Що таке сніг, звідки береться і чому він білий, а не прозорий

Усе, що потрібно знати про сніг: як утворюється, чим відрізняється, і чому іноді не тане.

Що таке сніг

Сніг — це особливий вид опадів, що випадає у вигляді крижаних кристалів. Він утворюється за температури повітря нижче нуля та умов достатньої вологості. Коли водяна пара замерзає, формуються найдрібніші кристали, зібрані в снігові грудки. На поверхню землі вони осідають, якщо температура залишається досить низькою для того, щоб вони не розтанули. Щороку на Землю випадає цілий септильйон сніжинок: 1024, або 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000.

У холодних місцях нашої планети, наприклад у Сибіру, або Гренландії, сніг випадає і зберігається протягом довгих місяців. Проте велика частина жителів Землі ніколи не бачила снігу. Для них його несподівана поява стає грандіозною подією.

Утворюються сніжинки з найдрібніших крапель, які притягують до себе частинки пилу і заледеніють. Що цікаво, початковий розмір сніжинок мікроскопічний — не більш як 0,1 міліметра в діаметрі, але в процесі опускання вони обростають новими кристалами — це крапельки вологи, які ширяють у повітрі та злипаються. Тому можна сказати, що рости вміють не тільки кучугури, а й самі сніжинки.

Вага сніжинок мізерно мала, але в конгломераті вони набагато важчі, ніж може здатися, на перший погляд. Так, якщо сніг сантиметровим шаром покриє територію площею 1 гектар, у перерахунку на рідину це буде близько 30 кубометрів води. Це приблизно місяць активного використання води з купанням, миттям посуду, прибиранням і приготуванням їжі сім’ї з шістьох осіб, цілий 28-метровий басейн або 2,5 місяці активного поливу дачних 6 соток.

З чого складається сніг

В основі кожної сніжинки — молекули води, що з’єднуються в складну кристалічну решітку. Але з води сніжинки складаються лише на 5%, все інше — це повітря. Чистий сніг може бути абсолютно прозорим, але зазвичай сніжинки захоплюють в атмосферних шарах й інші найдрібніші частинки. В основному це:

• Пил, зокрема космічний і вулканічний, і мінеральні частинки – вони впливають на колір снігу, особливо поблизу моря або в промислових регіонах, де сніг може бути злегка сірим або коричневим.
• Мікроорганізми — зустрічаються в засніжених зонах земної кулі. Деякі води, наприклад, роблять сніг червоним. Таке явище називають «кавуновий сніг».

Який буває сніг

Сніг, здавалося б, звичайне явище, але його різноманітність буквально приголомшує. Тип снігу залежить від зовнішніх факторів: температури, вологості атмосфери, вітру, висоти над рівнем моря, а також мікроскопічних частинок, навколо яких обертаються кристали. Різні види снігу трапляються в певних регіонах і кліматичних умовах, знання їхніх властивостей допомагає розуміти процеси, що відбуваються в атмосфері. Розрізняють окремі види, типи снігу та конфігурації сніжинок.

Сухий сніг

Сухий сніг являє собою легкі, пухкі кристали, які легко розлітаються під час зіткнення. Він утворюється за низької температури (зазвичай нижче -10 °C) і низької вологості. Частинки сухого снігу мають чіткі краї, оскільки замерзають майже миттєво, не встигаючи розчинитися і злежатися.

Такий тип снігу часто зустрічається в північних регіонах Росії, наприклад, в Якутії. У цих місцях взимку підтримується стабільна температура, повітря сухе. В Якутії, наприклад, зима триває до 7 місяців на рік, середня температура може досягати -30°C, що ідеально для утворення сухого снігу.

Мокрий сніг

Мокрий сніг — важкий і липкий, легко злежується. Він випадає за температури близько 0 °C, коли кристали снігу починають частково плавитися, але ще залишаються замерзлими. Мокрий сніг легко ліпиться і чудово підходить для створення снігових фігурок.

Мокрий сніг характерний для помірних широт.. Коли в зимові місяці температура часто коливається близько нуля, через що випадає саме мокрий сніг. В Японії, особливо на острові Хоккайдо, також випадає багато мокрого снігу, який формує знамениті снігові нашарування в гірських районах.

Пухнастий сніг (лапатий)

Пухнастий сніг утворюється за легких морозів (від -5 °C до -10 °C) і високого рівня вологості. Його кристали великі, нагадують «зірочки» і легко накопичуються один на одному, утворюючи м’яку, майже повітряну оболонку.

Лапатий сніг можна знайти у Вашингтоні, на Алясці, а також у гірських регіонах Швейцарії та Франції, Італії. У містах України пухнастий сніг часто випадає на початку зими, коли температура ще не надто висока.

Снігова крупа

Снігова крупа — це дрібні круглі кристали, з’єднані в кульки, які утворюються під час падіння кристалів через шар теплого вологого повітря, де вони частково плавляться, а потім повертаються назад до холодного шару і застигають. Така структура надає крупі особливої легкості та крихкості.

Снігова крупа випадає за температури близько -5 °C і частіше зустрічається в гірських регіонах або на прибережних територіях, де тепле повітря може чергуватися з холодним. Наприклад, снігова крупа характерна для західного узбережжя Канади та США, таких міст як Ванкувер або Сіетл, де зима не завжди холодна, а теплі маси повітря часто утворюють опади у вигляді круп.

Пластівці

Пластівці — великі, пухнасті сніжинки, складаються в основному із зіркоподібних кристалів і можуть досягати декількох сантиметрів у діаметрі. Часто трапляються в умовах слабкого вітру та помірної вологості. Під час відлиги, а також у процесі зливових дощів можуть досягати особливо великих розмірів.

Наст

Наст — це щільний шар снігу, що утворюється після часткового танення і внаслідок замерзання поверхні снігового покриву. Наст зазвичай виникає після відлиги, коли сонячні промені прогрівають верхній шар снігу, а потім температура знову падає, і цей шар замерзає, утворюючи кірку.

Наст рідко зустрічається в лісах і на полях середньої смуги України, а також часто у північних країнах, таких як Швеція і Фінляндія. У Сибіру наст спостерігається навесні, коли сонячні промені стають інтенсивнішими. В Альпах цей вид снігу є небезпечним фактором, оскільки збільшує ризик сходження лавин. У містах він теж приносить дискомфорт, вважається небезпечним для пересування, бо може порізати ноги в невисокому взутті та приховувати під собою крижану слизьку кірку, яка виникла раніше через перепади температури.

Фірн

Фірн — старий сніг, що зазнав кілька циклів замерзання і танення. Він менш щільний, ніж лід, але значно міцніший за свіжий сніг. Фірн частіше зустрічається у високогірних районах і на льодовиках, де сніг ніколи повністю не тане, а з часом ущільнюється.

Фірновий сніг характерний для льодовиків Антарктиди, Гренландії та гірських районів Альп і Гімалаїв. Наприклад, у швейцарських Альпах старий сніг утворює багатошарові «чохли», які потім перетворюються на щільний глетчерний лід.

Глетчерний сніг

Глетчерний сніг — це багаторічний ущільнений сніг, який під тиском і нових шарів перетворюється на лід. Глетчерний сніг має щільну та однорідну структуру, через що більш стійкий до танення.

Такі снігові покриви можна знайти в Антарктиді, на Алясці, а також у високих горах, наприклад, у Гімалаях та Андаху. В Антарктиді лід може переміщатися на кілька кілометрів, середній шар глетчерного снігу повільно зміщується до океану, утворюючи айсберги.

Паковий сніг

Пак — це багатошаровий полярний сніг, що злежався в крижані велетенські брили завтовшки три метри та більше, що вже пройшов понад два цикли літнього сезонного танення та перетворився на крижані поля.

Хоча зустрічається пак здебільшого на морських узбережжях, але практично повністю опріснений. Має виражений блакитний колір.

Переважно побачити його можна в зонах Арктики і таких морях, як Чукотське, Гренландське, Східносибірське і в протоках Канадського Арктичного архіпелагу, куди потрапляють дрейфуючі льоди. Причому вони можуть бути настільки величезними, що на них облаштовують дрейфуючі наукові станції, які пересуваються природним чином по ходу руху крижини.

Алмазний сніг

Алмазний сніг – це дрібні, блискучі кристали, які утворюються в умовах дуже низьких температур і високих атмосферних тисків. Часто випадає в ясну морозну погоду, коли відбувається поступова кристалізація вологи з повітря.

Алмазний сніг можна побачити в умовах екстремальних холодів, наприклад, в Антарктиді або в північних районах Канади та Сибіру. В Якутії такі явища особливо яскраві в зимові ночі за температури нижче -40 °C, коли повітря насичене найдрібнішими кристалами льоду, що виблискують у світлі місяців або вуличних ліхтарів.

Кавуновий сніг

Кавуновий сніг – це унікальне явище, його можна зустріти на високогірних вершинах і тільки навесні та влітку, коли шар снігу трохи підтає зсередини. З боку здається, що гори починають кровоточити. Першим про кривавий сніг згадав ще Арістотель, а перші проби були взяті в Гренландії лише 1818 року, завдяки експедиції капітана Джона Росса. Тоді дійшли висновку, що сніг забарвили частинки гірських порід і ґрунту.

Шотландський ботанік Роберт Браун висунув іншу версію – про частинки водоростей, які потрапили в атмосферу і потім випали у вигляді снігу. Через століття цей здогад підтвердився. Через мікроскоп вдалося розгледіти частинки водоростей. Червоний пігмент відтоді назвали сніговою хламідомонадою. Кавуновим такий сніг називають не тільки через колір, а й специфічний аромат, який виділяють активовані сонцем водорості. Найчастіше це явище можна зустріти на гірських схилах Сьєрра Невади.

Унікальні снігові умови в різних куточках світу

• Росія: У північних регіонах Росії, таких як Якутія і Сибір, зима триває понад шість місяців, і снігу випадає особливо багато. У цих регіонах сніг зберігається навіть наприкінці травня. Наприклад, у Якутську можна спостерігати алмазний сніг за температури нижче -40°С.
• Японія: На острові Хоккайдо і в префектурі Ніїгата в Японії випадає величезна кількість мокрого снігу через унікальне поєднання морського клімату і гірських хребтів. Японські «снігові стіни» часто бувають заввишки до 20 метрів.
• Саудівська Аравія: У деяких пустельних регіонах, наприклад, на півночі країни, взимку можливі снігопади. У 2021 році сніг випав і викликав ажіотаж серед місцевих жителів.
• Антарктида: Попри розташування, тут випадає мало снігу через низьку вологість, проте будь-який сніг, що випав, практично не тане і поступово ущільнюється, утворюючи глетчери.

Звідки береться сніг

Перетворення водяної пари на снігові кристали відбувається через кілька етапів.
Формування снігу починається з підйому вологи в холодніші шари атмосфери, де вона замерзає. Перетворення водяної пари на снігові кристали відбувається через кілька етапів:

1. Випаровування і підйом – волога випаровується і піднімається вгору, поки не досягне холодного шару атмосфери.
2. Конденсація – під час охолодження водяна пара конденсується, утворюючи найдрібніші краплі, а потім замерзає.
3. Кристалізація – виникнення крижаних кристалів, які при з’єднанні перетворюються на сніжинки. Снігові пластівці падають на землю, коли стають занадто важкими для утримання в повітрі.

Основні форми сніжинок і температурні умови їх формування

 

Найбільші сніжинки та рекорди: Сніжинки в середньому мають діаметр від 1 до 5 міліметрів. Однак у деяких умовах можуть утворюватися набагато більші кристали. Рекордні снігові пластівці були зафіксовані в Монтані 1887 року – їхній діаметр сягав 38 см!

Голки

Голки – це довгі тонкі кристали, які утворюються за температури близько -2 °C. За такої температури кристали мають витягнуту форму і можуть рости, як «голки», схожі на мініатюрні бурульки. Такі сніжинки часто падають у вигляді дрібного снігу або кристалів, які швидко ущільнюються і зберігають пухку снігову масу.

Плоскі шестипроменеві зірки

Плоскі зірки, або «зірчасті» сніжинки, утворюються за температури приблизно від -12°C до -16°C. Це одна з найвідоміших і найсиметричніших форм сніжинок, що складається з шести променів із розгалуженими структурами. У цих умовах водяна пара швидко замерзає на гранях кристалів, утворюючи розгалужені промені. Найчастіше саме такі сніжинки малюють на ілюстраціях і в декораціях, бо виглядають вони як класичні «сніжинки».

Дендритні кристали

За температури -12°C і високої вологості утворюються дендритні сніжинки з довгими гіллястими структурами. Це одні з найбільших сніжинок, їхній діаметр може сягати майже сантиметра. Що вища вологість, то сильніше розгалуження країв кристалів, оскільки молекули води швидше замерзають, добудовуючи сніжинки. Вони створюють пухнастий сніг, який м’яко падає на землю і часто зберігає свою форму під час падіння.

Стовпчики

Стовпчики або шестигранні призми з’являються за температури близько -5 °C. Це невеликі подовжені кристали, схожі на короткі, товсті стовпчики. Вони формуються, коли молекули води замерзають, шикуючись у шестигранну форму, але не розширюються з боків, як це відбувається у зірчастих сніжинок. Снігові призми створюють щільний і гладкий сніговий покрив.

Пластинки та тонкі диски

Плоскі пластинки обробляються за температури від -10 °C до -20 °C і низької вологості. На відміну від зірок, вони мають простішу форму — тонкі, майже гладкі. Коли пластинки падають, вони прикривають поверхню щільним шаром. В умовах низької вологості мають мінімальні розгалуження і виглядають як рівні шестикутники.

Сектори та колони

Колони — це форма, що являє собою порожнисті або суцільні колони з шестикутними гранями. Вони розвиваються за температури від -3 °C до -5 °C. При цьому внутрішня частина стовпчика не піддається кристалізації, тоді як зовнішні межі тверднуть.

Фактори, що впливають на форму сніжинок

Загалом, сніжинки залежать від певних атмосферних явищ, головним чином від температури і рівня вологості, що визначають їхню форму і розміри
Кожен кристал унікальний, і їхня структура може істотно змінюватися залежно від умов. Загалом, сніжинки залежать від певних атмосферних явищ, головним чином від температури та рівня вологості, що визначають їхню форму та розміри.

Температура

Основний фактор, що впливає на форму і розмір сніжинок, — це температура, за якої вони формуються. Під час підвищення або зниження температури молекули води замерзають із різною швидкістю і по-різному кристалізуються, що впливає на форму кожного кристала. Наприклад, за температури -2°C утворюються голчасті кристали, а за -15°C – шестипроменеві зірки з красивими візерунками.

Вологість повітря

Висока вологість сприяє утворенню складних, розгалужених структур, таких як дендритні кристали. У разі потрапляння вологи сніжинки набувають простіших форм, таких як шестигранні пластинки. Що вищий вміст водяної пари, то щільнішою стає структура сніжинки, оскільки додаткові молекули води створюють гіллясті візерунки.

Тиск і швидкість підйому повітря

Тиск і швидкість підйому повітря впливають на форму і розмір сніжинок, оскільки за вищих швидкостей молекули води з’єднуються швидше, утворюючи щільніші кристали. Наприклад, за інтенсивних висхідних потоків повітря, як це буває в снігових бурях, сніжинки набувають більших розмірів і складної структури.

Висота формування

Залежно від висоти снігові кристали зустрічаються в різних формах. На великій висоті температура і вологість можуть бути дуже низькими, тому сніжинки перетворюються на прості шестигранні пластинки. На менших висотах, де температура вища, можливі складні форми, такі як дендрити або великі зірки.

Швидкість кристалізації

Сніжинки, що утворюються під час повільної кристалізації, зазвичай мають складнішу форму, тому що вони можуть рости протягом більш тривалого часу. Швидке охолодження призводить до утворення простих і симетричних структур.

Навіщо потрібен сніг

Важливість снігу серед усіх видів опадів сильно недооцінена. Він зіграв чи не найважливішу роль у біологічному розвитку нашої планети. Якби сніги не охолодили багато мільйонів років тому Землю, ще не відомо, чи можливе було на ній життя. У період Землі-сніжка, 720-635 млн років тому, навіть на екваторі була крига та умови були порівнянні з сучасною Антарктидою. Зате потім, під час потепління, у бурхливий ріст пішли спочатку ціанобактерії, а потім стався Кембрійський вибух. Без льодовикового періоду Земля могла залишитися безлюдною гарячою планетою на кшталт Венери.

Сніг і далі відіграє важливу роль в екосистемах і кліматі. Його чотири основні функції:

1. Джерело вологи — навесні сніг, що тане навесні, живить ґрунт водою.
2. Утеплення — захист коренів рослин і ґрунту від промерзання.
3. Регулятор температури — сніговий покрив відбиває сонячні промені, запобігаючи перегріванню.
4. Середовище для організмів, що зимують, — під снігом мешкають комахи та дрібні тварини.

Види снігу залежно від механізму випадання

Тут теж є відмінності. Залежно від механізму випадання снігу він буває:

Облоговий

Облоговий сніг — це тип снігу, який випадає при тривалих холодних циклічних процесах. Зазвичай такий сніг опускається у вигляді м’якого, рівного шару, який закриває землю без сильних поривів вітру. Це характерно для регіонів, де спостерігаються тривалі та рясні снігопади. Такий сніг може утворюватися в процесі стійких температурних умов, коли холодне повітря сприяє снігопаду протягом кількох днів.

Особливості облогового снігу:

• сніг випадає рівномірно і поступово;
• шар снігу може бути досить товстим;
• зазвичай він випадає в умовах слабо виражених атмосферних фронтів, коли снігопади не мають різких перепадів температури або тиску.

У Швеції облогові снігопади часто трапляються в Емтланді та Вестерботтені. Вони починаються з легкого сніжку, який поступово посилюється і може тривати до трьох днів. Температура при цьому зазвичай тримається близько -5°C, що сприяє утворенню щільного, але не мокрого снігового покриву.

Зливовий

Зливовий сніг випадає інтенсивно в короткому проміжку часу, що супроводжується сильним вітром і бурею. Зливові снігопади можуть бути дуже потужними, при цьому сніг випадає великими пластівцями, і може призводити до ускладнень пересування автомобілів і пішоходів. Це типовий сніг для регіонів, де поширюються активні атмосферні фронти, часто з сильними вітрами.

Особливості зливового снігу:

• сніг випадає дуже інтенсивно протягом короткого часу;
• супроводжується значним вітром, іноді хуртовиною;
• часто призводить до швидкого збирання шару снігу на землі, що створює небезпеку для руху людей.

Зливові снігопади часто бувають у горах Японії та північних регіонах США, де сильні зимові бурі обрушуються протягом кількох годин, утворюючи величезні снігові маси.

Снігова мряка

Снігова мряка — це тип снігу, коли опади випадають у вигляді дрібних сніжинок, які швидко тануть під час падіння. Така форма снігу нагадує дощ, тільки це водянисті краплі, вони перетворюються на сніжинки просто в повітрі. Снігова мряка часто буває в умовах, коли температура близька до нуля, або в перехідний період між дощем і снігом.

Особливості снігової мряки:

• випадання снігу відбувається у вигляді дрібних сніжинок або порошинок;
• снігопад не дає значного шару снігу, часто утворюючи лише легкі опади;
• часто спостерігається у вологу погоду за температури близько нуля.

Снігова мряка характерна для прибережних районів із помірним кліматом, як-от західна частина Європи, наприклад, Велика Британія, або в районі Чорного моря, де температура рідко опускається нижче 0°C.

Чому сніг білий

Білий колір снігу проявляється заломленням і відбиттям світла всередині кристалів льоду. Поруч повітряні проміжки між кристалами змушують світло багаторазово заломлюватися і розсіюватися. Кожен кристал окремо прозорий, але в масиві вони стають білими.

Це спектральне явище вчений-фізик Кеннет Ліббрехт, який багато років вивчав структуру, форми та властивості кристалів снігу, пояснив так: при великій концентрації сніжинок, світло проходить багаторазове заломлення від кристалів, внаслідок чого не поглинається, а відбивається. Це і сприймається людським зором як білий колір. Схожа історія з кольором шерсті білого ведмедя.

А ось у масивних брилах льоду сніг має синюватий відтінок, оскільки саме синій колір відбивається активніше за інші в спектрі. Тут ми розповідали, чому айсберги не тільки білі.

Чи можна їсти сніг?

Теоретично сніг їстівний, але не завжди безпечний. Сніг — це замерзла вода, і якщо вона не забруднена, її можна вживати. Однак важливо враховувати, що сніг, який випадає поблизу населених пунктів або промислової зони, може містити в собі різні забруднювачі — пил, сажу, кіптяву, вихлопні гази, важкі метали та інші шкідливі речовини, які вбирають у себе сніжинки.

Питне використання снігу має сенс тільки в тому разі, якщо сніг знаходиться в місці, де немає забруднень. Наприклад, у високогірних регіонах або в Антарктиді сніг досить чистий для того, щоб його можна було використовувати як джерело води. Однак перед застосуванням слід розтопити сніг, оскільки в його твердій формі не міститься достатньої кількості води для нормальної гідратації організму.

Цікаві факти про сніг

1. Сніг «з’їдає» звук — пориста структура снігу допомагає гасити звукові хвилі.
2. Існує музей сніжинок — у музеї японського міста Накадзьо відвідувачі можуть створювати моделі сніжинок із паперу та дерева, повторюючи природні кристалічні форми.
3. Близько 50% людей на Землі ніколи не бачили снігу — більша частина населення планети проживає в тропіках і ніколи не бачила справжніх снігових опадів.
4. Сніжинки завжди унікальні — кожен кристал має свою форму та орнамент.
5. Сніг може бути різнокольоровим — у деяких місцях можна побачити червоний або зелений сніг через присутність водоростей.
6. Сніжинки бувають різного розміру — в Японії та на Алясці були зафіксовані снігові пластівці діаметром понад 10 см. Один із рідкісних екземплярів був знайдений 1887 року в Монтані — його діаметр сягав 38 см.
7. Льодовики зберігають сніг багатовікової давнини — льодовики не тільки накопичують сніг, а й містять сліди перших мешканців планети, а також дають уявлення вченим про цикли зміни клімату.
8. Снігові бархани — такі снігові дюни можна зустріти в Антарктиді, вони формуються під дією сильних вітрів.
9. Снігова лавина — під час сходження лавини структура снігу різко змінюється: з пухкого і пористого він стає щільним і важким. Сніг у лавині рухається зі швидкістю до 300 км/год.
10. Незвичайні снігопади в посушливих регіонах. Наприклад, снігопад було зафіксовано в пустелі Сахара 2018 року, він накривав дюни шаром снігу, щоправда, швидко розтанув під впливом сонячного тепла.

Відомі вчені, які вивчали сніг:

• Вілсон Бентлі, американський фотограф і вчений, першим зробив макрознімки сніжинок, довівши, що всі сніжинки унікальні.
• Річард Фейнман, фізик і лауреат Нобелівської премії, досліджував кристалічну структуру снігу.
• Норвезький метеоролог Фріц Крістіан Баррі одним із перших зробив висновок про значущий вплив снігу на клімат. Його роботи допомогли краще зрозуміти сезонні зміни в Арктиці.