Что такое иней и как он образуется
. Как выглядит иней, откуда узоры на окнах и чем он отличается от изморози
Иней обычно белый, но при солнечном освещении может казаться серебристым и переливаться, потому что отдельные ледяные грани отражают свет
Утром на траве, деревьях и автомобилях иногда появляется тонкий белый налет, похожий на сахарную пудру. Это иней — кристаллы льда, которые вырастают на холодной поверхности. Для их образования не обязательно ждать снегопада или сильного мороза. РБК Life рассказывает, почему появляется иней, при какой температуре он образуется и чем отличается от изморози, росы и снега.
Что такое иней
Иней — это отложение льда в виде кристаллов, возникающее, когда водяной пар из воздуха переходит в твердое состояние на холодной поверхности. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) в русской версии Международного атласа облаков называет такое образование льда «прямой сублимацией водяного пара» [1]. В школьной физике переход вещества из газообразного состояния непосредственно в твердое называют десублимацией. Оба термина описывают один физический процесс, но используются в разных терминологических традициях.
Иней относится к явлениям неживой природы. Он состоит из обычной воды в твердом состоянии, поэтому его образование — физический, а не химический процесс. ВМО включает иней в число гидрометеоров, состоящих из отложений на поверхности, а не выпадающих из облаков осадков вроде снега или дождя [2].
Как выглядит иней
Иней обычно белый, но при солнечном освещении может казаться серебристым и переливаться, потому что отдельные ледяные грани отражают свет. Вблизи можно разглядеть кристаллы в форме иголочек, перышек, пластин и разветвленных веточек [3].
Чаще всего иней появляется на траве, листьях, земле, крышах и лобовых стеклах машин. Также его можно увидеть на ветках деревьев, хотя толстую белую шубу на ветвях чаще дает изморозь.
Кристаллы инея на травинках
Как образуется иней
В воздухе всегда есть некоторое количество водяного пара — невидимой газообразной воды. Если поверхность становится достаточно холодной, молекулы пара оседают на ней и могут сразу выстраиваться в кристаллы льда.
Прямой переход из газа в лед без стадии жидкой воды описывает Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) [4]. Процесс образования инея можно представить по шагам.
- Ночью почва, трава, крыша или кузов автомобиля отдают тепло окружающей среде и остывают.
- Поверхность охлаждается ниже 0 °С и достигает температуры, при которой водяной пар рядом с ней может откладываться в виде льда.
- Водяной пар переходит непосредственно в твердые ледяные кристаллы. Они закрепляются на поверхности и растут, если поступает новая влага.
- К утру появляется белый налет. Когда поверхность прогревается, кристаллы тают или постепенно исчезают вследствие испарения льда.
Иней часто появляется в ясные тихие ночи. Когда небо почти безоблачное, почва и предметы быстрее теряют тепло излучением, а слабый ветер не успевает перемешивать холодный воздух у земли с более теплым. Именно при таких условиях кристаллы чаще покрывают траву, землю и другие горизонтальные поверхности [3].
ВМО описывает и другой вариант — адвективный иней. Он возникает, когда более теплый и влажный воздух приходит туда, где предметы уже успели сильно охладиться: водяной пар осаждается на них кристаллами льда. Такой иней чаще покрывает открытые вертикальные поверхности. При этом адвективный иней важно отличать от изморози: внешне явления могут быть похожи, но изморозь образуется преимущественно при замерзании переохлажденных капель тумана или облаков [5].
Для образования инея поверхность должна охладиться ниже 0 °С, а в воздухе должно быть достаточно водяного пара. При этом сама трава, стекло или кузов машины могут быть заметно холоднее окружающего воздуха, температуру которого показывает уличный термометр. Вот почему иней иногда появляется даже при небольшом плюсе: поверхность уже остыла до отрицательной температуры, хотя воздух еще не успел охладиться до нуля [6].
Первые белые кристаллы осенью появляются после холодных ночей, когда поверхность земли впервые охлаждается до подходящей температуры. Единой календарной даты нет: на севере страны такое бывает раньше, на юге — позже. Само по себе появление инея не означает, что весь день будет морозным.
Морозные узоры на окнах
Морозные узоры, которые называют ледяными, или инеевыми, узорами, — это разросшиеся на стекле кристаллы льда. На очень холодной поверхности водяной пар может сразу превращаться в лед; иногда сначала появляется конденсат, который затем замерзает. В холодное время года узоры чаще возникали на внутренней стороне плохо утепленных окон, где теплый влажный воздух комнаты соприкасался с сильно охлажденным стеклом.
Кристаллы разрастаются в разные стороны и создают рисунки, напоминающие листья папоротника, ветки и перья. На форму узора влияют влажность воздуха, температура, неоднородность поверхности и точки начала роста льда. В статье Physics World описан лабораторный эксперимент при -30 °С на специально подготовленной микроструктурированной поверхности: при разной влажности ученые наблюдали как отдельные игольчатые структуры, так и почти сплошной ледяной покров [7]. Это показывает влияние влажности на рост кристаллов, но не означает, что узоры на обычных домашних окнах образуются при тех же условиях.
На современных многокамерных окнах такие узоры встречаются реже, поскольку внутреннее стекло обычно остается теплее. На автомобильном стекле налет возникает при охлаждении наружной поверхности, поэтому узор может появляться даже при отсутствии снега.
Инеевые цветы
Инеевые цветы (англ. frost flowers) — это скопления ледяных кристаллов, похожие на небольшие цветы. Они появляются на поверхности молодого морского льда. ВМО приводит русское название этого явления — «солевые цветы» [8]. Они растут в виде тонких иголок из водяного пара над влажной, насыщенной солью поверхностью льда, а при изменении погоды постепенно разрушаются [9]. Не стоит путать их с морозными узорами на окнах, которые в быту тоже называют ледяными цветами: похожая форма не означает одинаковых условий образования.
Инеевые цветы на молодом морском льду в Арктике
Чем отличается иней от изморози
На первый взгляд иней и изморозь похожи: оба явления покрывают предметы белыми ледяными кристаллами, но механизм их возникновения различается. Иней возникает при осаждении водяного пара, а изморозь обычно образуется, когда на предмете замерзают переохлажденные капли тумана или облаков [10].
Сравнение инея и изморози
Иней, роса и снег — в чем разница
Роса — это жидкие капли воды, которые появляются на поверхности при охлаждении и конденсации водяного пара. Если капли затем замерзнут, образуется замерзшая роса, а не иней, возникший непосредственно из пара.
Снежинки растут в облаках и падают на землю в виде осадков. Внутри снежинки лед тоже может нарастать из водяного пара, но формирование происходит в атмосфере, а не на поверхности травы или стекла [11].
Гололед еще одно отдельное явление: плотный ледяной слой образуется, например, когда переохлажденные капли дождя или мороси замерзают на предметах. Такой лед обычно более гладкий, чем рыхлые кристаллы инея. А слово «кухта» в сибирских говорах может означать снег, нависший на ветках деревьев — это не отдельное научное название инея [12].
Вопросы об инее
Как сделать иней дома?
Для опыта понадобятся чистая металлическая банка с заранее обработанным краем, лед, поваренная соль, ложка и бумажное полотенце [13].
- Насухо вытрите внешнюю стенку банки.
- Насыпьте на дно три чайные ложки соли с горкой и заполните банку льдом примерно наполовину.
- Добавьте еще три чайные ложки соли.
- Досыпьте лед почти до края и добавьте третью порцию соли — три чайные ложки.
- Перемешивайте содержимое около минуты, наблюдая за стенками банки.
- Подождите еще три—пять минут: на холодной части банки снаружи может появиться лед, а немного выше — капли воды.
Ребенок не должен проводить этот опыт без присмотра взрослого. Краем металлической банки можно порезать кожу, поэтому его заранее загибают плоскогубцами и закрывают плотной лентой. Сильно охлажденный металл нельзя долго держать голыми руками. Также желательно использовать защитные очки во время работы с соленым льдом.
В ходе опыта на стенках образуются капли воды и ледяной налет. Однако не весь такой лед обязательно является инеем в строгом метеорологическом смысле: иногда водяной пар сначала конденсируется в капли, которые затем замерзают. Настоящий иней вырастает из пара сразу, без жидкой стадии. Это различие помогает объяснить наблюдаемый результат.
Почему иней бывает разного цвета?
Лед сам по себе прозрачен, но множество мелких кристаллов рассеивает свет и кажется белым. При определенном угле освещения поверхности блестят серебристым, золотистым или розовым оттенками. Это не значит, что иней состоит из разных веществ.
Почему иней появляется на машине?
За ночь кузов и стекла отдают тепло и могут остыть сильнее воздуха вокруг. Водяной пар оседает на холодной поверхности в виде кристаллов льда. Поэтому утром налет бывает на крыше и лобовом стекле, хотя на улице еще нет снега. Перед поездкой стекла нужно очистить, не используя кипяток: резкий перепад температуры может повредить стекло.
Опасен ли иней для растений?
Опасность обычно связана не с белыми кристаллами как таковыми, а с охлаждением тканей растений до отрицательных температур. Для холодостойких трав и деревьев легкий иней часто не представляет проблемы, а нежные побеги, цветы и рассада могут пострадать. Даже слабые заморозки способны повредить чувствительные растения [14].
Что означает первый иней осенью?
Он показывает, что ночью поверхность травы или почвы охладилась достаточно сильно для образования льда. Это признак холодной ночи, но не точный прогноз начала устойчивой зимы: днем может вновь потеплеть, и иней растает.
Морозные узоры на стекле
Иней — явление живой или неживой природы?
Иней относится к неживой природе: это кристаллы воды в твердом состоянии. Когда говорят, что кристаллы «растут», имеют в виду увеличение их размера при осаждении водяного пара, а не рост живого организма.
Можно ли по инею предсказать погоду?
Появление инея иногда связывали с переменой погоды, но само по себе оно не дает надежного прогноза. Иней означает только то, что поверхность была достаточно холодной и возле нее имелась влага в воздухе.
Главное об инее
- Иней — тонкое отложение ледяных кристаллов на охлажденных поверхностях: траве, листьях, земле, стеклах и ветках. Он не выпадает из облаков, как снег.
- Иней появляется, когда водяной пар переходит непосредственно в лед без жидкой стадии. Это физическое явление неживой природы.
- Кристаллы инея могут выглядеть как иголочки, пластинки и перья, чаще всего налет кажется белым или серебристым.
- Для образования инея поверхность должна охладиться ниже 0 °С, но температура воздуха при этом может оставаться немного выше нуля.
- Морозные узоры на стеклах состоят из ледяных кристаллов. Инеевые, или солевые, цветы на молодом морском льду — другое образование, возникающее в особых условиях.
- Изморозь, в отличие от инея, чаще возникает при замерзании переохлажденных капель тумана на предметах. Изморось, или морось, — названия мелких жидких осадков.
- Иней встречается осенью, зимой и весной при подходящих условиях. Роса остается жидкими каплями, а снежинки формируются в облаках и падают на землю.
