Северный фронт сменяет штиль, барометр падает, и я принимаю дежурство у радарного терминала. В проекционном стекле мерцают первые эхосигналы — над тёплым фронтом закручивается сырой cumulonimbus. Через окно видны столбы дыма ТЭЦ: струи тянутся ровно вверх, атмосфера стабильна. При такой конфигурации ожидаю долгую и тихую метель.
Внутри облака влагосодержание превышает точку насыщения, supersaturation растёт, и на поверхности аэрозольного ядра — чаще всего это ион кальция или фрагмент морской соли — начинается гетерогенная кристаллизация. Снежинка формируется при ‑12 °C быстрее всего: молекулы воды, ориентированные по принципу минимальной свободной энергии, создают шестиугольные пластинки, далее ветвящиеся по направлению столбцовых осей. Каждый отросток фиксирует каплю переохлаждённой воды и удлиняется на сотые доли миллиметра за секунду.
Кристалл зарождается
Bergeron–Findeisen-депозиция управляет ростом: водяной пар мигрирует от переохлаждённых капель к насыщённым кристаллам. Габариты частиц оказывают влияние на диффузионное поле, поэтому симметрия хрупка: лёгкое отклонение температуры сдвигает профиль роста, и звёздчатые дендриты сменяются иглами. Фрактальность снежинки определяется рядом Физенера n≈1,58, что близко к характеристике облачного кластера.
Ниже, в слое температурной инверсии, кристаллы сталкиваются, образуя агрегаты. При контакте с переохлаждённой каплей наступает облипание — риминг, поверхность получает ледяную корку и теряет рисунок, зато масса быстро растёт. После ряда циклов агрегат уже пригоден для обрыва турбулентным вихрем, траектория изменяется, скорость падения достигает 1 м/с.
Полёт на землю
В полусотне метров над почвой вступает в силу эффект Шулера: хлопья попадают в слабо отрезок фетра и начинают спиральное вращение. В ламповом свете фонаря этот вихрь напоминает временную орбиту комет. Акустический анализ показывает снижение уровня шума улицы на 3 дБ, так как слой рыхлого снега поглощает высокие частоты, действуя как пористый абсорбер с коэффициентом α≈0,7.
При ‑5 °C сугроб ещё пушистый и легко сминается пальцами. Оседание начинается через несколько часов: зерна срастаются (синтеринг), исчезают межзерновые пустоты, плотность поднимается с 0,1 до 0,3 г/см³. Внутри толщи формируется depth-hoar — крупнозернистый слой с гранями до 5 мм, ответственный за повышенную лавинную нестабильность. Исследования с ламелей тонкого шлифах под поляризационным микроскопом подтверждают образование ангулярных форм при вертикальном градиенте температуры свыше 15 °C/м.
Жизнь сугроба
Дальнейший сценарий зависит от радиационного баланса. При ясном небе инфракрасное излучение сугроба уходит в космос, поверхность переохлаждается, образуется фермант-корка — ледяная глазурь, по которой резонно скользит конькобежец. Во время ветрового сноса частицы диаметром 100–150 мкм проходят стадию saltation, тормозятся когезией и формируют барханоидные гребни. Такое рельефообразование похоже на процесс эолов, только рабочая среда — воздух, а не вода.
Весной очередной цикл завершает круговорот. С поверхности испаряется до 3 мм воды за день — феномен субсублимации. Остатки сугроба насыщаются пылью, альбедо падает, под действием лучистой энергии образуется фирн. Через восемь недель, при плотности 0,55 г/см³, фирн способен превратиться в молодой лёд, положив начало будущему леднику — один из редких случаев, когда городской снежный покров даёт сигнал глобальным процессам.
Каждая снежинка выступает микроскопическим архивом атмосферы, фиксируя аэрозоли, изотопы, даже вирусные частицы. Анализ по масс-спектрографии за сезон переносит в архив климатической службы порядка 30 гб данных. Именно поэтому каждый мой выезд к свежему сугробу напоминает работу полевого археолога: под слоем тихого белого шума хранится хроника зимы.