stringtranslate.com

Снежинка

Макрофотография натуральной снежинки.

Снежинка — это одиночный кристалл льда , достигший достаточных размеров и, возможно, слившийся с другими, который выпадает через атмосферу Земли в виде снега . [1] [2] [3] Каждая чешуйка зарождается вокруг крошечной частицы в перенасыщенных воздушных массах, притягивая переохлажденные капли облачной воды, которые замерзают и срастаются в кристаллическую форму. Сложные формы возникают по мере того, как хлопья проходят через зоны с разной температурой и влажностью в атмосфере, так что отдельные снежинки отличаются друг от друга в деталях, но их можно разделить на восемь широких классификаций и как минимум 80 отдельных вариантов. Основными составляющими формами кристаллов льда, из которых могут возникать комбинации, являются игла, столбец, пластинка и иней. Снег кажется белым, несмотря на то, что он сделан из прозрачного льда. Это происходит из-за диффузного отражения всего спектра света мелкими кристаллическими гранями снежинок. [4]

Формирование

Свежевыпавшие снежинки

Снежинки зарождаются вокруг минеральных или органических частиц в насыщенных влагой, замерзающих воздушных массах. Они растут путем прирастания к зарождающимся кристаллам в гексагональных образованиях. Силы сцепления в основном электростатические.

Ядро

В более теплых облаках аэрозольная частица или «ледяное ядро» должна присутствовать в капле (или находиться в контакте с ней), чтобы действовать как ядро. Частицы, образующие ядра льда, очень редки по сравнению с ядрами, из которых образуются капли жидкого облака; однако непонятно, что делает их эффективными. Глина, пыль пустыни и биологические частицы могут быть эффективными [5] , хотя в какой степени неясно. Искусственные ядра включают частицы йодида серебра и сухого льда , и они используются для стимулирования осадков при засеве облаков . [6] Эксперименты показывают, что «гомогенное» зарождение облачных капель происходит только при температурах ниже -35 ° C (-31 ° F). [7]

Рост

Изображение инея , полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, на обоих концах снежинки в виде «шапочного столбика».

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 гораздо больше, чем кристаллов льда из-за их огромного количества, кристаллы могут вырасти до сотен микрометров или миллиметров в размерах за счет капель воды. Этот процесс известен как процесс Вегенера-Бержерона-Финдейзена . Соответствующее истощение водяного пара приводит к испарению капель, а это означает, что кристаллы льда растут за счет капель. Эти крупные кристаллы являются эффективным источником осадков, поскольку из-за своей массы они падают в атмосферу, могут сталкиваться и слипаться в кластеры или агрегаты. Эти агрегаты обычно представляют собой частицы льда, падающие на землю. [8] В Книге рекордов Гиннеса указаны самые большие в мире снежинки, собранные в январе 1887 года в Форт-Кио , штат Монтана , ширина которых, как утверждалось, составляла 15 дюймов (38 см), что значительно превышает обычно документированный диапазон совокупных снежинок в три или четыре дюйма. в ширину. Были обнаружены монокристаллы размером с десятицентовую монету (диаметр 17,91 мм). [3] Снежинки, заключенные в иней, образуют шарики, известные как крупа .

Появление

Цвет

Снежные кристаллы под прямыми солнечными лучами действуют как маленькие призмы.

Хотя лед сам по себе прозрачный, снег обычно кажется белым по цвету из-за диффузного отражения всего спектра света за счет рассеяния света маленькими кристаллическими гранями снежинок, из которых он состоит. [4]

Форма

Форма снежинки во многом определяется температурой и влажностью, при которых она формируется. [8] Редко, при температуре около -2 °C (28 °F), снежинки могут образовывать тройную симметрию — треугольные снежинки. [9] Большинство частиц снега имеют неправильную форму, несмотря на то, что их обычно изображают симметричными. Маловероятно, что какие-либо две снежинки похожи друг на друга, поскольку, по оценкам, типичная снежинка состоит из 10 19 (10 квинтиллионов) молекул воды, [10] которые растут с разной скоростью и по разным закономерностям в зависимости от изменяющейся температуры и влажности в атмосфере. что снежинка проваливается на пути к земле. [11] Снежинки, которые выглядят одинаково, но могут различаться на молекулярном уровне, были выращены в контролируемых условиях. [12]

Хотя снежинки никогда не бывают идеально симметричными, рост неагрегированных снежинок часто приближается к шестикратной радиальной симметрии , возникающей из-за гексагональной кристаллической структуры льда. [13] На этом этапе снежинка имеет форму минутного шестиугольника. Шесть «рук» снежинки, или дендритов, затем растут независимо от каждого угла шестиугольника, при этом каждая сторона каждого плеча растет независимо. Микросреда, в которой растет снежинка, динамически меняется по мере того, как снежинка падает сквозь облако, а малейшие изменения температуры и влажности влияют на то, как молекулы воды прикрепляются к снежинке. Поскольку микросреда (и ее изменения) вокруг снежинки почти идентична, каждая рука имеет тенденцию расти почти одинаково. Однако пребывание в одной и той же микросреде не гарантирует, что каждая рука растет одинаково; на самом деле, для некоторых форм кристаллов это не так, потому что лежащий в основе механизм роста кристаллов также влияет на то, насколько быстро растет каждая область поверхности кристалла. [14] Эмпирические исследования показывают, что менее 0,1% снежинок имеют идеальную шестикратную симметричную форму. [15] Очень редко наблюдаются двенадцать разветвленных снежинок; они сохраняют шестикратную симметрию. [16]

Классификация

Ранняя классификация снежинок Исраэля Перкинса Уоррена . [17]

Снежинки имеют самые разные замысловатые формы, что привело к пониманию того, что «нет двух одинаковых». Хотя почти идентичные снежинки были изготовлены в лаборатории, маловероятно, что их можно найти в природе. [18] [10] [19] [20] Первоначальные попытки найти одинаковые снежинки, фотографируя тысячи из них с помощью микроскопа , предпринятые Уилсоном Олвином Бентли в 1885 году, обнаружили 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, которая обобщена в следующей таблице: [21]

Микрофотография Уилсона Бентли, показывающая два класса снежинок: пластину и колонну. Отсутствует пример иглы.

Форма снежинки определяется прежде всего температурой и влажностью, при которых она формируется. [8] Замораживание воздуха до температуры -3 °C (27 °F) способствует образованию плоских кристаллов (тонких и плоских). В более холодном воздухе до -8 ° C (18 ° F) кристаллы образуют полые столбцы, призмы или иглы. В воздухе холоднее -22 °C (-8 °F) формы снова становятся пластинчатыми, часто с разветвленными или дендритными чертами. При температуре ниже -22 ° C (-8 ° F) кристаллы становятся пластинчатыми или столбчатыми, в зависимости от степени насыщения. Как обнаружил Накая , форма также зависит от того, находится ли преобладающая влажность выше или ниже насыщения. Формы ниже линии насыщения имеют тенденцию к большей твердости и компактности. Кристаллы, образовавшиеся в перенасыщенном воздухе, более кружевные, нежные и богато украшенные. В зависимости от условий и ядер льда также образуются многие более сложные модели роста, такие как боковые плоскости, пулевидные розетки, а также плоские типы. [22] [23] [24] Если кристалл начал формироваться в режиме столбчатого роста, при температуре около -5 °C (23 °F), а затем перешел в более теплый пластинчатый режим, тогда прорастают пластинчатые или дендритные кристаллы. в конце столбца, образуя так называемые «колонны с заглушками». [8]

Магоно и Ли разработали классификацию свежеобразованных снежных кристаллов, которая включает 80 различных форм. Они перечислены в следующих основных категориях (с символом): [25]

Каждое из них они документировали микрофотографиями. [26]

Международная классификация сезонного снега на земле описывает классификацию снежных кристаллов после того, как они оседают на земле, включая форму и размер зерен. Эта система также характеризует снежный покров, поскольку отдельные кристаллы метаморфизируются и сливаются. [27]

Использовать как символ

Снежинка на гербе Лумийоки

Снежинка часто является традиционным сезонным изображением или мотивом, используемым в рождественский сезон , особенно в Европе и Северной Америке. Как христианский праздник, Рождество празднует воплощение Иисуса , который, согласно христианской вере , искупает грехи человечества ; Так, в европейских и североамериканских рождественских традициях снежинки символизируют чистоту. [28] [29] Снежинки также традиционно ассоциируются с погодой « Белого Рождества », которая часто бывает во время святок. [29] В этот период довольно популярно делать бумажные снежинки , складывая лист бумаги несколько раз, вырезая ножницами узор, а затем разворачивая его. [30] [31] Книга Исайи говорит об искуплении грехов, в результате чего они кажутся «белыми, как снег» перед Богом (ср. Исаия 1:18); [29]

Снежинки также часто используются как символы, обозначающие зиму или холод. Например, зимние шины , улучшающие сцепление в суровых зимних условиях, маркируются снежинкой на символе горы. [32] Стилизованная снежинка была частью эмблемы Зимних Олимпийских игр 1968 года , Зимних Олимпийских игр 1972 года , Зимних Олимпийских игр 1984 года , Зимних Олимпийских игр 1988 года , Зимних Олимпийских игр 1998 года и Зимних Олимпийских игр 2002 года . [33] [34]

Три степени Ордена Канады (кавалер, офицер и член соответственно).

Шестиконечная стилизованная шестиугольная снежинка, используемая для Ордена Канады (национальная система чести), стала символом северного наследия и разнообразия канадцев . [35]

В геральдике снежинка — стилизованный заряд . В Юникоде закодированы три разных символа снежинки : «снежинка» в U + 2744 (❄); «плотная тройчатая снежинка» в U + 2745 (❅); и «тяжелая шевронная снежинка» на U + 2746 (❆).

Во времена династии Тан снежинки в поэзии иногда служили символом космической энергии Дао и галактики Млечный Путь . [36]

Галерея

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

Всесторонние фотографические исследования свежих снежинок показывают, что простая симметрия, представленная на фотографиях Бентли, встречается редко. [37]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Найт, К.; Найт, Н. (1973). Снежные кристаллы. Научный американец, том. 228, нет. 1, стр. 100–107.
  2. ^ Хоббс, П.В. 1974. Физика льда. Оксфорд: Кларендон Пресс.
  3. ^ Аб Броуд, Уильям Дж. (20 марта 2007 г.). «Гигантские снежинки размером с фрисби? Могут быть». Нью-Йорк Таймс . Архивировано из оригинала 4 ноября 2011 г. Проверено 12 июля 2009 г.
  4. ^ аб Лоусон, Дженнифер Э. (2001). «Глава 5: Цвета света». Практическая наука: свет, физика (материя) . Портидж и основная пресса. п. 39. ИСБН 978-1-894110-63-1. Архивировано из оригинала 1 января 2014 г. Проверено 28 июня 2009 г.
  5. ^ Кристнер, Брент К.; Моррис, Синди Э.; Форман Кристин М.; Кай, Ронгман и Сэндс, Дэвид К. (2007). «Повсеместное распространение биологических зародышей льда в снегопадах». Наука . 319 (5867): 1214. Бибкод : 2008Sci...319.1214C. CiteSeerX 10.1.1.395.4918 . дои : 10.1126/science.1149757. PMID  18309078. S2CID  39398426. 
  6. ^ «Метеорологический глоссарий: засев облаков» . Американское метеорологическое общество . 26 января 2012 года. Архивировано из оригинала 22 декабря 2015 года . Проверено 5 января 2016 г.
  7. ^ Бэзил Джон Мейсон (1971). Физика облаков. Кларендон. ISBN 978-0-19-851603-3.
  8. ^ abcd М. Клезиус (2007). «Тайна снежинок». Национальная география . 211 (1): 20. ISSN  0027-9358.
  9. ^ Либбрехт, Кеннет Г. (11 сентября 2006 г.). «Путеводитель по снежинкам». Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала 10 июля 2009 г. Проверено 28 июня 2009 г.
  10. ^ аб Джон Роуч (13 февраля 2007 г.). «Исследование показывает, что «нет двух одинаковых снежинок», скорее всего, правда». Национальные географические новости . Архивировано из оригинала 9 января 2010 г. Проверено 14 июля 2009 г.
  11. ^ Либбрехт, Кеннет (зима 2004–2005 гг.). «Наука о снежинках» (PDF) . Американский педагог . Архивировано (PDF) из оригинала 17 сентября 2010 г. Проверено 19 октября 2010 г.
  12. ↑ Олсен, Эрик (16 февраля 2018 г.). «Познакомьтесь с ученым, который делает одинаковые снежинки». Кварц . Проверено 16 февраля 2018 г.
  13. ↑ Нельсон, Джон (15 марта 2011 г.). «Шестикратная природа снега». История снега. Архивировано из оригинала 9 декабря 2017 года.
  14. ↑ Нельсон, Джон (17 марта 2005 г.). «Рост ветвей и боковые разветвления в снежных кристаллах» (PDF) . История Снега. Архивировано (PDF) из оригинала 5 января 2015 года.
  15. ↑ Боханнон, Джон (10 апреля 2013 г.). «ScienceShot: истинная форма снежинок». Наука СЕЙЧАС . Американская ассоциация содействия развитию науки . Архивировано из оригинала 29 октября 2016 года . Проверено 5 января 2016 г.
  16. ^ Смолли, IJ (1963). «Симметрия снежных кристаллов». Природа . 198 (4885): 1080–1081. Бибкод : 1963Natur.198.1080S. дои : 10.1038/1981080b0. S2CID  4186179.
  17. ^ Уоррен, Израиль Перкинс (1863). Снежинки: глава из книги природы. Бостон: Американское общество трактатов. п. 164 . Проверено 25 ноября 2016 г.
  18. ^ Кеннет Г. Либбрехт. «Снежинки-близнецы».
  19. ^ Джон Нельсон (26 сентября 2008 г.). «Происхождение разнообразия падающего снега» (PDF) . Химия и физика атмосферы . 8 (18): 5669–5682. Бибкод : 2008ACP.....8.5669N. дои : 10.5194/acp-8-5669-2008 . Архивировано (PDF) из оригинала 20 ноября 2011 г. Проверено 30 августа 2011 г.
  20. ^ Либбрехт, Кеннет (зима 2004–2005 гг.). «Наука о снежинках» (PDF) . Американский педагог . Архивировано из оригинала (PDF) 28 ноября 2008 г. Проверено 14 июля 2009 г.
  21. ^ Бишоп, Майкл П.; Бьёрнссон, Хельги; Хеберли, Вильфрид; Эрлеманс, Йоханнес; Шредер, Джон Ф.; Трантер, Мартин (2011). Сингх, Виджай П.; Сингх, Пратап; Хариташья, Умеш К. (ред.). Энциклопедия снега, льда и ледников. Springer Science & Business Media. п. 1253. ИСБН 978-90-481-2641-5.
  22. ^ Мэтью Бэйли; Джон Халлетт (2004). «Скорость роста и поведение кристаллов льда при температуре от -20 до -70°С». Журнал атмосферных наук . 61 (5): 514–544. Бибкод : 2004JAtS...61..514B. doi : 10.1175/1520-0469(2004)061<0514:GRAHOI>2.0.CO;2 .
  23. ^ Кеннет Г. Либбрехт (23 октября 2006 г.). «Букварь снежинки». Калифорнийский технологический институт . Архивировано из оригинала 10 июля 2009 г. Проверено 28 июня 2009 г.
  24. ^ Кеннет Г. Либбрехт (январь – февраль 2007 г.). «Образование снежных кристаллов». Американский учёный . 95 (1): 52–59. дои : 10.1511/2007.63.52.
  25. ^ Магоно, Чоджи; Ли, Чон У (1966). «Метеорологическая классификация природных снежных кристаллов». Журнал факультета естественных наук . 7 (изд. Геофизики). Хоккайдо. 3 (4): 321–335. hdl : 2115/8672.
  26. ^ Пруппахер, HR; Клетт, доктор медицинских наук (25 июня 2010 г.). Микрофизика облаков и осадков. Springer Science & Business Media. п. 43. ИСБН 978-0-306-48100-0.
  27. ^ Фирц, К.; Армстронг, РЛ; Дюран, Ю.; Этчеверс, П.; Грин, Э.; и другие. (2009), Международная классификация сезонного снега на земле (PDF) , Технические документы МГП-VII по гидрологии, том. 83, Париж: ЮНЕСКО, с. 80, заархивировано (PDF) из оригинала 29 сентября 2016 г. , получено 25 ноября 2016 г.
  28. ^ Уоллах, Дженнифер Дженсен; Суиндалл, Линдси Р.; Уайз, Майкл Д. (12 февраля 2016 г.). История американской кухни Routledge . Рутледж. п. 223. ИСБН 978-1-317-97522-9.
  29. ^ abc Мостеллер, Энджи (2008). Рождество . Книги Итаски. п. 147. ИСБН 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 Обучение. п. 271. ИСБН 978-1-4018-5630-4.
  33. ^ «Подробнее о Саппоро 1972: Эмблема» . Международный олимпийский комитет . Архивировано из оригинала 9 февраля 2016 г. Проверено 5 января 2016 г.
  34. ^ "Олимпийские игры Солт-Лейк-Сити 2002 - Эмблема" . Международный олимпийский комитет. 2009. Архивировано из оригинала 25 марта 2009 г. Проверено 15 июля 2009 г.
  35. ^ «Канадские награды> Орден Канады> Уровни и знаки отличия» . Генерал-губернатор Канады. 2002.
  36. ^ Шафер, Эдвард Х. (1985). «Снег Мао Шаня: группа даосских изображений». Журнал китайских религий . 13 (1): 107–126. дои : 10.1179/073776985805308211. ISSN  0737-769X – через Taylor & Francisco Online.
  37. ↑ Пилчер, Хелен (17 декабря 2013 г.). «Великая белая ложь: как на самом деле выглядят снежинки». Новый учёный . Проверено 6 июня 2023 г.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы, связанные со снежинками.