Кандидат географических наук М. СОФЕР (Санкт-Петербург).
Но надо знать и честь: полгода снег да снег,
Ведь это наконец и жителю берлоги,
Медведю, надоест...
А. С. Пушкин. "Осень"
Не каждое дерево способно выдержать такую многотонную пушистую шубу. Но она из-за ничтожно малой плотности гололедно-изморозных образований все же несколько легче, чем кажется.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Так начинают расти кристаллы изморози.
Морозные узоры в доме на оконном стекле.
После тумана грянул мороз... Если не будет сильного ветра, то дерево выдержит такую нагрузку от гололедно-изморозных отложений.
Конфигурация гололедно-изморозных отложений на горизонтальных (А) и вертикальных (В) стержнях диаметром 5 мм.
Условные, но часто встречающиеся гололедные отложения на проводах: А - диаметр провода; В - наибольшая длина отложения; С - наибольшая ширина отложения.
Зима у нас в России и вправду холодная и уж очень длинная. Но зато как красива! До чего хороши бывают погожие, ясные морозные деньки.
Да и нельзя сказать, что зимой у нас только снег да снег. Метеорологи различают удивительно много зимних образований: зернистая изморозь, кристаллическая изморозь, мокрый снег, замерзшая роса, иней, инеевые цветы...
Возникновение и рост всех их связаны с процессами кристаллизации переохлажденных капель дождя, мороси, тумана. Общность происхождения роднит, делает похожими. Но конкретные условия их образования: влажность воздуха, перепады температуры, рельеф местности, направление ветра - никогда не могут быть все одинаковыми, отсюда - непохожесть. Особенно, если одно явление природы наслаивается на другое: изморозь на гололед, гололед на изморозь, а на них еще холодный дождь - поди тут разберись!
А разобраться надо. Иначе не будем знать, какой ущерб может принести то или иное явление, какие меры защиты следует применить.
В морозную туманную погоду на ветвях и сучьях деревьев, на проводах, на заборах появляется изморозь - это отложения ледяных кристаллов. Они выглядят чрезвычайно красиво, придают лесу, парку поразительную нарядность. Их нередко называют инеем, но это неправильно.
Иней никогда не образуется на тонких ветвистых предметах. А изморозь, наоборот, осаждается главным образом на проводах, на вертикальных или наклонных ветках кустов и деревьев.
Иней (очень мелкие кристаллики, похожие на крошечные снежинки) чаще всего ложится в холодные ясные и тихие ночи на еще не покрытую снегом рыхлую почву или на шероховатые стены дома, на скамейки. Образуются красивые белые пятна с причудливыми узорами тропических листьев или цветов. Слабый ветерок помогает более быстрому росту кристалликов.
Такое же происхождение имеют и морозные узоры в доме на стеклах окон.
Процесс рождения изморози очень сложен и во многом еще неясен. Долголетние наблюдения показывают, что изморозь образуется в результате сублимации водяного пара и состоит из кристалликов льда, нарастающих главным образом на тонких длинных предметах с наветренной стороны при слабом ветре и температуре ниже -15 о С.
Жизнь ледяных кристаллов изморози очень коротка. Их форма и размеры все время меняются. Одни становятся меньше, другие вдруг неправдоподобно быстро растут. Особенно заметно это, когда температура поверхности подходит близко к 0 о С. Иногда за 10 минут происходит почти полная перекристаллизация изморози, а значит, и рисунка. При низких температурах структура почти не меняется.
Различают изморозь двух видов: кристаллическую и зернистую.
Кристаллическая - это белый осадок, состоящий из кристаллов льда весьма нежной тонкой структуры. Однако он все же достаточно плотный (0,4 г/см 3), стекловидный.
Зернистая - снеговидный рыхлый лед матово-белого цвета, нарастающий преимущественно в туманную, ветреную погоду и чаще всего в горах. Зернистая изморозь имеет аморфное строение и по структуре занимает промежуточное положение между гололедом и кристаллической изморозью. От гололеда отличается снежно-белым цветом и меньшей плотностью (0,1-0,4 г/см 3).
Для образования обоих видов изморози кроме минусовой температуры необходимо еще одно условие - туман или густая дымка, т.е. достаточное количество водяного пара в воздухе. При очень сильных морозах (ниже -30 о С) кристаллическая изморозь может возникать и без тумана, но тоже за счет водяного пара, содержащегося в воздухе.
Чем ниже температура, тем более нежной и ажурной бывает изморозь. Ее называют "сибирской" или "полярной". С повышением температуры и сгущением тумана изморозь становится плотнее, ажурность рисунка теряется.
Особой красотой отличается кристаллическая изморозь. Чаще всего она бывает в виде рисунков веерообразных пальмовых листьев. Они всегда разные, никогда не повторяются, потому что условия роста кристаллов - сочетание определенных условий: температуры, влажности, движений воздуха - все время меняется.
Практиков, хозяйственников из всех этих вопросов, пожалуй, больше всего интересуют подробности: где, когда образуются те или иные ледово-изморозные отложения.
Долголетние научные наблюдения показывают, что отложения кристаллической изморози наиболее часто становятся причиной больших и малых аварий, особенно в Сибири. При штилях изморозь там возникает редко: нет интенсивной подачи влаги, главного "строительного материала". Зато при ветрах со стороны крупных водоемов процессы идут особенно интенсивно.
Обильность изморози напрямую связана не только с направлением и силой ветра, но и с его суточными изменениями. Например, на одной из станций Новгородской области кристаллическая изморозь в 70% случаев выпадает вечером, если ветер дует с юго-запада. Но когда направление ветра меняется на северо-западное, время образования изморози обычно сдвигается на ночь.
Любопытно, что 8-17% случаев образования изморози приходится на декабрь, 20-28% - на январь, 25-33% - на февраль, 30-35% - на март, ближе к весне.
Объясняется это тем, что на северо-западе России в это время преобладает антициклонический тип погоды. Стоят солнечные морозные дни. Испарение идет более интенсивно, относительная влажность повышается, и, как следствие, изморозь выпадает чаще.
Поэт Д. Кедрин нашел этому и другое, поэтическое объяснение:
На окнах, сплошь заиндевелых,
Февральский выписал мороз
Сплетенье трав молочно-белых
И серебристо-сонных роз.
Пейзаж тропического лета
Рисует стужа на окне.
Зачем ей розы? Видно, это
Зима тоскует о весне.
Чем стабильнее погода, тем устойчивее изморозные отложения. Растут кристаллики медленно, иногда сутками, держатся порой больше недели.
Чаще всего изморозь, появляясь поздним вечером, достигает максимума далеко за полночь, а разрушается вскоре после полудня.
Когда после изморози начинается потепление, возникает более опасное явление - гололед . На поверхности земли, на дорогах, на крышах домов нарастает слой плотного льда, корка толщиной в несколько сантиметров. И вот тогда, особенно при сильном ветре, начинают ломаться деревья, рушатся мачты электропередачи.
О гололеде обычно не вспоминают более 300 дней в году, но зато те 10-20 дней, когда он случается, долго не забывают.
Сразу же хочу предупредить: не путайте очень похожие по звучанию слова - "гололед" и "гололедица". Это совершенно разные понятия. Первое - явление природы, второе - ее состояние.
Гололедица - корка замерзшей на почве талой или дождевой воды. Она тоже приносит немалый вред людям: дороги становятся скользкими и опасными, и самое главное - это бич сельского хозяйства. Она вызывает выпревание хлебов, от нее скот, находящийся на подножном корму, страдает, а то и гибнет от бескормицы.
Природа не наделила гололед такой красотой, как, скажем, изморозь, однако и он по-своему красив. Взгляните на ветки деревьев, покрытые стекловидной коркой гололеда, и вы невольно представите себе гигантские хрустальные люстры. Гололед воспевают и проклинают, им восхищаются и с ним энергично борются, он хрупок и прочен, красив и очень опасен...
Определение гололеда понятно любому жителю северной страны. Это плотный слой льда, осадок, нарастающий на поверхности земли, на проводах, на деревьях... Возникает он, когда после сильных морозов натекает теплый влажный воздух и при этом на холодную землю выпадает переохлажденный дождь, морось или туман. Образуется ледяная корка, которая может становить ся все толще и толще...
Нарастание гололеда обычно происходит не менее 1 часа и не более 12-ти. А вот разрушение идет очень медленно, в основном за счет испарения льда, а при низких температурах этот процесс протекает вяло. Если не вмешается резкая оттепель или сильный ветер, процесс может растянуться до 4-6 суток.
Метеорологи отметили несколько интересных свойств образования гололеда. Например, такое: на проводах, находящихся под напряжением, величина отложившегося льда почти на 30% больше, чем на проводах обесточенных.
Или такое: гололедные отложения усиленно нарастают в направлении, поперечном движению воздушных масс. Если фронт движется с запада, то отложения толще на проводах, расположенных в меридиональном направлении. И наоборот, при меридионально направленных потоках воздуха отложения толще на проводах, расположенных по широте. И разница огромная, иногда в три раза.
Там, где наблюдались самые объемные отложения, плотность их оказывалась минимальной. Если внимательно рассмотреть кристаллический нарост, можно заметить, что поверхность его удивительно тонкая и хрупкая, кристаллы на внешних краях более пористы и рыхлы.
Но каким же образом легкий, изящный, безобидный на вид ледяной налет оказывается таким разрушительным?
Дело в том, что изящество его весьма относительно. Особо опасные наледи могут достигать 80-100 мм в ширину. Такое препятствие оказывает серьезное сопротивление ветру. А те отложения гололеда, которые в диаметре поменьше (40-50 мм), плотнее, жестче и тяжелее. Роскошные ледяные короны вокруг проводов диаметром до 70-80 мм создают дополнительную весовую нагрузку от 150 до 200 г на погонный метр. Выявлены и рекордные показатели: на Валдае изморозные отложения достигали 424 г на погонный метр провода. Следовательно, на пролет между столбами (50 м) приходилось более 20 кг дополнительного веса.
Практика показывает, что наибольший ущерб наносит не столько толщина гололедных отложений, сколько ветры, когда их скорость более 10-12 м/с. При такой двойной нагрузке - весовой и ветровой - особенно велика опасность разрыва проводов, падения столбов и опор.
Катастрофические условия чаще всего следует ожидать там, где оттепели чередуются с волнами холода. Поэтому и информация о гололеде обычно приходит с юга и из северо-западных областей страны. Вот пример сообщения о том, что случилось в январе 1963 года.
Поезд мчался к югу. Чувствовалась близость Черного моря. Скоро Туапсе, Лазаревское, Сочи... Неожиданно для всех в окна вагонов застучали крупные капли дождя. Падая, они растекались и замерзали, превращаясь в плотный слой стекловидного льда. Контактные провода начали искриться. Поезд замедлил ход и вскоре остановился. Провода, деревья, кустарники, почва - все покрылось толстым панцирем льда... Первыми не выдержали натиска стихии провода. Под тяжестью льда и под действием ветра они стали рваться. Затем начали ломаться телефонные и телеграфные столбы. Словно подкошенные, они валились на землю, увлекая за собой арматуру и провода. Металлические опоры высоковольтных линий электропередачи, стоявшие на вершинах гор, не выдержали тяжести льда и упали.
Наиболее ожесточенным оказался "поединок" между гололедом и лесом. Вековые дубы и грабы, приняв на свои мощные кроны тонны льда, вначале лишь слегка покачивались, но по мере того, как увеличивались отложения льда и усиливался ветер, начали ломаться ветви, затем верхушки деревьев и, наконец, стволы. Тысячи деревьев, вывороченных с корнями, падали на землю... Деревья перекрывали шоссейные дороги, ложились на провода телефонных и осветительных линий, обрывая их.
Температура у поверхности земли была - 3-5 о С. Дул сильный северо-восточный ветер. Эти условия способствовали нарастанию гололеда... Максимальная толщина отложений льда на телеграфных проводах вместе с сосульками достигала 350 мм, а вес отложений на одном погонном метре провода - около 7 кг! Такого гололеда не помнили старожилы и не регистрировали метеорологические станции за многие десятилетия.
Через 25 лет, в декабре 1988 года, ситуация повторилась. На Северном Кавказе сложились крайне неблагоприятные погодные условия: снегопады, дождь, которые из-за низкой температуры превращались в гололед. Поездам приходилось буквально пробиваться сквозь "стеклянные" дожди. Электровозы выходили из строя... Их заменяли на тепловозы, что значительно снижало скорости. Многочасовые опоздания дорого обошлись и стране и пассажирам...
Еще дороже обходится гололед в крупных городах. Вот одно из газетных сообщений (6 января 2000 года): 2088 петербуржцев обратились в "Скорую помощь" за минувшие выходные дни. Пик травм пришелся на 1 января: медицинскую помощь вызвал 721 петербуржец, 62 человека госпитализированы. Кроме того, 79 человек пострадали в результате дорожно-транспортных происшествий.
Совершенно особая ситуация сложилась на средней и нижней Волге. Там, в результате встречи теплого и влажного воздуха с холодным, сформировались так называемые сложные гололедно -изморозные отложения. "Мне кажется, - пишет об этом в газете Роман Вильфанд, директор Гидрометцентра России, - что тут побит рекорд - толщина льда на проводах линий электропередачи составила 38 см. (Автор обращает внимание на то, что это не ошибка, не опечатка - именно сантиметров, а не миллиметров!) Невероятная тяжесть, в результате которой провода рвутся, как нитки".
Советы пешеходам
Чтобы избежать падений и травм при гололеде и гололедице, прислушайтесь к советам опытных врачей-травматологов.
1. Слушая сводки Гидрометеоцентра, обращайте внимание не только на данные о градусах, влажности воздуха, скорости и направлении ветра, атмосферном давлении, но и на ключевую фразу: "На дорогах сильная гололедица".
2. В такой день, по возможности, лучше вовсе не выходить из дому, ибо, чем меньше вы сделаете шагов по скользкой поверхности, тем меньше вероятность травмы.
3. Передвигаться по льду надо умеючи: на полусогнутых ногах, наклонившись вперед, ноги ставить на всю ступню и слегка расслабить в коленях, идти не торопясь. Руки (или хотя бы одна правая рука) должны быть свободны.
4. Если чувствуете, что падаете, - постарайтесь сгруппироваться и валиться на правый бок, с упором на ладонь и предплечье.
5. Выходите на улицу обязательно в удобной устойчивой обуви.
В природе существуют такие явления, как роса, дождь, иней, снег. Они происходят в разные сезоны и из года в год повторяются благодаря круговороту воды. роса, снег и дождь, читайте в статье.
Образование росы
Водяной пар, содержащийся в воздухе, охлаждается. Его конденсат осаждается на поверхность земли каплями воды, это и есть роса. Почему образуется роса? Она возникает преимущественно в ночное время суток. Это происходит потому, что в это время охлаждается более интенсивно, так как солнце уже зашло. Его лучи не обогревают землю, и она остывает. Образуется конденсат - капельки воды, которые называются росой.
Как образуется роса? С точки зрения физики это объясняется так. Если температура воздуха разная, то количественный состав молекул воды тоже отличается. Это определение влажности. Когда температура понижается, влаги в воздухе становится меньше. Ее избытки конденсируются на поверхностях, которые холоднее воздуха. Так происходит образование росы.
Как образуется роса? Благоприятным условием для ее образования является ясное без облаков небо и наличие поверхностей, отдающих накопленное за световой день тепло, таких как листья деревьев и трава. Вот почему на них ранним утром человек видит капельки воды.
Образование росы по интенсивности различается. Это зависит от региона. В районах с тропическим климатом роса образуется чаще всего, так как воздух данной местности содержит водяной пар в больших количествах. Как образуется роса? Ее образование происходит тогда, кода воздух имеет положительную температуру. Только при таких условиях водяной пар может конденсироваться и превращаться в капельки воды. Как образуется роса, иней? Если температура воздуха будет отрицательной, пар мгновенно переходит в состояние твердого вещества, образуется очень красивое явление природы, особенно если за ним наблюдать в лесу.
в понимании древних людей?
Об этом удивительном явлении природы в далеком прошлом пели песни, слагали легенды. Древние люди называли дождь слезами, падающими с неба, силой жизни. А с другой стороны, дождь считали небесной карой, которая могла затопить весь мир. Человеку всегда было интересно, как образуется дождь, снег, роса. Самой распространенной и популярной на то время была теория, по которой образование дождя объяснялось божественным происхождением.
Образование дождя в природе
Как образуется роса, выяснили. А вот как дождь, давайте рассмотрим. Выпадение осадков в виде дождя происходит тогда, когда водяной пар поднимается нагретым воздухом вверх, до самых облаков, где температура воздуха отрицательная. Облака образуют тучи. Капли воды выпадают из них на землю. Дождь является составной частью очень важного природного процесса, который называется круговоротом воды.
В природе постоянно происходит испарение воды с разных поверхностей, которыми являются водоемы, растения или почва. В атмосферу попадает пар, который переносится мощными потоками теплого воздуха вверх, к облакам, из которых образуются тучи.
Как образуется роса, дождь? Роса возникает за счет разницы положительных температур. Образование дождя происходит по-другому. В облаках пар превращается в маленькие кристаллики льда. Вес пара за счет них повышается, и кристаллы начинают падать вниз, так как в облаках удерживаться не могут. При падении на их пути встречается снова теплый воздух, благодаря чему кристаллы преобразуются в капли воды и падают на земли, это и есть дождь.
У капелек воды одинаковая форма, но разные размеры. Дождевые капли круглые, диаметр самых маленьких достигает полмиллиметра, самых больших - шесть. Капли меньше самых маленьких по размеру называются моросью, а крупные, ударяясь о землю, разбиваются.
В разных регионах дожди имеют разную интенсивность. На ее степень оказывают влияние температурные факторы, влажность воздуха и то, с какой скоростью перемещаются потоки воздуха. Если климат характеризуется постоянными высокими температурами, прогревание земной поверхности происходит сильней и намного быстрей. За счет этого водяной пар поднимается вверх нагретым воздухом более мощного потока и быстрей по времени. Поэтому дожди в теплом климате интенсивней и чаще.
Что такое иней?
Он представляет собой слой очень тонкого льда, который покрывает земную поверхность, а также все предметы, расположенные на ней. Это происходит при условии, что температура воздуха будет минусовой. К благоприятным условиям появления инея относится ветер слабой мощности и отсутствие на небе облаков в большом количестве.
Образование инея
Этот процесс происходит тогда, когда между температурой воздуха и поверхностями, на которых появляется иней, имеется разница, даже если она совсем незначительная. Водяной пар тут же оседает, кристаллизуется и покрывает все поверхности. Причем вода фазу жидкого состояния пропускает, из газообразного переходит сразу в твердое.
С учетом законов физики образование инея объясняется так. Когда ночи становятся холодные, а температура воздуха опускается ниже точки замерзания воды, то вода кристаллизуется, то есть из нее получается лед. Так образуется иней.
Как образуется роса, иней, дождь? Обязательным условием для появления росы и дождя является наличие положительных температур воздуха, а для инея - отрицательных. Образование инея происходит на любых поверхностях, но на предметах с шероховатой поверхностью и низкой на земле, деревьях, быстрее.
Этому процессу способствует слабый ветер, так как из-за перемещения воздуха приток жидкости увеличивается. Важно, чтобы не было сильного ветра, иначе воздух будет перемещаться слишком быстро, а это создает помехи в процессе образования инея, то есть процесс кристаллизации не успевает завершиться.
Кристаллики инея имеют разную форму, по которой определяют температуру окружающей среды, конечно, в общих чертах. Если кристаллы имеют форму игл с тупыми концами, значит, на улице сильный мороз. Кристаллы в виде призм с шестью углами оповещают, что сильного мороза нет. Если кристаллы инея появились при средней температуре зимнего дня, то их форма напоминает пластинки.
Что такое инеевые цветы?
Это форма инея, которая получила название из-за узоров, которые создает иней при оседании на поверхности. Узоры имеют форму листьев и цветов. Это происходит тогда, когда период с положительными температурами продолжается долгое время - осенью и характеризуется теплой почвой и резкими похолоданиями. Узоры вероятнее увидеть на почве, свободной от растительности и мусора. Значительно реже они появляются на поверхностях других предметов или объектов, например на льду озера. Это связано с температурой воды, которая в водоеме выше.
В воздухе жилого помещения имеются молекулы воды. В морозный период любые окна гораздо холоднее стен. Теплый воздух отдает свою влагу холодному окну, которая капельками воды оседает на его поверхность и остается там. В капельки воды кристаллизуются. На окне образуются разнообразные узоры, красота которых зависит от многих факторов, и прежде всего от структуры кристаллов. Также имеют значение направления воздушных потоков, царапины на поверхности стекла и мелкие частички пыли.
Интересный факт: никогда образование инея не происходит на ветках древесных и травянистых растений, а также на проводах. То, что осаждается на них, носит другое название.
Образование изморози
Она распространяется там, где не образуется иней, то есть на ветках деревьев, кустарников, на проводах и других тонких предметах, которые обладают способностью ветвиться. Ученые считают, что образование изморози является результатом замерзания пара, который содержится в воде.
Изморозь - это кристаллики льда, которые местом своего образования выбрали длинные тонкие предметы, а условиями образования - отрицательные температуры, слабый ветер, туман или густую дымку.
Образование снега
Выпадение снега происходит при температуре воздуха ниже двух градусов тепла, а его таяние - выше нуля градусов. Интересный факт: когда снег тает, в области его выпадения воздух становится холодней, то есть температура понижается. Процесс образования снега отличается простотой. в условиях положительных температур, а снег - отрицательных. В холодный период времени в облаках находятся замерзшие капли воды. Они имеют микроскопические размеры и притягиваются пылевыми частицами. Поскольку температура отрицательная, все это замерзает, происходит образование маленьких кристаллов льда, размеры которых не превышают десятой доли миллиметра. Масса кристаллов увеличивается во время падения за счет того, что конденсация пара не прекращается.
У образовавшихся кристаллов шесть концов. Между ними всегда правильные углы: шестьдесят или сто двадцать градусов. При падении кристаллы увеличиваются в размерах потому, что на их концах происходит образование новых кристалликов.
Снежинки
Это кристаллики льда различных видов, соединенные по несколько штук в структуру шестиугольной формы. У каждой снежинки всегда шесть сторон. Если температура низкая, происходит образование снежинок маленького размера и простой структуры. Если высокая - они формируются из множества кристаллов. Снежинки приобретают форму звезд, и их диаметр может достигать несколько единиц или десятков сантиметров.
Формы снежинок бывают разные, их насчитывается много. Но основными являются только девять. Это звезды, иглы и пластинки, столбики и запонки, пушинки, оледенелые и круповидные снежинки, ежи. Эти группы насчитывают около 50 видов, которые усложняют основную форму. Каждая крохотная снежинка на 95 процентов состоит из воздуха. Вот почему она очень медленно опускается на землю, скорость ее падения составляет 0,9 километра в час.
Обыкновенная вода имеет несколько своих состояний: твердое, жидкое, газообразное. Переход с одного состояния к другому приводит к разным видам воды, в т.ч. и снег, лед, иней. Что такое иней? Поговорим об этом ниже.
Иней
Иней - это тонкий снежный слой, получающийся в результате испарения на охлаждающейся поверхности в холодное время (ночью). От дыхания на лице человека появляется иней на воротнике, подбородке, ресницах. Воздух, при разных температурах, содержит разное количество молекул воды, т.е. влажность воздуха бывает разная. При заморозках, земля, трава, предметы на улице сильно охлаждаются. Если происходит понижение температуры, то количество влаги в воздухе начинает уменьшаться, а избыточная влага тогда конденсируется на более холодных поверхностях, образовывая, таким образом, росу. Если же температура опускается ниже, преодолевая точку замерзания воды, то вода, кристаллизуясь, превращается в иней.
Изморозь
Иней не образуется на тонких предметах. На проводах, на ветках деревьев образуется изморозь. Образование изморози отличается немного от образования инея. Изморозь образуется при замерзании водяного пара, нарастании кристаллов льда на тонких предметах при отрицательной температуре, при тумане, густой дымке, слабом ветре.
Как сделать иней самостоятельно
В домашних условиях получить иней можно взяв следующие компоненты:
- жестяная банка,
- кусочки льда,
- поваренная соль.
В жестяную банку на дно положить мелкие крошки льда, затем соль, затем опять лед и т.д. Через какое-то время водяные капельки, которые находятся в воздухе, начинают покрывать банку снаружи, превращаясь в маленькие ледяные кристаллы, которые покроют банку тонким слоем инея. Переход водяных молекул из газообразного состояния, минуя жидкое, в твердое состояние называется сублимацией.
Поздней осенью, когда ночная температура опускается ниже нуля, по утрам можно увидеть белый иней и изморозь, покрывающие окружающие их предметы тонкими ледяными кристалликами. Если иней присутствует абсолютно на всех поверхностях (например, деревья в инее), изморозь – более редкое явление, поскольку кристаллизуется лишь на тонких предметах, например, ветках деревьев.
Образование изморози и инея происходит одинаково: молекулы водяного пара нижнего слоя атмосферы, что находится возле земной поверхности, при наличии отрицательных температурных показателей, превращаются в тончайший слой снега или льда, минуя жидкую стадию (этот процесс называется десублимацией).
Образоваться эти осадки могут лишь на более холодной поверхности, чем температура воздуха (его показатели в это время ниже 0°C), из-за чего водяной пар моментально замерзает, кристаллизуется и превращается в изморозь или белый иней (не стоит путать с изморосью – моросящим поздней осенью дождём).
Формироваться изморози и инею помогает несильный ветерок, который подносит к земной поверхности новые насыщенные паром порции воздуха (при очень сильном движении воздушных масс этот тип осадков не образовывается, поскольку ветер не даёт завершиться процессу кристаллизации).
Узоры на стекле
Инеем называют разновидность твёрдых атмосферных осадков, что являют собой очень тонкий, но неровный слой кристаллического льда, появляющийся на земле и наземных предметах при минусовой температуре грунта, тихом ветре и безоблачном небе. Если температура воздуха в этот момент лишь немного опустились ниже нуля, он приобретает форму шестиугольных снежинок, при средних температурных показателях – пластинок, при температуре ниже пятнадцати градусов мороза его кристаллы становятся похожими на тупоконечные иглы.
Появляется иней абсолютно на всех предметах, чья поверхность холоднее температуры воздуха: на траве, земле, крышах автомобилей и зданий, на снегу, льду, можно даже увидеть иней на стекле.
Лучше всего он образуется на предметах, теплопроводность которых невелика, а также на шероховатых поверхностях, за которые кристаллики могут зацепиться. Самый обильный белый иней наблюдается при тумане и несильном ветре на вертикальных поверхностях.
Между тем иней на стекле в мороз также нередкое явление, при этом на идеально гладкой поверхности он рисует удивительные узоры. Происходит это потому, что, во-первых, ледяные кристаллики имеют структуру, которая определяет рисунок. А во-вторых, немаловажную роль играют невидимые глазу царапины на стеклянной поверхности и осевшие частички пыли, за которые цепляются осадки.
Иногда он просто покрывает поверхность тонким слоем, а иногда формирует «цветы» – отложения мелких кристаллических льдинок, которые собираются группами и по форме очень сильно напоминают цветы и листья. В отличие от обыкновенного инея, инеевые цветы можно увидеть на тёплом рыхлом грунте в осенний период после внезапных и сильных заморозков, что настают после продолжительного потепления (бабьей осени). Иногда их можно увидеть и на льду озёр и рек вдоль полыней или трещин.
Как лёд украшает ветви
Образование изморози несколько отличается от того, как образуется иней. Она появляется лишь на тонких ветвях, при этом кроме отрицательной температуры и слабого ветра обязательно наличие высокой влажности. Внешне они также немного отличаются друг от друга: белый иней больше напоминает неровный ледяной покров, изморозь – снежный. При этом изморозь бывает двух типов:
- Кристаллическая. Образуется ночью, когда термометр опускается ниже десяти градусов Цельсия, и по форме напоминает пушистые гирлянды. Появляется кристаллическая изморозь при несильном движении воздушных масс после десублимации водяного пара из ледяного тумана.На её формирование уходит несколько часов, если днём стоит солнечная погода, под лучами она понемногу осыпается, тогда как при облачности лежит на протяжении целого дня. Таким образом, в обиходе кристаллическая изморозь мало чем отличается от инея (правда, обладает более тонким слоем).
- Зернистая. Зернистая изморозь по способу образования несколько отличается от предыдущего варианта. Она имеет снеговидную форму, которая образуется после оседания на поверхность мелких капель переохлаждённого тумана при среднем или даже сильном ветре вне зависимости от времени суток, при этом температурные показатели воздуха колеблются от 0 до -10°С.Нарастание зернистой изморози продолжается до тех пор, пока держится туман и дует ветер (иногда этот процесс может занять несколько часов, иногда – дней). Также долго она и сохраняется, и склонна менять форму: если капли тумана становятся слишком крупными, переходит в гололёд, а в случае ослабления ветра – в кристаллическую изморозь.
Роль изморози и инея в жизни природы
Поскольку белый иней и изморозь считаются разновидностями осадков, которые осаждаются из влажного воздуха на земную поверхность, они являются частью круговорота воды в природе, так как появляются из насыщенного влагой воздуха, а затем исчезают под воздействием тепла.
Обычно они присоединяются к снегу, если же его нет, то испаряются вверх, где в верхних слоях атмосферы попадают в облака, в которых в это время движутся ледяные кристаллы или капли, активно набирая массу, чтобы выпасть на поверхность планеты. В других ситуациях, растаяв, уходят в землю, снабжая её влагой.
После того как осадки окажутся в грунте, и ударят морозы, они замёрзнут в ожидании весны, а после наступления тепла или поступят к корням растительности, снабжая деревья, траву, кустарники влагой и необходимыми для них питательными элементами, или проникнут дальше в землю, где присоединившись к грунтовым водам, уйдут в Мировой океан.
Вода, пожалуй, один из самых удивительных подарков, которые наша маленькая планета ежедневно дарит всему на ней сущему. Влага, наряду с солнечным светом и воздухом, даёт жизнь, недаром её так часто именуют "живительной". Она удивляет нас своими бесконечными метаморфозами: туман и лёд, дождь и снег, роса, град, изморозь…. А ещё – иней, одно из самых удивительных и красивых состояний влаги.
С научной точки зрения иней – тончайший слой кристаллического льда. При этом эти имеют разную форму: при небольшом морозе - шестигранные призмы, при умеренном – пластинки, при сильном (ниже -15°С), – тупоконечные иглы. Иней появляется на траве, на поверхности земли, крышах зданий и автомобилей, даже на льду и снежном покрове.
Интерес к тому, как образуется иней, был всегда. Физика объясняет это десублимацией водяного пара, который присутствует в воздухе. Вряд ли рядовому гражданину до конца понятен этот термин. Постараемся объяснить проще. Вся окружающая нас материя находится в разных агрегатных состояниях и основные из них: твёрдое, жидкое, газообразное. Правда, есть ещё плазма, жидкие кристаллы, но это всё уже вопросы специфические и спорные, оставим их специалистам-физикам. Нам вполне достаточно трёх.
Так вот, вода может находиться как в газообразном состоянии, - это пар, так и в жидком, и в твёрдом – лёд. Даже ребёнок знает, при каких условиях вода превращается в пар, а при каких - в лёд. Причём, в преобладающем числе случаев эти переходы происходят строго последовательно. Лёд тает, превращаясь в воду, вода испаряется, образуется пар, и в обратном порядке: пар - вода – лёд.
Благодаря этим свойствам воды и поддерживается жизнь на земле, эта циркуляция определяется всем известным понятием "круговорот воды в природе". Однако твёрдое вещество может сразу переходить в газообразное состояние, такое явление называют сублимацией (от латинского sublimo, - возношу). Строго говоря, сублимация – более широкое понятие и применяется даже в психологии. Но пока нас интересует занимательная физика.
Итак, возможен переход: твёрдое – газообразное. Точно так же, при определённых условиях возможен и обратный процесс, - десублимация. В случае с водой, пар сразу переходит в лёд. Это физическое явление и дарит нам иней. Но, как мы уже сказали, это возможно лишь при определённых условиях.
Ледяные кристаллики инея образуются сразу же из водяного пара при быстром его охлаждении ниже 0°С, при том, что температура воздуха всё еще "плюсовая". Когда это возможно? В холодное время года, в тихую ясную ночь, в предутренние часы, когда на поверхности земли уже заморозки, а сам воздух ещё не остыл окончательно, иногда при сопровождении дымки или тумана.
Так что, по сути, иней – аналог росы, причина та же. Наступит утро, и солнышко согреет землю, траву и цветы, - роса исчезнет. А иней? Он так быстро, конечно, не сдаётся, ведь солнце уже не так активно, как летом. Наблюдательный глаз заметит, что не всякие предметы "любит" иней, Действительно, на шероховатой поверхности кристаллизация происходит быстрее, но самое главное – это теплопроводность. Естественно, что иней легче будет образовываться там, где теплопроводность невелика: деревянные скамейки в саду, почва. Иней – примета поздней осени, когда после последних тёплых осенних деньков вдруг резко наступает похолодание.
Порой, проснувшись поутру и увидев в окно белоснежный покров, мы решаем, что выпал первый снежок. И только приглядевшись, начинаем понимать, что пока это "только иней". Слой инея в отличие от изморози или снега, обычно очень тонкий и неровный, часто процесс кристаллизации приводит к образованию так называемых инеевых цветов.
Иней можно наблюдать и в быту. Если ваш холодильник работает на испарителе, то на нём обязательно накапливается иней, который препятствует нормальному теплообмену в камере, и холодильник нуждается в периодическом размораживании. Иней образуется за счет испарения влаги из продуктов, влага также поступает с воздухом при открывании холодильника. Поэтому при частом открывании дверей в таких холодильниках процесс образования инея усиливается.
