Файл: Литвинов, И. В. Структура атмосферных осадков.pdf

исследовании более 30000 отдельных кристаллов, следует считать классификацию Магоно и Ли (табл. 13) [277]. Согласно этой клас­ сификации, снежные кристаллы подразделяются на семь типов: мглы, столбчатые, пластинчатые, комбинации из столбчатых и пла­ стинчатых, столбчатые кристаллы с боковыми пластинками, обзерненные кристаллы, кристаллы неопределенной формы и ледяные зародыши.

Предложенный способ обозначения форм снежных кристаллов об­ ладает большой наглядностью и позволяет в случае обнаружения нового вида кристаллов дополнять существующую классификацию, не изменяя ее общего вида. Так, в схему Магоно и Ли [277] вне­ сены разновидности кристаллов (C P ld, С Р Іе), которые часто на­ блюдаются в природе [30, 94], и кристаллы зародышевых форм, об­ наруженные в снегопадах Антарктиды [309].

Для наглядности авторы ввели также схематическое изображе­ ние снежных кристаллов (рис. 12). Изображение обладает высокой информативностью и наряду с фотографиями позволяет составить достаточно полное представление о форме снежного кристалла или снежинки.

До последнего времени в литературе в основном приводились результаты исследований снежных кристаллов (снежинок) почти правильной геометрической формы. Однако в естественных усло­ виях большинство из них имеет неправильную форму. Так,

69

кристаллы, имеющие более или менее четкую геометрическую форму (шестигранные пластинки, столбики, звезды), часто асимметричны, и форма их искажена за счет запндевенпя, обзерненпя и др. Рост снежных кристаллов, в частности преимущественный рост их боко­ вых граней или основании, образование новых центров их роста оп­ ределяются прежде всего температурой окружающей среды п пере­ сыщением водяного пара. Это подтверждается тем, что в тщательно контролируемых внешних условиях кристаллы растут строго опре­ деленной формы. Зависимость формы кристаллов от температуры внешней среды н пересыщения водяного пара Де наиболее на­ глядно можно проследить по диаграмме, впервые полученной Кампе и Вайкманом [202] и Накаіія [298] н в дальнейшем уточнен­ ной II дополненной Кобайясп [220, 221] Халетом п Мейсоном [176],

Мейсоном, Брпантом п Хейвелом [285], Шнмизу [337] п Омо [311]. Сводные данные этих авторов приведены на рис. 13. На рис. 13 сплошными прямыми линиями выделены достаточно резкие границы зон, а штриховыми линиями — менее четкие. Из рисунка видно, что в контролируемых условиях без принудительного обдува в зависи­ мости от величин пересыщения и температуры воздуха можно вы­ делить примерно 12 зон с определенной модификацией смежных кристаллов.

С ростом пересыщения вместо толстых сплошных призм и очень толстых шестигранных пластинок появляются более сложные формы в виде полых призм, длинных призм, на углах кристаллов начинают образовываться секторы и шипы, что приводит к появле­ нию развитых дендритов. Последние развиваются только при усло­ вии, когда пересыщение становится больше равновесного насыще­ ния пара над водой.

Зависимость формы кристаллов от температуры более сложна. При небольших изменениях температуры свойства кристаллов пре­ терпевают значительные изменения. При низких температурах фор­ мируются призмы, сплошные и пустотелые, далее при повышении температуры происходит перестройка формы и образуются сектор­ ные пластинки, затем дендриты п снова секторные пластинки.

72

Дальнейшее увеличение температуры приводит опять к резкой пе­ рестройке форм — появляются полые призмы, а затем иглы п снова пластинки. Причины такой резкой зависимости формы кристаллов от температуры еще не ясны. Мейсон, Бриант и Хейвел [285] вы­ двинули гипотезу, согласно которой скорость роста льда на гранях и основаниях гексагонального кристалла льда и зависит от темпе­ ратуры Т и определяется двухвершинными кривыми, сдвинутыми относительно друг друга. Это предположение основано на экспери­ ментальных данных о скорости роста плоскости кристалла при раз­ личных температурах [175], согласно которым кривые и(Т) пересе­ каются в трех точках. В результате для различных температур со­ отношение между скоростью роста на гранях п основаниях призм меняется: при одних температурах преобладает рост граней, при других — рост оснований. Хобс и Скот [186] предлагают несколько иную интерпретацию: скорость роста кристалла пропорциональна вероятности образования зародыша нового молекулярного слоя на поверхности растущего кристалла. Эта вероятность различна на гранях и основаниях и меняется с изменением температуры.

Обнаруженная во время опытов в камерах зависимость формы кристаллов от температуры п пересыщения неоднократно прове­ рялась в естественных условиях. Обнаружено хорошее соответствие форм кристаллов, выросших при сходных условиях в камерах и в естественных условиях [9, 163, 180, 240, 277, 368].

Кроме монокристаллов в облаке образуются и поликристаллическне соединения. В этом случае из одного или нескольких меха­ нически связанных друг с другом центров растут различные монокрпсталлпческие образования, что приводит к образованию частиц, носящих название «батареи» и «ежи» [30]. Пластинчатая батарея представляет собой снежинку, образованную двумя параллельными пластинками, соединенными друг с другом зародышем толщиной не более 30 мкм. Звездчатая батарея — это два звездчатых кри­ сталла, соединенных аналогичным образом. Столбчатая и игольча­ тая батареи — столбики или иглы, соединенные боковыми поверх­ ностями и растущие параллельно друг другу. Однако часто наблю­ дается механическое соединение двух столбиков или игл в виде креста. Наблюдения на моделях показали, что такой вид соедине­ ния— обычное явление при совместном падении столбчатых форм кристаллов [193]. Так, при 0,1 < R e< 10 цилиндры с диаметром De, первоначально находящиеся на расстоянии примерно 50 D c, соеди­ няются друг с другом и в дальнейшем выпадают соединенными под прямым углом.

Снежинки, имеющие поликристаллическую структуру, когда пло­ скости и оси кристаллов ориентированы в пространстве произволь­ но, называются «ежи». Различаются игольчатые, пластинчатые, звездчатые, пулевидные, столбчатые, пластинчато-пулевидные, пла- стинчато-запонковые ежи. Основной особенностью этих кристаллов является их рост из одного центра или близко расположенных не­ скольких центров. Форма основных видов ежей ясна из их на­ звания.

73