«Арбузный» и как цемент: гляциолог рассказал, из чего состоит снег и каким он бывает

26 февраля в Москве был установлен «снежный» рекорд — высота сугробов составила 85 сантиметров. Люди, которые изучают особенности снега и льда, работают в отделе гляциологии Института географии РАН. Ежедневно ученые разгадывают тайны природы, сокрытые за таким обычным явлением, как снегопад. «Вечерняя Москва» пообщалась со старшим сотрудником отдела гляциологии Института географии РАН и узнала несколько тайн, которые хранит снежный покров.

Небольшой скверик во внутреннем дворе будто бы обнимает двухэтажное желтое здание. Кругом графический, черно-белый мир, привычный сотрудникам отделения гляциологии Института географии РАН. Внутри здания — кабинеты с чувствительной техникой, которая позволяет измерять глубину, состав, прочность снега и льда. На стенах — буры, металлические, похожие на дрели, такими сверлят лунки фанаты подледного лова. Этими бурами доставали снег из глубин первые научные сотрудники, изучавшие на систематической основе гляциологию. Здесь же можно заметить и современные аналоги — металлические, с зелеными и красными ребрами.

Первопроходцы Севера

Энтузиасты — на них все и держится. Они покоряют Север, идут к Антарктиде два месяца на кораблях, по полгода ютятся в палатках на берегах холодных морей, несколько раз на дню замеряя слой снега и льда. Если бы зимы не существовало, жить было бы намного скучней.

— Мне всегда нравилась зима, — говорит старший научный сотрудник отдела гляциологии Института географии РАН, кандидат географических наук Роберт Чернов. — Я родился в Москве. С детства любил лыжи, зимние прогулки. По образованию физик. И тут в руки мне попала книжечка, которая называлась «Тайны ледниковых эпох». Меня захватило то, что наша планета не только водная или материковая, но еще и ледяная. И льда много. Он очень интересный и красивый. А еще я занимался альпинизмом. Узнал, что есть такая профессия — гляциолог. И это про горы, про полярные экспедиции. Так я понял, что могу совместить мою профессию физика и интерес к снегу и льду.

География экспедиций Роберта Анатольевича широка. Это Шпицберген, Северная Земля, Новая Земля, Кавказ. Трижды побывал в Антарктиде. Он моделирует снежный покров, исследует физические свойства снега и приледниковые озера Шпицбергена. И как никто другой знает про снег все.

— Мне кажется, в нашей стране первым, кто заинтересовался исследованиями снега, был Ломоносов, — говорит Роберт Чернов. — Конечно, он не занимался изучением снега непосредственно. Его привлекали куда более фундаментальные задачи. Он был первым, кто фактически сформулировал постулат о морозном слое, который окружает планету. В полярных регионах этот слой находится достаточно невысоко, иногда оказывается и на уровне моря, а вот в горах — на высоте в 3-4 километра. Насколько велик был гений Ломоносова, что он смог обобщить разрозненные знания, без технологий, их вовсе еще не было! Опирался только на свои умозаключения. Впоследствии этот слой назвали хионосферой — сферой холода.

Михаил Ломоносов написал в 1744 году работу «Размышления о причине теплоты и холода». В ней он попытался объяснить природу тепла и холода с точки зрения корпускулярной теории. Тогда это было буквально прозрение.

— Это основы термодинамики, — говорит Роберт Чернов. — Он открыл новое направление науки. Впрочем, он ведь, как никто, знал, что такое холод. Он из Архангельской губернии… Снег, холод и смерть всегда ходят рядом. Конечно, в мегаполисе это не так ощутимо — глубина снега на клумбах волнует разве что собачников и родителей маленьких детей. Но за пределами городов, там, в ледяных пустынях, продуваемых северными ветрами, знания о снеге и его природе становятся ключевыми для выживания.

— Есть специфические виды наблюдений. Например, есть особая группа людей, лавинщиков, которые отслеживают накопление снега в горах и пытаются предсказать возможность схода лавины в тех или иных местах, — рассказывает Роберт Чернов. — Есть ученые, которые осуществляют измерения снежного покрова, проведение снегомерных съемок для оценки грядущего паводка. Особенно это касается регионов сибирских рек. Расчеты, проведенные по полученным снимкам со спутников, не всегда бывают верны. Иногда надо выезжать и проверять. Сейчас с этим, конечно, сложнее, такие поездки, по сути дела, никто не финансирует. Но есть местные энтузиасты. Они выезжают, проводят замеры, делают оценки.

В эскимосско-алеутских языках, по разным подсчетам, есть от 7 до 70 слов, которые используются для обозначения снега. Об этом упоминает в своей книге «Смилла и ее чувство снега» известный скандинавский автор Питер Хег. Впрочем, и в русском языке таких слов немало: снег, лед, иней, изморозь, наледь, сало, крупа, пороша, фирн, залипуха, батружье, зазимь, наст. А есть еще и слова из уходящих диалектов, как, например, кидь, кухта, дрябня, наслус, рянда, кижа, уброд. Однако это не те слова, которые появляются в научных докладах.

Жизнь в полете

Великое видится в малом, кажется, так говорят. Для того чтобы появилась первая снежинка, нужна пыль. Именно пылинка становится изначальным конструктом, первым этапом создания снега. Некая точка роста. Прото снежинка. Вокруг нее концентрируется водяная взвесь в облаке, при низких температурах начинается формирование этой хрупкой конструкции.

— Не все снежинки бывают шестиугольными, но в их основе кристалл льда шестиугольной формы, — говорит Роберт Чернов. — Это связано с молекулярными связями молекул воды, которые формируют кристаллическую решетку льда при замерзании. На гранях кристалла формируются шесть лучей, они могут быть разного порядка и потому выглядят затейливо. Ни одна снежинка в мире не повторяется. Такие в научной среде называются «звездочки». А есть еще пластинки, иглы, столбики...

Доказал, что все снежинки разные, обычный американец — Уилсон Бентли из штата Вермонт. Он снимал их на черном бархате в неотапливаемой пристройке на ферме у отца. После его смерти в 1931 году издали книгу «Снежные кристаллы» с 2500 фотографиями снежинок. Снежинка — конструкция хрупкая. Живет она только пока летит. При падении ее идеальная шестигранная форма разрушается навсегда.

— Снег очень интересная структура, — говорит Роберт Чернов. — В первое мгновение после выпадения на нем можно наблюдать какие-то фрагменты снежинок. А потом мы этого не видим. Начинают формироваться кристаллы снега. Они развиваются по своим законам. Преобразовываются из мелких частиц во все более крупные. И потихоньку растут. Их формы и размеры сильно влияют на свойства снега — механические и теплофизические. Кстати, в научной среде принято говорить «снежный покров», потому что снег — это то, из чего вы лепите снеговика. Так вот, у снежного покрова — отличные теплоизоляционные свойства.

Термометр с иглой

Мы идем в сквер возле здания. В руках у Роберта Анатольевича классическая деревянная линейка, маленький черный аппарат с неким подобием тупой иглы и еще один, черный, похожий на плоский чемоданчик, предмет. Это — первые «орудия» по исследованию снега. Замеры показывают: глубина сугробов во дворе отделения гляциологии РАН — 52 сантиметра. Старший научный сотрудник споро копает шурф (яму, если говорить на простом, понятном жителю мегаполиса языке) — прямо до пожухлой, прошлогодней травы. И мы проводим измерения. Аппарат с иглой — это термометр. Он позволяет измерить температуру снега в толще сугроба. Чувствительная аппаратура в течение нескольких секунд выдает показатель — минус 16 градусов. И прямо у земли — а там всего минус 0,1 градуса, около нуля. Эксперимент закончен: снег — лучший теплоизолятор. Доказано эмпирическим путем.

— Для чего это нужно? — переспрашивает Роберт Чернов. — Прежде всего для климатических моделей. Не в пределах одного мегаполиса, конечно. А скажем, континента или планеты. Больших территорий.

«Черный чемоданчик» — аналог радара. Он измеряет глубину покрова. Можно идти по заснеженному полю, а потом загрузить точнейшие данные о глубине покрова в компьютер. Спутники также помогают гляциологам. Но они пока не могут показать из космоса ни толщину, ни плотность снега. Тем не менее и увиденного хватает для просчета первичной модели.

Удивительный кристалл

Впрочем, было бы не совсем справедливо, если бы у снега не было тайн. Тайны — обязательная составляющая окружающего мира. Какие-то из них уже разгаданы физиками, а некоторые — пока еще колеблются на той шаткой границе знания, за которой находится чудо.

— До сих пор никто не смог создать современную математическую, физическую теорию снега, — говорит Роберт Чернов. — Как именно преобразуется снег? В его толще постоянно идут процессы преобразования кристаллов. Вот упали снежинки, они начинают смерзаться в некоторую кристаллическую структуру и в то же время испарять свои хрупкие лучи. Это происходит в течение нескольких часов. При сильном морозе — до двух дней. То есть они даже в морозную погоду не могут сохранить свою форму. Так появляется мелкозернистый снег. Он прошел первую стадию сублимационного округления. Это значит, что острые грани испаряются, а там, где у снежинки было утолщение, появился дополнительный лед. Это — первичная стадия метаморфизма снега, округление. Еще через день-два или, если достаточно холодно, дней через десять снег уплотнится под собственным весом. При испарении граней снежинок в снеге накапливается водяной пар. И вот тут происходит чудо — округлые зерна снега продолжают высасывать на себя водяной пар, который находится в поровом пространстве, и образовывают новые грани и формы. Зерна становятся ограненными, у них появляются ребра. И они продолжают укрупняться, от 0,3 мм вначале до 2-5 мм в этот момент. Появляются какие-то скелетные формы, которые уже не похожи на снежинки совершенно.

Роберт Анатольевич достает атлас снега — в нем черно-белые фотографии кристаллов. Они напоминают осколки битого стекла, а не изначальные шестигранные формы.

— Лед любит покрываться гранями, — говорит старший научный сотрудник. — И вот этот снег очень интересный. Может показаться, что это какая-то редкость. Но нет. Это происходит повсеместно: и у нас в холодную зиму, и на Дальнем Востоке, и в Сибири.

Цвет возраста — синий

Метаморфизм — удачное слово для описания снега. Он постоянно преобразуется. Какая-то пылинка становится основой для протоснежинки и летит, неся на себе частичку загрязнения, например, на купол льда в Антарктиде. Этот путь «пылинки» тоже изучают гляциологи. Благодаря высокоточному лабораторному оборудованию можно установить, откуда эта пылинка прилетела во льды. Это называется изотопно-химический анализ снежного покрова.

— Изменения в толще снега зависят от погодных условий и от подстилающей поверхности, от ландшафта, — продолжает разъяснения Роберт Чернов. — А поскольку ландшафт везде разный, погода везде разная, отсюда можно сделать логический вывод: снег тоже везде разный. И это любопытно. Снежный покров русской равнины отличается на севере и юге. Отличается от Карпат, Урала, Камчатки, Сибири и Якутии. Так, на субарктических территориях особенный снег — там постоянно дуют сильные ветры, и снег там сильно уплотняется. На Северной Земле, скажем, мне пришлось иметь дело со снегом, который был твердым, как цемент. Если идти по нему, то следов и вовсе не остается. Кажется, будто идешь по паркету.

В местах, где таяние снегов является скорее форс-мажором, спрессованный снег, которому более года, становится фирном. Это самый старый снег в мире. Еще немного, и он станет льдом. А потом, возможно, и айсбергом. К слову, синие или бирюзовые айсберги — это самый старый лед, и из него вышел почти весь воздух. Так айсберг приобретает прозрачность и цвет окружающей воды, отражая ее.

Это не все снежные чудеса. Значительная часть планеты покрыта снегом, биологическая жизнь не могла оставить эти территории без внимания. Так появился «арбузный» снег.

— «Арбузный» снег существует — в горах и на некоторых территориях Арктики, когда светит солнце, на поверхности появляется немного воды и начинается цветение определенного вида водорослей. Они и придают розоватый оттенок поверхности снега, — рассказывает Чернов.

Горячая Арктика

Большой вклад в гляциологию внесли наши железнодорожники. Необходимость освоения заснеженных регионов, проблема наносов снега на пути, а также другие факторы толкали к изучению явления в целом. Один из таких ученых — Аркадий Дюнин, доктор технических наук. Он считал, что снегообразование сыграло огромную роль в наступлении ледниковых периодов. Зима 2026 года в России показала, что сугробы высотой с четырехэтажный дом не отзвуки прошлого, а самая настоящая реальность. Идем в ледниковый период?

— А в прошлую зиму снежного покрова почти не было, — напоминает Роберт Чернов. — Никакой путаницы. Иногда мы воспринимаем только межгодовые изменения. Но смотреть надо на длительные периоды — не менее 30 лет. Если говорить о таких периодах, то потепление наблюдается по всей планете. В каких-то регионах это ощущается больше, в других меньше. В высотных Гималаях не так остро чувствуется потепление. Но в Евразии, Америке ощущается. Арктика вообще теплеет чудовищно быстро, особенно в последние три десятилетия. Буквально каждое лето там бьются рекорды летних температур — суточных или среднемесячных. Морской ледяной покров сокращается год от года. Для Северного морского пути это хорошо. Это открывает новые горизонты для судоходства. С другой стороны, потепление повлияет на береговую линию России, изменения происходят и с мерзлотой, сокращаются и ледники. Не только у нас. Вообще по всей Арктике: и в Исландии, и на Шпицбергене. Главный чемпион сейчас по сокращению оледенения — Гренландия. Кстати, из-за этого именно она и является главным поставщиком айсбергов. Есть некоторые оценки, которые свидетельствуют, что и Антарктида начинает делать вклад в повышение уровня Мирового океана. К концу века будет значительное подтопление территорий. Если, конечно, мы не доживем до ядерной зимы, чего очень не хотелось бы.

Климат меняется, и снега приходят в страны, где их не видели никогда. Метели, ветра, дожди или засухи. Иные государства начали бороться с некоторыми последствиями засух: в Китае провели эксперимент по засеиванию облаков йодидом серебра. Это увеличивает количество осадков, как уверяют китайские специалисты, кратно. Однако, чем обернутся такие эксперименты, если станут массовыми и будут проводиться над территориями целых стран, неизвестно.

Белая река

Пока дуют ветры и есть снежный покров, будут и метели. Они, к слову, тоже бывают разные. Метель существует по законам гидродинамики, то есть, грубо говоря, это река снега. И все в ней происходит так же, как и в реке.

— Метель бывает разная. Низовая — когда снег сверху не падает, а ветер поднимает слой выпавшего снега. А еще общая — когда появляется сочетание с падающим сверху снегом. Буран — такого понятия в науке не используется. Мне кажется, это вообще слово откуда-то из журналистики, ваша братия придумала. Ученые называют это явление метелью, — говорит Роберт Чернов. — При этом снег чаще всего местный. По классификации Дюнина, метели у нас слабые или умеренные. Не может к нам принести снег из Твери, например, метелью. В Арктике снег может быть перенесен на несколько километров. Но в целом не дальше.

Метель — это двухфазный поток: поток воздуха и поток частиц снега. Он всегда турбулентен. Дифференциальные уравнения, которые позволяют вычислить характеристики этого потока, были взяты из гидродинамики, потому что вода в реке, например, тоже двухфазный поток, там есть частицы воды и твердые частицы, например песка. В этом и есть аналогия.

Февраль пока еще огрызается морозами. Но в наших широтах уже чувствуется, что до весны недалеко. Впрочем, пока холода не отступили, помните один полезный совет, который дал гляциолог, побывавший во всех северных землях мира и даже в минус 30 может выйти без перчаток, копать шурф: мерзнуть начинаешь с ног.

— Первое, что нужно — это ботинки на толстой подошве, — говорит Роберт Чернов. — Если замерзнут ноги, согреться будет проблематично. Я вам как полярник говорю, с холодными ногами не помогут ни чай, ни виски. Второе — не носите тяжелую одежду: если вспотеете, будете мерзнуть сильнее. И третье — одежда должна быть защищена от ветра. Еще один момент — двигайтесь энергично. Самое глупое решение на морозе — это замереть.

Наука никогда не замирает вне зависимости от морозов или жары. Она в движении, ведь ею занимаются энтузиасты. Это они крутят планету своими шагами. И это за ними — будущее.

ИНТЕРЕСНО

• Профессиональный журнал гляциологов и снеговедов — «Ледиснег». Он издается с 1961 года, раз в квартал. Уже издано 108 выпусков объемом около 240 страниц;
• Национальным достоянием Японии считается «Книга снежинок». Их, разглядывая в микроскоп, нарисовал от руки в 1832 году чиновник эпохи Эдо Дои Тосицура. Каждая снежинка получила свое название. Например: Харукадзэ-юки — весенний снег, Комори-юки — снежинка в виде летучих мышей, а Ханагата-юки — в форме цветка;
• Скрип снега — шум от раздавливаемых кристалликов. Скрипит снег лишь в мороз, и чем крепче мороз, тем выше тон скрипа.

СПРАВКА

Большой вклад в гляциологию сделал Александр Воейков — метеоролог, климатолог и географ. Фактически он организовал первые регулярные наблюдения. Внушительные исследования проводил и Борис Вейнберг, гляциолог, физик, который участвовал в создании Дороги жизни в осажденном фашистами Ленинграде.