Добавим сюда «Зимние грезы», «Вальс снежных хлопьев» из «Щелкунчика» П.И. Чайковского, «Снегурочку» Н.А. Римского-Корсакова, сюиты Г.В. Свиридова к пушкинской «Метели».
Тема зимы, снега и льда отражена в искусстве очень многогранно и прочно вошла в наш менталитет. Таким же должно быть и научное понимание феномена. С точки зрения науки в Открытом кампусе тему объяснил Юрий Леонидович Войтеховский, доктор геолого–минералогических наук, профессор, заведующий кафедрой геологии и геоэкологии Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена.
Первый интерес к превращениям воды проявили греки и римляне. Древние ученые еще до нашей эры наблюдали за метаморфозами жидкости на вершине Олимпа, исследовали минералы, металлы и горные породы. Уже тогда зародилась наука, которую сейчас мы зовем кристаллография.
Особый вклад в формирование этой науки внес Плиний Старший. Несмотря на то, что ученый проводил исследования и писал свои труды еще в I веке до нашей эры, есть свидетельства, что его научные изыскания были применимы в науке и в XVIII веке. Доказательством тому служит первый устав Санкт-Петербургского Горного училища (1774 г.), где указано, что надо преподавать в физическом классе:
Итак, Плиний стоит рядом с Ньютоном, других имен мы уже не помним. И вот что еще интересно. Греки, итальянцы и французы не сочинили бы, что «естественное состояние воды – быть льдом», скорее наоборот. В этой формуле видится самосознание Санкт-Петербурга как столицы северной страны.
Изучение минералов, в том числе льда как минерала, прошло сложный и тернистый путь. То определение минерала, которое нам сейчас известно - природное химическое соединение с кристаллической структурой, стабильного в некотором диапазоне физикохимических параметров, формировалось далеко не сразу. Химический состав основных минералов умели определять уже во времена М.В. Ломоносова (1711–1765 гг.). Тогда же открывали новые химические элементы.
Но камнем преткновения стал изоморфизм – способность многих элементов непрерывно замещать друг друга с сохранением структуры минерала. Природа способна создавать сложные минеральные серии между чистыми составами минерала. В структуру минералов физики проникли лишь после исследований по дифракции рентгеновских лучей на кристаллах, доказавших их решетчатое строение и волновую природу излучения. Это позволило поставить расшифровку кристаллических структур на поток.
А что же лед? Ведь он не обладает всеми физическими свойствами кристаллов. Да и его кристаллы очень редки (сосульки – не кристаллы, а сталактиты). Зато он давно обратил на себя внимание бесконечным разнообразием снежинок.
Феномен снежинок как кристаллов изучали многие величайшие ученые.
Наряду с научным изучением снежинок с помощью микроскопов шло их эстетическое освоение с помощью фотографии. Здесь первым был профессиональный фотограф А.А. Сигсон из Рыбинска, вторым - американец У.Э. Бентли, посвятивший снежинкам всю жизнь, прослывший чудаком и опубликовавший более 5000 фотографий – все разные.
В середине ХХ в. в изучение снежинок включились японские метеорологи К. Ито и У. Накайя, совместившие их фотографирование с натурными наблюдениями и лабораторными экспериментами. Они подготовили классификацию, принятую Международной комиссией снега и льда, и показали, сколь сложна зависимость форм снежинок от температуры и влажности атмосферы.
Примечательно то, что после создания комиссии по новым минералам (проверяли рентгеновскими методами), многие образцы были дискредитированы, но лед проверку выдержал. Более того, установлен его широкий полиморфизм – наличие разных структур, стабильных в разных условиях. На сегодня известны около 20 видов льдов.
Привычней всего нам лед-1, представляющий собой идеальный кристалл льда.
Важно понять, что далеко не все снежинки могут сыпаться на нас с неба по той простой причине, что образования некоторых из них (например, 4 и 8 угольных) невозможно в условиях земной атмосферы.
Можно ли рассматривать снег и лед как горные породы?
Есть научное утверждение, что горной породой является только такой естественный агрегат минералов, который представляет собой конечный продукт определенного, уже завершившегося геологического процесса. С данным определением можно поспорить. Лед - признанный минерал, он образуется естественным путем, стабилен в известных условиях как угодно долго (сотни тысяч лет в основаниях ледников Антарктиды и Гренландии). слагает мономинеральные (как известняки, мраморы, кварциты) естественные геологические тела на поверхности и в верхних горизонтах земной коры: снежные покровы, ледяные пласты, линзы и естественные минеральные агрегаты определенного состава и строения, снег проходит стадии уплотнения и перекристаллизации (в фирн и лед). Что до «завершившегося геологического процесса», то нельзя забывать, что в земной коре идет непрерывный, незаметный для нас круговорот вещества, минералы – лишь временные остановки на путях миграции химических элементов. Для снега подходит термин «атмосферно-осадочная» горная порода. А вот льды могут образоваться за счет разной воды: атмосферной (горные и покровные щитовые ледники), открытых водоемов (сезонные льды рек и озер), подземной (многолетняя мерзлота).
Лектор обратил особое внимание на мена российских первопроходцев в изучении льда: А.И. Воейков, П.Н. Чирвинский, П.П. Пилипенко, Б.П. Вейнберг.
Интерес ко льду и снегу может повыситься за счет рассказов о ледниковых периодах. Ведь за последние 2,5 млрд лет планета пережила 4 таковых, каждый продолжительностью до 200 млн лет. Ледяные шапки на обоих полюсах – лишь второй случай в истории Земли, этому стоит удивиться.
Итак, столь привычные всем снег и лед оказались вовсе не примитивными. И науке предстоит еще многое исследовать и принять новые факты и обстоятельства при изучении этого удивительного явления.
Внимание! Текст подготовлен на основании статьи Войтеховского Ю.Л. Любое использование материалов возможно только со ссылкой на автора. Для цитирования: Войтеховский Ю.Л. Пока лежит снег // География в школе. 2024. № 5. С. 4–11. Doi: https://doi.org/10.47639/0016-7207_2024_5_4
