Виды снежинок. Интересные факты о снежинках

Снежинки, уникальные и неповторимые, во все времена интересовали ученых, и некоторые из них посвятили исследованию ледяных кристаллов всю свою жизнь.

Одним из первых ученых, задумавшихся о структуре снега, был немецкий математик и астроном Иоганн Кеплер (1571-1630). В 1611 году он опубликовал короткий трактат «Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках», который можно назвать первой научной работой, посвященной снежинкам.

Поскольку всякий раз, когда начинает идти снег, первые снежинки имеют форму шестиугольной звезды, то на то должна быть определенная причина. Ибо если это случайность, то почему не бывает пятиугольных или семиугольных снежинок, почему всегда падают шестиугольные, если только они от соударений не утрачивают форму, не слипаются во множестве, а падают редко и порознь?

— Иоганн Кеплер, Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках, 1611 (перевод Ю. А. Данилова)

Рене Декарт (1596-1650), французский философ и математик, стал первым, кто подробно описал форму снежинок. Интересно, что в записях Декарта упомянуты даже очень редкие формы ледяных кристаллов, например, увенчанные столбики.

Это были маленькие пластинки льда, плоские, очень гладкие и прозрачные, толщиной примерно с лист плотной бумаги... идеально сложенные в шестиугольники, стороны которых были столь прямыми, а углы столь равными... человеку невозможно создать что-либо подобное.

— Рене Декарт, 1635

Изобретение микроскопа позволило английскому физику Роберту Гуку (1635-1703) опубликовать в 1665 году работу под названием «Микрография», в которой ученый описал все, что мог исследовать с помощью нового инструмента. В издание вошло множество рисунков снежинок, впервые показавших всю сложность и замысловатость снежных кристаллов.

Рисунок из «Микрографии» Роберта Гука

Цитата

Изучая снежинки с помощью микроскопа, я обнаружил... чем сильнее увеличение, тем более несимметричными они кажутся. Но эту несимметричность можно приписать таянию или повреждению во время падения, но никак не дефекту Природы.

— Роберт Гук, Микрография, 1665

Одним из первых известных фотографов снежинок стал Андрей Андреевич Сигсон (1840-1907), российский фотохудожник из Рыбинска. Всего ему удалось сделать фотографии около 200 различных форм ледяных кристаллов. Для этого фотограф использовал специальную технологию: снежинки ловились на сетку из шелковинок, затем с помощью микроскопа увеличивались в 15-24 раза. Чтобы хрупкие кристаллы не растаяли во время фотографирования, Сигсон охлаждал руки и дышал через специальную трубку.

Снежинки Сигсона

Американским же пионером фотографии снежинок стал Уилсон Бентли (1865-1931). За всю жизнь он сделал около 5000 снимков снежинок. 2500 из них были опубликованы в 1931 году в книге «Снежные кристаллы».

Снежинки Бентли, 1902 год

Укихиро Накайя (1900-1962), японский физик — первый ученый, который систематизировал знания о ледяных кристаллах. Накайя не только фотографировал снежинки, но и научился выращивать их в лаборатории. Результатом изысканий ученого стала книга «Снежные кристаллы: природные и искусственные», выпущенная в 1954 году.

Снежные кристаллы — это письма, посланные нам с небес.

— Укихиро Накайя, документальный фильм «Снежные кристаллы», 1939

Так как же формируются снежинки?

Снежинки зарождаются в облаках, где на мельчайших пылевых частицах при отрицательной температуре образуются кристаллики льда. Затем на этих кристаллах нарастают новые, и так далее. Структура молекулы воды обуславливает шестиугольную форму кристалла, между его лучами возможны углы лишь 60° и 120°.

Поскольку в каждый момент времени условия, в которых растет снежинка, хоть минимально, но различаются, то каждый кристалл имеет уникальную форму. При этом все лучи одной снежинки очень похожи, так как кристаллизуются одновременно в очень похожих условиях.

Сколько бывает типов снежинок?

Несмотря на уникальность кристаллов, они все же поддаются классификации. Однако, по мнению американского ученого Кеннета Либбрехта из Калифорнийского технологического института, это непростое занятие, поскольку в какой-то мере это дело вкуса каждого исследователя. Сам Либбрехт выдляет 35 типов снежинок; Укихиро Накайя — 41 а самая сложная классификация предложена метеорологами Магоно и Ли в 1966 году — 80 различных видов снежных кристаллов.

Классификация Укихиро Накайи. U. Nakaya | Snow Crystals: Natural and Artificial (Harvard University Press, 1954)

Впрочем, есть и более простая классификация, разработанная в 1951 году Комиссией снега и льда Международной ассоциации научной гидрологии — всего 7 форм снежных кристаллов и 3 вида замороженных осадков.

Классы снежинок по Международной классификации снега. А. К. Дюнин, В царстве снега, Издательство «Наука», Новосибирск, 1983

1. Пластинки

Самые простые из снежинок — плоские шестиугольные призмы.

Высоко-высоко в небе, где температура воздуха -30 и меньше, в облаках водяного пара образуются снежинки . Появляются они не сами по себе. Как и жемчужинам, им нужно ядро, точка отсчета, из которого вырастут лучики снежной звездочки. Это может быть что угодно — замерзшая капелька, частичка дыма, пыль. Сначала вокруг ядра образуется шестиугольный панцирь, из углов которого потом могут вырасти лучи.

Форма снежинки зависит от температуры, влажности, от ветра и от того, как снежинка падала — плашмя или ребром.

Видов снежинок огромное множество, но есть несколько основных типов:
Призмы — шестиугольные пластинки или тонкие столбики.

Иногда внутри столбика может образоваться полость, тогда он называется полый столбик .

Иглы — длинные, тонкие кристаллы.

Дендриты — снежинки, какими их чаще всего рисуют и вырезают из бумаги.

Название этих снежинок означает «древообразные». Их лучики на самом деле напоминают веточки деревьев. Отдельно выделяют папоротниковые дендриты — они напоминают плоские кусты папоротника.

Столбики с наконечниками — шестиугольный столбик, на концах которого выросли симметричные пластинки.

Если столбик короткий, а пластинки разного размера, то такая снежинка называется двойной пластинкой .

Двенадцати лучевые снежинки — иногда пластинки столбиков с наконечниками образуются с поворотом относительно друг друга и выросшие из них лучики создают двенадцати лучевую звезду.

Пространственные кристаллы получаются, когда из ядра вырастает не одна, а несколько снежинок. Со временем они могут расколоться на отдельные звездочки.

Кристаллы неправильной формы появляются, когда много мелких снежинок срослись друг с другом.

На самом деле шестиугольные, просто три из шести лучей короче других.

— одни из самых распространенных. Их лучи не ветвятся, разрастаясь вширь.

Если на лучах проступают ребра, то снежинка называется пластиной с секторами .

Снежинки — прозрачные. Но, когда они слипаются в хлопья, свет запутывается в их гранях и потому снег выглядит белым.

Очень высоко, в небе, где температура -30, есть скопление капелек воды — облака. В тёплое время года капли воды выпадают в виде дождя, а когда наступает зима, холод замораживает микроскопические капли воды и превращает их в ледяные кристаллики – снежинки. Снежинок так много и все они разные — нет ни одной одинаковой.
Самая крупная когда-либо засвидетельствованная снежинка имела диаметр в 12 см. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.

Есть даже классификация снежинок по схожему типу:

Призмы — бывают, как 6-угольные пластинки, так и тонкие столбики с 6-угольным сечением. У призм крошечные размеры, их почти не видно невооруженным глазом. Грани призмы, очень часто украшают различные сложные узоры.

Иглы — тонкие и длинные снежные кристаллы, они образуются при температуре примерно -5 градусов.
При рассмотрении они похожи на маленькие светлые волоски.

Дендриты — или древоподобные, имеют ярко выраженные разветвляющиеся тонкие лучи. Чаще это крупные кристаллы, их можно увидеть невооруженным глазом. Максимальный размер дендрита может достигать 30 см в диаметре.

12-лучевые снежинки — иногда столбики с наконечниками формируются с поворотом пластинок относительно друг друга на 30 градусов. Когда из каждой пластинки вырастают лучи, получается кристалл с 12 лучами.

Двойные пластинки — у данного типа, столбики с наконечниками имеют короткую вертикальную часть. Пластинки растут очень быстро, от водяных паров одна из низ заслоняет вторую и в результате вырастает более крупной по размеру.

Полые столбики — внутри столбиков с шестиугольным сечением, бывает образуются полости. Интересно, что форма полостей симметрична относительно центра кристалла. Необходимо большое увеличение, чтобы рассмотреть полочти в маленьких снежинках.

Папоротникообразные дендриты — этот тип один из самых крупных. Ветки звездчатых дендритов вырастают тонкими и очень частыми, в итоге снежинка начинает быть похожей на папоротник.

Пространственные кристаллы — бывает так, что из микроскопической капли начинает расти несколько снежных кристаллов в различных направлениях. И после они могут приобрести сложную форму. Такие сращенные кристаллы могут распадаться на несколько простых снежинок.

Искусственный снег — с помощью специальных снежных пушек, в воздухе распыляют мелкие капли воды, которые в полете замерзают. В результате такие искусственные снежинки похожи на замерзшие капли воды.

Кристаллы неправильной формы — снежные кристаллы зачастую бывают маленькими, несимметричными и сросшимися друг с другом. Чтобы получились красивые симметричные кристаллы, нужно чтобы было удачное стечение многих погодных обстоятельств.

Треугольные кристаллы — такие снежинки формируются при температуре около -2 градусов. На самом деле — это шестиугольные призмы, часть сторон которых значительно короче других. А вот на гранях таких могут вырасти лучи.

Столбики с наконечниками — такие снежинки редко можно увидеть. Кристаллы начинают расти в виде столбиков, но после ветер переносит их в зону с другими погодными условиями, и тогда на их концах начинают расти пластинки.

Звездоподобные снежинки — такие снежинки широко распространены. Это тонкие пластинчатые кристаллы, в виде звезд с шестью лучами. Чаще они украшены симметричными различными узорами. Такие снежинки появляются при -2 °С или при -15 °С.

Пластина с секторами — это звездообразная пластинчатая снежинка, но с особенно заметными рёбрами, которые указывают на углы между смежными гранями призмы.

— Иоганн Кеплер, Новогодний подарок, или О шестиугольных снежинках, 1611 (перевод Ю. А. Данилова)

— Рене Декарт, 1635

Рисунок из «Микрографии» Роберта Гука

Цитата

— Роберт Гук, Микрография, 1665

Снежинки Сигсона

Снежинки Бентли, 1902 год

Снежные кристаллы — это письма, посланные нам с небес.

— Укихиро Накайя, документальный фильм «Снежные кристаллы», 1939

Так как же формируются снежинки?

Сколько бывает типов снежинок?

Классификация Укихиро Накайи. U. Nakaya | Snow Crystals: Natural and Artificial (Harvard University Press, 1954)

1. Пластинки

Самые простые из снежинок — плоские шестиугольные призмы.

Кажется, нет ничего невесомее крохотных снежинок: упадет на руку - и не почувствуешь. Тонкая “сетка” словно висит в воздухе, а они все падают, падают - сотни, миллионы, миллиарды... За несколько часов огромные пространства покрываются пушистым “одеялом”. В снегопад редко задумываешься о природе снега, еще реже - снежинок. (Поскорее бы домой - в тепло!) А оказывается - это сложная структура из сцепленных друг с другом кристалликов льда. Вариантов “сборки” снежинок множество - до сих пор не удалось найти двух одинаковых...

Хрустальная снежинка парила в небесах.
Летят подруги рядом - не страшно в облаках.
Одна она - снежинка, а миллионы - снег,
И с высоты небесной - стремительный разбег.
Полет приятен в небе, но скоро на земле
В сугробы превратятся на радость детворе!..
Хрустальная снежинка - когда она одна!
Олег ЕСИН

Тайна рождения

Как же обычная вода, замерзая, образует такое множество симметричных кружевных форм? Чтобы понять, почему снежинки выглядят так красиво, познакомимся с историей жизни одного снежного кристалла.
В тучах всегда имеются ледяные или инородные пылинки. Они-то и служат основой крошечного ядра снежинки. Молекулы водяного пара, хаотично перемещаясь, охлаждаются и, теряя скорость, “жаждут приземлиться”. А тут пылинка! Благодаря кристалликам она обрастает узорами и превращается из “гадкого утенка в красивого лебедя” - хрустальную снежинку.

Нарушители законов

Каждая снежинка уникальна. Еще в XVII веке философ и математик Р.Декарт писал, что эти создания похожи на розочки, лилии, колесики с шестью зубцами. Особенно его поражала расположенная в центре снежинки “крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались, чтобы очертить ее окружность”. Великий астроном И.Кеплер объяснял форму снежинок волей Божьей... Как бы там ни было - разве это не чудо?! Настоящее волшебство!
Волшебство волшебством, но как же получается такое многообразие снежинок? Оказывается, в одних условиях “льдинки” усиленно растут вдоль оси, образуя вытянутые столбики и иглы, в других - предпочитают разрастаться перпендикулярно оси, являя в итоге пластинки или звездочки. Вроде бы все просто и понятно.
И все же есть одна загадка - тайна строения снежинок. Согласно физическим законам, там, где царит строгий порядок, - нет места хаосу. И наоборот. И только при рождении этих созданий порядок и хаос как-то сосуществуют вместе.
Известно, что твердое тело должно находиться либо в виде кристалла (атомы упорядочены), либо в аморфном состоянии (образуют случайную сетку). Снежинки же нарушают все законы: имеют решетку, где атомы кислорода (а позже молекулы воды) выстроены строго по местам, как солдаты в строю, а атомы водорода - хаотично. Но, присоединяясь к атомам кислорода, водородные “бродяги” образуют ровные грани, и... рождаются правильные шестиугольные призмы.
Юные снежинки никогда не бывают пятиугольными или семиугольными. Каждый раз не перестаю восхищаться удивительной математической точностью, с которой природа создает свои шедевры. Восхитительно! Ювелиры просто отдыхают...
Однако рано или поздно снежинки начинают набирать вес: к каждой грани и бугорку притягиваются новые молекулы воды - возникают неровности. При путешествии в облаках снежинки быстро растут: из грани появляется один толстый луч, из бугорков - ответвления. Если все шесть граней находятся в одинаковых условиях, образуются лучики-“близнецы”.

Воздушный вальс

Когда снежинки вырастают и им, многочисленным “детям облаков”, становится тесно в отчем доме, они со “смелым любопытством” решают испытать судьбу - отправиться в воздушное путешествие до земли, которое лишь условно можно назвать падением. Красочно описал полет снежинки К.Бальмонт: “Под ветром веющим дрожит, взметается, на нем, лелеющем, светло качается”.
Потоки воздуха подхватывают легкие “пушинки”, сносят в сторону, поднимают вверх, кружат в вихре танца - “снежинки, как смешинки, танцуют на лету...” А они - “легкие, крылатые, как ночные бабочки”, знай себе веселятся и поют на лету песенку А.Твардовского:

Мы белые снежинки,
Летим, летим, летим.
Дорожки и тропинки
Мы все запорошим.
Покружимся над садом
В холодный день зимы
И тихо сядем рядом
С такими же, как мы.
Танцуем над полями,
Ведем свой хоровод.
Куда, не знаем сами,
Нас ветер понесет.

И на первый взгляд может показаться, что “...Все им нипочем! - В легких платьях с кружевцем, с голеньким плечом...” А вот это не совсем так!

Теряя форму

Порхающих в воздухе снежинок подстерегают опасности. Попав в более теплые “края”, они могут растаять, превратившись в дождинки или крупу. Кроме того, их враг - испарение, особенно на ветру и при низкой влажности воздуха. Чем мельче снежинка, тем быстрее она тает: сглаживаются острые кончики, исчезают кружевные выпуклости. И чем дольше она падает, тем больше округляется.
При безветрии снежинки сцепляются друг с другом в огромные хлопья - кружащиеся “блюдца”. А бывает, во время сильных морозов (ниже -30°С) ледяные кристаллики “перемерзают”, сильный ветер безжалостно ломает их хрупкие лучики или они разламываются и крошатся, сталкиваясь друг с другом, и падают на землю в виде “алмазной пыли” - очень пушистого снега из тоненьких ледяных иголочек.
Лишь малая часть “принцесс воздушного бала” долетает до земли без приключений - целыми и невредимыми. Однако и их подружки, изменившиеся до неузнаваемости, - тоже снежинки, хотя и несимметричные. А мнение, будто они должны обязательно быть шестиугольными звездочками, ошибочно. Только что родившиеся - да, а вот “умудренные опытом”, познавшие тепло, ветер и воду, теряют былую красоту. Их формы уже не столь изящны и правильны, но все равно весьма разнообразны.

Целая наука

Трудно классифицировать явление, не имеющее повторений в природе. Все снежинки разные, и их разделение - во многом вопрос личных предпочтений. Долгое время ученые не могли сфотографировать снежинку под микроскопом.
Впервые это умудрился сделать в 1885 году американец У.Бентли по прозвищу “Снежинка”. За 46 лет он создал коллекцию из более 5 тысяч уникальных снимков, доказав, что не существует ни одной пары абсолютно одинаковых снежинок. Их изучение превратилось в науку, и в 1951 году Международная комиссия по снегу и льду приняла классификацию кристаллов льда, включающую семь основных типов снежинок и три вида обледенелых осадков (мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град).
Впрочем, пора снежинкам самим представиться - столько раз мы упомянули об их волшебности и неповторимости.

Давайте знакомиться!

Я - снежинка-пушинка, прекрасное и удивительное создание природы. Недаром мне посвящены замечательные стихи. Вот послушайте, как обо мне написал К.Бальмонт: “Светло-пушистая, снежинка белая, какая чистая, какая смелая!” Это про меня! Но я не одна. Нас очень-очень много.
Самые красивые - тоненькие (всего 0,1 мм толщиной) звездчатые кристаллы, или дендриты (я тоже к этой группе отношусь). Наше древовидное, ажурное, ветвящееся тело (диаметр 5 мм и больше) состоит из шести симметричных основных веток и множества ответвлений - кому как нравится.
Самые ближайшие наши родственники - сестрички пластинки. Они плоские и тонкие, как мы. Однако они уступают нам в красоте: множество ледяных ребер делят лопасти их тела на сектора - тоже ничего, но нет такого изящества, как у нас!
И пусть нас мало, но мы с сестрами шедевры. Именно мы - пластинчатые снежинки - притягиваем взгляд больше, чем другие типы снежинок. А самыми многочисленными из нашей родни являются столбики, или колонны. Это форма кристаллов в виде шестигранников и карандашей, с шапками, заостренные на концах...
Случается, столбики, залетая в вихре танца в зону с другой температурой, изменяют свою “ориентацию” - превращаются в пластинки. И их уже называют столбиками (или столбцами) с наконечниками.
Среди столбчатых кристаллов отдельные экземпляры-“акселераты” вырастают длинными и тонкими. Их величают иглами. Иногда внутри них сохраняются полости, а концы расщепляются на веточки.
Некоторые из нашей “плоской и столбчатой” родни решают пожить “семьями” - объемными структурами. Кстати, получаются очень интересные сложные создания - пространственные дендриты: кристаллики, срастаясь вместе, сохраняют индивидуальность - каждая веточка расположена в своей плоскости.
На долю “снежинок-балеринок” выпадает немало бед: в тепле или на сильном ветру они теряют веточки, разламываются. Обычно таких “калек” много в сыром снеге. Это кристаллы неправильной формы.

Разноцветный снег

То, что снег не чисто-белый, а слегка с голубизной, известно давно. Проделайте в нем отверстие около метра. Свет в толще снега возле края ямки будет казаться желтоватым, глубже - желтовато-зеленым, голубовато-зеленоватым и, наконец, ярко-синим. Отсвет неба здесь ни при чем. И в пасмурную погоду, и при использовании картонной трубки - ничего не изменится. Отчего же возникает синева?
Лед снежинок прозрачен, и солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на их многочисленных гранях, теряет красные и желтые лучи, сохраняя лишь голубовато-зеленые, голубые или ярко-синие - в зависимости от толщины кристалла. Но когда снежинок много, создается впечатление белой массы.
В разных районах - “свой” снег, особой формы и цвета. В арктических регионах можно увидеть розовый или красный снег - такой цвет он обретает из-за водорослей, живущих между кристаллами. Известны случаи, когда падал голубой, зеленый, серый и даже черный снег (видимо, из-за копоти и промышленных загрязнений атмосферы).

Он стареет, как и мы

Но вернемся лучше к свежему рыхлому снегу в виде звездочек, игл, столбиков... Мириады снежинок не похожи на песчинки: как живые существа, оказавшись вместе, они тут же начинают активно взаимодействовать: испаряются, сглаживаются их острые углы. Избыток пара переходит в твердое (или жидкое) состояние. В центре снежинок нарастает лед. Исчезают мелкие кристаллы, большие укрупняются, теряя свою уникальность. Возникают ледяные мостики. Воздуха в снежном “домике” все меньше, снег уплотняется, твердеет, превращаясь в слежавшийся, затем в уплотненный и, наконец, в фирн - плотный крупнозернистый снег из спрессованных ледяных зерен.
Эти процессы наблюдаются в любом “долгоиграющем” снежном покрове. Они ускоряются оттепелями, на них влияют ветры. А если снежинки упали в виде крупинок, образовав уже плотный снег, то его “старение” ускоряется...
“Снег кружится, снег ложится - снег! Снег! Снег!..” Свежему снегу в морозный день всегда сопутствует веселый хруст под ногами. И это не что иное, как звук ломающихся кристаллов. Мы не можем воспринять звук одной сломанной снежинки, но мириады раздавленных кристалликов создают вполне явственный скрип.
Попробуйте поймать эту хрупкую небесную красавицу на варежку и рассмотреть, как следует. Вы и сами убедитесь, что это волшебство, настоящее чудо! И поразитесь ее великолепием!

Цифры и факты:

Больше половины населения земного шара никогда не видело настоящего снега.
В 1 м3 снега находится 350 миллионов снежинок, а по всей Земле - 10 в 24 степени. Вес снежинки составляет всего около 1 мг, редко - 2-3 мг. Тем не менее, объединившись, миллиарды почти невесомых снежинок могут даже повлиять на скорость вращения Земли. Кстати, к концу зимы масса снежного покрова на планете достигает 13 500 миллиардов тонн.
Немецким метеорологам удалось подсчитать, что ежегодно на Германию падает несколько септильонов (число с 24 нулями) снежинок, среди которых нет даже двух одинаковых.
Диаметр большинства снежинок - около 5 мм. Хотя бывают и исключения. 30 апреля 1944 года в Москве выпал удивительный снег - снежинки размером с ладонь, напоминающие перья страуса. Официально зарегистрированная “рекордсменка” имела окружность 12 см.
Оказывается, белый цвет снегу придает... воздух (95 процентов). Рыхлый и пушистый снег насыщен воздушными пузырьками, от стенок которых отражается свет. Наличие воздуха обусловливает также очень низкую плотность снежинок и снега и медленную скорость их падения (0,9 км/ч).
Японский ученый Н.Укитиро называл снег “письмом с небес, написанным тайными иероглифами”. Он первым создал классификацию снежинок. Его именем назван единственный в мире музей снежинок на острове Хоккайдо.