Сніг, який ми бачимо, насправді не білий

Всі, хто багато років сумував за справжньою зимою, цьогоріч вже точно натішились. Бо зима і дійсно така, як були колись, вже, напевно понад 10 років тому – зі снігом, з морозом («добрячим»), з неймовірними краєвидами, для дітей – катаннями на санчатах, «плюшках», різних снігокатах і просто на клейонках. Ну це з приємного… Неприємні наслідки такої зими, як зараз, зрозумілі для кожного. Проте -  є як є. Маємо витримати та пережити і ці холоди, і негаразди, з ними пов’язані. А наразі пропонуємо згадати (для тих, хто забув) чи дізнатись (для тих, хто не знав) –якого кольору сніг, «класичні» параметри сніжинок та ті, які за розмірами потрапляють до Книги рекордів Гіннеса, їх «крейсерська» швидкість,  як сніг використовують багато країн світу та ін. цікаві факти про сніг.

 

То ж те, що ми бачимо білий сніг  – це результат масштабної оптичної ілюзії. Сніг насправді не білий, а напівпрозорий. Окремі кристали льоду взагалі  прозорі  як скло або кварц. Проте  коли від нього відбивається світло  - наш мозок «інтерпретує» його білим. Чому? Тут відбувається явище дифузного відбиття. Шар снігу — це хаотичне скупчення мільйонів мікроскопічних граней і дзеркал. Світло, коли потрапляє на цю поверхню, – проходить  нескінченну кількість заломлень: воно відбивається від внутрішніх поверхонь сніжинок, розсіюється і повертається назовні.

Розмір сніжинок може «коливатися» від кількох міліметрів до величезних у порівнянні з першими, навіть до  діаметру у  38 см. Таку подію зафіксували  у США майже 50 р. тому і цей факт потрапив до Книги рекордів Гіннеса.   Проте метеорологи вважають, що це були не поодинокі величезні монокристали, а «об’єднання» сотень сніжинок, які завдяки механічному зчепленню у польоті з'єдналися та здавалися величезними сніжинками.

Шлях сніжинки  від хмари до землі може тривати понад годину, а швидкість залежить від аеродинаміки, проте  «середньостатистична» 1–5 км/год. За цей період вона може обрости мікрокраплями води, перетворившись на снігову крупу, або об'єднатися з тисячами інших сніжинок у важкий, вологий сніг, який здатний завдавати шкоди  із-за обледенінь різних поверхонь, у т.ч. й автомагістралей, і ліній електропередач та їх обривів.

Свіжий сніговий покрив на 90–95% складається з повітря, яке потрапило у лабіринт крижаних кристалів. На вулиці, коли сніг щойно випав, значно тихіше, а ніж завжди, адже він працює як потужний звукопоглинач. Як пояснюють науковці - звукова хвиля не відбивається від снігового покриву,  а проникає вглиб структури, т.ч. наче залишається всередині снігу.  Коефіцієнт звукопоглинання свіжого снігу настільки високий, що він ефективно гасить шуми широкого спектра, особливо низькочастотний гул міста. Хоча цей ефект дуже короткотривалий: як тільки сніг ущільнюється під власною вагою або під впливом температури починає танути чи вкривається льодяною кіркою,  - акустична картина інвертується. А ось лід «веде себе навпаки»: він має високу акустичну жорсткість і працює як ідеальний рефлектор – відбивач звуку. І саме тому у морозні ночі на зледенілій поверхні звук чи кроків, чи розмови поширюється на доволі великі відстані.

Сніг на тверду поверхню падає практично безшумно, ну, звичайно, коли він тихий, без вітру. А ось коли сніжинка падає на поверхню води, будучи пористою структурою, діє як крихітний поршень і заганяє під воду бульбашки повітря. Коли кристал тоне і тане у воді, ці бульбашки вивільняються і починають резонувати. Частота цього звуку лежить у діапазоні 50–200 кГц — це глибокий ультразвук, недоступний людському вуху (наша межа — приблизно 20 кГц), але чудово чутний для приладів та мешканців вод. Під час сильних снігопадів над океаном рівень фонового шуму зростає настільки, що це створює «білий шум» для гідролокаторів, ускладнюючи навігацію та виявлення підводних об'єктів. Це своєрідна природна маскувальна завіса.

І ще один цікавий факт. У багатьох фільмах ми бачили, що сніжні лавини у горах  може викликати гучний крик. Вчені ж зазначають, що реальними причинами лавин у 90% випадках є пряме механічне навантаження і  найчастіше лавинну катастрофу запускає або лижник, або снігохід. Їх рух  діє на «слабку точку» снігового пласта, викликаючи т.ч. поширення тріщини. Інші фактори — різке температурне розширення, дощ, що збільшує вагу снігу, або утворення шару глибинної паморозі та ін., - «сприяють» сходженню лавин. Тож акустична тиша у горах — це, скоріш за все, питання тихої насолоди неймовірними краєвидами, а не вимога безпеки.

Сніг має  надзвичайно низьку теплопровідність. Сухий, ущільнений вітром сніг проводить тепло орієнтовно у 100 разів гірше за алюміній і його умовно можна порівняти із сучасними синтетичними утеплювачами. Снігові блоки працюють як бар'єр, що утримує тепло всередині конструкції.  Наприклад, такі «здібності» снігу відомі з давніх-давен та й досі використовуються при побудові традиційного куполоподібного житла ескімосів під назвою іглу. Це помешкання дивовижно зберігає тепло всередині на рівні +16...+20 °C, навіть, коли зовні лютує шторм із температурою -45 °C. Вхід розташовується нижче рівня підлоги, створюючи «холодову пастку», куди стікає важке холодне повітря, тоді як тепле повітря акумулюється під склепінням. Є й сучасні версії таких іглу у вигляді готельних номерів зі скляним купольним дахом для спостереження за зірками.

Всі знають, що сніг виконує критично важливу роль для поповнення рівня вод у водоймах, є життєво важливим джерелом питної води та гідроенергії для певних регіонів планети,  він є частиною сезонного циклу Землі, і більша його частина покриває Північну півкулю. Без снігового покриву земля поглинає приблизно у чотири-шість разів більше сонячної енергії. Сніг також впливає на міграцію, зимову сплячку та виживання диких тварин і т.д. Ці та інші якості снігу використовуються в сучасних рішеннях стосовно інтеграції великої кількості снігу в енергетичні системи. Так, наприклад, у країнах Скандинавії та Японії комунальні служби взимку консервують тисячі тонн снігу у спеціальних ізольованих резервуарах або котлованах, вкритих шаром деревної тріски чи термоізояторів. А влітку, коли є великий попит на кондиціювання, - талу воду з цих гігантських «рефрижераторів» використовують у системах теплообміну. Ще сніг у Японії використовують для охолодження White Data Center — серверних ферм, що генерують величезну кількість тепла і зазвичай споживають мегавати енергії на кондиціювання. Це, у свою чергу, дозволяє скоротити витрати електроенергії на охолодження серверів до 90% у спекотні місяці. Схожі системи працюють у ряді країн для клімат-контролю лікарень, а також у сучасних агрокомплексах,  де овочі зберігають за стабільної температури приблизно 0 °C.

Вчені постійно вивчають сніг як атмосферне явище та життєво важливий компонент клімату та водних ресурсів Землі,  щоб краще зрозуміти, як він впливає на все наше життя з урахуванням і його беззаперечної виключної користі, і ризиків, які він може нести.

За матеріалами speka.ua, nsidc.org, wikipedia

Неймовірні фото: Олександр Арендар