Игры

Почему снежинки разные для детей. Почему снежинки такие разные по форме? Такие вот интересные причины возникновения огромного количества разновидностей снежинок

Дорогие читатели, здравствуйте! У нас новый, ну очень занимательный проект. Все из нас ловили маленькие падающие с неба белые парашютики на варежки или в тёплые ладошки, а иногда и прямо в рот! А вот откуда берутся эти узорные кристаллики льда, и знаете ли вы, какие бывают снежинки?

План урока:

Как появляются снежинки?

Существуют снежинки в природе благодаря водяному пару. Из скопления воды летом выпадает дождь, а вот зимой холодный воздух замораживает маленькие капельки воды и в результате идёт снег.

Как получается это хрупкое чудо? Начало каждой узорной кристаллинки даёт её серединка – ядро, которым может стать любая пылинка из тучи. Эта пылинка по мере перемещения через облака обрастает прозрачными ледяными кристалликами, которые придают ей определённую форму. Постепенно кристалликов приклеивается столько много, что вес пылинки заставляет её опускаться на землю.

Если внимательно рассматривать узоры падающих с неба снежинок, можно без труда заметить, что ни одна из них не похожа на другую.

Интересные факты! Обычная снежинка весит около 1 миллиграмма, редко 2 или 3. А вот самые большуханские выпали в 1944 году в Москве. Их и снежинками-то не назовёшь. Размером с ладошку они больше были похожи на пёрышки страуса.

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.

Интересные факты! Падающая на воду снежинка создаёт высокий звук. Человек его, конечно, не слышит, а вот, как говорят учёные, рыбам такой шум крайне неприятен.

Теперь вы знаете, откуда берутся снежинки и почему они отличаются. Все ледяные кристаллики условно подразделили на семь простых групп и дали им условные названия.

Пластинка

Самая простая из всех, тонкая и плоская. У неё много рёбер, которые делят кристалл на части.

Столбик

Такие снежинки, напоминающие полый шестигранный карандаш, — самые распространённые из всех форм. Он могут быть на концах тупые или заострённые.

Столбик с наконечником

Этот вид получается, если обычный столбик попадает в определённые условия, при которых кристалл изменяет направление своего роста и постепенно на концах превращается в пластинку. Например, такое происходит при перемещении в другую температурную зону под воздействием ветра.

Игла

Это разновидность столбчатой снежинки, которая выросла тонкой и длинной. Бывает, что внутри у них полость, но иногда на концах они раскрываются в виде веточек.

Звёзды

У этого экземпляра красивый ветвящийся силуэт, которым мы любим восхищаться. В нём есть шесть абсолютно симметричных основных лучиков и много разных ответвлений. Размером они около 5 миллиметров и обычно плоские.

Пространственные дендриты

Удивительные узорчатые кристаллы получаются объёмными за счёт соединения разных других видов.

Неправильные снежинки

Да, есть и такая группа, куда входят повреждённые представительницы, которые на пути к нам повредили свои веточки или совсем разломились на части. Такие покалеченные снежинки получаются обычно при сильном ветре, их много в сыром снеге.

Помните, мы говорили о том, что разные формы получаются при разных условиях? Так вот,

звёзды обычно получаются при температуре до -5 градусов,
а вот иглы – от -5 до -10,
для сложных дендритов должна быть температура не менее -10 и не ниже -20 градусов,
а вот пластинки и столбики разных размеров образуются даже при воздухе в -35.

Интересные факты! Подсчитано, что половина жителей Земли никогда не видела снежинок. Но у них есть шанс приехать на север или посетить единственный в мире музей снежинок в Японии на острове Хоккайдо.

Вот такой интересный проект у нас сегодня получился. Заглядывайте к нам почаще, в мире ещё много интересного, про что можно рассказать!

Кстати, о многом интересном мы уже беседовали. Например, о том, почему листья желтеют осенью . мы познакомились с зимними народными приметами, а узнали больше о шаровой молнии.
Евгения Климкович.

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.

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.

Снежинка начинает свою жизнь в облаке, когда вокруг маленькой пылинки образуется кристаллик льда. Кристаллы льда имеют форму шестигранника. Именно из-за этого большинство снежинок имеют форму шестиконечной звезды.

Как именно в данный момент будет расти снежинка зависит от текущих условий вокруг снежинки: влажность, температура, давление, форма снежинки. И даже самые минимальные изменения этих параметров могут изменить ход роста снежинки.

Условия постоянно меняются. И получается, что снежинка то растет в ширину, то у нее отрастают лучи. В холодную и сухую погоду снежинки вообще растут в высоту, а не в ширину, и получаются шестиугольные столбики, а не привычные нам разлапистые звезды.

Направления роста изменений снежинки всегда обусловлены тем, что кристаллы льда шестиугольные. Два кристаллика не могут соединилься углом, они всегда присоединяются друг к другу гранью. Поэтому лучи всегда растут в шесть сторон, а от луча может отходить «ветка» только под уголом 60 или 120 градусов.

Поскольку каждая снежинка живет своей жизнью и внешние условия у них у всех хотя бы минимально, но отличаются, то все снежинки разные. Не бывает абсолютно одинаковых снежинок - каждая из них проходит через разные сочетания влажности, давления и температуры.