О снег, ты — мир

Его бывает слишком много, в нем, бывает, любят поваляться, из него строят ледяные горки, из-за его взаимодействия с ветром перекрывают дороги и целые магистрали, он рисует причудливые и удивительные рисунки на наших окнах, его порой не выпросишь у, так сказать, "экономных" людей зимой, а половина населения земного шара и вовсе видела его только на фотографиях. Как вы догадались речь идет о снеге, который в эти дни словно лишний раз напоминает о себе даже в южных регионах нашей страны.

Есть у снега и свой международный праздник — всемирный день (World Snow Day), или другое его название — Международный день зимних видов спорта, который отмечают в третье воскресенье января с 2012 года по инициативе Международной федерацией лыжного спорта (FIS).

Примечательно, что в первый год проведения праздника снега участие в нем принял и Казахстан вместе с более чем 20 странами мира, среди которых такие "снежные державы", как Канада, Норвегия, США, Финляндия, ФРГ, Швейцария, а также такие государства, как Австралия, Великобритания, Польша, Турция, Украина. Сегодня, спустя более 10 лет, к празднованию снега присоединились почти 50 стран.
Вместе с тем мы совсем мало знаем о форме твердых атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность в форме мелких кристаллов. Именно таково одно из официальных определений снега в метеорологии.

Снег — воздух — вода

Если вы когда-нибудь видели снег под микроскопом, или по крайней мере вам попадались его увеличенные фотографии, то вы можете понять, насколько он прекрасен. Природа порой завораживает, и то, как образуется снег и как он преобразует нашу среду обитания, — один из примеров ее поразительной работы. Кроме того, снег пробуждает ребенка внутри многих из нас (если только мы не спешим по делам во время сильного снегопада).
Снег образуется из облаков при температуре ниже нуля, так что водяной пар переходит из газообразного состояния в твердое, минуя жидкое и образуя ледяные кристаллы. Количество кристаллов постоянно увеличивается, как и частота их столкновений. В результате этого процесса появляются снежинки. Наступает момент, когда снежинка становится слишком большой и тяжелой. Восходящие потоки воздуха, действующие в облаке, уже не могут ее удержать, и сила притяжения побеждает: снежинка летит к земле. Если воздух на всем протяжении ее пути от облака к земной поверхности тоже имеет температуру ниже нуля, то снежинка и при падении сохранит свою структуру ледяного кристалла. А если поверхность тоже достаточно холодная, то тогда снег не будет таять.
В том случае, когда земля теплее необходимого, начинается процесс таяния. Однако при большой интенсивности снегопада снежинок на землю попадает столько, что они не дают начаться процессу таяния, и образуется снежный покров. В этом объяснении слишком много "если", к тому же видно, что, когда температура воздуха близка к нулю, снег идет редко, что создает проблемы любому метеорологу!

Снежинка тает... или действительно ли все снежинки уникальные?

Поскольку процесс образования снежинок очень сложен и зависит от весьма незначительных различий в температуре, давлении и влажности, почти все снежинки разные. Крайне маловероятно, что вам удастся найти две абсолютно одинаковые, однако у всех них есть несколько общих черт: они шестиугольные и имеют шесть сторон. У одних стороны гладкие, как у шестиугольной тарелки, у других из каждой стороны выходит по лучу — с такой решетчатой формой у нас чаще всего и ассоциируются снежинки. Если сфотографировать первые моменты жизни снежинок, когда водяной пар охлаждается и становится ледяным кристаллом, то все они будут выглядеть практически одинаково — как плоский шестиугольник.
Каждую зиму с неба падает около одного септиллиона снежинок. Это число с 24 нулями. Двигаясь в облаке, этот шестиугольник подвергается воздействию самых разных температур, изменяется и влажность, что приводит к дальнейшему изменению формы. Из-за низкой плотности снежинки падают на землю медленно — со скоростью примерно 0,9 км/час. Собственно говоря, не у всех снежинок можно отчетливо выделить шесть углов. У снежинок имеется восемь основных форм: звездчатые дендриты, столбики и иголки, увенчанные столбики, папоротниковидные звездчатые дендриты, кристаллы алмазной пыли, треугольные кристаллы, двенадцатилучевые снежинки и снежная крупа.
Предполагается, что в одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, а их диаметр составляет 5 мм и вес — порядка 0,004 г. Но были и рекорды. "Пухленькая" снежинка попала на Землю в 1887 году в американском штате Монтана, она имела в диаметре около 38 см.
Форма снежинки зависит главным образом от температуры и влажности. Например, плоские тарелочки образуются в более сухом воздухе, чем дендриты, а простые тарелочки и столбики — в более теплом воздухе (выше 20°C), чем сложные структуры, которые формируются в более холодных условиях. Как видите, под микроскопом снег очень сложен!
Чаще всего фотографируют снежинки в форме звездчатых дендритов, у которых из центрального шестиугольника исходит по шесть лучей. Именно лучи снежинок делают каждую из них уникальной. Путь, который проделала из облака и внутри него каждая снежинка, формирует эти лучи независимо один от другого, хотя все лучи одной снежинки выглядят примерно одинаково, поскольку условия их образования были одними и теми же.
Первая удачная фотография снежинки под микроскопом была сделана в 1885 году. Заслуга принадлежит упорству и терпению американского фермера Уилсона Бентли. Ему понадобилось для этого кадра 46 лет проб и ошибок. Всего же Бентли принадлежат более 5 000 уникальных снимков. Утверждение, что не существует двух одинаковых снежинок, изначально строилось именно на его работах. Но, спустя более века, в 1988 году, американский ученый из национального центра исследований атмосферы Нэнси Найт обнаружила две абсолютно идентичные снежинки в одном снежном шторме.
По мнению физиков, вариантов геометрических форм снежинок больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной. Сегодня в Японии на острове Хоккайдо существует музей снежинок, названный в честь физика Накая Укитиро, который называл снег "письмом с небес, написанным тайными иероглифами". А в США в лаборатории профессора Кеннета Либбрехта снежинки уже научились выращивать искусственно.

Что холоднее снега?

Этот вопрос метеорологам задают очень часто. Каждый раз, когда столбик термометра падает ниже нуля и прогнозируется снег, он действительно выпадает. Теоретически ответ — нет, а практически — да. Например, не может быть ситуации, когда снег падает, условно говоря, при температуре −6 °C, а при похолодании он внезапно заканчивается. Нет такой температурной точки, при которой снег бы резко начинал или переставал падать.
По мнению британских экспертов Саймона Кинга и Клэр Насира, снежинки образуются в той части облака, где температура ниже нуля. Чтобы снег стал падать на поверхность, воздух между нею и облаком тоже должен иметь температуру ниже нуля, иначе все растает. При этом температура воздуха просто должна быть ниже точки замерзания — теоретически не имеет значения, насколько именно. Однако значение имеет влажность — количество влаги, необходимое для образования снежинок. Чем холоднее воздух, тем меньше влаги он может удержать, и тем меньше образуется снежинок. Таким образом, правильный вопрос должен звучать так: "Бывает ли слишком сухо для снега?".
Прекрасное доказательство этой теории можно найти в том месте, в котором, как вы, возможно, полагали, снег должен идти постоянно — в Антарктиде. Этот пустынный, холодный, ветреный и ледяной континент кажется снежным и белым. Формально он классифицируется как пустыня. На Южном полюсе так холодно, что в атмосфере над ней содержится очень мало водяного пара, так что и осадков выпадает крайне мало. Но когда снег все-таки идет, он ложится на ледяной покров и накапливается там десятками и сотнями лет.

Альбедо, или самая важная стихия на Земле

Снег очень важен для жизни на Земле, и это несмотря на то, что слишком сильный снегопад может спровоцировать транспортный коллапс, закрытие школ и всеобщий хаос, как, впрочем, это было недавно в том числе и в Казахстане, особенно в центральных и северных частях нашей страны. В наших городах он, возможно, не совсем не нужен, но где-то его наличие точно необходимо. К счастью, каждый год на полюсах и на вершинах гор снега в изобилии — около 46 млн квадратных километров. Поскольку снег кажется белым, он служит отличным зеркалом. Это важно, поскольку он отражает большую часть энергии Солнца обратно в космос. В метеорологии это свойство называется "альбедо". Альбедо белых поверхностей равно единице, а черных — нулю. Снег может отражать до 90% поступающих солнечных лучей. Хотя его количество в течение года может быть разным, особенно в Северном полушарии, снег регулирует температуру Земли, охлаждая планету и держа под контролем ее среднюю температуру. Это одна из причин проблем, вызванных глобальным потеплением: тает больше снега, и Земля отражает меньше солнечного излучения.
Снег играет большую роль и в локальном масштабе: он важен для местных сообществ и экосистем. Люди, живущие в горных районах, рассчитывают на весеннее и летнее таяние снегов как на источник питьевой воды и орошения посевов. А многим растениям и животным снежный покров обеспечивает защиту зимой, изолируя почву и сохраняя ее тепло, подобно одеялу.
Снег очень хорошо поглощает звуки. Именно поэтому после хорошего снегопада звуки кажутся приглушенными. Порой тем, кто оказался под снежной лавиной приходиться выбираться самим, ибо, находясь под снегом, можно хорошо слышать, что происходит снаружи. Но, к большому сожаления, из-за хорошей шумоизоляции крики о помощи тех, кто в снегу, не слышат те, кто на поверхности.

Снег белый?

Вспоминая известный шлягер в исполнении Валерия Леонтьева с припевом: "Белый, белый снег ...", невольно задаешься таким вопросом: "Какого цвета снег?". Конечно же, в подавляющем большинстве случаев снег белый. Снежинки на 95% состоят из воздуха. Это определяет их основной цвет — белый.
Но иногда бывают и исключения, к примеру, розовый или красный. Такое бывает высоко в горах или в приполярных областях планеты. Необычный оттенок ему придает распространенная там водоросль хламидомонада снежная. Очевидцы утверждают, что красный снег по вкусу даже напоминает арбуз. Об говорили жители американского штата Колорадо. А 17 лет назад недалеко от Казахстана, в Омской области России, выпал и вовсе оранжевый снег. А годом ранее жители Дальнего Востока наблюдали снежок кремово-розовый.
Существует и те, кто боится снега. В науке это получило свое название — "хионофобия". Поговаривают, что эскимосы прославились тем, что в их языке имеется от 23 до 200 слов, чтобы описать снег в его различных состояниях, а саамы, живущие на севере Скандинавии, имеют на этот случай 41 слово.

Снег: как же без родственников?

Есть у снега, наряду с его "двоюродным братом" льдом, еще своеобразный младший "кузен" по имени "мокрый снег", который, по мнению специалистов, наверное, самый простой для объяснения тип зимних осадков, поскольку совсем не уникален. Собственно говоря, и порой, может, это немного даже обидно, в метеорологии мокрый снег даже не выделяется отдельно. В официальных погодных сводках его называют "смесью снега и дождя". Когда свет и ледяные шарики попадают из облака в чуть более теплый (0-2оС) воздух у поверхности Земли, снег и лед начинают таять, образуя капли жидкой воды, то есть дождя. Если более теплый слой воздуха в этом случае недостаточно плотный, процесс может не завершиться полностью до падения осадков на землю. И в этом случае на поверхность попадает смесь частично растаявшего снега, ледяных шариков и дождевых капель.

P.S. Как-то в разговоре с послом Швеции — страной, которая находится ближе к полярному кругу, скандинавский дипломат признался мне, что Астана является той редкой столицей, где человек может себе позволить удовольствие почувствовать хруст снега под ногами. Такого даже в родном ему Стокгольме уже давно не наблюдается — глобальное потепление делает свое дело. Так почему снег хрустит при ходьбе? Основная причина — кристаллики ломаются. Характер хруста зависит от температуры снега. Чем она ниже — тем громче звук. Кстати, скрип, похожий на хруст снега, можно получить, если сжимать смешанные соль и сахар. Такое ранее часто делали при озвучивании фильмов и в театральных постановках.

Ильяс Омаров, Астана