Короткая причинная формула. В холодной части облака появляются ледяные кристаллы → водяной пар наращивает их → отдельные кристаллы могут соединиться в снежинки → если ледяная структура сохраняется до земли, выпадает снег. Тёплый и последующий холодный слои могут изменить вид частиц по пути; снег не обязан начинаться с дождевой капли.
Как это происходит: пять шагов
- В облаке есть влага и холодная область. Водяной пар невидим, а облако состоит из множества мелких капель и/или ледяных кристаллов. Даже при температуре воздуха ниже нуля часть облачных капель может оставаться жидкой: такие капли называют переохлаждёнными. Для снегопада нужны подходящие влажность и температура в облаке. Холод у поверхности сам по себе ещё не создаёт снежинки, если в облаке не образуются и не вырастают ледяные частицы.
- Появляется первый кристалл льда. Ледяная частица может возникнуть при замерзании крохотной облачной капли, часто с участием частицы, облегчающей образование льда. Возможен и переход молекул водяного пара непосредственно в лёд на подходящем ядре. Детали зарождения зависят от температуры и состава облака. Здесь важно различать появление ледяного зародыша и дальнейший рост снежинки: одного маленького кристалла ещё недостаточно для заметного снегопада.
- Кристалл растёт за счёт водяного пара. Молекулы пара присоединяются к поверхности льда. В смешанном облаке с кристаллами и переохлаждёнными каплями условия могут способствовать росту льда при расходовании окружающей влаги. Поэтому фраза «снежинка получается только при замерзании капли дождя» пропускает главный этап. Шестилучевая симметрия отдельного кристалла связана со строением льда; температура и влажность меняют форму пластинок, столбиков и ветвей. Не всякая выпавшая снежинка выглядит как идеальная шестиконечная звезда.
- Кристаллы могут соединяться. Сталкиваясь, они иногда сцепляются и образуют хлопья из нескольких кристаллов. При других условиях выпадают более мелкие, сухие частицы. Возможен также захват переохлаждённых капель кристаллом; это меняет его вид. Соединение нескольких кристаллов и присоединение пара — разные процессы, которые могут идти в одном облаке. Нельзя утверждать, что все снежинки одинаковы или что каждая растёт исключительно по одному сценарию.
- Частицы проходят нижние слои воздуха. Достаточно выросшие ледяные частицы выпадают из облака. В тёплом слое они могут частично или полностью растаять, но это промежуточное состояние, а не готовое название осадков у земли. Сохранившая ледяную структуру частица может дойти снежинкой, в том числе влажной; если она повторно замёрзнет в нижнем холодном слое, вид твёрдых частиц изменится. После полного таяния капля может остаться жидкой до земли, стать переохлаждённой и замёрзнуть на холодной поверхности либо, при достаточном охлаждении и времени, снова замёрзнуть ещё в воздухе. Снег возможен и при температуре поверхности немного выше нуля, если тёплый слой неглубок и снежинки не успели полностью растаять. Исход зависит от всей последовательности слоёв, а не от одного бытового термометра.
Есть ещё разница между образованием отдельного кристалла и началом осадков: микроскопический лёд может долго оставаться частью облачной взвеси. Для выпадения частицы должны вырасти настолько, чтобы движение вниз стало заметным, а по пути они могут менять размер. Когда снежинка проходит влажный слой, её строение тоже может измениться. Поэтому схема показывает несколько переходов, а не один миг «возник снег».
Это последовательность основных причин, а не обещание, что каждое облако с ледяными кристаллами даст снег. Облако может содержать слишком мало выросших частиц, и осадки не достигнут земли. В другом случае выпадение начинается, но вид осадков меняется в нижних слоях. Поэтому наблюдение «наверху облачно, внизу холодно» не позволяет само по себе уверенно назвать будущие осадки.
Схема: рост кристалла и путь к земле
## С чем часто путают
- С градом. Градина растёт в мощном конвективном, обычно грозовом облаке при участии сильного восходящего потока: ледяное ядро сталкивается с переохлаждёнными каплями и обрастает льдом. Снежные кристаллы прежде всего растут при присоединении пара и могут соединяться в хлопья. Оба явления ледяные, но механизмы роста и типичные условия различаются.
- С дождём. Дождь у земли состоит из жидких капель. Часть дождя могла начаться выше как лёд и полностью растаять, если капли остались жидкими до поверхности. В нижнем холодном слое они могут стать переохлаждёнными и замёрзнуть при контакте с холодной поверхностью; поэтому полное таяние выше не гарантирует обычный дождь. Снег не обязан начинаться как дождь.
- С повторно замёрзшими частицами. Частично растаявшие снежинки могут снова замёрзнуть в нижнем холодном слое и выпасть небольшими твёрдыми частицами; после полного таяния капли тоже могут замёрзнуть ещё в воздухе, если охлаждение и время достаточны. Это не сохранённая снежинка и не градина, растущая в грозовом восходящем потоке. Для бытового объяснения здесь описан механизм без отождествления разных русских терминов «ледяной дождь», «ледяные гранулы» и «снежная крупа».
- Со снегом на земле. Снегопад и сохранение снежного покрова — разные вещи: выпавшие хлопья могут сразу таять на тёплой поверхности. Статья отвечает на вопрос образования и выпадения снега, а не предсказывает толщину покрова.
Границы ответа и связи
Здесь нет прогноза для города, универсального температурного порога на уровне земли или классификации всех зимних осадков. Влажность, скорость выпадения, толщина тёплого слоя и температура поверхности влияют на то, что увидит наблюдатель. Не определяйте опасность дороги по этой схеме: для текущих условий нужны измерения и сообщения официальной службы. Пример формы кристалла объясняет механизм, но не позволяет установить погоду, при которой выросла конкретная снежинка, по одному рисунку.
План внутренних связей, без URL: будущая статья «Как образуются облака» — о появлении взвешенных частиц; «Почему идёт дождь» — о жидких осадках у земли; «Как образуется град» — о росте льда в грозовом облаке. Добавлять адреса только после реальной публикации соответствующих статей.