Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о кристаллах льда, которые образуют снег. Для использования в других целях, см Снежинка (значения) .
Свежевыпавшие снежинки
Макросъемка натуральной снежинки

Снежинки являются единственными кристаллами льда , который достиг достаточного размера, и , возможно, объединены с другими, а затем падают через атмосферу Земли , как снег . [1] [2] [3] Каждая чешуйка зарождается вокруг частицы пыли в перенасыщенных воздушных массах, притягивая переохлажденные облачные капли воды, которые замерзают и срастаются в кристаллическую форму. Сложные формы возникаютпоскольку хлопья проходят через различные зоны температуры и влажности в атмосфере, так что отдельные снежинки в деталях отличаются друг от друга, но их можно разделить на восемь широких классификаций и по меньшей мере 80 индивидуальных вариантов. Основными составляющими формами кристаллов льда, из которых могут образовываться комбинации, являются игла, столбик, пластина и изморозь. Снег кажется белым, несмотря на то, что он состоит из чистого льда. Это связанно с диффузным отражением всего спектра от света малых кристаллических граней снежинки. [4]

Формирование [ править ]

См. Также: Снежная наука
Снежинки, образованные естественным путем, отличаются друг от друга случайностью образования. Характерные шесть ветвей связаны с кристаллической структурой льда . [5]

Снежинки зарождаются вокруг минеральных или органических частиц в влажных, подледных воздушных массах. Они растут за счет чистой аккреции к зарождающимся кристаллам в гексагональных формациях. Силы сцепления в основном электростатические.

Ядро [ править ]

В более теплых облаках аэрозольная частица или «ледяное ядро» должны присутствовать в капле (или в контакте с ней), чтобы действовать как ядро. Частицы, образующие ядра льда, очень редки по сравнению с ядрами, на которых образуются капли жидкого облака; однако непонятно, что делает их эффективными. Глины, пустынная пыль и биологические частицы могут быть эффективными [6], хотя в какой степени неясно. Искусственные ядра включают частицы йодида серебра и сухой лед , которые используются для стимулирования осаждения при засеивании облаков . [7] Эксперименты показывают, что «гомогенное» зарождение облачных капель происходит только при температурах ниже -35 ° C (-31 ° F). [8]

Рост [ править ]

Изображение инея на обоих концах снежинки в виде "шапки" на растровом электронном микроскопе .

После того, как капля воды замерзла в виде ядра льда, она растет в перенасыщенной среде, где жидкая влага сосуществует со льдом за пределами точки равновесия при температурах ниже точки замерзания. Затем капля растет за счет осаждения молекул воды из воздуха (пара) на поверхность кристаллов льда, где они собираются. Поскольку капель воды намного больше, чем кристаллов льда из-за их огромного количества, кристаллы могут вырастать до сотен микрометров или миллиметров в размере за счет капель воды. Этот процесс известен как процесс Вегенера – Бержерона – Финдейзена.. Соответствующее истощение водяного пара вызывает испарение капель, а это означает, что кристаллы льда растут за счет капель. Эти большие кристаллы являются эффективным источником осадков, так как они падают через атмосферу из-за своей массы, а также могут сталкиваться и слипаться в кластеры или агрегаты. Эти агрегаты обычно представляют собой частицы льда, которые падают на землю. [9] В Книге рекордов Гиннеса перечислены самые большие в мире снежинки, собранные в январе 1887 года в Форт-Кеог , штат Монтана , ширина которых, как утверждается, была 15 дюймов (38 см), что значительно выходит за рамки обычно документируемого диапазона агрегированных хлопьев в три или четыре дюйма. по ширине. Монокристаллы размером с копейку(17,91 мм в диаметре). [3] Снежинка инкапсулируется в Иной форме шариках , известных как крупа .

Внешний вид [ править ]

Цвет [ править ]

Кристаллы снега под прямыми солнечными лучами действуют как маленькие призмы

Хотя лед сам по себе прозрачен, снег обычно имеет белый цвет из-за диффузного отражения всего спектра света за счет рассеяния света небольшими гранями кристаллов снежинок, из которых он состоит. [4]

Форма [ править ]

Форма снежинки во многом определяется температурой и влажностью, при которых она образуется. [9] В редких случаях при температуре около –2 ° C (28 ° F) снежинки могут образовывать тройную симметрию - треугольные снежинки. [10] Большинство частиц снега имеют неправильную форму, несмотря на то, что они обычно изображаются как симметричные. Маловероятно, что любые две снежинки похожи из-за примерно 10 19 (10 квинтиллионов) молекул воды, которые составляют типичную снежинку [11], которые растут с разной скоростью и по разному образцу в зависимости от изменения температуры и влажности в атмосфере. что снежинка проваливается на землю. [12]Снежинки, которые выглядят одинаково, но могут различаться на молекулярном уровне, были выращены в контролируемых условиях. [13]

Хотя снежинки никогда не бывают идеально симметричными, рост неагрегированных снежинок часто приближается к шестикратной радиальной симметрии , возникающей из-за гексагональной кристаллической структуры льда. [14]На этом этапе снежинка имеет форму крошечного шестиугольника. Шесть «плеч» снежинки, или дендритов, затем растут независимо от каждого из углов шестиугольника, в то время как каждая сторона каждого плеча растет независимо. Микросреда, в которой растет снежинка, динамически изменяется, когда снежинка проваливается через облако, и небольшие изменения температуры и влажности влияют на способ прикрепления молекул воды к снежинке. Поскольку микросреда (и ее изменения) вокруг снежинки практически идентичны, каждая рука имеет тенденцию расти примерно одинаково. Однако нахождение в одной и той же микросреде не гарантирует, что все руки растут одинаково; действительно, для некоторых форм кристаллов это не так, потому что лежащий в основе механизм роста кристалла также влияет на скорость роста каждой области поверхности кристалла.[15] Эмпирические исследования показывают, что менее 0,1% снежинок имеют идеальную шестикратную симметричную форму. [16] Очень редко наблюдаются двенадцать ветвистых снежинок; они сохраняют шестикратную симметрию. [17]

Классификация [ править ]

Смотрите также: Классификация снега
Ранняя классификация снежинок Исраэля Перкинса Уоррена . [18]

Снежинки могут принимать самые разные замысловатые формы, что приводит к мысли, что «нет двух одинаковых». Хотя почти идентичные снежинки были сделаны в лаборатории, вряд ли их можно будет найти в природе. [19] [11] [20] [21] Первоначальные попытки найти идентичные снежинки, сфотографировав тысячи из них с помощью микроскопа, начиная с 1885 года, Уилсон Алвин Бентли обнаружил большое разнообразие снежинок, о которых мы знаем сегодня.

Укичиро Накая разработал диаграмму морфологии кристаллов, связывающую форму кристаллов с условиями температуры и влажности, при которых они образовались, что кратко изложено в следующей таблице: [22]

Морфология кристаллической структуры в зависимости от температуры и водонасыщенности
Диапазон температурДиапазон насыщения (г / м 3 )Виды снежного кристалла

ниже насыщения

Виды снежного кристалла

выше насыщения

От 0 ° C (32 ° F) до −3,5 ° C (26 ° F)От 0,0 до 0,5Твердые пластиныТонкие пластины

Дендриты

От −3,5 ° C (26 ° F) до −10 ° C (14 ° F)От 0,5 до 1,2Твердые призмы

Полые призмы

Полые призмы

Иглы

От −10 ° C (14 ° F) до −22 ° C (−8 ° F)От 1,2 до 1,2Тонкие пластины

Твердые пластины

Секторальные тарелки

Дендриты

От −22 ° C (−8 ° F) до −40 ° C (−40 ° F)От 0,0 до 0,4Тонкие пластины

Твердые пластины

Столбцы

Призмы

Микрофотография Уилсона Бентли, показывающая два класса снежинок, пластин и столбцов. Отсутствует образец иглы.

Форма снежинки определяется в первую очередь температурой и влажностью, при которых она образуется. [9] Замораживание воздуха до –3 ° C (27 ° F) способствует образованию плоских кристаллов (тонких и плоских). В более холодном воздухе до −8 ° C (18 ° F) кристаллы образуют полые столбики, призмы или иглы. На воздухе при температуре -22 ° C (-8 ° F) формы снова становятся пластинчатыми, часто с разветвленными или дендритными элементами. При температурах ниже -22 ° C (-8 ° F) кристаллы становятся пластинчатыми или столбчатыми, в зависимости от степени насыщения. Как НакаяКак было обнаружено, форма также зависит от того, находится ли преобладающая влажность выше или ниже насыщения. Формы ниже линии насыщения тяготеют к более прочным и компактным. Кристаллы, образующиеся в перенасыщенном воздухе, больше склоняются к кружевным, нежным и изысканным. Также формируются многие более сложные модели роста, такие как боковые плоскости, пули-розетки, а также плоские типы в зависимости от условий и ядер льда. [23] [24] [25] Если кристалл начал формироваться в режиме роста колонки, при температуре около -5 ° C (23 ° F), а затем перешел в более теплый пластинчатый режим, то прорастают пластинчатые или дендритные кристаллы. в конце столбца, образуя так называемые «закрытые столбцы». [9]

Магоно и Ли разработали классификацию недавно сформированных снежных кристаллов, которая включает 80 различных форм. Они перечислены в следующих основных категориях (с символом): [26]

  • Игольчатый кристалл (N) - подразделяется на: Простые и комбинированные иглы.
  • Столбчатый кристалл (C) - подразделяется на: простой и комбинация столбцов.
  • Пластинчатый кристалл (P) - подразделяется на: обычный кристалл в одной плоскости, плоский кристалл с расширениями, кристалл с нерегулярным числом ветвей, кристалл с 12 ветвями, деформированный кристалл, излучающее множество плоских ветвей.
  • Комбинация столбчатых и пластинчатых кристаллов (CP) - подразделяется на: столбец с плоским кристаллом на обоих концах, пуля с плоскими кристаллами, плоский кристалл с пространственными расширениями на концах
  • Столбчатый кристалл с расширенными боковыми плоскостями (S) - подразделяется на: боковые плоскости, чешуйчатые боковые плоскости, комбинацию боковых плоскостей, пули и столбцы.
  • Кристалл с оправой (R) - Подразделяется на: кристалл с оправой, кристалл с плотной окантовкой, кристалл, похожий на граупел, и крупу.
  • Нерегулярный снежный кристалл (I) - подразделяется на: ледяную частицу, рифленую частицу, осколок кристалла, прочее.
  • Зародыш снежного кристалла (G) - подразделяется на: минутный столбец, зародыш скелетной формы, минутную шестиугольную пластину, минутный звездный кристалл, миниатюрный набор пластин, неправильный зародыш.

Они задокументировали каждого с помощью микрофотографий.

Международная классификация сезонного снега на земле описывает снег кристаллической классификацию, как только он оседает на земле, которые включают в себя форму зерна и размер зерна. Система также характеризует снежный покров, поскольку отдельные кристаллы метаморфизируются и сливаются. [27]

Использовать как символ [ править ]

Символ снежинки

Снежинка часто является традиционным сезонным изображением или мотивом, используемым в рождественский сезон , особенно в Европе и Северной Америке. В христианском празднике, Рождество празднует воплощение в Иисусе , который , согласно христианской вере искупает за грехи человечества; Итак, в европейских и североамериканских рождественских традициях снежинки символизируют чистоту. [28] [29] Снежинки также традиционно ассоциируются с погодой " Белого Рождества ", которая часто бывает во время Рождества. [29] В этот период довольно популярно делать снежинки из бумаги.сложив лист бумаги несколько раз, вырезав ножницами узор, а затем развернув его. [30] [31] Книга Исайи относится к искуплению грехов , заставляя их казаться «белыми , как снег» перед Богом (ср Исайя 1:18 ); [29]

Снежинки также часто используются как символы зимы или холода. Например, зимние шины, улучшающие сцепление с дорогой в суровых зимних условиях вождения, помечены снежинкой на символе горы. [32] стилизованная снежинка была частью эмблемы в 1968 Зимние Олимпийские игры , 1972 зимних Олимпийских игр , 1988 зимних Олимпийских игр , 1998 зимних Олимпийских игр и зимних Олимпийских играх 2002 . [33] [34]

В геральдике снежинка - это стилизованный заряд , часто используемый для обозначения зимних или зимних видов спорта.

В Unicode кодируются три разных символа снежинки : «снежинка» в U + 2744 (❄); «плотная тройчатая снежинка» на U + 2745 (❅); и « снежинка с тяжелым шевроном » на U + 2746 (❆).

Галерея [ править ]

Подборка фотографий, сделанных Уилсоном Бентли (1865–1931):

См. Также [ править ]

  • Снежинка Коха - математическая кривая, напоминающая снежинку.
  • Секка Зусетсу - Руководство по формам снежинок, написанное в Японии в 19 веке.
  • Selburose - восьмиконечный цветочный узор, который можно принять за снежинку.
  • Хронология исследования снежинки

Ссылки [ править ]

  1. ^ Knight, C .; Найт, Н. (1973). Снежные кристаллы. Снежинка - это также имя человека, который не может посещать обед в пабе по пятницам. Например, «Бен Катклифф - снежинка». Scientific American, т. 228, нет. 1. С. 100–107.
  2. Перейти ↑ Hobbs, PV 1974. Ice Physics. Оксфорд: Clarendon Press.
  3. ^ a b Броуд, Уильям Дж. (2007-03-20). «Гигантские снежинки размером с фрисби? Может быть» . Нью-Йорк Таймс . Архивировано 4 ноября 2011 года . Проверено 12 июля 2009 .
  4. ^ a b Лоусон, Дженнифер Э. (2001). «Глава 5: Цвета света» . Практическая наука: свет, физика (материя) . Portage и главная пресса. п. 39. ISBN 978-1-894110-63-1. Архивировано 01 января 2014 года . Проверено 28 июня 2009 .
  5. Перейти ↑ Physics of Ice, VF Petrenko, RW Whitworth, Oxford University Press, 1999, ISBN 9780198518945 
  6. ^ Кристнер, Брент Q .; Моррис, Синди Э .; Форман, Кристина М .; Цай, Ронгман и Сэндс, Дэвид К. (2007). «Повсеместность биологических нуклеаторов льда в снегопаде». Наука . 319 (5867): 1214. Bibcode : 2008Sci ... 319.1214C . CiteSeerX 10.1.1.395.4918 . DOI : 10.1126 / science.1149757 . PMID 18309078 . S2CID 39398426 .   
  7. ^ «Метеорологический глоссарий: засев облаков» . Американское метеорологическое общество . 26 января 2012. Архивировано 22 декабря 2015 года . Проверено 5 января 2016 .
  8. ^ Бэзил Джон Мейсон (1971). Физика облаков . Кларендон. ISBN 978-0-19-851603-3.
  9. ^ а б в г М. Клесиус (2007). «Тайна снежинок». National Geographic . 211 (1): 20. ISSN 0027-9358 . 
  10. ^ Либбрехт, Кеннет Г. (11 сентября 2006 г.). «Путеводитель по снежинкам» . Калифорнийский технологический институт . Архивировано 10 июля 2009 года . Проверено 28 июня 2009 .
  11. ^ a b Джон Роуч (13 февраля 2007 г.). " " Нет двух одинаковых снежинок "Вероятно, правда, исследования показывают" . National Geographic News . Архивировано 9 января 2010 года . Проверено 14 июля 2009 .
  12. ^ Либбрехт, Кеннет (зима 2004-2005). «Наука о снежинках» (PDF) . Американский педагог . Архивировано (PDF) из оригинала 17 сентября 2010 года . Проверено 19 октября 2010 .
  13. Рианна Ольсен, Эрик (16 февраля 2018 г.). «Познакомьтесь с ученым, который лепит одинаковые снежинки» . Кварц . Проверено 16 февраля 2018 .
  14. ↑ Нельсон, Джон (15 марта 2011 г.). «Шестеричная природа снега» . История снега. Архивировано 9 декабря 2017 года.
  15. ↑ Нельсон, Джон (17 марта 2005 г.). "Рост ветвей и боковые ветвления в снежных кристаллах" (PDF) . История снега. Архивировано 5 января 2015 года (PDF) .
  16. ^ Bohannon, Джон (10 апреля 2013). "ScienceShot: Истинная форма снежинок" . ScienceNOW . Американская ассоциация развития науки . Архивировано 29 октября 2016 года . Проверено 5 января +2016 .
  17. ^ Смолли, Эй Джей (1963). «Симметрия снежных кристаллов». Природа . 198 (4885): 1080–1081. Bibcode : 1963Natur.198.1080S . DOI : 10.1038 / 1981080b0 . S2CID 4186179 . 
  18. ^ Уоррен, Израиль Перкинс (1863). Снежинки: глава из книги природы . Бостон: Американское трактатное общество. п. 164 . Проверено 25 ноября 2016 .
  19. ^ Кеннет Г. Либбрехт. "Снежинки-близнецы" .
  20. ↑ Джон Нельсон (26 сентября 2008). «Происхождение разнообразия в падающем снегу» (PDF) . Химия и физика атмосферы . 8 (18): 5669–5682. Bibcode : 2008ACP ..... 8.5669N . DOI : 10,5194 / ACP-8-5669-2008 . Архивировано (PDF) из оригинала 2011-11-20 . Проверено 30 августа 2011 .
  21. ^ Либбрехт, Кеннет (зима 2004-2005). «Наука о снежинках» (PDF) . Американский педагог . Архивировано из оригинального (PDF) 28 ноября 2008 года . Проверено 14 июля 2009 .
  22. ^ Бишоп, Майкл П .; Бьёрнссон, Хельги; Хэберли, Вильфрид; Эрлеманс, Йоханнес; Шредер, Джон Ф .; Трантер, Мартын (2011). Сингх, Виджай П .; Сингх, Пратап; Хариташья, Умеш К. (ред.). Энциклопедия снега, льда и ледников . Springer Science & Business Media. п. 1253. ISBN 978-90-481-2641-5.
  23. ↑ Мэтью Бейли; Джон Халлетт (2004). «Скорость роста и повадки кристаллов льда между -20 и -70C» . Журнал атмосферных наук . 61 (5): 514–544. Полномочный код : 2004JAtS ... 61..514B . DOI : 10.1175 / 1520-0469 (2004) 061 <0514: GRAHOI> 2.0.CO; 2 .
  24. ^ Кеннет Г. Либбрехт (2006-10-23). «Снежинка для начинающих» . Калифорнийский технологический институт . Архивировано 10 июля 2009 года . Проверено 28 июня 2009 .
  25. ↑ Кеннет Г. Либбрехт (январь – февраль 2007 г.). «Формирование снежных кристаллов». Американский ученый . 95 (1): 52–59. DOI : 10.1511 / 2007.63.52 .
  26. ^ Магоно, Чоджи; Ли, Чон У (1966). «Метеорологическая классификация природных снежных кристаллов». Журнал факультета естественных наук . 7 (под ред. Геофизики). Хоккайдо. 3 (4): 321–335. ЛВП : 2115/8672 .
  27. ^ Fierz, C .; Армстронг, Р.Л .; Durand, Y .; Etchevers, P .; Greene, E .; и другие. (2009), Международная классификация сезонного снега на земле (PDF) , Технические документы МГП-VII по гидрологии, 83 , Париж: ЮНЕСКО, стр. 80, архивировано (PDF) из оригинала 29 сентября 2016 г. , получено 25 ноября 2016 г.
  28. ^ Уоллах, Дженнифер Дженсен; Суиндалл, Линдси Р.; Мудрый, Майкл Д. (12 февраля 2016 г.). История Рутледжа американских продовольственных путей . Рутледж. п. 223. ISBN 978-1-317-97522-9.
  29. ^ a b c Мостеллер, Энджи (2008). Рождество . Книги Итаска. п. 147. ISBN. 978-1-60791-008-4.
  30. ^ подробные инструкции см., например, на этой странице. Архивировано 8 января 2012 г. на Wayback Machine.
  31. ↑ Другие инструкции и изображения бумажных снежинок. Архивировано 8 февраля 2013 г. в Wayback Machine.
  32. ^ Жиль, Тим (2004). Автомобильное шасси . Cengage Learning. п. 271. ISBN. 978-1-4018-5630-4.
  33. ^ "Подробнее о Саппоро 1972: Эмблема" . Международный олимпийский комитет . Архивировано 9 февраля 2016 года . Проверено 5 января 2016 .
  34. ^ "Олимпийские игры Солт-Лейк-Сити 2002 - Эмблема" . Международный олимпийский комитет. 2009. Архивировано 25 марта 2009 года . Проверено 15 июля 2009 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Кеннет Г. Либбрехт (2006). Полевой справочник Кена Либбрехта по снежинкам . Voyageur Press. ISBN 978-0-7603-2645-9.

Внешние ссылки [ править ]

  • Кеннет Г. Либбрехт - Часто задаваемые вопросы о снежинках
  • Снежные кристаллы и снежинки от Caltech
  • Поймать снежинку
  • Почему снежинки такие тонкие и плоские