Из-за короткого светового дня, сильного мороза и скользких дорог зиму часто недолюбливают. Но обо всех этих неприятностях тут же забывают, когда она начинает превращать все вокруг в настоящую сказку: например, покрывать ветви деревьев ледяной корочкой и рисовать фантастические узоры на окнах, большие похожие на проивзедение искусства. С ледяной коркой все понятно — капли воды, находящиеся на ветвях деревьев, превращаются в лед, а откуда берутся эти узоры? Давайте разбираться.
Зимние морозы не только заставляют нас надевать теплые куртки и пить горячий чай, но и дарят нам зрительные впечатления в виде красивых кристаллических структур, покрывающих окна. В физике и метеорологии для описания различных типов морозных узоров на стеклах используют термины «дендриты» и «трихиты»: первые имеют древовидные или ветвящимися формы, а вторые — волокнистые.
Как образуются морозные узоры на окнах?
Как известно, воздух содержит влагу в виде водяного пара, и при низких температурах ее содержание начинает снижаться. Когда влажный воздух достигает температуры замерзания воды — 0 °C, то из него начинает выделяться лишняя влага, которая конденсируется на холодных поверхностях. При этом молекулы воды начинают замерзать, и в процессе образования льда группируются в определенные кристаллические структуры, то есть кристаллизуются. Таким образом, водяной пар переходит из газообразного состояния сразу в твердое, минуя жидкую фазу (это называется сублимацией).
Молекулы воды начинают кристаллизоваться на стекле только в том случае, если несколько из них одновременно встречаются в одном и том же месте. На очень гладком и идеально чистом стекле такое маловероятно: большинство молекул просто отскакивают от поверхности. Но если на на окне есть неровности, царапины или даже грязь, вероятность образования на них морозных узоров значительно вырастает: на всех этих «изъянах» поверхности оседают один за другим, наслаиваясь друг на друга, в результате чего и образуются уникальные и неповторимые рисунки.
Форма морозных узоров может сильно различаться, но чаще всего встречаются именно дендриты и трихиты.
Дендриты представляют собой узоры, напоминающие древовидные структуры. Они состоят из множества тонких ветвей, расходящихся от центра, подобно ветвям дерева — отсюда и название: в греческом языке слово «δένδρον» означает дерево.
Они возникают в условиях повышенной влажности воздуха, когда охлаждение стекла началось при положительных температурах и продолжалось при дальнейшем ее понижении. В этом случае на поверхности стекла сначала формируется слой воды, который затем превращается в кристаллы в форме дендритов при замерзании: обычно этот процесс начинается в нижней части стекла, поскольку там под действием силы тяжести собирается больше влаги. По этой причине часто внизу можно заметить более длинные «ледяные ветви».
Трихиты, напротив, представляют собой длинные, тонкие и прямые линии, похожие на волоски или нити, и их название также происходит из греческого языка: «θρίξ» значит волос.
Этот тип узоров образуется в случае, если на стекле есть царапины и если водяной пар медленно оседает на поверхности стекла. Сначала на острых краях этих царапин появляются узкие параллельные кристаллические полоски — стебельки. А дальше начинают вырисовываться отходящие от него «волокна» с легкими изгибами.
