15 января — Всемирный день снега (англ. World Snow Day) — международный праздник, день зимних видов спорта. Отмечается ежегодно в предпоследнее воскресенье января, начиная с 2012 года. В первый год праздник проходил в более 20 стран мира, среди которых США, Канада, Австралия, Швейцария, Финляндия, Германия, Великобритания, Норвегия, Польша, Турция, Казахстан, Украина и другие. В 2020 году его отмечали уже в 45 странах.
Инициатором и основателем проведения праздника является Международная федерация лыжного спорта (FIS). По замыслу организаторов, Всемирный день снега должен служить популяризации зимних видов спорта и активного, здорового образа жизни. Однако, оставим эти задачи соответствующим организациям и уделим внимание самому снегу: его природе, способам образования, распространению снежного покрова в мире, его значению для формирования климата на планете, а также для живых организмов, включая человека. Тема эта обширная, поэтому в этой публикации остановимся только на ряде основополагающих аспектов.
_____________________
Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда, которые возникают, когда в облаках микроскопические капли воды притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда поначалу не превышают 0,1 мм. Они падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы, поскольку из-за особой структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°.
Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника, на вершинах которого затем осаждаются новые кристаллы, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок.
Таким образом, жизнь снежинки начинается с того, что в облаке водяного пара при понижении температуры образуются кристаллические зародыши льда. Центром кристаллизации кроме пылинок могут быть любые твёрдые частицы или даже бактерии. Из-за малого веса снежинки, передвигаясь вверх и вниз в облаке, попадают в условия с разной температурой и концентрацией водяного пара. Их форма меняется, до последнего подчиняясь законам гексагональной симметрии. Так снежинки становятся разными, хотя теоретически в одном облаке на одной высоте они могут «зародиться» одинаковыми.
Но путь до земли у каждой свой, и довольно долгий. А значит, у каждой — своя история и своя окончательная форма. Существует такое многообразие снежинок, что обычно считается, что не бывает двух одинаковых. Простые снежинки, например, призмы, могут внешне выглядеть одинаково, но сложные звёздчатые обладают уникальной, отличимой уже на глаз геометрической формой. И вариантов таких форм, больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной. Над тайной красоты и бесконечного разнообразия снежинок не одно столетие бьются учёные. И чтобы не путаться с их многообразием, Международная комиссия по снегу и льду приняла в 1951 году довольно простую классификацию кристаллов льда: пластинки, звёздчатые кристаллы, столбцы или колонны, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные формы. Выделяют ещё три вида обледенелых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.
По тем же законам идёт рост инея, изморози и узоров на стёклах. Эти явления, как и снежинки, образуются при конденсации, молекула за молекулой — на земле, траве, деревьях и прочих поверхностях. Узоры на окне появляются в мороз, когда на стекле конденсируется влага тёплого комнатного воздуха. А вот градины получаются при застывании капель воды или, когда в насыщенных водяным паром облаках лёд плотными слоями намерзает на зародыши снежинок.
Белый цвет снежинок происходит от заключённого в них воздуха. Свет всех возможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается, создавая в совокупности в нашем восприятии белый цвет. Снежинки состоят на 95% из воздуха, что и обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость их падения (0,9 км/ч). А вот снежный покров в своей массе не чисто-белый, а имеет слегка голубоватый оттенок из-за оптических свойств воды, которые она сохраняет даже при замерзании. Солнечный свет, проходя сквозь слой снега или льда, теряет красные и жёлтые лучи, которые рассеиваются и поглощаются в нём, а насквозь проходит лишь свет голубовато-зелёной части спектра. Поэтому насыщенность синевы увеличивается с толщей снега или льда. В снегу этот эффект гораздо заметнее, потому что свет, отражаясь и преломляясь в гранях снежных кристаллов, проходит гораздо больший путь, чем в монолитном блоке льда.
Бывает и цветной снег. В арктических и горных регионах розовый или даже красный снег — обычное явление. Это живущие между его кристаллов водоросли окрашивают целые участки снега. Известны случаи, когда снег падал с неба уже окрашенный в голубой, зелёный, серый или чёрный цвет. Так, на Рождество 1969 г. в Швеции выпал чёрный снег. Причина, скорее всего, в том, что он при падении впитал из атмосферы копоть и промышленные загрязнения.
А в 1955 г. около Даны, штат Калифорния, выпал фосфоресцирующий зелёный снег. Жители, рискнувшие попробовать на язык его хлопья, вскоре скончались, а у людей, бравших снег в руки, появились сыпь и сильный зуд. Возникло предположение, что эти ядовитые осадки явились результатом атомных испытаний в штате Невада. Однако комиссия по расследованию этого происшествия данное предположение отвергла. По сей день происхождение зелёных хлопьев остаётся тайной. Но этот случай должен предостеречь нас от желания ловить ртом снежинки или лизать сосульки, т.к. даже белый их цвет — не гарантия чистоты воды в них заключённой.
Самая крупная зафиксированная снежинка имела диаметр в 38 см. Она была зарегистрирована 28 января 1887 г. во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США. А самые крупные снежинки в нашей стране выпали 30 апреля 1944 г. в Москве. Пойманные на ладонь, они закрывали её почти целиком и напоминали страусиные перья. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г. Предполагается, что в 1 м3 снега находится 350 миллионов снежинок.
Уже несколько столетий учёные и любознательные исследователи-самоучки изучают снежинки. Астроном Иоганн Кеплер в 1611 г. издал научный трактат «О шестиугольных снежинках», в котором чудеса природы рассмотрел со стороны жёсткой геометрии. Этот трактат-миниатюра — раритет науки, документ теоретической кристаллографии и гордость её истории. В 1635 г. формой снежинок заинтересовался французский философ, математик и естествоиспытатель Рене Декарт, написавший этюд, включённый им впоследствии в книгу «Опыт о метеорах».
В 1885 г., после множества проб и ошибок, американский фермер Уилсон Бентли, по прозвищу «Снежинка», получил первую удачную фотографию снежинки под микроскопом. Он занимался этим 46 лет, сделав более 5000 уникальных снимков. Японский учёный Накая Укитиро называл снег "письмом с небес, написанным тайными иероглифами". Он первым создал классификацию снежинок. Именем Накая назван единственный в мире музей снежинок, расположенный на острове Хоккайдо. В 2001 г. свои исследования в области снега начал профессор физики, астроном Кеннет Либбрехт из Калифорнийского технологического института. В его лаборатории снежинки выращиваются искусственно.
Учёные из университета Луизианы, изучая образцы снега в поисках ядер (центров) кристаллизации снежинок, обнаружили, что чаще всего в этой роли выступают не пылевые частицы, как думали раньше, а органические объекты, в основном — бактерии. Ядро кристаллизации — это то, с чего начинается образование снежинок и чаще всего такой "затравкой" служат палочковидные бактерии Pseudomonas syringae. Лучше всего они "стимулируют" рост кристаллических ледяных структур при температурах от – 70 до 00 С.
Ученые считают, что формирование дождя и снега является частью жизненного цикла бактерий и изменение их популяции может влиять на выпадение осадков. Например, чрезмерное выбивание пастбищ скотом в летнее время может сократить популяцию бактерий, в результате чего уменьшится формирование дождевых капель. Бактерии упомянутого вида — патогенны и способны заражать большое количество видов растений, в том числе, многие важные сельскохозяйственные культуры. С ними давно и активно борются люди. Данные исследования поднимают вопрос о том, не приведёт ли уничтожение вредных бактерий к изменениям климата. А для нас это — яркий пример того, как в природе всё сложно взаимосвязано.
Снеговедение — новая наука о снежной мантии нашей планеты, призванная наряду с другими науками о Земле сохранить природу. Она оформилась в связи с резким усилением темпов освоения Севера и Антарктиды. Долгое время науки о снеге не существовало. Ни его роль в формировании климата, ни законы его распределения в равнинах и в горах не были предметом пристального внимания исследователей. С незапамятных времён снег не изучали, а скорее только описывали.
Снежный покров — один из видов природных льдов Земли. К ним относятся, кроме снега, ледники, ледяной покров озёр, рек и морей, шуга, подземные льды, наледи, изморозь, иней, град, ледяные включения в мёрзлых грунтах. Наука о природных льдах называется гляциологией от латинского слова "гляциес" — холод, лёд. Снеговедение или хионология (от греческого слова "хионос" — снег) — ее ветвь.
Снег — чудеснейшая особенность нашей планеты. Он образуется на всех континентах в огромных количествах. Ежегодно снегом покрывается до 130 мил. км2 — четвёртая часть всей поверхности Земли вместе с океанами. Восьмая часть покрываемой снегом территории приходится на ледники, в том числе на ледяные щиты Антарктиды и Гренландии. Снег, отлагающийся там, почти полностью расходуется на питание ледников, постепенно превращаясь в лёд и обновляя т. о. тела ледяных гигантов.
Треть заснеженной территории планеты составляют морские льды в Арктическом и Антарктическом бассейнах. Снежное укрытие есть одно из главных условий существования паковых льдов (пак — толстый и плотный многолетний лёд в полярных водах). Свободную от ледяного панциря сушу покрывает половина Снежной Мантии. При её таянии увлажняется почва, рождаются родники, возникают речные половодья.
ЗНАЧЕНИЕ СНЕГА трудно переоценить. На краткое перечисление его заслуг — уйдет тонна бумаги. Приведём лишь основное.
Снег — решающий природный фактор, он оказывает влияние на все отрасли народного хозяйства особенно в районах сурового климата.
Снег — важный климатообразующий фактор. Снежный покров отражает в космос почти 90% лучистой энергии Солнца. Свободная от снега суша отражает только 10, максимум 20%.
Именно снег был главным виновником великих оледенений, полностью изменивших лицо нашей планеты и судьбы её обитателей. Ведь любой ледник — дитя снегопадов и метелей, вызванных климатическими метаморфозами. Согласно одной из гипотез возникновения оледенений, Северный Ледовитый океан оттаивал, если в его воды проникали тёплые течения Атлантического и Тихого океанов. Атмосфера увлажнялась, и на фоне планетарного похолодания, связанного с Антарктидой, это вызывало обильные снегопады и бураны. Снежники возвышенностей не успевали стаять за лето. Свежие снега откладывались на старые слои, уплотнявшиеся до состояния льда. Оледенение Северного полушария началось с Гренландии. Образовавшийся ледник вырос в высоту до 2-4 км, расползаясь в стороны и постоянно обновляясь новыми снегопадами. Он рос бы и выше, но, став заоблачным, лишился источников питания.
Снег образуется не на земной поверхности, он — детище высоких слоёв атмосферы. Облака состоят из мелких снежинок и переохлаждённых капель воды, и поэтому даже дожди, жидкие осадки, могут иметь своим прямым предшественником атмосферный снег. В круговороте влаги на планете Земля, от которого, зависит существование всего живого, снег играет решающую роль. Без него безвозвратно нарушилось бы существующее устойчивое состояние ледников и большая часть суши превратилась бы в безводную и безжизненную пустыню.
Миллиарды "невесомых" снежинок способны повлиять даже на скорость вращения Земли. Снег оказывает влияние на Землю и своим весом. В августе, в период наименьшей заснеженности Земли, когда снегом покрыто 8,7% всей поверхности планеты, снежный покров весит 7400 миллиардов тонн. А к концу зимы в северном полушарии масса сезонного снега достигает 13.500 миллиардов тонн.
В северных широтах снег — надежный «укрывной материал» для зимующих под ним частей растений. Каждые 10 см снега, как считается, повышают температуру на 3-50С, а 70-80 см — надёжно изолируют почву от холодного воздуха, но при условии, что снег рыхлый, насыщенный воздухом. При утаптывании утепляющая способность снега снижается. Однако, ранней весной снег вокруг посадок в саду всё же аккуратно уплотняют. Так он дольше не тает, утепляя растения под ним в морозные ночи, растягивая весеннюю влагу — живительный источник, необходимый для прорастания травянистых растений, распускания листвы на деревьях и кустарниках. Слой слежавшегося за зиму снега толщиной в 1 см на площади 1 га дает 25-35 м3 воды.
Для животных глубокий снежный покров может быть, как укрытием от мороза (для птиц семейства тетеревиных, например), так и серьёзным испытанием при передвижении (кабаны избегают участков с глубоким снегом; лось, проваливаясь на весеннем насте, может стать лёгкой добычей волков).
Снежный покров и лёд способны оказать негативное воздействие и на человека. Простой пример: «снежная слепота», которая развивается у лиц, подвергшихся воздействию ультрафиолетовой радиации, отраженной от снежной поверхности — горнолыжников, альпинистов, полярников, любители зимней рыбной ловли и др. Это ожоговая травма глаза, связанная с повреждением конъюнктивы и роговицы ультрафиолетовым излучением. Первые симптомы: ощущение дискомфорта и «песка» в глазах появляются спустя несколько часов после ультрафиолетового облучения. Для снежной слепоты характерен выраженный роговичный синдром, включающий острую боль в глазах, блефароспазм, светобоязнь и слезотечение. Проявляются также гиперемия и отёк век и конъюнктивы. Прогрессирование симптомов приводит к непереносимости даже слабого света и полной потере зрения.
Неотложная помощь сводится к обеспечению полного зрительного покоя: наложение на глаза светонепроницаемой тёмной повязки, пребывание пострадавшего в затемнённом помещении. Медикаментозная терапия нацелена на купирование симптомов, профилактику осложнений и стимуляцию эпителизации дефектов роговицы. При снежной слепоте назначаются капли анестетиков, метаболиков, искусственной слезы. Также можно наложить мазь эритромицина или тетрациклина. Разрешается использование холодных примочек на веки для уменьшения отёка. Явления снежной слепоты обычно бесследно стихают через 2-3 дня, зрение при этом полностью восстанавливается. В некоторых случаях повышенная чувствительность к яркому свету может сохраняться длительное время. Профилактика снежной слепоты: использование защитных очков со светофильтрами.
Говоря о «снежном негативе», не забудем о тяжёлом труде по уборке снега на дорогах и повреждениях электросети при сильных снегопадах, сходе снежных лавин и прочих неприятностях, связанных со снегом. И всё же позитива от него тоже хватает: мы радуемся первому снежку, любим лепить снеговиков при оттепелях, играть в снежки, кататься на санках, ледянках, лыжах и коньках. За всё это говорим «спасибо» снегу и льду.
Снежную тему обязательно продолжим в будущем году, в следующий Всемирный день снега.
Экскурсовод заповедника «Кивач» С. Н. Милевская
