Что это — снежинки? как они образуются и из чего состоят?

История изучения снежинок

Учёные давно пытались узнать, что такое снежинки, дать объяснение сложной и гармоничной структуре их строения. Самые первые их рисунки с натуры сделаны швейцарским исследователем Мангусом в 1555 году.

В начале XVII века немецкий учёный Иоганн Кеплер выяснил, что практически все снежинки представляют собой шестиугольные кристаллы. Он издал на эту тему научный труд.

В 1635-1637 годах вопрос о том, что такое снежинки, заинтересовал французского математика Рене Декарта. Он описывал их похожими на лилии, розочки и колёсики с шестью зубцами. Он опубликовал собственные зарисовки, на которых можно увидеть даже снежинки с восемью или двенадцатью зубчиками, встречающиеся в природе весьма редко.

В 1885 году американский учёный Вилсон Бентли впервые сфотографировал под микроскопом снежный кристалл. За почти пятьдесят лет его коллекция составила около 5000 подобных фотографий.

Японец Накая Укитиро – учёный-физик – серьёзно занимался изучением того, как образуются снежинки и почему все они такие разные, в 30-х годах ХХ столетия. Он составил их первую научную классификацию, а также изобрёл механизм для изготовления искусственного снега. Именем этого учёного назван Музей снега и льда, размещённый в Японии на острове Хоккайдо.

В 1955 году россиянин А. Заморский разделил снежинки на девять классов, а также 48 видов. В их числе – «ежи», «иглы», «пластинки», «столбики», «запонки» и другие.

Американец Кеннет Либрехт, живущий в наши дни, составил «Полный справочник снежинок». В его лаборатории кристаллы снега выращиваются искусственно, им даже возможно придать дизайнерскую форму.

От чего зависит форма снежинки?

Основная форма снежинки зависит от температуры, при которой снежинка образуется. Чем выше облако, тем оно холоднее. Выше самых высоких облаков воздух разрежен и постепенно переходит в вечно холодное безвоздушное пространство космоса. Высокие перистые облака, дрейфующие при температурах ниже минус 35 градусов Цельсия, состоят из кристалликов-призм, которые выглядят, как блестящие подвески люстр, сверкающие в лучах солнца.

Кристаллы различной формы образуются при разной температуре. Если температура в облаке в пределах от минус 3 до 0 градусов Цельсия, то образуются плоские шестиугольники, от минус 5 до минус 3 градусов Цельсия формируются игольчатые кристаллы, от минус 8 до минус 5 граду сов Цельсия образуются столбики – призмы, от минус 12 до минус 8 градусов Цельсия вновь появляются плоские шестиугольники, от минус 16 до минус 12 градусов Цельсия возникают первые звездчатые снежинки. При дальнейшем снижении температуры образуются снежинки всех типов.

Кристаллы-столбики, образующиеся в холодных облаках высоко над землей при очень низких температурах, падают на грунт сквозь более теплые облака, при этом на концах могут вырасти звездочки. Так же как историю путешествия градины можно выяснить по ее кольцам, так форма снежинки — это естественная запись ее маршрута по разным облакам с различной температурой. Каждая снежинка неповторима, со своей великолепной конструкцией, единственная во всем мире. Посмотрите на снежинку, и вы увидите сложную фигуру, где внутри одной звездочки находятся другие кристаллы.

Зависимость формы снежинок от температуры и влажности

По мере того как снежинка растет, она становится тяжелее и падает на землю, при этом ее форма изменяется. Если снежинка при падении вращается, как волчок, то ее форма идеально симметрична. Если же она падает боком или иначе, то и форма ее будет несимметричной. Падающие кристаллы слипаются, формируясь в снежные хлопья. В каждой такой крупной снежинке содержится от 2 до 200 снежных кристаллов.

Если воздух под облаками прогрет до температуры выше 0 градусов Цельсия, снежинки могут во время падения растаять, тогда выпадает обычный дождь.  Действительно, дождь часто начинается со снегопада. Но если температура у поверхности земли ниже 0 градусов Цельсия, то снежинки благополучно долетают до земли, одевая ее в белые одежды. На земле снежинки постепенно теряют изящную форму, становятся круглыми, лишаются своей живописности. Поэтому если вы хотите полюбоваться снежинками во всей их красе, то собирайте их во время снегопада на темную материю или на варежку.

Разнообразие снежинок

На то, как образуются снежинки и как они растут, влияет неисчислимое множество факторов. Самый существенный из них – чередование температуры воздуха в разных слоях атмосферы, которые кристалликам снега доводится миновать.

В воздухе снежинки непрерывно меняются. В холодных зонах рост кристалликов ускоряется, они значительно вырастают в длину. Там, где царит более тёплый воздух, их «лучи» практически не удлиняются, зато начинают расти вширь. Зная о том, что такое снежинки, можно без труда объяснить, почему в зависимости от погодных условий в конкретной местности обычно выпадает характерный для неё тип снега.

Так, в Прибалтике и центральной части России в безветренную погоду снег часто идёт в виде крупных «пушистых» хлопьев, имеющих сложную разветвлённую форму. При сильных порывах ветра и низкой температуре снежинки сталкиваются друг с другом, крошатся и в виде мелких обломков падают вниз. Если ударят сорокаградусные холода, зарождающиеся ледяные кристаллики укроют землю «алмазной пылью». А в центре Якутии в морозную погоду часто выпадают тоненькие «иголки» изо льда.

Описание основных видов снежинок

• Звездчатые дендриты — это кристаллы, которые отличаются ветвящейся, древовидной структурой. У них 6 основных веток, расположенных симметрично, и много ответвлений, размещенных хаотично. Размер таких образований, как правило, в диаметре составляет 5 мм, а их толщина — 0,1 мм. Это говорит о том, что такие снежинки тонкие и плоские.
• Столбики — это наиболее распространенная форма снежинок, которая еще называется колонной. Такие полые трубочки могут иметь форму шестигранника, как карандаш, заостренный на конце.
• Пластинки состоят из множества ледяных ребер, которые делят снежинку на сектора. Такие образования тоже очень тонкие и плоские.
• Иглы представляют собой столбчатые кристаллы, которые вырастают тонкими и длинными. Иногда внутри они бывают полыми, а иногда могут расщепляться на несколько веток.

• Столбцы с наконечником отличаются столбчатой формой, но под воздействием различных факторов могут превращаться в тонкие пластинки, особенно если их занесет в зону, где преобладает иная температура.
• Пространственные дендриты — это спрессованные или сросшиеся столбчатые кристаллы, которые образовали объемную структуру. При этом каждое ответвление располагается в отдельной плоскости.
• Снежинки неправильной формы — это кристаллы, которые за время полета пережили немало «приключений». Например, их могло занести в турбулентную зону, где они могли утратить часть веток или совсем разломаться. Такие снежинки можно увидеть при сильном ветре в мокром снегу.

Как образуются снежинки

Снежинка образуется тогда, когда крошечная пыль вступает в контакт с водяным паром. Водяной пар покрывает частицу пыли и замерзает. Из этого крошечного ледяного кристалла и вырастает снежинка. Как она будет расти зависит от многих условий: температуры, влажности и давления. Например, в сухую и холодную погоду снежинки растут в высоту. Так как внешние условия у каждой снежинки разные, то и форма у всех тоже разная. Вот почему нет в природе одинаковых снежинок. Все они отличаются.

Самая распространенная форма снежинки – шестиугольная. Она образуется при температуре от -3 до 0 градусов по Цельсию. Если температура составляет от -5 до -3, то получается игольчатая снежинка. Столбики-призмы возникают при температуре от -8 до -5, а от -12 до -8 получается снова шестиугольная плоская форма снежинки. Если температура понижается ниже -12, то снежинка может получиться совершенно различной формы.

Виды снегопадов

Снег характеризуется разнообразными параметрами: толщиной покрова, количеством в нём воды, рассыпчатостью и т. д. Кроме типичных, существуют особые снегопады, связанные с внетропическими циклонами, озёрами и горной местностью.

Внетропические циклоны, свойственные в Северном полушарии для Западной Европы, Канады и Гренландии, могут создать экстремальные условия, когда идут проливной дождь и обильный снег при ветре, превышающем 119 км/ч. Полоса осаждения, которая связана с их тёплым фронтом, часто обширна, вызвана слабым восходящим движением воздуха над фронтальной границей; влага конденсируется, когда остывает и создает осадки, формируя полосу слоисто-дождевых облаков. В холодном секторе, по направлению к полюсу и к западу от центра циклона, малые или средние полосы выпадения снега обычно имеют ширину от 32 до 80 км. Эти полосы связаны с областями фронтогенеза циклона, или зонами температурного контраста.

Часто приходящий с циклонами холодный воздух может приводить к эффектам полос выпадения снега над большими водоёмами: крупные озера эффективно аккумулируют тепло, что приводит к значительной разнице температур (более 13 °C) между поверхностью воды и воздухом выше, из-за этой разности температур, тепло и влага перемещаются вверх, уплотняясь в вертикально ориентированных облаках, которые производят снег. Чем сильнее понижение температуры с высотой, тем гуще образующиеся облака и интенсивней снегопады.

В горных районах сильные снегопады идут, когда воздух вынужден подниматься в горы и, охлаждаясь, отдавать лишнюю атмосферную влагу, выпадающую в холодных условиях высокогорий на их наветренных склонах в виде снега. Из-за особенностей горного ландшафта прогнозирование сильных снегопадов остается здесь серьёзной проблемой.

История изучения снежинок

Учёные давно пытались узнать, что такое снежинки, дать объяснение сложной и гармоничной структуре их строения. Самые первые их рисунки с натуры сделаны швейцарским исследователем Мангусом в 1555 году.

В начале XVII века немецкий учёный Иоганн Кеплер выяснил, что практически все снежинки представляют собой шестиугольные кристаллы. Он издал на эту тему научный труд.

В 1635-1637 годах вопрос о том, что такое снежинки, заинтересовал французского математика Рене Декарта. Он описывал их похожими на лилии, розочки и колёсики с шестью зубцами. Он опубликовал собственные зарисовки, на которых можно увидеть даже снежинки с восемью или двенадцатью зубчиками, встречающиеся в природе весьма редко.

В 1885 году американский учёный Вилсон Бентли впервые сфотографировал под микроскопом снежный кристалл. За почти пятьдесят лет его коллекция составила около 5000 подобных фотографий.

Японец Накая Укитиро – учёный-физик – серьёзно занимался изучением того, как образуются снежинки и почему все они такие разные, в 30-х годах ХХ столетия. Он составил их первую научную классификацию, а также изобрёл механизм для изготовления искусственного снега. Именем этого учёного назван Музей снега и льда, размещённый в Японии на острове Хоккайдо.

В 1955 году россиянин А. Заморский разделил снежинки на девять классов, а также 48 видов. В их числе – «ежи», «иглы», «пластинки», «столбики», «запонки» и другие.

Американец Кеннет Либрехт, живущий в наши дни, составил «Полный справочник снежинок». В его лаборатории кристаллы снега выращиваются искусственно, им даже возможно придать дизайнерскую форму.

Почему снежинки разные?

Вопросом о том, почему ледяные кристаллы падают с неба разной формы, всегда был интересен для учёных. Первым, кто задумался об их структуре, был немецкий астроном Кеплер. Он удивлялся, почему с неба не падает пятиугольных или семиугольных снежинок.

Французский математик Декарт впервые сделал подробное описание, как могут выглядеть ледяные кристаллы, и разделил их на группы. В его работах упомянуты редкие формы.

Когда изобрели микроскоп, физик из Англии Гук опубликовал графические изображения снежинок, показав все уникальные замысловатые узоры чуда природы.

Российскому фотографу Сигсону удалось даже сделать фото около двухсот самых разных снежинок. Но настоящим снежным пионером фотографии стал американец Бентли, который за свою жизнь сделал 5000 снимков, из них 2500 вошли в книгу «Снежные кристаллы».

Физик из Японии Накайя научился растить снежинки в лаборатории. Он их поэтически называл письмами с небес.

В результате работы учёных из разных стран стало понятно, что

• в природе не существует другой формы снежинок, кроме шестиугольной,
• вид зависит от того, в какой среде рождается ледяной кристаллик,
• среди факторов, влияющих на форму, – температура воздуха и влажность,
• самые простые узоры появляются при не очень влажном воздухе,
• чем выше процент влажности и температура воздуха, тем сложнее и красивее получается снежинка.
• угол между лучами может быть либо 60, либо 120 градусов.

Известные имена в изучении снежинок

Иоганн Кеплер. В 1611 году он издал трактат «О шестиугольных снежинках», в которых рассматривал снежинки с точки зрения геометрии.

Рене Декарт. Французский философ, математик и естествоиспытатель, написавший этюд в 1635 году. Позднее этот этюд был включен в книгу «Опыт о метеорах».

Уилсон Бентли. В 1885 году ему удалось сделать удачную фотографию снежинки под микроскопом. В течении 46 лет он фотографировал и сделал свыше 5 000 фотографий. Именно на основе его фотографий был сделан вывод о том, что не существует одинаковых снежинок.

Кеннет Либрехт. Свои исследования снежинок профессор физики Калифорнийского технологического университета начал в 2001 году. В его лаборатории снежинки выращиваются искусственно.

Подписи к слайдам:

Слайд 1

Сафронов Алексей Александрович Научный руководитель Сафронова Марина Васильевна МБОУ ООШ с. Нарышкино «К а к р о ж д а ю т с я с н е ж и н к и ?»

Слайд 2

Снег — это много, очень много красивых снежинок. В тёплых ладошках снежинки тают и превращаются в капельки воды.

Слайд 3

Я сам попробовал заморозить в холодильнике водяные капельки, но снежинки у меня не получились. Мне очень захотелось узнать, как же тогда образуются снежинки.

Слайд 4

Цель моей работы: Узнать: 1.Как образуются снежинки? 2.Как выглядят снежинки? 3.Встречаются ли одинаковые снежинки?

Слайд 5

Методы исследования: 1.Изучение литературы о снежинках. 2.Наблюдение за снежинками. 3.Анкетирование учащихся и родителей .

Слайд 6

Из литературы я узнал, что раньше люди, как и я, думали, что снег — это замёрзшие капельки воды. Тайна рождения снежинок была разгадана совсем не так давно.

Слайд 7

Схема рождения снежинки Водяные пары поднимаются высоко над землёй, туда, где очень холодно. И там сразу же из водяных паров (а не из капелек воды) образуются крохотные льдинки — шестиугольные кристаллики. Дальше этот кристаллик начинает расти. У него могут начать расти лучи, или у этих лучей начинают появляться отростки, или — наоборот, снежинка начинает расти в толщину .

Слайд 8

Схема рождения снежинки В одной снежинке содержится от 2 до 200 отдельных снежных кристаллов. Как именно в данный момент будет расти снежинка, зависит от текущих условий вокруг снежинки: влажность, температура, давление, форма снежинки.

Слайд 9

Снежинки разделены на 10 больших классов

Слайд 10

Я попросил ребят из класса понаблюдать за снежинками, рассмотреть их форму и попытаться найти одинаковые.

Слайд 11

Ученые утверждают, что никакие законы природы не мешают снежинкам повторять друг друга. Однако, двух одинаковых снежинок никто из моих одноклассников не встречал.

Слайд 12

Снежинка — очень нежное, капризное создание. Малейшее изменение температуры, ветра или влажности влияет на ее размер и «телосложение».

Слайд 13

Каждая снежинка неповторима, со своей великолепной конструкцией, единственная во всем мире. Посмотрите на снежинку, и вы увидите сложную фигуру, где внутри одной звездочки находятся другие кристаллы.

Слайд 14

1.Вы считаете, что все снежинки одинаковые? А) да; В) нет. 2. Сколько граней у снежинок? А) шесть ; Б) четыре; В) восемь; Г) все варианты правильны. 3.Из предложенных вариантов выберите несуществующую форму снежинок А) иглы; Б) столбики; В) звезды; Г) ромбики. Анкета

Слайд 15

В опросе участвовали: учащиеся 3 класса – 4 человека, родители учащихся 3 класса – 5 человек

Слайд 18

Анкетирование показало, что почти всем учащимся и родителям известно, что одинаковых снежинок не бывает, но не все из них знают, сколько граней у снежинок, какие формы снежинок существуют.

Слайд 19

Выводы: 1. Снежные кристаллы образуются в холодных облаках высоко над землей из водяных паров. Кристаллик всё время увеличивается и становится красивой снежинкой. 2. Так как два кристаллика не могут соединиться углом, они всегда присоединяются друг к другу гранью. Форм снежинок огромное количество, и все они не «идеальны». Единственная их общность — подчинение «закону шестигранности». 3. Двух одинаковых снежинок не бывает. Малейшие изменения температуры, ветра или влажности влияют на размер и форму снежинки. 4. Знакомство с данным проектом поможет взрослым и детям получить сведения об образовании, формах и классификации снежинок.

Слайд 20

Спасибо за внимание!

Мифы и предания о снеге

«В области, лежащей ещё дальше к северу от земли скифов, — говорит Геродот, — как передают, нельзя ничего видеть, и туда невозможно проникнуть из-за летающих перьев. И действительно, земля и воздух там полны перьев, а это-то и мешает зрению».

В южнославянском фольклоре широко известна легенда о снеге, который белизной и рыхлостью напоминал смолотое зерно, в нём видели падающую с неба муку (Афанасьев 1994/1: 290). Этот мотив отразился в легендах «Когда Господь ходил по земле» и «Грешная женщина», а также в поверье, записанном в области Велеса в Македонии «Почему не падает с неба мука». В них рассказывается о том, что мука перестала падать с неба как снег, потому что одна женщина вытерла нечистоты ребёнка куском теста (Георгиева 1990: 34, 116).

Заснеженный лес в Архангельской области

Существует городская легенда о том, что количество слов для обозначения различных видов снега чрезвычайно велико у эскимосов. В эвенкийском языке существует 30 слов для обозначения снега. В частности русско-эвенкийский словарь выделяет отдельными терминами «первый пушистый снег», «первый мокрый снег», «зернистый снег на поверхности наста» и другие.

«Страна Снегов» — поэтическое самоназвание Тибета.

Снег на других планетах и спутниках

На Марсе выпадает как привычный нам снег, так и снег из твёрдой углекислоты (помимо постоянных полярных шапок из обычного льда, на Марсе регулярно образуются сезонные шапки из углекислотного, более известного как «сухой» лёд).

На Титане, спутнике Сатурна, метан, обычно выпадающий в виде дождя, в холодных областях выпадает в виде снега (подобно тому, как это на Земле происходит с водой).

Тритон, спутник Нептуна, большей частью покрыт слоем снега, что делает его довольно ярким (он отражает около 85 % света). Снег Тритона состоит из замёрзших азота, воды, углекислого газа, небольших примесей угарного газа, метана и этана. Он имеет розовый оттенок, который ему придают более сложные соединения, образующиеся из метана и азота под действием ультрафиолетового излучения и космических лучей. Толщина слоя снега и льда вблизи полюсов Тритона, вероятно, достигает сотен метров.