведром на голове. Как видите, красивый спутник зимнего пейзажа отнюдь не бесполезен!
Снег — это огромное богатство, это не только хорошие урожаи, но и строительный материал для плотин и зданий на севере. Снег и духовное богатство — в полотнах художников и стихах поэтов. А также снег украшает зимние праздники и каникулы школьников и студентов. И не забудьте, с 2012 года в предпоследнее воскресенье января отмечается «Всемирный день снега».
А Вам приходилось есть снег? Вы запомнили его формулу?
Лучистый цветок.