Через полюс — на экватор - [5]

Для того чтобы вода или пар превратились в лед, необходимы ядра конденсации. Для пара такими ядрами конденсации могут служить пылинки, ионы и молекулы определенных газов.

При переохлаждении водяного пара, например, в облаке начинается превращение водяного пара в кристаллы льда. При этом образуются твердые осадки — град, крупа, снег. Не имея возможности рассказывать обо всех видах твердых осадков, мы остановимся на самом распространенном типе — снежинке.

Снежинки очень разнообразны по форме. Среди них различают десятки различных видов. Они могут иметь форму звездочек, пластинок, игл, ежей, столбиков, запонок и многих других. Известны коллекции снежинок, собранные рядом ученых. Сохранить снежинку невозможно, поэтому ее фотографируют под микроскопом на черном фоне. Коллекции таких фотографий насчитывают несколько тысяч снимков, причем среди них нет и двух совершенно похожих.

Размеры снежинок колеблются в довольно широких пределах. Например, звездочки имеют диаметр от 0,5 до 7 мм. Толщина такой звездочки колеблется от 0,005 до 0,06 мм. Вес ее 0,0001—0,0005 грамма. Иногда снежинки сцепляются между собой, образуя хлопья снега. Хлопья могут достигать размеров от нескольких миллиметров до нескольких десятков сантиметров. В таких гигантских хлопьях бывает 2000–3000 снежинок, и вес их иногда достигает 1,5 грамма.

Форма снежинок зависит от условий, в которых они образовались, от насыщенности пара, от температуры воздуха в облаке. Единственно, что общего имеют все снежинки, — это исходную форму кристалла — правильного тетраэдра, или четырехгранника, каждая грань которого равносторонний треугольник. Пожалуй, лучшая иллюстрация кристалла льда — упаковка молока в вощеные пакетики, которые тоже имеют форму четырехгранника. Любая снежинка — это комбинация таких четырехгранников, а поэтому все снежинки имеют шестилучевое строение, и лучи, грани, ребра всегда образуют углы между собой, кратные 60°. Иногда на рисунках художников можно увидеть восьмилучевые снежинки. При всем разнообразии снежинок в них не может образоваться восемь лучей. Конечно, художники не знают кристаллографии, но пусть они будут внимательнее, разглядывая снежинки. Ведь не изобразят же они человека на трех ногах.

Снежинка образуется в облаке, она кружится в воздушных потоках, растет, приобретая все более сложную форму, и, наконец, падает на землю. Если снегопад происходит в тихую погоду, снежинки падают на землю, образуя пушистый покров. Если дует сильный ветер, снежинка несется по поверхности, лучи ее обламываются, и она превращается в снежную пыль, из обломков снежинок возникают заносы, снег ложится плотнее. Но даже если снежинка и не будет сломана ветром, а мягко опустится на землю, то все равно она долго не удержится в той первоначальной форме, в которой она парила. Уже через несколько часов под влиянием процессов, протекающих в снежной толще, она приобретет новую форму.

СНЕЖНАЯ ТОЛЩА

Снежинки, выпавшие на поверхность земли, образуют слой, который мы называем снежным покровом. Было бы неверно предполагать, что снежинки, выпавшие в виде звездочек, ежей, пирамидок, игл, так и сохранят свою форму до весны. В этом нетрудно убедиться, если вы зачерпнете горсть снега и рассмотрите его внимательно. Вы увидите, что снег стал зернистым. Он состоит из мелких или крупных зерен, ничего общего не имеющих со своей первоначальной формой. Что же произошло?

Как только снег лег на землю, в его толще начинаются процессы перекристаллизации. Связана эта перекристаллизация с тем, что внутри снежной толщи неодинаковые условия для существования отдельных кристаллов. Кристалл по внутренним молекулярным законам стремится сократить свою поверхность, и поэтому наивыгодная для него форма — шар. Вот к этой форме он и стремится, но этому мешают соседние кристаллы; в зависимости от их ориентировки они находятся в разных условиях. Кристалл, попавший в более выгодное положение растет за счет соседнего кристалла, пребывающего в менее выгодных условиях. Более крупный кристалл обычно поглощает более мягкий, но иногда бывает наоборот, если положение более мелкого, его ориентировка в пространстве по отношению к соседям дает ему преимущество перед более крупным. В снежной толще, образно говоря, идет «борьба за жизнь». Но такая борьба идет не только между соприкасающимися кристаллами, она идет между отдельными слоями. Если слои снега имеют неодинаковую температуру, то из более «теплых» слоев, где упругость пара больше, наблюдается миграция водяного пара в более холодные слои, где упругость пара ниже. Поэтому в теплых слоях идет уменьшение, «гибель», кристаллов, а в более холодных — рост кристаллов. Но процесс возгонки снежных кристаллов ведет к потере тепла, а процесс сублимации — к нагреванию, это и выравнивает температуру в толще снега. Рост отдельных кристаллов ведет к увеличению пор, толща становится более рыхлой, и снег начинает оседать. Если в процессе развития снежной толщи происходит таяние при оттепели, то снег пропитывается водой и повышается его плотность, поскольку поры заполняются. Происходящие в снеге процессы очень сложны. В одних случаях они ведут к разрыхлению снежной толщи, в других — к уплотнению. Они способствуют образованию корок и настов. Как мы увидим в дальнейшем, эти процессы надо хорошо изучить, чтобы судить о целом ряде природных явлений. В наших умеренных условиях снег лежит несколько месяцев и весной тает. За это время он успевает превратиться в крупные кристаллы, которые весной представляют собой рыхлую толщу, лыжники обычно называют такой снег жестким, он обдирает лыжи, буквально сдирая с них стружку. И хотя снег мокрый, ребятам не удается слепить из него крепкий снежок — он рассыпается в руках. Снег проходит стадию фирнизации. Ну, а если бы он и не растаял весной, как это бывает в горах на ледниках, что бы с ним произошло? Сначала снег превратился бы в фирн, плотный крупнозернистый снег, в котором все кристаллы плотно прилегают друг к другу, но пока еще воздушные поры между ними соединены между собой. В дальнейшем процессе перекристаллизации под тяжестью вновь выпавших снежных толщ фирн превратится в лед, в котором отдельные кристаллы плотно спаяны между собой, а воздушные поры превратятся в изолированные пузырьки воздуха. Превращение снега в фирн, а потом в лед на ледниках занимает различное время. Если летом появляется вода, которая потом замерзает, или процессы перекристаллизации протекают в сравнительно «теплых» условиях (до минус 10° —20°), то процесс превращения снега в лед занимает срок от нескольких месяцев до года. А вот в Антарктиде, в районе станции Восток, температура снежной толщи редко поднимается выше —50°, средняя многолетняя температура достигает здесь —60°. Вот в таких условиях снег превращается в лед лишь через 2000 лет.