Закономерности зарождения и роста кристаллов льда в атмосфере В.Н.Голубев Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет, - презентация

1 Закономерности зарождения и роста кристаллов льда в атмосфере В.Н.Голубев Московский Государственный Университет имени М.В.Ломоносова, географический факультет, (495) ,

2 Морфологический тип Диамер, мм D Соотношение C=H/D Объемная плотность, г/см 3 звезды 0.5÷ ÷ – 0.3 пластинки 0.12÷ ÷ – 0.9 столбики 0.25÷0.50.5÷ – 0.9 иглы 0.15÷300.5 – 0.9 Фактором, «определяющим» морфологию снежинок принято считать температуру воздуха. (А.Д.Заморский, 1955; Ф.Я.Клинов, 1960; Б.Дж.Мейсон, 1961; И.В.Литвинов, 1974; и ещё не менее 200 источников) U.Nakaya (1954)T.Kobayashi 1961) C.Magono; C.W.Lee (1966) Однако и теория и практика роста кристаллов обычно оперируют понятиями абсолютного и относительного пересыщения Морфология снежинок и …..

3 Морфология атмосферных кристаллов льда в зависимости от абсолютного и относительного пересыщения [Голубев В.Н., 1992] кинетика изменений формы кристаллов определяется величиной относительного пересыщения, тогда как скорость роста кристаллов и степень их сплошности, в основном, являются функцией абсолютного пересыщения. кинетика изменений формы кристаллов определяется величиной относительного пересыщения, тогда как скорость роста кристаллов и степень их сплошности, в основном, являются функцией абсолютного пересыщения. Кинетика изменений формы кристаллов определяется величиной относительного пересыщения, тогда как скорость роста кристаллов и степень их сплошности, в основном, являются функцией абсолютного пересыщения.

4 Морфология идеального кристалла льда facetsγ j, J/m 2 γ j / γ (0001) γ j / γ av {0001}0,1191,0000,905 {1100}0, ,972 {1210}0, ,070 {1101}0, ,235 [Голубев, 1976, 1999] N~470 молекул H 2 O, V=1.57x см 3, 3m, h/d = 0.89, t< -38°C Дж.У. Гиббс: Г.Ю.Вульф: etc

5 Вещество Температура замерзания, C° Показатель, активации m Биотит Гипс Гранит Кальцит Кварц Микроклин Мрамор Мусковит Кварцит Роговая обманка Древесина Сталь Стекло ΔT 1 = ΔT 0.[(1–m)/2] 0.5 Зарождение льда в атмосфере происходит в результате замерзания микро-скоплений воды на поверхности твердых аэрозольных частиц N i = A exp [–a b 2 (ln z) 2 ], A = см -2 ; a – показатель шероховатости b – показатель конфигурации z = (r / r 0 ) >6

6 Относительное влагосодержание в поровом пространстве снега Cc/Cн.л. в зависимости от температуры С 0 - концентрация насыщенного водяного пара при температуре T 0, L i v – теплота сублимации молекул, зависящая от поверхностной энергии грани. Кроме того имеется составляющая, вклад которой зависит от размера зёрен, от соотношения площади, прилегающей к ребрам и вершинам кристалла, с общей площадью граней: с(Т, r) содержание водяного пара при температуре Т над зернами со средним радиусом кривизны r : F - фактор формы ( 2· ·10 -5 см )

7 В поровом пространстве снежного покрова концентрация водяного пара соответствует средней равновесной концентрации над его гранями, вследствие чего относительное содержание водяного пара растёт при понижении температуры и превышает 100% во всём температурном диапазоне. Примером может служить охранение зерен в снежном покрове, а также формирование отрицательных кристаллов.

8 Выводы Зарождение кристаллов атмосферного льда происходит в результате замерзания микро-скоплений воды на поверхности твердых аэрозольных частиц. Температура зарождения изменяется в широком диапазоне и зависит от состава аэрозольной составляющей. Скорость роста граней и морфология возникших кристаллов зависят от абсолютного и относительного пересыщения воздуха водяным паром, которые меняются по мере перемещения кристаллов в облачной системе. Температура окружающей среды является коэффициентом пропорциональности между этими показателями содержания водяного пара, вследствие чего во всех ранее разработанных диаграммах температура рассматривалась в качестве фактора, определяющего морфологию снежинок, что не вполне корректно. Содержание водяного пара в поровом пространстве снежного покрова соответствует средней равновесной концентрации его над гранями кристалла при данной температуре, что предполагает испарение и постепенное разрастание граней с высокой поверхностной энергией. Огранение зерен снега и морфология «отрицательных кристаллов» подтверждают выявленные закономерности.

9 Признателен за внимание

10

11 Отрицательный кристалл в зерне снега