Сніжна крупа. Особливості будови та фізичні властивості
© rmets.onlinelibrary.wiley.com
Напевно, в холодну пору року ви іноді помічали випадання з хмар крупинок білого матового кольору, які відскакують від наземних предметів та підвіконня. Іноді вони цілим шаром можуть покривати земну поверхню, а багато ЗМІ помилково називають такі опади градом. Йтиметься про сніжну крупу.
Всі атмосферні опади, що випадають на земну поверхню, прийнято поділяти на рідкі і тверді в залежності від їх фазового стану. У зимовий період крім снігу та дощу часто спостерігається випадання сніжної крупи. Це тверді опади, за формою схожі з градом і крижаною крупою, але відрізняються своїми розмірами, структурою і умовами виникнення.
Сніжною крупою в метеорології називають білі непрозорі снігоподібні грудочки округлої або конічної форми, які досить крихкі і легко розчавлюються пальцями. Сніжна крупа складається з центрального ядра, покритого замерзлими дрібними крапельками води. Вони формуються, коли частка льоду (так званий, зародок) зазвичай кристал, збирає на собі переохолоджені крапельки хмари, які швидко замерзають. Сніжна крупа має досить низьку щільність - менше 0,8 г/см3, внаслідок наявності повітряних зазорів між ядром і замерзлими крапельками. Її консистенція відносно пухка, без помітних кристалічних граней. При ударі об тверді предмети крупинки відскакують із чутним звуком, але не розламуються.
Також читайте
Розмір сніжної крупи коливається в межах від 3 мм до 15 мм, у виняткових випадках при високій водності хмари та потужних висхідних потоках навіть до 20 – 25 мм. Випадає вона лише з конвективних купчасто-дощових хмар разом зі снігом чи дощем, або окремо і є зливовими опадами; іноді може супроводжуватися грозою та шквалистим посиленням вітру. Як правило, у момент випадання крупи приземна температура коливається близько 0 °С. Зазвичай, чим нижча температура повітря, то меншого розміру спостерігаються крупинки.
Утворюється сніжна крупа наступним чином. Висхідні потоки повітря в конвективній хмарі призводять до швидкого збільшення кількості переохолоджених крапель води, здатних залишатися в рідкому стані при від’ємній температурі аж до -40 °С. У середній частині хмари виходить суміш великих крапель води та сніжинок різних форм і розмірів. Вони взаємодіють один з одним, і кристал снігу (зазвичай зірчастої форми) швидко обростає крижаними зернами. Після достатнього збільшення у розмірах, крупинка долає опір висхідного потоку повітря і випадає з хмари під дією гравітації.
На чорно-білих фото, отриманих в ході одного з досліджень, показаний процес формування сніжної крупи в ході обмерзання снігового кристала дрібними крапельками води. Іншими словами, сніжна крупа – це зернисте зледеніння снігового кристала і є подібністю до зернистої паморозі, про яку нещодавно була у нас публікація.
Замерзлі крапельки води на поверхні снігового кристала і топографію частки крупи складно розглянути за допомогою світлового мікроскопа через обмежену роздільну здатність та глибину різкості приладу. Але спостереження за допомогою низькотемпературного скануючого електронного мікроскопа (LT-SEM) чітко показують нам хмарні краплі розміром до 50 мікрометрів, що утворюються на поверхні кристалів. Обмерзання відбувається на снігових кристалах будь-якої форми (пластинки, стовпчики, голки тощо). У міру того, як триває процес намерзання крапельок, поступово ховається форма зародкової сніжинки та виникає сніжна крупинка. Нижче на кількох кадрах, отриманих за допомогою мікроскопа LT-SEM, наочно продемонстрований процес накопичення переохолоджених крапельок на поверхні кристалів і зрештою виникає сніжна крупинка, коли вже неможливо ідентифікувати вихідний зародковий кристал (див. кадр у правій нижній частині).
Число замерзлих крапель, що входять до складу крупинки середнього розміру, становить десятки тисяч. Найбільші екземпляри містять у собі сотні тисяч і навіть мільйони зерен.
В англомовній термінології сніжна крупа називається Graupel або Snow Pellets, а в авіаційній метеорології використовується скорочення «GS» для позначення таких опадів.
Від граду снігова крупа відрізняється перш за все своєю пухкою снігоподібною структурою, відсутністю прозорих плівок і шарів щільного льоду і випадає при набагато нижчих температурах. Град, у свою чергу, спостерігається при температурах повітря біля землі понад +10 °С.
Підготував Ігор Кібальчич, кандидат географічних наук, синоптик.
