понедельник, 23 декабря 2013 г.

Снежинки - крылья ангелов, упавшие с небес

Поведём рассказ  о снеге. Точнее, о прекрасном и совершенном творении природы — снежинке. Снежинке пушистой и колючей, сверкающей и блистающей, загадочной и неповторимой. И еще  о тех, кто разглядел и открыл для нас в привычном и обыденном скрытую природой красоту и попытался измерить и запечатлеть ее. 


Известно множество интересных, необычных, порой ошеломляющих фактов, так или иначе касающихся снега и снежинок. Большинство людей скажут, что снег — физическое явление, происходящее в результате кристаллизации воды в воздухе. Это конечно так, но еще снег — это целый мир, состоящий из множества существ — снежинок. Их разнообразие вызывает восхищение. Снежинка такая прекрасная, но неуловимая. Протянешь к ней руку, а она исчезнет, превратившись в каплю воды. Сколько лет люди пытались разгадать тайны снежинок, и нет уверенности в том, что все они разгаданы. Поражаясь чрезвычайно сложной форме, идеальной симметрии и бесконечному разнообразию снежинок, люди издревле связывали их очертания с действием сверхъестественных сил или божественным промыслом. Снежинками любуются, их изучают, о них поют песни и пишут стихи. В снежинках интересно все – и их геометрия, и физические свойства, и создание моделей снежинок. Снежинки называют «холодным совершенством». А согласно легенде, снежинки – это крылья ангелов, упавшие с неба.


 
Так что же такое снег и снежинка?
Снег - это твердые осадки в виде кристаллов (снежинок). Наблюдается исключительно большое разнообразие форм снежинок. Наиболее простые из них: иглы, столбики и пластинки. Кроме того, встречаются многочисленные усложненные формы снежинок: игольчатые звезды; пластинчатые звезды; ежи, состоящие из нескольких столбиков; столбики с пластинками и звездами на концах. Некоторые формы столбиков имеют внутренние полости или образуют вид бокалов; встречаются также 12-лучевые звезды. Размеры отдельных снежинок могут быть весьма различными. Наибольшие линейные размеры обычно имеют игольчатые звезды (их радиус достигает 4-5 мм).
 Снежинки часто соединяются между собой и выпадают в виде хлопьев. Размеры хлопьев могут достигать очень большой величины, наблюдались хлопья радиусом до 15-20 см.


Снежинка - более общий термин; он может подразумевать как индивидуальный кристалл снега, так и несколько снежных кристаллов, которые держатся вместе, или же большие скопления снежных кристаллов, формирующие снег, который падает из облаков.

Снежинки не раз становились предметом серьезных научных исследований. Как известно, найти пару совершенно одинаковых снежинок практически невозможно, хотя они могут быть очень похожими между собой. Это одна из тех давних столетних тайн, раскрыть которую поможет процесс компьютерного моделирования.

А вот прославленный астроном и математик, один из тех, кто сформулировал законы движения планет, Иоганн Кеплер, живший четыре столетия назад, посвятил снежинке свой знаменитый шутливый трактат "Новогодний подарок, или о шестиугольном снеге". Относясь к работе с достаточной долей юмора, он в то же время скрупулезно, как истинный ученый исследовал многие интересные особенности снежинок. В том числе и вопрос, почему, собственно, снежинки "шестиугольны, пушисты, как перышки с шестью лучами". А спустя три столетия были изданы альбомы, в которых представлены коллекции увеличенных фотографий тысяч снежинок, причем ни одна из них не повторяет другую, тем самым заложив основы кристаллографии.


В 1635 году французский философ и математик Рене Декарт занялся описанием видов снежинок, разглядывая их невооруженным глазом. Он писал, что снежинки похожи на розочки, лилии и колесики с шестью зубцами. Его особенно поразила найденная им в середине снежинки "крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались, чтобы очертить ее окружность". Декарт также впервые нашел и описал достаточно редкую двенадцатиконечную снежинку. До сих пор двенадцатиконечная снежинка считается большой редкостью, так до конца и неясно, где и при каких условиях она образуется. Считается, что снежинок с 4, 5 и 8 гранями не бывает, а вот с тремя увидеть можно.


Первые фотографии снежного кристалла под микроскопом были сделаны в 1885 году американским фермером Уилсоном Бентли.

Сфотографировав за свою жизнь свыше пяти тысяч снежных кристаллов, он пришел к выводу, что среди них нет ни одного одинакового. В 1931 году вышла его знаменитая книга "Снежные кристаллы".


Образование снега
Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.
Кристаллы неоднократно вертикально передвигаются в атмосфере, частично тая и кристаллизуясь заново, поэтому образуются смешанные формы. Кристаллизация всех шести лучей происходит в одно и то же время, в практически идентичных условиях, и поэтому особенности формы лучей снежинки получаются столь же идентичны.


Белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всевозможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95 % из воздуха, что обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч).

Размеры
Самая крупная снежинка была засвидетельствована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США; она имела диаметр в 15 дюймов (около 38 см). Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.


Разнообразие снежинок
Существует такое многообразие снежинок, что обычно считается, что не бывает двух одинаковых снежинок. Например, Кеннет Либрехт - автор самой большой и разнообразной коллекции снежинок - говорит: «Все снежинки разные, и их размещение по группам (классификация) - это во многом вопрос личных предпочтений».

Простые снежинки, например, призмы, образующиеся при низкой влажности, могут выглядеть одинаково, хотя на молекулярном уровне они отличаются. Сложные звёздчатые снежинки обладают уникальной, отличимой на глаз геометрической формой.
Для того чтобы структура снежинки была хорошо видна на фотографии (а это очень важно для изучения ее кристаллического строения), образец подсвечивают специальным образом, и сама снежинка работает как сложная линза. Либрехт разработал специальную камеру с встроенным микроскопом для «полевых» исследований. Фотографировать снежинки надо очень быстро — когда снежинка спустилась с неба, ее кристаллики перестают расти и почти сразу же начинают терять четкость граней.

И вариантов таких форм, по мнению физика Джона Нельсона из Университета Рицумэйкан в Киото, больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной.

Движение снежинок
Снежинки легче дождевых капель, поскольку состоят из кристаллов. Однако снежные хлопья не такие лёгкие, как кажутся. Если бы это было так, они не падали бы на землю, а оставались бы в облаках. Они падают потому, что состоят из кристаллов льда, ставших слишком тяжёлыми, чтобы удерживаться в облаках. Снежинки порхают, поскольку кристаллы велики и, как парашюты, опираются на воздух в полёте. Если рассмотреть их в лупу, можно увидеть переплетающиеся кристаллы. Кристаллы очень разнообразны, и их форма тем сложнее и красивее, чем холоднее погода.

Виды снежинок
Многие современные учёные склоняются к тому, что всего в природе не больше 130 видов снежинок - именно столько конфигураций в различных осях симметрии может образовывать шестиугольная снежинка. А вот международная система классификации признает только 10 видов.
В 1951 году Международная Комиссия по Снегу и Льду приняла классификацию твёрдых осадков. Согласно ей все снежные кристаллы можно разделить на следующие группы: звёздчатые дендриты, пластинки, столбцы, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились еще три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.


Звёздчатые дендриты - кристалл или другое образование, имеющее древовидную, ветвящуюся структуру. Они имеют шесть симметричных основных веток и множество расположенных в произвольном порядке ответвлений. Их размер - 5 мм и более в диаметре, как правило, они плоские и тонкие - всего 0.1 мм.
Пластинки - множество ледяных ребер как будто делят лопасти снежинок на сектора. Как и звёздчатые дендриты, они плоские и тонкие.
Столбики. Хотя плоские, пластинчатые снежинки больше притягивают взгляд, тем не менее, самой распространенной формой снежных кристаллов является столбик или колонна. Такие полые столбики могут быть шестигранными, в виде карандаша, заостренные на концах в виде конуса.
Иглы - столбчатые кристаллы, выросшие длинными и тонкими. Иногда внутри них сохраняются полости, а иногда концы расщепляются на несколько веточек.
Пространственные дендриты. Очень интересные конфигурации получаются, когда плоские или столбчатые кристаллики срастаются или спрессовываются, образуя объемные структуры, где каждая веточка расположена в своей плоскости.
Столбики с наконечниками. Изначально такие кристаллы имеют столбчатую форму, но в результате некоторых процессов меняют направление роста, превращаясь в пластинки. Такое может произойти, если, кристалл заносит ветром в зону с другой температурой.
Кристаллы неправильной формы. На долю снежинки может выпасть немало приключений, она может попасть в зону турбулентности и потерять в ней некоторые из своих веточек или разломаться совсем. Обычно таких "покалеченных" снежинок много в сыром снеге, т.е. при относительно высокой температуре, особенно при сильном ветре.

Лабораторные опыты по выращиванию снежинок показали, что форма снежинок напрямую зависит от температуры и влажности воздуха.
Пластины образуются при температуре -2° C , колонки - при -5° C, около -15° C снова появляются пластины, и комбинации пластин и колонок - при -30° C. Кроме того, кристаллы снега имеют тенденцию формировать более простые формы при низкой влажности и более сложные при высокой. Самые причудливые формы - длинные иглы образуются при -5° C, и большие тонкие пластины формируются при -15° C и относительно высокой влажности.


А что же в центре?
Ученые из Франции и США установили, что снежинки образуются благодаря бактериям. Ученые под руководством Брента Кристнера из государственного университета Луизианы изучали образцы снега из Франции, Антарктики, Монтаны и Юкона. Их целью был поиск ядер или центров кристаллизации снежинок. Ядро кристаллизации - это то, с чего начинается образование снежинок. Раньше считалось, что в этой роли выступают частицы пыли, на которые намерзает пересыщенный водяной пар.
!?! Исследователи обнаружили, что от 69 до 100 процентов ядер кристаллизации в изученных образцах были органического происхождения. Существенную часть биологических ядер кристаллизации составляли бактерии.
Больше всего снежинок образуется с участием бактерий во Франции, следом идут Монтана и Юкон. В арктических образцах снега было обнаружено меньше всего бактериальных центров кристаллизации.

Цветной снег?
Известны случаи, когда с неба падал голубой, зеленый, серый или черный снег. Так, на Рождество 1969 года на 16 000 квадратных миль территории Швеции выпал черный снег. Скорее всего, это произошло в результате выбросов промышленных отходов в воздух.
В 1955 году около Даны, штат Калифорния, выпал фосфоресцирующий зеленый снег. Некоторые жители решились попробовать его хлопья и вскоре скончались, руки тех, кто рискнул лишь взять его в руки, покрылись сыпью, сопровождавшейся сильным зудом. Это явление до сих пор создает споры о происхождении снега. Пока же считается, что ядовитые осадки явились результатом атомных испытаний в штате Невада.


Звуки снега
На Крайнем Севере снег бывает настолько твёрдым, 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 тяжёлый нож мощного бульдозера.


Легенда о самом первом снеге
Когда-то давно зимы были бесснежные — просто очень холодные. Замерзшая земля мирно ждала лета, чтобы вновь дать жизнь растениям, готовым в любой момент потянуться к ласковым солнечным лучам… А Зима смотрела на свои владения из высокого замка, наслаждаясь безмятежным спокойствием, замороженным воздухом и спящими деревьями. Был у Зимы сын, которого звали Снегом. Мальчик был непослушный и любопытный. Однажды, когда Осень уходила, чтобы отдать власть его матери, Снег увидел, что где-то далеко внизу горит в замерзающей пустыне небольшой огонек. Не получив разрешения, мальчик убежал из замка матери, чтобы увидеть, что же там, далеко внизу, светится так ярко и необычно. Когда он пришел туда, где увидел яркий свет, Снег понял — в поле замерзают цветы, бутоны которых еще горят красивыми бутонами. Он спросил их: «Почему вы не прячетесь?» Цветы в ответ лишь покачали яркими головами и ответили, что их судьба — замерзнуть вместе с первыми морозами… А весной на их место придут новые цветы, которым предстоит вновь украсить землю… Снегу стало очень обидно, что такие красивые создания вынуждены погибать, страдая от морозов. Но поделать мальчик ничего не мог.Возвратился он домой и рассказал о том матери, но она лишь ответила сыну, что таков порядок — и много веков растения засыпают навсегда, чтобы дать жизнь другим… Мальчик сел на пороге своего холодного замка и заплакал. А слезинки его, подхваченные ветром, замерзали на холоде и падали на землю снегом, накрывавшим травы и цветы теплым белоснежным одеялом. С тех пор каждую зиму выпадает снег, спасающий цветы от лютых заморозков, а весной, когда застывшие слезинки мальчика тают, из-под уютного одеяла просыпаются первые цветы, своими чистыми колокольчиками кланяющиеся мальчику за заботу, а зовут их подснежниками.


 

4 комментария:

  1. Спасибо за интереснейший материал о снежинках! Очень понравилась легенда! Обязательно познакомлю с нею своих ребят!

    ОтветитьУдалить
  2. Восхитительный пост. Познавательный. Спасибо за такой предновогодний пост.

    ОтветитьУдалить
  3. Спасибо, интересно. Очень понравилась легенда. Обязательно поделюсь ею с детьми.

    ОтветитьУдалить
  4. СПАСИБО! ОЧЕНЬ ПОЗНАВАТЕЛЬНО!

    ОтветитьУдалить

LinkWithin

соответствующие Должности Плагин для WordPress, Blogger...