Zăpada este o formă de precipitații formată din mici cristale de gheață . Se referă la precipitații extinse care cad pe suprafața pământului [1] .
Zăpada se formează atunci când picăturile microscopice de apă din nori sunt atrase de particulele de praf și îngheață. Cristalele de gheață care apar în același timp, care la început nu depășesc 0,1 mm în diametru, cad și cresc ca urmare a condensului umidității din aer pe ele . În acest caz, se formează forme cristaline cu șase vârfuri. Datorită structurii moleculelor de apă, între razele cristalului sunt posibile doar unghiuri de 60° și 120° . Cristalul principal de apă are forma unui hexagon regulat în plan . Cristale noi sunt apoi depuse pe vârfurile unui astfel de hexagon, altele noi sunt depuse pe ele și astfel se obțin diverse forme de stele fulgi de nea .
La temperaturi ridicate , cristalele se deplasează în mod repetat vertical în atmosferă , topindu-se parțial și cristalizându -se din nou. Din această cauză, regularitatea cristalelor este perturbată și se formează forme mixte. Cristalizarea tuturor celor șase raze are loc în același timp, în condiții aproape identice și, prin urmare, caracteristicile formei razelor fulgilor de nea sunt la fel de identice.
Culoarea albă a zăpezii se datorează aerului conținut de fulg de nea. Lumina de diferite lungimi de undă este reflectată pe suprafețele de frontieră dintre cristalele de gheață și aer și împrăștiată, totuși, în funcție de compoziția chimică, zăpada poate dobândi culori diferite [2] .
Fulgii de zăpadă sunt formați în proporție de 95% din aer , ceea ce provoacă densitatea lor scăzută (100-400 kg/m³) și viteza de cădere relativ lentă (0,9 km/h).
Cei mai mari fulgi de zăpadă au fost observați pe 28 ianuarie 1887 în timpul unei ninsori la Fort Keogh., Montana , SUA ; _ unul dintre ei măsura 15×8 inci (aproximativ 38×20 cm ) [3] [4] [5] . La Bratsk , în 1971, au fost înregistrați fulgi de zăpadă cu dimensiunile de 20 × 30 cm [4] . De obicei, fulgii de zăpadă au un diametru de aproximativ 5 mm cu o masă de aproximativ 0,004 g .
Există o astfel de varietate de fulgi de zăpadă, încât se crede în general că nu există doi la fel. De exemplu, Kenneth Libbrecht – autorul celei mai mari și mai diverse colecții de fulgi de nea – spune: „Toți fulgii de nea sunt diferiți, iar plasarea lor în grupuri (clasificare) este în mare măsură o chestiune de preferință personală”. Fulgii de zăpadă simpli - cum ar fi prismele formate la umiditate scăzută - pot arăta la fel, deși la nivel molecular sunt diferiți. Fulgii de zăpadă complicati în formă de stea au o formă geometrică unică, atrăgătoare și, potrivit fizicianului John Nelson de la Universitatea Ritsumeikan din Kyoto , există mai multe variante de astfel de forme decât există atomi în Universul observabil [6] .
Ninsorile și stratul de zăpadă sunt unul dintre atributele indispensabile ale iernii în latitudinile polare și temperate .
Fulgii de zăpadă cad pe pământ din norii nimbostratus după ce picăturile de apă se lipesc de boabele de condensare din ei, cele mai mici particule de praf . Dacă temperatura în atmosfera superioară este de la -10°C până la -15°C, atunci precipitațiile vor fi de tip mixt (ploaie și ninsoare sau lapoviță), iar dacă sunt sub -15°C, atunci precipitațiile vor fi constau numai din cristale de gheață (zăpadă) [7] .
În ciuda faptului că temperaturile scăzute de iarnă sunt posibile chiar și în absența zăpezii, una dintre condițiile principale pentru o iarnă climatică este prezența unui strat de zăpadă stabil (permanent), care se află continuu sau cu pauze scurte pe tot parcursul iernii. În latitudinile polare mari și în munții înalți stratul de zăpadă persistă tot timpul anului datorită temperaturilor scăzute stabile din aceste locuri. La munte, stratul de zăpadă este constant deasupra așa-numitei linii de zăpadă , a cărei înălțime depinde de latitudinea zonei. Înființarea stratului de zăpadă toamna și începutul distrugerii primăvara are loc atunci când temperatura medie zilnică a aerului trece de -5°C. Suprafața maximă de pe Pământ este ocupată de strat de zăpadă în februarie - aproximativ 99 milioane km2 (19,2%), cea minimă - în august - aproximativ 47 milioane km2 (9,2%). În emisfera nordică a Pământului, aria acoperirii de zăpadă în timpul anului variază de 7,2 ori, iar în emisfera sudică - de mai puțin de două ori. Masa întregului strat de zăpadă al Pământului în august este de 7,4 miliarde de tone, iar până la sfârșitul iernii, înainte de începutul primăverii, masa sa se dublează [8] . În același timp, din 1980 până în 2018, stratul mediu de zăpadă sezonier din emisfera nordică a scăzut cu aproximativ 1,5 la sută (impactul încălzirii globale ) [9] .
În zonele climatice ecuatoriale și subecuatoriale , un astfel de fenomen meteorologic precum zăpada este absent cu totul. În zona tropicală , zăpada este extrem de rară (o dată la câteva decenii) poate cădea la granița cu zona subtropicală . În zonele subtropicale de la granița cu zona temperată, zăpada în timpul iernii este o întâmplare obișnuită.
În Rusia, acoperirea permanentă de zăpadă este stabilită aproape în toată țara, cu excepția Teritoriului Krasnodar și a câmpiilor din republicile Caucaziene de Nord . Momentul instalării acestuia variază de la an la an și de la momentul începerii iernii climatice. În regiunile de nord-est ( Republica Komi , Teritoriul Krasnoyarsk , Chukotka , Yakutia ), unde clima este cea mai severă , zăpada cade deja la sfârșitul lunii septembrie și rămâne pe alocuri până la începutul lunii iunie.
În Oymyakon , precipitațiile pot cădea sub formă de zăpadă și se poate forma un strat temporar de zăpadă în orice lună a anului; data medie pentru formarea acoperirii permanente de zăpadă în Oymyakon este 24 septembrie, la scurt timp după echinocțiul de toamnă , dar stratul permanent de zăpadă în Oymyakon se poate forma până la o lună mai devreme, pe 24 august. Zăpada se topește în Oymyakon, în medie, din 17 mai până în 31 mai; durata medie a stratului de zăpadă stabil în sat este de 237 de zile, dar posibil de 282 de zile. În Khatanga , stratul dens stabil de zăpadă permanent este observat timp de cel puțin 256 de zile pe an, din 23 septembrie până pe 5 iunie. În Norilsk stratul de zăpadă este, în medie, de 244 de zile pe an, dar poate rămâne 277 de zile. La Capul Chelyuskin , stratul de zăpadă este prezent puțin mai mult de unsprezece luni și jumătate pe an. Pe unele insule arctice ale Rusiei , poate fi prezentă pe tot parcursul anului, unde temperatura medie a celei mai calde luni a anului în unele locuri este de -1,2 grade. În iunie, pe insula Vize , stratul de zăpadă poate ajunge la 50 de centimetri. În centrul Rusiei, prima zăpadă cade de obicei la sfârșitul lunii octombrie - începutul lunii noiembrie, acoperirea permanentă de zăpadă este stabilită în a doua jumătate a lunii noiembrie și dispare complet la sfârșitul lunii martie. În partea plată a regiunilor de sud a părții europene a Rusiei (în special în regiunea Mării Negre ), acoperirea de zăpadă pe termen lung (mai mult de 2-3 săptămâni) este stabilită numai în ierni deosebit de severe și chiar și atunci nu peste tot. Cea mai veche dată pentru stabilirea stratului de zăpadă temporar și permanent la Moscova pentru 1946-2013 este 25 septembrie (1976) și, respectiv, 24 octombrie (1993). În 1993, la Moscova sa format temporar stratul de zăpadă pe 29 septembrie.
Zăpada este caracterizată de diverși parametri: grosimea învelișului, cantitatea de apă din ea , friabilitate etc.
Tipurile de zăpadă pot fi identificate după forma fulgilor, rata de acumulare, grosimea învelișului, cantitatea de apă din aceasta, friabilitatea și modul în care se acumulează pe sol. Tipurile de zăpadă care, din cauza ciclurilor de topire și îngheț, cad mai degrabă în bile decât în fulgi sunt cunoscute sub denumirea de bulgări de zăpadă [10] [11] .
Odată ce zăpada este pe sol, ea poate fi clasificată ca pudră atunci când este încă pufoasă, granulară când a trecut printr-un ciclu de topire și îngheț și, în final, ca gheață tare după compactare și plutire în mai multe cicluri. Schiorii și snowboarderii împart zăpada căzută în „întreg”, „brut”, „nast”, „terci de zăpadă” și „gheață”. Când zăpada este sub formă de pulbere, ea poate fi împinsă de vânt pentru a crea zăpadă departe de locația inițială [12] , formând gropi mari sau gropi de zăpadă adânci de câțiva metri [13] .
Barierele de zăpadă sunt concepute pentru a controla plutirea zăpezii în apropierea drumurilor, îmbunătățind siguranța rutieră [14] .
Zăpada care a căzut pe versanții munților se poate transforma într-o placă de zăpadă care se poate rostogoli pe o pantă abruptă sub forma unei avalanșe . Echivalentul înghețat al rouei , cunoscut sub numele de brumă , formează forme de acoperire de zăpadă pe obiectele răcite atunci când vânturile sunt slabe [15] .
Intensitatea zăpezii este determinată de vizibilitate. Când vizibilitatea este mai mare de 1 km, zăpada este considerată ușoară. Ninsorile sunt descrise drept „zăpadă moderată”, limitând vizibilitatea la o distanță de 0,5-1 km. Ninsorile abundente se numesc atunci cand vizibilitatea este mai mica de 0,5 km [16] . Zăpada susținută de intensitate considerabilă este adesea denumită „ viscol ” (furtună de zăpadă) [17] .
Precipitațiile sub formă de zăpadă sau lapoviță căzute din norii cumulonimbus (Cb) de intensitate mare, dar de scurtă durată sunt descrise ca „ploi de zăpadă” [18] .
Astronomul Johannes Kepler a publicat în 1611 un tratat științific „ Despre fulgii de zăpadă hexagonali ”, în care a supus minunile naturii luării în considerare a geometriei rigide.
Miniatura „Pe fulgii de zăpadă hexagonali” este o raritate a științei, un document de cristalografie teoretică și mândria istoriei sale. „Abundența celor mai profunde idei, amploarea abordării atunci când se analizează cauzele formării fulgilor de nea, generalizările geometrice minunate, îndrăzneala și inteligența ipotezelor exprimate sunt izbitoare chiar și acum” - opinia autorizată a istoricului cristalografiei I. I. Shafranovsky .
În 1635, filozoful , matematicianul și naturalistul francez René Descartes a devenit interesat de forma fulgilor de zăpadă , care a scris o schiță, pe care a inclus-o mai târziu în „Experiența cu meteoriți”, sau pur și simplu „Meteorii”.
În 1885, după multe încercări și erori, fermierul american Wilson Bentley , supranumit „Fulg de zăpadă”, a făcut prima fotografie reușită a unui fulg de zăpadă la microscop. El face asta de patruzeci și șase de ani, făcând peste 5.000 de fotografii unice. Pe baza lucrării sale, s-a dovedit că nu există doi fulgi de zăpadă absolut identici (care au completat ulterior în mod semnificativ teoria cristalului).
În 1889, la Sankt Petersburg , membru cu drepturi depline al Societății Geografice Ruse , baronul Nikolai Vasilievich Kaulbars , au fost descoperiți pentru prima dată fulgi de zăpadă cu o formă destul de neobișnuită.
Dintr-o notă a Dr. Baronul N. V. Kaulbars [19] :
În dimineața zilei de 28 februarie, în timp ce îmi făceam plimbarea obișnuită în grădina Yusupov din Sankt Petersburg , am fost surprins de aspectul exterior neobișnuit al fulgilor de nea căzuți pe haină .
Ele constau în cea mai mare parte din coloane mici, lungi de doi milimetri , fig. 2 , la ambele capete ale cărora și într-un plan perpendicular pe axa lor s- au atașat discuri, cu un diametru de aproximativ 1 milimetru. Nu mai văzusem niciodată o formă atât de originală de fulgi de zăpadă și, prin urmare, înarmat cu o lupă , am început să privesc mai atent toate detaliile structurii lor, pe care am încercat să le exprim în Fig. 1 . O coloană de gheață albă opac mi s-a părut cilindrică fără goluri interioare. Toți stâlpii aveau aceeași dimensiune, aproximativ 2 milimetri lungime și aproximativ 1⁄4 milimetri lățime . Este posibil și chiar probabil ca aceste coloane să fie prisme hexagonale; dar în desen nu am îndrăznit să fac asta, întrucât, la o observare atentă printr-o lupă de câteva zeci de fulgi de nea, coloanele mi s-au părut cilindrice.
Același lucru îl voi spune despre două discuri transparente de gheață atașate la ambele capete ale coloanei. De asemenea, păreau ochiului și printr-o lupă a fi cercuri b b perfect regulate , deși baza formei lor era probabil un hexagon, așa cum este indicat de numărul de spițe situate radial în interiorul cercurilor și fluctuând aproape întotdeauna între numerele 6 sau 12. Numai într-un caz am numărat Există 24 de astfel de ace.În interiorul cercului se vedea baza rotundă a coloanei, a cărei imagine era un mic punct opac, înconjurat de o tăietură radială foarte subțire , care părea să se odihnească. pe marginea coloanei. Numărul acestor raze miniaturale nu a putut fi numărat, dar, aparent, corespundea numărului de spițe ale cercului. Acestea din urmă mi s-au părut a fi piramide triedrice, alungite (Fig. 3) din gheață complet transparentă, sprijinită cu baza pe marginea marginii coloanei și cu vârful pe marginea discului. Spațiul dintre aceste piramide a fost umplut cu formațiuni penoase foarte delicate de forma prezentată în fig. patru.
În acești fulgi de zăpadă m-a lovit mai ales formația originală de pe marginea exterioară a discurilor, decorată cu un rând de ace stând vertical pe marginea cea mai exterioară a discului. Numărul acestor ace, care mi s-au părut și piramide triedrice, a corespuns întotdeauna strict cu numărul de spițe ale discului și, în plus, erau 4 ace cu fiecare spiță .
Am găsit un desen cu acest tip foarte rar de fulgi de nea de la diverși autori, dar peste tot doar în termeni cei mai generali, fără detalii. Niciuna, de exemplu, nu arată spițele din interiorul discurilor și acele situate pe marginea lor exterioară.
Odată cu fulgii de nea descriși, au căzut și fulgi de nea de formă hexagonală obișnuită, dar într-un număr foarte limitat.
Vremea a fost înnorată, cu SV slab și -5° Réaumur.
În 1951, Comisia Internațională pentru Zăpadă și Gheață a adoptat o clasificare destul de simplă și larg acceptată a precipitațiilor solide. Conform acestui sistem, există șapte tipuri principale de cristale: trombocite, cristale stelate, coloane (sau coloane), ace, dendrite spațiale , coloane cu vârf și forme neregulate. Li s-au adăugat încă trei tipuri de precipitații înghețate: boabe mici de zăpadă, boabe de gheață și grindină.
În 2001, profesor de fizică , astronomul Kenneth Libbrecht de la Institutul de Tehnologie din California și-a început cercetările în domeniul zăpezii . În laboratorul profesorului Libbrecht, fulgii de zăpadă sunt cultivați artificial.
În prezent, zăpada studiază o secțiune de glaciologie - știința zăpezii .
Zăpada protejează culturile de îngheț, dar dacă stratul de zăpadă este prea gros, culturile de iarnă pot putrezi .
Încărcarea de zăpadă de pe acoperișurile clădirilor este luată în considerare la proiectarea acestora.
Sume mari de bani sunt cheltuite pentru deszăpezirea în orașe și pe drumurile din afara localităților. În același timp, ninsorile abundente și fenomenele de gheață pot crea o situație de prăbușire a transportului. În procesul de curățare de iarnă a autostrăzilor orașului, sute de mii de metri cubi de zăpadă poluată trebuie îndepărtați și aruncați [8] .
Poluarea stratului de zăpadă reflectă gradul de impact uman asupra mediului. Sursele de poluare cu zăpadă în orașe sunt emisiile de la transportul auto, industrie, agenții de dezghețare. Acumularea de zăpadă pe gazon din zăpada îndepărtată de pe drumuri este nedorită, deoarece este poluată cu cloruri folosite ca reactivi de dezghețare, care au un efect negativ asupra spațiilor verzi [20] .
Zăpada de densitate relativ mare este folosită în construcția de iglu .
Zăpada, în special zăpada proaspăt căzută, este un bun izolator termic. În zăpadă proaspăt căzută cu o densitate de 0,12 ... 0,20 g / cm 3 Coeficientul de conductivitate termică K tp \ u003d 0,1-0,15 W / m K (la nivelul unor încălzitoare bune). Cu toate acestea, pe măsură ce aglomerarea la o densitate de 0,40 ... 0,56 g/cm 3 conductivitatea termică crește la 0,5 și chiar până la 0,6-0,7 W/m·K [21] . Capacitatea termică a zăpezii aproape nu se modifică ( 2090… 2100 J/kg·K ) [21] .
Când este strânsă, zăpada scoate un sunet care seamănă cu un scârțâit. Acest sunet apare atunci când mergeți pe zăpadă, apăsați pe zăpadă proaspătă cu alergători de sanie , schiuri , când faceți bulgări de zăpadă etc.
Scârțâitul zăpezii se aude la temperaturi sub -2 °C [22] (după alte surse, sub -5 °C [23] ). Peste această temperatură nu se aude scârțâit.
Se crede că există trei cauze principale ale sunetelor:
Motivul principal pentru scârțâitul (scârțâitul) zăpezii este considerat a fi primul (ruperea cristalelor).
Există două maxime în spectrul acustic al scârțâitului zăpezii: în intervalul 250-400 Hz și 1000-1600 Hz . Natura sunetelor emise depinde de temperatura zăpezii [24] . La începutul secolului al XX-lea, meteorologii au sugerat chiar estimarea temperaturii zăpezii după natura scârțâitului. Spargerea gheții de gheață și spargerea gheții cu un spărgător de gheață dau o distribuție similară a frecvenței (125-200 Hz și 1250-2000 Hz), totuși, în cazul gheții, maximele sunt mai pronunțate și separate unele de altele [25] .
Creșterea înghețului face cristalele mai dure, dar mai fragile. Ca urmare, componenta de înaltă frecvență (1000-1600 Hz) crește - scârțâitul zăpezii uscate, geroase. Dacă înghețul slăbește și temperatura crește peste -6 °C, atunci maximul de înaltă frecvență se netezește și apoi dispare aproape complet [26] .
Dezghețarea zăpezii afectează, de asemenea, natura frecării fulgilor de zăpadă unul față de celălalt: cristalele umede (lubrifiate cu apă) scot un sunet diferit de sunetul frecării fulgilor de zăpadă uscați, iar peste o anumită temperatură, zăpada nu mai scârțâie cu totul. Acest lucru se datorează faptului că, la o anumită temperatură, atunci când sunt stoarși, fulgii de zăpadă nu se sparg atât de mult, cât încep să se dezghețe, energia de stoarcere este cheltuită nu pentru spargerea cristalelor, ci pentru topirea fulgilor de nea, apa eliberată udă fulgii de nea, iar în loc de frecare uscată, apare „fulgii de zăpadă alunecă pe suprafața umedă”.
Forma fulgilor de zăpadă afectează și natura sunetului.
În condiții normale, zăpada se topește la temperaturi ale aerului peste 0 °C, totuși, în natură, cantități semnificative de zăpadă se evaporă la temperaturi scăzute, ocolind faza lichidă. Acest proces este ușor de observat pe cont propriu. Această trecere de la o stare solidă la o stare gazoasă se numește sublimare sau sublimare . Sublimarea zăpezii sub influența luminii solare este deosebit de intensă , cu toate acestea, există studii care demonstrează evaporarea intensivă a particulelor de zăpadă ca urmare a interacțiunii lor în timpul transportului furtunii de zăpadă [27] . În grosimea zăpezii căzute se desfășoară simultan procesele de sublimare și cristalizare inversă, ceea ce duce la o îngroșare treptată a formei fulgilor de zăpadă (își pierd structura caracteristică, începând de la cele mai subțiri detalii) și la sinterizarea lor treptată într-o formă din ce în ce mai monolitică. strat. În exterior, arată ca „zăpada se așează”. Dacă acest proces nu este împiedicat de topirea sezonieră (în munți, de exemplu), atunci se poate forma în cele din urmă gheață solidă. Așa se formează ghețarii .
Pe Marte cade atât zăpadă care ne este familiară, cât și zăpadă din dioxid de carbon solid (pe lângă calotele polare permanente din gheața obișnuită, pe Marte se formează în mod regulat calote sezoniere din dioxid de carbon, mai bine cunoscute sub numele de gheață „secată” ).
Pe Titan , o lună a lui Saturn , metanul , care în mod normal cade sub formă de ploaie , cade sub formă de zăpadă în regiunile reci (similar cu ceea ce se întâmplă cu apa de pe Pământ ).
Triton , o lună a lui Neptun , este în mare parte acoperită cu un strat de zăpadă, ceea ce o face destul de strălucitoare (reflectează aproximativ 85% din lumină). Zăpada lui Triton este compusă din azot înghețat , apă , dioxid de carbon , cantități mici de monoxid de carbon , metan și etan . Are o nuanță roz, care îi este dată de compuși mai complecși formați din metan și azot sub acțiunea radiațiilor ultraviolete și a razelor cosmice . Grosimea stratului de zăpadă și gheață de lângă polii lui Triton, ajunge probabil la sute de metri [28] .
„În zona care se află și mai la nord de țara sciților”, spune Herodot , „cum se spune, nu poți vedea nimic și este imposibil să pătrunzi acolo din cauza penelor zburătoare. Și într-adevăr, pământul și aerul de acolo sunt pline de pene și aceasta este ceea ce interferează cu vederea.
În folclorul slavului de sud , este larg cunoscută legenda zăpezii, care, cu albul și friabilitatea ei, semăna cu cereale măcinate, au văzut făină căzând din cer (Afanasiev 1994/1: 290). Acest motiv a fost reflectat în legendele „Când Domnul a umblat pe pământ” și „Femeie păcătoasă”, precum și în credința consemnată în regiunea Veles din Macedonia „De ce nu cade făina din cer”. Ei spun că făina a încetat să cadă din cer ca zăpada, pentru că o femeie a șters mizeria copilului cu o bucată de aluat (Georgieva 1990: 34, 116).
Există o legendă urbană că numărul de cuvinte pentru diferite tipuri de zăpadă este extrem de mare în rândul eschimosilor . În limba Evenki există 30 de cuvinte pentru zăpadă [29] ; în special, dicționarul rus-Evenki distinge prin termeni separați „prima zăpadă pufoasă”, „prima zăpadă umedă”, „zăpadă granulară pe suprafața crustei” și altele [30] .
„Țara zăpezilor” este autonumele poetic al Tibetului .
Din 2012, la inițiativa Federației Internaționale de Schi (FIS), „ Ziua Mondială a Zăpezii ” a fost sărbătorită în penultima duminică a lunii ianuarie .
Site-uri tematice | ||||
---|---|---|---|---|
Dicționare și enciclopedii |
| |||
|
Zăpadă și gheață | |||||
---|---|---|---|---|---|
Zăpadă | |||||
Formațiuni naturale de zăpadă | |||||
Transfer de zăpadă | |||||
Gheaţă | |||||
Formațiuni naturale de gheață | |||||
Capac de gheață |
| ||||
Discipline științifice |