Исследовательская работа по географии "Удивительный мир снежинок"

Муниципальное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №5 г. Коряжмы» Учебно – исследовательская конференция «Юность Коряжмы» Направление работы – география, раздел ­ метеорология Удивительный мир снежинок Авторы:  учащиеся 6 «Г» класса Научный руководитель: Магзинская Лилия Сергеевна учитель географии  МОУ «СОШ №5 г. Коряжмы»   ­ 0 ­ Оглавление Как рождается снег Строение снежинки Из мира науки Классификация снежинок Почему снежинки такие лёгкие? Интересные факты Музей снега и льда Введение  1 2 3 4 5 6 7 Заключение  Список литературы  Приложение 1. Классификация снежинок                                              3 5 9 10 13 14 15 16 18 19 20 ­ 1 ­ “Они рождаются незримо, в облаках, для одного безумного полета. А в их прозрачных, крошечных сердцах присутствует невидимое что­то. Что наполняет душу теплотой, и пусть они всего лишь только льдинки. Я нежность чувствую озябшею щекой, когда ее касаются снежинки. Я вижу бесконечный хоровод, смотря на них слегка усталым взором. Им вьюга колыбельные поет, а ветер выступает дирижером. «Танцовщицы» совсем устав «плясать». Легко на землю стылую ложаться, чтоб до весны­красавицы проспать, и с вешнею водою убежать, и паром в небеса, домой подняться.”                                                                                                                  Введение        Вы случайно не задумывались, что за «белые танцовщицы» летят с небес. Откуда они взялись? И вообще что это такое? Именно эти вопросы задавали мы себе, находясь на улице в снегопад. Ведь живя в России, тем более в северной её части, воспринимаешь снег, как нечто обыденное. Когда   идёшь   по   снегу,   то   можно   услышать   его   лёгкое   поскрипывание   под   ногами. Благодаря морозной и безветренной погоде снег лежит пушистым ковром везде: на домах, на земле и даже вся наша одежда бывает в лёгких хлопьях снега. Если вытянуть руку вперёд  и посмотреть   на   рукавичку,   то   на     ней   вскоре   окажутся   свежие   снежинки.   Это   такая необыкновенная красота, такая волшебная тайна, которую нам захотелось разгадать. Нам очень захотелось узнать побольше об этом удивительном чуде природы – снеге, и связанных с ним явлениях.        Цель нашей работы: раскрыть особенности рождения снежинок, их строение, влияние природных факторов на образование той или иной формы снежинок.  Задачи, которые мы  перед собой поставили: 1. Сбор материала по теме работы и его обработка; 2. 3. 4. 5. 6. 7. Изложение  содержания основной части; Выполнение практической части работы Подготовка выводов о проделанной работе; Оформление обобщённого материала; Подготовка презентации; Представление  работы на учебно­исследовательской конференции. ­ 2 ­ Считаем   данную   исследовательскую   работу   интересной   и   новой,   так   как   мир снежинок   изучен   слабо   и   в   курсе   географии   снег   как   атмосферный   вид   осадка рассматривается в течение 1 урока. Актуальность данной работы заключается в том, что в последнее время особый вид индивидуального   творчества   скрапбукинг   получает   все   большее   развитие,   и   людям интересно изготавливать своими руками необычные вещи, в том числе в зимнее время – изготовление снежинок.        Нами были изучены и обработаны следующие материалы: литературные источники, среди   которых   учебная,   научная,   справочная   литература,   периодические   издания   и Интернет   сайты.   Оформлены   приложения,   в   которых   содержатся:   классификация снежинок, фото снежинок, фото музея снега и льда.  ­ 3 ­ 1. Рождение снежинки            С точки зрения науки снег – это твёрдые атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде снежинок — снежных (ледяных) кристаллов, очень разнообразных по форме, но имеющих в основе шестиугольную пластинку или шестигранный столбик. Снежинка начинает свою жизнь в облаке, когда вокруг маленькой пылинки образуется кристаллик льда. Дальше этот кристаллик начинает расти. У него могут начать расти лучи, или у этих лучей начинают появляться отростки, или — наоборот, снежинка начинает расти в толщину. Как именно в данный момент будет расти снежинка зависит от текущих условий вокруг снежинки: влажность, температура, давление, форма снежинки. И даже самые минимальные изменения этих параметров могут изменить ход роста снежинки. Условия постоянно меняются. И получается, что снежинка то растет в ширину, то у нее отрастают   лучи.   В холодную   и сухую   погоду   снежинки   вообще   растут   в высоту, а не в ширину,   и получаются   шестиугольные   столбики,   а не привычные   нам   разлапистые звезды.  Поскольку каждая снежинка живет своей жизнью и внешние условия у них у всех хотя бы минимально,   но отличаются,   то все   снежинки   разные.   Не бывает   абсолютно   одинаковых снежинок —   каждая   из них   проходит   через разные   сочетания   влажности,   давления и температуры.[1]  Для хорошего снега необходим хороший мороз — приблизительно пара десятков градусов ниже нуля. Он позволяет снежинкам расти уверенно, до самой земли сохраняя остроту лучей и граней. Однако и здесь важно знать меру: как правило, весь снег выпадает при тех же –20°C, и при дальнейшем понижении температуры воздух остаётся сухим,   осадки   не   образуются.   Конечно,   в   приполярных   районах,   где   температура   редко поднимается выше –40°C, а воздух очень сухой, всё равно идёт снег. При этом снежинки представляют собой крохотные шестиугольные призмы с идеально ровными гранями, без малейшего   сглаживания   углов.   Зато   в   средней   полосе   России,   особенно   в   Центральной Сибири,   иногда   выпадают   огромные   звёзды   диаметром   до   30   см.   Вероятность   увидеть крупные   снежинки   существенно   возрастает   вблизи   водоёмов:   испарения   с   озёр   и водохранилищ — это отличный строительный материал. И конечно же, крайне желательно ­ 4 ­ отсутствие сильного ветра, иначе большие снежинки будут сталкиваться друг с другом и ломаться. Поэтому лесной ландшафт предпочтительнее степей и тундр. [7] Мы провели свои наблюдения за формой снежинок на территории города Коряжмы в разные дни, с разными температурными условиями.  Залегание при   снега температуре +3˚С.   Форма снежинок   не различается Форма снежинок   при температуре  ­15˚С. ­ 5 ­ Форма снежинки   при температуре  ­23˚С. ­ 6 ­ Форма снежинок   при температуре  ­31˚С. Снежинки очень   малых размеров.  Вывод: снежинки не похожи одна на другую, снежинки очень хрупкие, для наблюдений подходит морозная погода.      ­ 7 ­ 2. Строение снежинки Считается, что в одном кубическом метре снега находится около 350 млн.снежинок! Все они шестиугольные и имеют кристаллоподобные структуры, но у  каждой своя уникальная форма. Годами ученые пытались понять, откуда такая форма, что влияет на такую симметрию и почему у всех она разная. Каждая полученная мельчайшая частичка информации раскрывает еще одну удивительную тайну, заключенную в снежинке. Эти тонкие, маленькие снежинки похожи на звездочки или головку иголки с множеством хрупких кончиков. Форма снежинок на рисунках действительно удивительна. На протяжении многих лет такая структура была предметом интереса людей. Одна снежинка состоит из более чем 200 ледяных кристалликов. Снежинки состоят из молекул   воды,   которые   приобрели   замысловатую   форму.  Снег,   самое   настоящее архитектурное чудо природы, приобретает форму, когда водяной пар замерзает, проходя через тучу. Это происходит следующим образом.  При попадании в тучи молекулы воды, хаотично   разбросанные   в   водяном   паре,   начинают   терять   хаотичное   движение   из­за повышения температуры. Через некоторое время  молекулы воды  замедляются, начинают собираться   в   группки   и   затвердевают.  При   этом   они   упорядочены   и   имеют   форму шестиугольных   фигур,   которые   часто   похожи   друг   на   друга.   Сначала   каждая   снежинка состоит   из   одной   геометрически   шестиугольной   молекулы   воды.   Потом   к   ней присоединяются другие такие же молекулы. Согласно   теориям   исследователей,   основным   фактором,   определяющим   очертание снежинки является то, что эти шестиугольные молекулы воды соединяются друг с другом как звенья в цепочке. К тому же, частички кристаллов, которые должны обычно выглядеть одинаково,   приобретают   различные   формы   в   зависимости   от   температуры   и   уровня влажности. [2] И все­таки, почему все снежинки имеют шестиугольную симметрию и почему все они отличаются друг от друга? Почему их контуры угловаты, а не ровные? Ученые все еще пытаются найти ответы на эти вопросы.  ­ 8 ­ 3. Из мира науки      Снежинки не раз становились предметом серьезных   научных   исследований.    Как известно,   найти   пару   совершенно   одинаковых снежинок   практически   невозможно,   хотя   они могут быть очень похожими между собой. Это одна   из   тех   давних   столетних   тайн,   раскрыть которую   поможет   процесс   компьютерного моделирования. А вот прославленный астроном и математик, один из тех, кто сформулировал законы   движения   планет,   Иоганн   Кеплер, живший   четыре   столетия   назад,   посвятил снежинке   свой   знаменитый   шутливый   трактат "Новогодний подарок, или о шестиугольном снеге". Относясь к работе с достаточной долей юмора, он в то же время скрупулезно, как истинный ученый исследовал многие интересные особенности снежинок. В том числе и вопрос, почему, собственно, снежинки "шестиугольны, пушисты, как перышки с шестью лучами". ­ 9 ­ В 1635 году французский философ и математик Рене Декарт занялся описанием видов снежинок,   разглядывая   их   невооруженным   глазом.   Он   писал,   что   снежинки   похожи   на розочки,   лилии   и   колесики   с   шестью   зубцами.   Его   особенно   поразила   найденная   им   в середине снежинки "крошечная белая точка, точно это был след ножки циркуля, которым пользовались,   чтобы   очертить   ее   окружность". Декарт также впервые нашел  и описал  достаточно редкую двенадцатиконечную снежинку. До сих пор двенадцатиконечная   снежинка   считается   большой редкостью, так до конца и неясно, где и при каких условиях она образуется. [3]       Первые фотографии снежного кристалла под микроскопом   были   сделаны   в   1885   году американским   фермером   Уилсоном   Бентли. Сфотографировав за свою жизнь свыше пяти тысяч снежных кристаллов, он пришел к выводу, что среди них нет ни одного одинакового. В 1931 году вышла его знаменитая книга "Снежные кристаллы". [6]           Американские   исследователи   ­   профессор   математики   Янко   Гравнер   из Калифорнийского университета в Девисе и Дэвид Гриффит из Университета Висконсина­ Мэдисона   ­   с   помощью   компьютера научились   достоверно   моделировать трехмерных образование снежинок ­ то есть они решили, наконец,   реальных   задачу, которая до сих пор не поддавалась всем     Такие усилиям   ученых. моделированные   снежинки   получили наименование   "снежных   фальшивок", псевдоснежинок   –   snowfakes   (очевидная игра   слов,   ведь   снежинки   по­английски именуются   'snowflakes').   Моделирование одной   снежинки   занимает   на   обычном настольном   компьютере   приблизительно сутки.  ­ 10 ­ Гравнер и Гриффин ­ это, конечно, не единственные ученые, интересующиеся в наше время   снежинками.  Очередной   шаг   в   изучении   свойств   наиболее   известных   природных кристаллов   ­   снежинок   ­   сделан   профессором   физики   Кеннетом   Либбрехтом   из Калифорнийского   технологического   института.   В   лаборатории   профессора   Либбрехта снежинки выращиваются искусственно. [3]          Снежинка   ­   сложная   симметричная   структура,   состоящая   из   кристалликов   льда, собранных вместе.  Вариантов "сборки"  множество ­ до  сих пор не удалось найти  среди снежинок   двух   одинаковых.   Исследования,   проведенные   в   лаборатории   Либбрехта, подтверждают этот факт ­ кристаллические структуры можно вырастить искусственно или наблюдать в природе.     Существует даже классификация снежинок, но, несмотря на общие законы построения, снежинки все равно будут чуть­чуть отличаться друг от друга даже в случае относительно простых структур.        Для изучения характеристик снежинок профессор Либбрехт с 2001 год начал делать фотографии образовавшихся естественным образом снежинок и проводить их сравнительную классификацию. Структура и внешний вид снежинок, как выяснилось, зависят от того, где именно   их   наблюдали.   По   мнению   Либбрехта,   самые   красивые   и   сложные   по   структуре снежинки выпадают там, где климат суровее.  Фотографии позволили ученому выявить нестабильности роста кристаллов у снежинок, что раньше еще никому не удавалось.    Несмотря на докучливость ученых, снежинка до сих пор не открыла до конца всех своих тайн. Ее история необычайно удивительна и может поведать нам много интересного. [4] ­ 11 ­ 4. Классификация снежинок    В   1951   году   Международная   Комиссия   по   Снегу   и   Льду   приняла   классификацию твёрдых   осадков.   Согласно   ей   все   снежные   кристаллы   можно   разделить   на   следующие группы:   звёздчатые   дендриты,   пластинки,   столбцы,   иглы,   пространственные   дендриты, ­ 12 ­ столбцы   с   наконечником   и   неправильные   формы.   К   ним   добавились   еще   три   вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град. [Приложение 1.]        Звёздчатые дендриты  Пластинки  Столбики Иглы  Пространственные дендриты Столбики с наконечниками Кристаллы неправильной формы Этой   же   классификации   подчиняется   и   рост   инея,   изморози   и   узоров   на   стеклах.   Эти явления, как и снежинки, образуются при конденсации, молекула за молекулой — на земле, траве, деревьях. [4] ­ 13 ­ 5. Почему снежинки такие лёгкие?      Снежинки легче дождевых капель, поскольку состоят из кристаллов. Однако снежные хлопья не такие лёгкие, как кажутся. Если бы это было так, они не падали бы на землю, а оставались бы в облаках. Они падают потому, что состоят из кристаллов льда, ставших слишком   тяжёлыми,   чтобы   удерживаться   в   облаках.   Снежинки   порхают,   поскольку кристаллы велики и, как парашюты, опираются на воздух в полёте. Если рассмотреть их в лупу,   можно   увидеть   переплетающиеся   кристаллы.   Кристаллы   очень   разнообразны,   и   их форма   тем   сложнее   и   красивее,   чем   холоднее   погода.   Среди   миллиардов   кристаллов, которые образуют снежинки, все шестилучевые и с геометрически правильным рисунком, но двух одинаковых снежинок в мире нет.     Но, соединяясь в огромных количествах вместе, снежные кристаллы могут остановить поезд, образовав снежные завалы; а снежные лавины и ледники могут сдвигать и сокрушать скалы.    Прикоснитесь пальцем к снежинке, и она мгновенно растает от тепла руки. Сбросьте снежинку с рукава пальто – вы, конечно, не услышите, как она упала, а может быть, и сломалась. Но прислушайтесь, как скрепит у вас под ногами свежевыпавший снег. Что это за скрип! Это трещат и ломаются миллионы снежных кристаллов. В ясную погоду снег мерцает и искрится, «играет» на солнце. Это, как от множества крохотных зеркал, отражаются лучи солнца от плоских граней кристалликов снега. [4]       ­ 14 ­ 6. Интересные факты Снежинки образуют — снежный покров, который отражает в космос до 90% солнечного света.       Вес самой снежинки всего около миллиграмма, редко — 2…3. Тем не менее к концу зимы масса   снежного   покрова   северного   полушария   планеты   достигает   13   500   млрд   тонн. Снег бывает не только белым. В арктических и горных регионах розовый или даже красный снег — обычное явление. Виной тому водоросли, живущие между кристаллов. Но известны случаи, когда снег падал с неба уже окрашенный. Так, на Рождество 1969 года на территории Швеции   выпал   черный   снег.   Скорее   всего,   это   впитанная   из   атмосферы   копоть   и промышленные   загрязнения.   В   1955   году   около   Даны,   штат   Калифорния,   выпал фосфоресцирующий зеленый снег, унесший несколько жизней и причинивший тяжкий вред здоровью жителям, рискнувшим попробовать его на язык. Возникали разные версии этого феномена, даже атомные испытания в штате Невада. Однако, все они были отвергнуты и происхождение зеленого снега осталось тайной. [4]                   ­ 15 ­ 7. Музей снега и льда       В 1932 году физик­ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры   и   влажности   воздуха.  Укихиро   Накайя   называл   снег   "письмом   с   небес, написанным   тайными   иероглифами".  В   городе   Кага,   расположенном   на   западном   берегу острова   Хонсю,   существует   основанный   Укихиро   Накайя   Музей   снега   и   льда,   носящий теперь его имя (он выстроен в виде трех шестиугольников). В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.      Сейчас во всём мире делают изумительно красивые фигуры изо льда, и даже города, но, к сожалению, такие музеи недолговечны! А жаль, ведь это творение рук человека! [5] ­ 16 ­ ­ 17 ­ Заключение В нашей работе мы попыталась рассмотреть, как устроена снежинка. Нам было интересно узнать о гипотезах рождения снежинок. Оценив литературные источники, можно сделать вывод о том, что снежинка ­ это крошечное ядро ледяных или  инородных пылинок в тучах. Так же мы узнала о классификации снежинок, которая была утверждена в 1951 году и на сегодняшний день она не изменилась.  Было интересно, кто же впервые нашёл и описал двенадцатиконечную снежинку – ведь это же такая редкость. Мы узнали много нового об исследованиях учёных из разных стран, начиная   с   Иоганна   Кеплера   и   заканчивая   Кеннетом   Либбрехтом.   Узнали,   что   в   мире существует пока единственный музей снежинок и льда в Японии. Любопытно было узнать о существовании разноцветного снега и последствиях его выпадения на землю.  Работая над докладом, открылся факт, что кристаллографию считали наукой скучной, сухой и никому не нужной. Но в наше время трудно найти область науки, которая испытала бы такой взлёт, смену основных идей, как кристаллография. Нам   очень   понравилось   работать   над   выбранной   темой   реферата.   Мы   узнали   много интересного о снеге, его тайнах, которые, по моему мнению, ещё не раскрыты до конца. Надеемся, что наше поколение тоже внесёт свой вклад в раскрытие тайн снега. ­ 18 ­ Список литературы    1. http://theoryandpractice.ru 2.  http://www.origins.org.ua/ 3. http://grani.ru/Society/Science/ 4. http://www.o8ode.ru/ 5. http://www.aquaexpert.ru/        6. http://www.eco­snow.ru “Системы оснежения”        7. http://www.allday.ru/2007/11/22/snez Фото “Снежинки под микроскопом” ­ 19 ­ Приложение   1.   Классификация   снежинок   принятая  Международной Комиссией по Снегу и Льду (1951 г.) Символы: F1­пластинки;   F2   ­ звездочки;   F3­столбики;   F4   ­иголки;   F5 ­пространственные звездочки; F6 ­ столбики с   пластинками;   кристаллы   F7   ­ неопределенной формы; F8 ­ снежная крупа; F9   ­   ледяные   зерна;   F0   ­   град.   Первый столбик   –   графические   символы. ­ 20 ­