Información sobre fenómenos naturales

El agua es la base de toda la vida en la tierra. Los cambios y movimientos del agua han creado nuestro mundo actual. En la Tierra, el agua se recicla constantemente. El agua de los océanos y del suelo se calienta y se evapora hacia el cielo. Este vapor de agua se desplaza a otros lugares con el viento. Cuando encuentran aire frío, forman precipitaciones y regresan a la superficie de la Tierra. Hay dos tipos de precipitación: una es la precipitación líquida, que es la lluvia; la otra es la precipitación sólida, que es la nieve o el granizo.

La precipitación en la atmósfera que cae sobre la superficie terrestre en forma sólida se denomina precipitación atmosférica sólida. La nieve es una de las formas más extendidas, comunes y dominantes de precipitación sólida atmosférica. Hay muchos tipos de precipitaciones sólidas en la atmósfera, incluidos hermosos copos de nieve, granizo que puede causar grandes daños y partículas de nieve y hielo que no vemos a menudo.

Debido a las diferencias en las condiciones meteorológicas y los entornos de crecimiento en el cielo, se provocan diversas precipitaciones atmosféricas sólidas. Los nombres de estas precipitaciones sólidas atmosféricas varían de un lugar a otro y de persona a persona, y son variados y extremadamente inconsistentes. Por razones de conveniencia, la Comisión Internacional de Nieve y Hielo de la Asociación Hidrológica Internacional convocó una conferencia internacional especial en 1949, previa consulta a expertos de varios países, para presentar una propuesta para una "Clasificación concisa de la precipitación sólida atmosférica". fue adoptado. Esta concisa clasificación divide la precipitación atmosférica sólida en diez tipos: copos de nieve, copos de nieve en forma de estrella, cristales de nieve columnares, cristales de nieve en forma de aguja, cristales de nieve ramificados, cristales de nieve axiales, cristales de nieve irregulares, graupel, partículas de hielo y granizo. Los primeros siete tipos se denominan colectivamente nieve. ¿Por qué no se puede llamar nieve a los tres últimos? Resulta que existen dos procesos para que el vapor de agua gaseoso se convierta en agua sólida. Una es que el vapor de agua primero se convierte en agua y luego el agua se condensa en cristales de hielo. También existe un método en el que el vapor de agua se convierte directamente en cristales de hielo sin pasar por el agua. Este proceso se llama condensación del agua. Por tanto, la nieve es una precipitación sólida formada por la condensación del vapor de agua en el cielo. (La imagen de la derecha es un diagrama esquemático de diez tipos de precipitación sólida atmosférica, de arriba a abajo: copos de nieve, copos de nieve en forma de estrella, cristales de nieve columnares, cristales de nieve en forma de agujas, cristales de nieve multiramificados, nieve axial cristales irregulares de nieve, graupel, partículas de hielo, granizo).

Parientes cercanos de la nieve

Graupel

En verano, en las zonas montañosas, a menudo hay muchas gotas de agua sobreenfriada en el cielo congeladas alrededor del núcleo cristalino, formando un tipo de partículas redondas blancas y mate. La meteorología llama a esto graupel, y en muchos lugares se le conoce coloquialmente como nieve o graupel de nieve. Generalmente, el diámetro del graupel está entre 0,3 y 2,5 mm, que es relativamente quebradizo y se rompe fácilmente. El polonio no pertenece a la categoría de nieve, pero también es un tipo de precipitación sólida atmosférica.

Partículas de hielo y granizo

En verano, en las llanuras del norte se encuentran a menudo otros dos tipos de precipitaciones sólidas atmosféricas: partículas de hielo y granizo. Las partículas de hielo y el granizo son perlas de hielo translúcidas relativamente grandes formadas por gotas de agua que fluyen y se congelan capa por capa alrededor del núcleo de condensación. En meteorología, las partículas de menos de 5 mm se denominan partículas de hielo y las partículas de más de 5 mm, granizo. El granizo causa enormes daños a la producción agrícola. Según los registros, el granizo más grande del mundo mide más de un puño, mide más de 10 centímetros de diámetro y pesa más de 1 kilogramo.

Heladas, lluvia y niebla

Además de las precipitaciones sólidas atmosféricas, a menudo aparece en el suelo otro tipo de precipitación sólida "que crece en el suelo", que es la escarcha, la lluvia y la niebla.

Aunque estas precipitaciones sólidas no son precipitaciones sólidas atmosféricas, únicamente se forman por la condensación, cristalización y congelación del vapor de agua superficial. Pero estas precipitaciones sólidas también tienen un gran impacto en las actividades productivas humanas. Todo el mundo está familiarizado con las heladas, que a menudo reducen la producción agrícola. Para evitar daños por congelación, la gente trabajó duro. La lluvia y la niebla no son muy amigables con los humanos. Suelen encontrarse en altas montañas. En climas muy fríos, cuando pequeñas gotas de lluvia o niebla golpean superficies muy enfriadas, forman lluvia y niebla sobre ellas.

La intensidad y escala de esta precipitación sólida es a veces asombrosa. A menudo, en uno o dos días, se puede acumular una capa de hielo de más de un metro de espesor en el lado de barlovento del objeto. El paisaje es muy mágico, como la concepción artística de un cuento de hadas.

¿Cómo se forman los copos de nieve?

¿Cómo el vapor de agua del aire forma nieve en el cielo? ¿Es suficiente la temperatura bajo cero? No, para que el vapor de agua cristalice se deben cumplir dos condiciones para que se forme nieve:

Una condición es que el vapor de agua esté saturado. La cantidad máxima de vapor de agua que el aire puede contener a una determinada temperatura se llama vapor de agua saturado. La temperatura a la que el aire alcanza la saturación se llama punto de rocío. Cuando el aire saturado se enfría a una temperatura por debajo del punto de rocío, el exceso de vapor de agua en el aire se convierte en gotas de agua o cristales de hielo. Dado que el contenido de vapor de agua saturado de la superficie del hielo es menor que el de la superficie del agua, la saturación de vapor de agua requerida para el crecimiento de los cristales de hielo es menor que la de las gotas de agua. Es decir, las gotas de agua sólo pueden crecer cuando la humedad relativa (la humedad relativa se refiere a la relación entre la presión de vapor real en el aire y la presión de vapor saturado del aire a la misma temperatura) no es inferior al 100%; En el caso de los cristales de hielo, a menudo crecen cuando la humedad relativa es inferior al 100% del tiempo. Por ejemplo, cuando la temperatura es de -20°C y la humedad relativa es sólo del 80%, pueden crecer cristales de hielo. Cuanto más fría es la temperatura, menos humedad se necesita para que crezcan los cristales de hielo. Por lo tanto, en ambientes de gran altitud y baja temperatura, es más probable que se generen cristales de hielo que gotas de agua.

Otra condición es que debe haber núcleos de condensación en el aire. Alguien hizo experimentos y descubrió que si no hay núcleos de condensación, el vapor de agua en el aire se condensará en gotas de agua solo cuando la humedad relativa supere el 500%. Pero un fenómeno de sobresaturación tan grande no existe en la atmósfera natural. Entonces, sin núcleos de condensación, sería difícil para nosotros ver lluvia o nieve en la Tierra. Los núcleos de condensación son pequeñas partículas sólidas suspendidas en el aire. Los núcleos de condensación ideales son aquellas partículas que absorben más agua. Los ejemplos incluyen partículas de sal marina, ácido sulfúrico, nitrógeno y otros químicos.

Por eso a veces vemos nubes en el cielo, pero no nevadas. En este caso se suele utilizar nieve artificial.

Copos de nieve sin condensación en el cielo

La nieve cae del cielo. ¿Cómo puede haber copos de nieve no condensados ​​en el cielo?

En el invierno de 1773, un periódico de San Petersburgo, Rusia, informó una noticia interesante. Según informes periodísticos, en un baile, debido a la gran cantidad de gente y al encendido de cientos de velas, el salón estaba tan caluroso y sofocante que las damas y caballeros con mala salud casi se desmayan frente al Dios de la Alegría. En ese momento, un joven saltó al alféizar de la ventana y rompió el vidrio de un solo puñetazo. Como resultado, ocurrió un milagro inesperado en el salón de baile. Hermosos copos de nieve bailaban en el pasillo con el aire frío afuera de la ventana, cayendo sobre el cabello y las manos de las personas que estaban mareadas por el calor. Alguien salió corriendo del salón de baile con curiosidad para ver si afuera estaba nevando. Sorprendentemente, el cielo está lleno de estrellas y la luna creciente es plateada como el agua.

Entonces, ¿de dónde vienen los copos de nieve del pasillo? Esta es realmente una pregunta desconcertante. ¿Alguien está haciendo algún truco de magia? Pero no importa lo inteligente que sea el mago, no puede jugar con copos de nieve en el pasillo.

Más tarde, los científicos resolvieron el misterio. Resultó que las respiraciones de muchas personas en el salón de baile estaban llenas de vapor de agua y el encendido de velas había dispersado muchos núcleos de condensación. Cuando el aire frío del exterior entra por la ventana, obliga al vapor de agua saturado de la sala a condensarse y cristalizarse inmediatamente, convirtiéndose en copos de nieve. Mientras haya condiciones de nieve, nevará en la casa.

Las formas básicas de los copos de nieve

El paisaje es hermoso cuando nieva, pero lo que los científicos y artistas aprecian son los exquisitos patrones de los copos de nieve. Hace más de cien años, los glaciólogos comenzaron a describir en detalle la forma de los copos de nieve.

Ding Duoer, el creador de la glaciología occidental, describió los copos de nieve que vio en el pico Loza en su clásico trabajo de glaciología: "Estos copos de nieve... están todos compuestos de pequeños copos de hielo, cada uno de ellos. Cada flor de hielo tiene seis pétalos, algunos sueltan hermosas lengüetas laterales como Suhua, algunos son redondos, algunos tienen forma de flecha o de zigzag, algunos están completos y otros tienen forma de rejilla, pero no están más allá. En China, ya en el año 100 a. C., durante la era del emperador Wen de la dinastía Han Occidental, había un poeta llamado Han Ying. Escribió una "Biografía de Han Shi", que señalaba claramente que "dónde están la vegetación y los cinco". las flores florecen, solo hay seis copos de nieve. ”

La forma básica de los copos de nieve es hexagonal, pero casi no hay dos copos de nieve idénticos en la naturaleza, al igual que no hay dos personas idénticas en la Tierra. Muchos estudiosos han observado miles de ellos con microscopios. miles de copos de nieve. Estos estudios demuestran en última instancia que es imposible formar copos de nieve en la naturaleza que sean completamente simétricos en forma y tamaño.

Entre los copos de nieve que se han observado, también los hay regularmente simétricos. deformidades. ¿Por qué se deforman los copos de nieve? Porque el contenido de vapor de agua en la atmósfera alrededor del copo de nieve no puede ser el mismo en todas las direcciones, mientras haya una ligera diferencia, el lado con más vapor de agua siempre crecerá más rápido.

Hay muchos coleccionistas de patrones de copos de nieve. Coleccionan varias fotografías de copos de nieve como coleccionistas de sellos. Un fotógrafo estadounidense llamado Bentley tomó cerca de 6.000 fotografías de copos de nieve a lo largo de su vida. Sus fascinantes obras se utilizan a menudo como modelos para patrones estructurales. Los artistas industriales. El japonés Yujiro Nakatani y sus colegas trabajaron durante 20 años en las cámaras frigoríficas de un laboratorio de la Universidad de Hokkaido, en los campos nevados del norte de Japón. Sin embargo, se fotografiaron y estudiaron decenas de miles de copos de nieve. formas, permanecieron iguales, lo que permitió a los científicos clasificarlos en las siete formas mencionadas anteriormente. Entre estas siete formas, los copos de nieve hexagonales y los copos de nieve con prismas hexagonales son las formas más básicas de los copos de nieve, y las otras cinco son solo el desarrollo. , transformación o combinación de estas dos formas básicas

La función aislante de la nieve

La nieve es como una maravillosa alfombra que cubre la tierra para que la temperatura del suelo no aumente. baja demasiado debido al frío en invierno El efecto aislante de la nieve es inseparable de sus propias características.

Todos sabemos que llevar una chaqueta acolchada de algodón es muy cálido en invierno. La porosidad del algodón es muy alta y los poros del algodón tienen poca conductividad térmica. El calor del cuerpo humano se propaga hacia afuera. La nieve que cubre el pecho de la tierra es muy similar al algodón. Poros de la nieve para proteger la temperatura del suelo de caer demasiado, la función de aislamiento térmico de la nieve cambia con la densidad en cualquier momento. Esto es como usar una chaqueta acolchada de algodón nueva, que es muy cálida, y la vieja. La chaqueta acolchada no es demasiado cálida, el efecto de aislamiento es débil porque hay menos aire almacenado en el interior.

¿Por qué cuanto más aire se almacena en un objeto, más fuerte es el efecto de aislamiento?

Sabemos que el aire es un mal conductor, cualquier objeto por sí mismo puede transferir calor y esta propiedad de transferir calor se llama conductividad térmica del objeto. Por lo tanto, entre varias sustancias comunes en la naturaleza, el aire tiene la peor conductividad. , cuanto más aire contiene un objeto, más aire contiene. La conductividad térmica de la nieve cambia mucho. Debido a que la cantidad de aire contenida en la nieve cambia mucho, la conductividad térmica de la nieve también cambia mucho. Poros más grandes y tiene el mejor efecto de aislamiento térmico. Húmedo, su conductividad térmica es más cercana a la del agua, por lo que el efecto de aislamiento de la nieve tiende a desaparecer.

Erosión de la nieve

Erosión causada por el frecuente derretimiento y levantamiento de las heladas de los campos de nieve en climas periglaciales.

La erosión de la nieve se produce en regiones polares y subpolares sin casquetes polares, así como en regiones alpinas por debajo de la línea de nieve y por encima de la línea de árboles. La temperatura media anual es de unos 0 ℃ y pertenece a la zona de permafrost. Por un lado, la congelación y descongelación alternadas en el borde del campo de nieve destruye los materiales de la superficie a través de grietas en el hielo; por otro lado, la nieve derretida eliminará los materiales triturados de grano fino, por lo que la erosión de la nieve incluye dos funciones: erosión y transporte. A medida que el fondo del campo de nieve se profundiza y su periferia se expande, se forma gradualmente en la ladera una depresión ancha y poco profunda en forma de cuenca con una pendiente periférica más pequeña, es decir, la depresión de deshielo. Su forma, origen y distribución espacial son diferentes a los de una cubitera de hielo, pero están relacionados. Cuando el clima se vuelve más frío y la línea de nieve desciende, las depresiones de la erosión de la nieve pueden convertirse en cubos de hielo; a la inversa, cuando el clima se calienta y los glaciares retroceden, los cubos de hielo pueden degenerar en depresiones de deshielo; En diferentes condiciones naturales y geográficas, la forma y la velocidad de la erosión de la nieve son diferentes. En lugares con latitudes bajas, fuertes precipitaciones y muchos días de congelación y deshielo, las tasas de erosión de la nieve son más rápidas y la erosión de la nieve es profunda y grande. Por ejemplo, en la región de Xiaoxinganling, en el noreste de China, la erosión por nieve es muy común. Por el contrario, en lugares con latitudes altas, menos precipitaciones y bajas temperaturas estivales, la erosión de la nieve es más débil. La influencia de la pendiente del terreno es: si la pendiente es pronunciada > 40°, es difícil que existan campos de nieve. La erosión por nieve en terrenos planos es muy lenta. La erosión por nieve es más activa en pendientes de alrededor de 30°.

Doble Arco Iris

Cuando la luz del sol pasa a través de las gotas de agua, se refracta, se refleja y luego se refracta nuevamente. Nuestro arco iris común (arco iris primario) se forma después de que la luz se refleja en gotas de agua. Si la luz se refleja dos veces en las gotas de agua, se produce un segundo arco iris (neón). La disposición de colores del neón es opuesta a la del arco iris principal. Debido a que con cada reflexión se pierde algo de energía luminosa, el brillo de las luces de neón también es muy débil.

¿Por qué los arcoíris siempre son curvos?

De hecho, si las condiciones son las adecuadas, podrás ver un arco iris circular completo. La luz del sol emitida en las gotas de agua en el aire se refracta → se refleja → se refracta y luego se emite a nuestros ojos, formando un arco iris. El ángulo de deflexión entre el haz arcoíris formado por el proceso anterior y el haz original es de aproximadamente 180-42 = 138 grados.

En otras palabras, si los rayos del sol son horizontales con respecto al suelo, el ángulo de elevación para ver un arco iris es de unos 42 grados. La siguiente animación muestra que todos los rayos de luz que llegan al ojo desde el mismo ángulo de visión deben reposar sobre una superficie en forma de cono.

(Es decir, aparece un rayo circular de arco iris)

Imagina que estás mirando un arco iris desde el este, con el sol poniéndose detrás de ti por el oeste. La luz blanca del sol (una combinación de todos los colores del arco iris) viaja a través de la atmósfera y hacia el este por encima de tu cabeza para encontrarse con las gotas de agua que caen de la tormenta. Cuando el haz de luz toca la gota de agua, hay dos posibilidades: primero, la luz puede penetrar directamente a través de ella o, lo que es más interesante, puede hacer contacto con el borde anterior de la gota de agua, lo que hace que el interior de la gota de agua se doble al doblarse. entra y luego se refleja desde el extremo posterior de la gota de agua. Regresa, sale por el frente de la gota de agua y se refracta hacia nosotros. Esta es la luz que forma el arco iris.

El grado de curvatura de la luz cuando pasa a través de una gota de agua depende de la longitud de onda (es decir, el color) de la luz: la luz roja es la que más se curva, seguida de la naranja y la amarilla, y así sucesivamente, con La luz violeta es la que menos se dobla.

Cada color tiene un ángulo de curvatura específico. El ángulo de refracción de la luz roja de la luz solar es de 42 grados, mientras que el ángulo de refracción de la luz azul es de sólo 40 grados, por lo que cada color aparece en una posición diferente en el cielo.

Si usas una línea imaginaria para conectar la parte posterior de tu cabeza con el sol, entonces el lugar en un ángulo de 42 grados con respecto a esta línea es donde está el color rojo. Estas diferentes posiciones delinean un arco. Dado que el ángulo entre el azul y la línea imaginaria es sólo de 40 grados, el arco azul del arco iris siempre está debajo del rojo.

La razón por la que el arco iris tiene forma de arco es, por supuesto, inseparable de su formación, y también tiene mucho que ver con la forma de la Tierra. Debido a que la superficie de la Tierra es curva y está cubierta por una gruesa capa de atmósfera, el contenido de agua en el aire después de una lluvia es mayor de lo habitual. Cuando la luz del sol incide en el aire, pequeñas gotas de agua se refractan.

Al mismo tiempo, debido a que la atmósfera en la superficie terrestre es curva, la luz del sol se refracta en la superficie para formar el arco iris en forma de arco que vemos.