Про иней. Долго, и занудно

Иней - это разновидность твердых атмосферных осадков, имеющая вид ледяных кристаллов различной формы и размера, осаждаемых на твердых предметах, на проводах, ветках деревьев, листьях, стенах домов, а также на грунте, на льду или на снегу.

Это примерно то, что можно найти о данном феномене в словарях или в энциклопедии. 

Собственно, тут и искать ничего не стоит: ясен же пень, что все и так знают, что такое иней. Так что и от себя добавить почти нечего; разве так, самую малость...

Начать, наверное, придется с того, что иней - это родной единоутробный братец росы. Точнее иней - это роса и есть, только твердая. Причина их возникновения одна и та же: при разной температуре один и тот же объем воздуха способен уместить в себе разный объем, а точнее - массу воды. Чтобы понять, почему оно так, и как именно, пришлось бы перелопатить школьный курс физики, чтобы вспомнить, что такое насыщенный пар, парциальное давление и прочие хитрые словечки, но я этого делать сейчас не буду: достаточно понимать, что чем холоднее воздух - тем меньше воды может уместиь каждый его кубометр. В виде пара, значиццо. И если вы считаете, что пар - это то, белое, клубящееся, что поднимается над чашечкой кофе, или с дыханеем вырывается у вас изо рта в мороз, то вы ошибаетесь: то, что можно видеть - это не пар, а туман, тонкая взвесь мельчайших капелек жидкой воды, третий брат-близнец росы и инея.

Водяной пар невидим, и постоянно присутствует в окружающем нас воздухе; он-то и является источником воды, из которого и возникают иней, роса и туман. Количество воды, "растворенной" в воздухе характеризуется такой физической величиной, как "влажность". Вода есть в воздухе при любой температуре, выше абсолютного нуля, но чем холоднее воздух - тем меньше в нем "помещается" воды. А потому влажность бывает двух сортов: абсолютная - это просто количество воды в единице объема, измеряется обычно в граммах на кубический метр. И еще бывает влажность относительная - она измеряется в процентах, и характеризует то, насколько много "растворено" воды в воздухе относительно того, сколько её вообще может там "поместиться" при данной температуре.

Для чего нужна относительная влажность? Интересный вопрос. Дело в том, что влажность абсолютная - это чисто физическая величина, и практического применения она почти не имеет. Если в кубометре воздуха растворено 5 граммов воды - это много или мало? Сухой это воздух, или влажный? Будут ли в таком воздухе образовываться облака, сохнуть белье? А может быть и так, и эдак: всё зависит от температуры! А вот относительная влажность - совсем наоборот: это чисто практическая величина! Физику эти проценты не скажут почти ничего (если, конечно, не сообщить ему еще и температуру!), а вот метеорологу, электрику, гигиенологу, работнику торговой сферы, да и простой домохозяйке их будет совершенно достаточно. Влажность 10-15% - значит воздух сухой, он будет "вытягивать" влагу из земли, вывешенного на просушку белья. 85-90% - воздух влажный, пот перестает высыхать, и, что называется, течет ручьем, а сахар и крупа в подсобке успешно "набираюет вес", что сулит приятное потяжеление кошелька заведующей магазином. 100% и более - уже запредельная влажность. Слышали, наверное, такой термин, как "точка росы"? Это еще одна физическая величина, характеризующая влажность воздуха; это, собственно, та температура, при охлаждении до которой воздуха с неизменным абсолютным содержанием влаги, относительная влажность достигнет 100%. Ниже "точки росы" и выпадает иней и роса, или появляется белый видимый туман. Роса и туман - явлния весьма жиденькие, и нас сейчас не интересуют, а вот про иней осталось еще сказать буквально пару слов.

Иней - это ледяные кристаллы. Т.е. вода в твердом агрегатном состоянии. Обычно - как оно происходит? Охлаждаем пар - из него получается вода. Жидкая. Продолжаем охлаждать воду - она замерзает в лёд. И наоборот: греем лёд - он тает, а вода потом, соответственно, испаряется. Однако с инеем всё происходит по-другому: он осаждается прямо из газообразной фазы в твердую, минуя фазу жидкой воды. Нет, ну, конечно, может случиться и "как обычно" - но иней тогда не получается, а получаются наледи, гладкие и "стеклянные", о которых мы поговорим как-нибудь в другой раз. Иней же, понятно, образуется совсем в других условиях, и выглядит, соответственно, по-другому.

Из вышесказанного несложно понять, что же нужно для того, чтобы получился иней, не так ли? Со всей очевидностью, для этого нужна отрицательная температура (иначе вода не замерзнет, и получится не иней, а роса!) и при этом равная, или ниже точки росы. Иначе - нужен воздух с относительной влажностью 100 и больше процентов. "Но ведь при такой влажности водяной пар не сможет сохранять стабильность, и непременно сконденсируется в виде тумана!", скажете вы... И будете правы: так оно и происходит. А как же иней? А фокус в том, что вовсе не обязательно, чтобы весь воздух имел влажность выше 100%. Если обеспечить контакт сравнительно теплого воздуха с влажностью, близкой к 100% с очень холодными твердыми предметами, то в непосредственной близости от такой переохлажденной поверхности, небольшие объемы воздуха быстро охладятся ниже точки росы (или "точки инея", если хотите), и что же произойдет? "Лишняя" вода будет стремиться немедленно сконденсироваться (а поскольку температура ниже нуля - то сразу будут образовываться кристаллы льда), а легче всего ей это сделать на твердой поверхности, а не непосредственно в воздухе: переохлажденная "твердь", контактирующая с влажным воздухом, немедленно покроется микроскопическими кристалликами льда. И если приток теплого (относительно теплого, напомню!) воздуха будет постоянным, то дальше процесс пойдет по-нарастающей, ведь на поверхности льда конденсация идет намного быстрее: подобное стремится к подобному - это, можно сказать, универсальный Закон Природы. Классический пример - заиндевелые внутренности всяческих вытяжек, вентиляционных шахт и криво построенных дымоходов.

То, какой формы, и каких размеров будут получаться кристаллы инея - зависит от того, сколько воды было в "питающем" воздухе, от направления и силы его притока, и т.п. Если абсолютная влажность исходного воздуха велика и движется он медленно (или вовсе не движется), то кристаллики растут сразу во все стороны, образуя характерные для кристаллической решетки обычного льда плоские пластинки почти правильной шестиугольной формы.

Эти пластинки, по мере роста, когда остающихся в воздухе молекул воды уже не хватает на формирование всех полагающихся граней по всей их длине, могут "рассекаться", множиться игольчато, образуя характерные формы снежинок. Причем если действительно нет ветра, или иного движения воздуха, то образуются достаточно правильные снежинки, иногда - очень крупного размера.

Если исходной влажности не хватает для роста вдоль всех узлов кристаллической решетки - тогда вырастают ледяные кристаллы другой, игольчатой формы. Более, или менее ветвящиеся.

И, наконец, при сильном дефиците влаги (что случается обычно в самые лютые морозы) может вырасти иней в виде простых одиночных иголок.

Вносят свою лепту и воздушные потоки, приносящие влагу, и, соответственно, уносящие тепло, образуемое при её конденсации. На ветру иней растет в одном направлении, образуя пушистый "снег" с одной стороны веток, стволов и прочей такой всякой всячины. Причем ледяные кристаллы в таком случае вытягиваются всегда против ветра.

Вот так бывает - идешь полем, мимо леса; ледяной ветер в лицо, унылая, промозглая погода, свинцовое небо и лес - скука и мрак. А обернешся назад - ёлко-палко, словно попал в сказку: деревья, кусты, трава, да и всё-всё на свете покрыто ярким пушистым инеем!

"Я тебя породил - я тебя и убью!" - вслед за Гоголевским Тарасом Бульбой это мог бы воскликнуть и ветер, родивший иней, ведь длинные хрупкие его иголочки, вытянувшиеся навстречу ветру, этим же ветром легко и ломаются. Иней тогда осыпается на землю, временно изображая из себя снег.