Почему в мороз снег хрустит под ногами. Что такое снег и почему он белый? От чего зависит форма снежного кристалла

18.10.2019

Снег скрипит. В очень морозную погоду его скрип можно услышать за несколько десятков метров. Чем вызвано это явление? Почему при изменении температуры звуки то усиливаются, то ослабевают?

Оказывается, скрип - следствие особого строения снега, а при повышении/понижении температуры это строение меняется и звуки образуются уже другие.

Снежинки: образование и строение

Снег «складывается» из отдельных снежинок - кристаллических образований, состоящих из замёрзшей воды (около 5 %) и воздуха (около 95 %). Состав определяет их хрупкость, лёгкость и чрезвычайно низкую прочность, а преимущественная доля воздуха - .

Учёными подробно изучен процесс образования снежинок. Испаряющаяся с поверхности Земли вода в виде пара поднимается в атмосферу, там охлаждается и концентрируется в капли, образуя дождевые облака.

При значительном охлаждении микроскопические капли, соприкасаясь с пылевыми частицами, замерзают, образуя кристаллы шестиконечной формы.

Пыль, а также частицы дыма, даже насекомые становятся ядром кристаллизации. Исследователь снега А. Д. Заморский рассказывает о снежинке, в ядре которой оказалась мелкая мошка - вокруг замёрзшего насекомого вырос кристалл.

Шестиконечность основного кристалла снежинки обусловлена особенностью молекулы воды, из-за которой угол между лучиками может быть лишь 120° или 60°. Но каждый из нас, рассматривая снежинку, видел, насколько сложнее и прекраснее её рисунок, чем обычный шестиугольник. Узорчатость вызвана нарастанием на основных лучах других кристаллов, со своими углами.

Встречаются и снежинки неправильной формы. Она сформировалась вследствие постоянного движения снега в воздушных слоях, где он то подтаивает, то снова кристаллизуется, наращивая на деформированные части новые лучи.

В середине ХХ века Комиссией снега и льда, которая является отделом Международной ассоциации научной гидрологии, принята как основополагающая Международная классификация снега. Учёные мужи разделили все снежинки на десять больших групп. Каждую теперь можно было определить в один из классов:

— звёзд, или дендритов;

— пространственных (сложных) дендритов;

— кристаллов неправильных;

— пластин;

— столбиков;

— столбиков увенчанных;

— градин;

— крупки;

— ледяного дождя.

В каждом классе выделены подвиды, например - ломаные кристаллы, сложные частицы из многих кристаллов, частицы в изморози и многие другие.

Недостаток классификации в том, что она не учитывает форму структуру снежных зёрен в снеговом покрове, которая ещё сложнее и разнообразнее.

От чего зависит форма снежного кристалла?

Этим вопросом всю жизнь занимался профессор-исследователь У. Накайя, сотрудник университета Хоккайдо. В начале ХХ века, в 1936 году, в свой крошечной лаборатории ему первому на земле удалось получить искусственную с точки зрения появления снежинку.

В память о «мастере снега» японцами на территории бывшей лаборатории разбит парк, в котором установлен монумент.

Профессор выяснил, что форма снежного кристаллика зависит от содержания влаги в воздухе и его температуры. Так, самые красивые снежинки - звёзды - образуются в узком интервале от -14°С до -17°С.

Все данные получены и многократно подтверждены У. Накайя экспериментальным путём. Теоретического обоснования и интерпретации процесс так и не получил и ждёт своего открытия.

Причины снежного скрипа (хруста)

Легко догадаться из предшествующих пояснений, что скрип снега - это ломающиеся при нажатии кристаллы. Когда мы наступаем на снежинки, то чрезвычайно непрочные их лучи разламываются.

Дополнительный скрип и хруст создаёт трение кристаллов друг о друга. Особенно громко скрипит снег в мороз - 1000–1600 Гц, когда кристаллы приобретают повышенную (для них) твёрдость и хрупкость и лишаются перманентно присутствующей на их поверхности водной смазки - испарения.

С повышением температуры снег подтаивает, испарение усиливается, вода смягчает трение кристаллов, а сами снежинки становятся менее хрупкими - «мягкими». При нажатии они ломаются и сминаются. Звук от разрушения «мягких» кристаллов - в диапазоне 250-400 Гц. При повышении температуры до −6 °C и выше хруст и скрип заметно ослабевают до полного исчезновения.

Если снег слежался или снежинки сплавились в наст, связи между ними становятся намного прочнее, и они способны хрустеть даже при 0°C. Правда, на скрип это похоже мало, скорее - шорох или специфический шум.

Дети любят задавать разные вопросы, ответить на которые бывает непросто. Мы уже выясняли, почему выпавший снег именно белого цвета. На первый взгляд ответ на этот вопрос дать очень просто. Но на самом деле это не так. На этот раз мы опять поговорим о снеге, разберемся, почему он издает характерный звук, хруст или скрип при минусовой температуре.

Чтобы ответить на этот вопрос, почему хрустит снег под ногами, прежде нужно понять, что это вообще такое – снег. Высоко над землей, среди облаков, замерзает и превращается в маленькие кристаллики вода. Эти кристаллики называют снежинками. Они всегда принимают форму шестиугольника.

После замерзания они начинают свой путь к земле, а в процессе к каждому из шести углов примерзают новые и новые кристаллы. Это происходит случайным образом какое-то время, поэтому вероятность найти две одинаковые снежинки крайне мала. Каждая снежинка имеет свои уникальные размеры и форму.

Почему снежинки хрустят, когда на них наступают

Очень просто – когда на снег надавливают то множество кристалликов ломается друг об друга. Особенно интересно, что громкость хруста зависит от температуры воздуха – чем холоднее, тем громче ломаются снежинки.

Так происходит потому, что при понижении температуры кристаллики становятся все более твердыми, а еще они легче ломаются. Есть и другая гипотеза – хруст возникает потому, что снежинки трутся друг о друга.

Но если мы возьмем в руки и сломаем одну снежинку, никакого звука мы не услышим. Он очень тихий, и никому на свете его не различить. Эффект хруста возникает лишь тогда, когда ломается сразу огромное количество ледяных кристалликов. Именно благодаря тому, что так много снежинок ломается одновременно, мы слышим этот звук.

Если же температура поднимается, кристаллики начинают превращаться в воду, сломать их становится сложнее, и звук исчезает.

Снег - признак настоящей зимы. Он образуется при замерзании маленьких дождевых капель. Пушистый белый снег - настоящее чудо. Дети лепят из него снежных баб, играют им в снежки, а на северные народы строят из снега свои жилища. Толстый слой снега согревает землю. Он не подпускает к ней морозный воздух, и сохраняет в глубине почвы положительную температуру.

Что такое снег и как он образуется

Если говорить научным языком, то снег - это вид атмосферных осадков. Это означает, что снег падает с неба в виде замёрзшего дождя. Снег - холодный, белый и пушистый. Он состоит из отдельных снежинок, похожих на шестиконечные звёздочки. Интересно, а как образуется снег?

Первое условие для появления снега - это холод. Температура, при которой вода превращается в лёд - это 0ºC. Когда на улице становится холодно, вода в лужах и озёрах покрывается льдом (замерзает). В небе в это время замерзают дождевые тучи. Капли дождя в них превращаются в снег.

Второй способ образование снега по-научному называется испарение. Послушайте, как оно происходит. Если постирать бельё и повесить его на улицу зимой, мокрая простынь сначала замёрзнет и станет твёрдой. Через несколько дней простынь превратиться в мягкую сухую ткань. Что произошло? Сначала вода в простыне превратилась в лёд. Это произошло довольно быстро. Потом лёд стал испаряться: маленькие микроскопические льдинки отрывались от простыни и поднимались в небо. Эти льдинки были настолько маленькими, что глядя на сохнущую простынь, мы не заметили их полёта.

Почему идёт снег?

Много маленьких льдинок встречаются в небесной вышине. Там они собираются в снежную тучу. В туче снежинок настолько много, что они соединяются вместе по несколько штук. Из нескольких маленьких ледяных звёздочек получается большая снежинка, которая становится слишком тяжёлой и падает вниз. Так начинается снегопад.

Для того чтобы образовалась большая снежная туча, не достаточно одной мокрой простыни. Много малюсеньких льдинок поднимаются в небо от замёрзшего озера, лужи или реки. Там они собираются в большие снеговые тучи.

Ветер может перенести такую тучу далеко. Например, туда, где нет мороза. Благодаря ветру снег может пойти даже в тех местах, где озёра и реки ещё не замёрзли.

Как образуются снежинки?

Вы видели когда-нибудь снежинку под микроскопом? Она похожа на шестиконечную звезду. Каждый конец звёздочки состоит из белой ветки, на которой растут маленькие белые веточки.

Эти ветки по-научному называют кристаллами. Они пересекаются в середине снежной звёзды. Каждая снежинка начинает расти из центра - с того места, где снежные веточки пересекаются. Рост снежинки похож на рост дерева: из центра вырастает шесть стволов, на каждом из которых начинают расти ветви. Звёздочки могут иметь разные веточки (длинные или короткие, толстые или тонкие), но всегда в снежной звёздочке растёт только 6 больших веток.

Когда замерзает вода в реке или луже, получается лёд. Звёздочки во льду расположены плотно друг к другу. Когда замерзает туман или туча, звёздочки располагаются на некотором расстоянии друг от друга. Если звёздочек становится слишком много, они соединяются по несколько штук и падают вниз. Так снег высыпается из тучи и накрывает дороги, дома и поля. Падение снежинок взрослые называют снегопадом.

Почему снег скрипит под ногами?

Если на улице небольшой мороз (-2 или -3 ºС), то в выпавшем снеге есть много воды. Про такой снег говорят, что он «мокрый». Из мокрого снега легко лепить снежки и снежную бабу, строить «крепости».

Когда мороз становится сильнее (температура воздуха опускается до -5 или -10 ºC), снег замерзает сильнее и становится сухим. Из сухого снега не получается слепить снеговика, но зато он громко скрипит под ногами. Почему сухой снег скрипит?

Каждая снежинка похожа на маленькую звёздочку. Если мы наступаем на снег, веточки в ледяных снежинках ломаются. Так при разламывании многих снежинок образуется хруст и скрип.

Снег скрипит при любом надавливании:

если на него наступили;
проехали на лыжах;
прокатились на санках.

Снег перестаёт скрипеть только тогда, когда становиться почти тепло (температура воздуха приближается к 0ºC). Или тогда, когда его сильно укатали (так происходит на горках, где снег укатывается и превращается в лёд).

Когда снег скрипит очень громко?

Снег может скрипеть громче или тише. Когда скрип снега становиться очень громким?

Это происходит при сильном морозе. Например, на крайнем севере при -50ºC хруст снега становится таким громким, что его слышно на соседней улице.

При потеплении, когда температура воздуха приближается к 0ºC, хруст исчезает совсем. Снежинки становятся мягкими, на их ледяных веточках появляются капли воды, которая не даёт ледяным звёздочкам скрипеть.

Ученые проводят любопытные эксперименты с замержшей водой. Оказывается, вода нас слышит и реагирует по разному на ласковые и грубые слова. Именно об этом следующее видео.

Как рождается снег?

Снег - это много красивых сверкающих снежинок, которые падают с высоты на землю.

Зимой к нам на сушу ветер гонит облака со стороны тёплых океанов и морей. Над землёй при охлаждении облаков в них образуются мелкие кристаллики, а на их поверхности оседают и охлаждаются новые частицы пара, которые превращаются в новые кристаллики льда. Этот шестиугольный кристаллик всё время растёт, развивается и, наконец, становится удивительно красивой снежинкой, которой мы любуемся во время снегопада.

Почему снег белого цвета?

Если мы посмотрим на снежинку, на эту маленькую звёздочку, через которую проходит солнечный луч, то мы заметим, что она бесцветна. Тогда почему снег белого цвета, если он состоит из снежинок? Потому что когда идёт снег, снежинки в беспорядке падают друг на друга, лежат однородной массой и становятся нерпозрачными, так как не могут полностью пропускать через себя солнечный луч. А солнечный луч белого цвета, поэтому и снег мы видим ослепительно-белым.

Почему в мороз снег скрипит под ногами?

Дело в том, что каждая снежинка представляет собой небольшой кристалл. Когда ты наступаешь на снег, масса этих кристалликов сжимается, трётся друг о друга и ломается. Когда мороз небольшой, то при наступании на снег снежинки-кристаллики сжимаются, но при этом часть снежинок тает и превращается в воду. Вода становится своеобразной смазкой для остальных кристалликов, и они не скрипят. А вот в сильный мороз таяния снежинок не происходит и раздаётся скрип снега - шум от раздавливаемых снежных кристалликов. Причём, чем крепче мороз, тем выше звук.

(Из "Первой энциклопедии маленьких Почемучек")