Mróz - Frost
Szron to cienka warstwa lodu na powierzchni ciała stałego , która tworzy się z pary wodnej w atmosferze powyżej zera, stykając się z powierzchnią ciała stałego o temperaturze poniżej zera i powodując przemianę fazową z pary wodnej ( gaz ) w lód (ciało stałe), gdy para wodna osiąga punkt zamarzania . W klimacie umiarkowanym najczęściej pojawia się na powierzchniach przy ziemi jako kruche białe kryształy ; w zimnym klimacie występuje w większej różnorodności form. Propagacja tworzenia kryształów odbywa się w procesie zarodkowania .
Że kryształki lodu tworzą się zamarzaniem wyniku podobieństwa rozwoju procesu. Głębokość kryształków szronu zmienia się w zależności od czasu, przez jaki się kumulowały, oraz stężenia pary wodnej ( wilgotności ). Kryształy szronu mogą być niewidoczne (czarne), przezroczyste ( przezroczyste ) lub białe; jeśli masa kryształków szronu rozprasza światło we wszystkich kierunkach, powłoka szronu wydaje się biała.
Rodzaje szronu to szron krystaliczny ( szron szronowy lub szron radiacyjny) od osadzania się pary wodnej z powietrza o niskiej wilgotności, szron biały w warunkach wilgotnych, szron na szybach, szron adwekcyjny od zimnego wiatru na zimnych powierzchniach, szron czarny bez widocznego lodu w niskich temperaturach i bardzo niskiej wilgotności oraz szadzi w przechłodzonych mokrych warunkach.
Rośliny, które wyewoluowały w cieplejszym klimacie, ulegają uszkodzeniom, gdy temperatura spada na tyle nisko, że zamraża wodę w komórkach tworzących tkankę roślinną . Uszkodzenie tkanek wynikające z tego procesu jest znane jako „uszkodzenie od mrozu”. Rolnicy w regionach, w których szkody spowodowane mrozem wpływają na ich uprawy, często inwestują w znaczne środki, aby chronić swoje uprawy przed takimi szkodami.
Tworzenie
Jeśli twarda powierzchnia zostanie schłodzona poniżej punktu rosy otaczającego wilgotnego powietrza, a sama powierzchnia jest zimniejsza niż zamarzanie, utworzy się na niej lód. Jeśli woda osadza się w postaci cieczy, która następnie zamarza, tworzy powłokę, która w zależności od rodzaju może wyglądać na szklistą, nieprzejrzystą lub krystaliczną. W zależności od kontekstu proces ten można również nazwać oblodzeniem atmosferycznym . Wytwarzany przez nią lód różni się pod pewnymi względami od krystalicznego szronu, który składa się z drobinek lodu, które zazwyczaj wystają ze stałej powierzchni, na której rosną.
Główna różnica między powłokami lodowymi a iglicami mrozowymi wynika z tego, że iglice krystaliczne wyrastają bezpośrednio z desublimacji pary wodnej z powietrza, a desublimacja nie jest czynnikiem oblodzenia powierzchni zamarzających. Aby desublimacja mogła zachodzić, powierzchnia musi znajdować się poniżej punktu szronu powietrza, co oznacza, że jest wystarczająco zimno, aby tworzył się lód bez przechodzenia przez fazę ciekłą . Powietrze musi być wilgotne, ale niewystarczająco wilgotne, aby umożliwić kondensację ciekłej wody, w przeciwnym razie zamiast desublimacji wystąpi oblodzenie. Wielkość kryształów zależy w dużej mierze od temperatury, ilości dostępnej pary wodnej oraz od tego, jak długo rosły w sposób niezakłócony.
Z reguły, z wyjątkiem warunków, w których w powietrzu obecne są przechłodzone krople, szron tworzy się tylko wtedy, gdy powierzchnia osadzania jest zimniejsza niż otaczające powietrze. Na przykład szron można zaobserwować wokół pęknięć w zimnych drewnianych chodnikach, gdy wilgotne powietrze ucieka z cieplejszego gruntu poniżej. Innymi przedmiotami, na których zwykle tworzy się szron, są te o niskim cieple właściwym lub wysokiej emisyjności termicznej , takie jak sczerniałe metale, stąd gromadzenie się szronu na główkach zardzewiałych paznokci.
Pozornie nieregularne występowanie mrozów w sąsiednich miejscowościach jest częściowo spowodowane różnicami wzniesień, niższe obszary stają się zimniejsze w spokojne noce. Tam, gdzie statyczne powietrze osiada nad powierzchnią gruntu przy braku wiatru, chłonność i ciepło właściwe gruntu silnie wpływają na temperaturę, jaką osiąga uwięzione powietrze.
Rodzaje
Szron
Szron , również szron , mróz radiacyjny lub pruina , odnosi się do białych kryształków lodu osadzonych na ziemi lub luźno przymocowanych do odsłoniętych przedmiotów, takich jak druty lub liście. Tworzą się w zimne, pogodne noce, gdy warunki są takie, że ciepło promieniuje na zewnątrz szybciej niż można je zastąpić z pobliskich źródeł, takich jak wiatr lub ciepłe przedmioty. W odpowiednich warunkach przedmioty ochładzają się poniżej punktu zamarzania otaczającego powietrza, znacznie poniżej punktu zamarzania wody. Takiemu zamarzaniu mogą sprzyjać takie efekty, jak powódź lub zamrożenie . Występują one, gdy promieniowanie przyziemne traci chłodne powietrze, aż spływa w dół i gromadzi się w kieszeniach bardzo zimnego powietrza w dolinach i zagłębieniach. Szron może zamarznąć w tak nisko położonym zimnym powietrzu, nawet jeśli temperatura powietrza kilka stóp nad ziemią jest znacznie wyższa od zera.
Słowo „hoar” pochodzi od staroangielskiego przymiotnika, który oznacza „wykazujący oznaki starości”. W tym kontekście odnosi się do mrozu, który sprawia, że drzewa i krzewy wyglądają jak białe włosy.
Szron może mieć różne nazwy w zależności od tego, gdzie się tworzy:
- Szron powietrzny to osad szronu szronowego na przedmiotach nad powierzchnią, takich jak gałęzie drzew, łodygi roślin i druty.
- Szron powierzchniowy odnosi się do podobnych do paproci kryształków lodu bezpośrednio osadzonych na śniegu, lodzie lub już zamarzniętych powierzchniach.
- Szron szczelinowy składa się z kryształów, które tworzą się w szczelinach lodowcowych, w których para wodna może gromadzić się przy spokojnej pogodzie.
- Szron głębiny odnosi się do fasetowanych kryształów, które powoli rozrastają się w zagłębieniach pod powierzchnią zwałów suchego śniegu. Kryształy głębi rosną stale kosztem sąsiednich mniejszych kryształów, więc zazwyczaj są wyraźnie schodkowe i mają fasetowane wgłębienia.
Gdy szron na powierzchni pokrywa pochyłe wały śniegu, warstwa kryształków szronu może stwarzać zagrożenie lawinowe ; Kiedy ciężkie warstwy świeżego śniegu pokrywają zmarzniętą powierzchnię, futrzaste kryształy wystające ze starego śniegu powstrzymują spadające płatki, tworząc warstwę pustych przestrzeni, która zapobiega silnemu wiązaniu nowych warstw śniegu ze starym śniegiem pod spodem. Idealnymi warunkami do tworzenia się szronu na śniegu są zimne, czyste noce, z bardzo lekkimi, zimnymi prądami powietrza przenoszącymi wilgoć w tempie odpowiednim do wzrostu kryształków szronu. Zbyt silny lub ciepły wiatr niszczy futrzane kryształy, a tym samym może umożliwić silniejsze wiązanie między starą i nową warstwą śniegu. Jeśli jednak wiatry są wystarczająco silne i zimne, aby ułożyć kryształy płasko i sucho, pokrywając śnieg zimnymi, luźnymi kryształami bez ich usuwania lub niszczenia lub pozwalając im się rozgrzać i stać się lepkimi, wówczas styk mrozu między warstwami śniegu może nadal stanowią zagrożenie lawinowe, ponieważ tekstura kryształków szronu różni się od tekstury śniegu, a suche kryształki nie przyklejają się do świeżego śniegu. Takie warunki nadal uniemożliwiają silne wiązanie warstw śniegu.
W bardzo niskich temperaturach, gdzie na powierzchni tworzą się puszyste kryształki szronu, które nie są następnie pokrywane śniegiem, silne wiatry mogą je zerwać, tworząc pył z cząsteczek lodu i wyrzucając je na powierzchnię. Pył lodowy może następnie tworzyć yukimarimo , jak zaobserwowano w niektórych częściach Antarktydy, w procesie podobnym do formowania się pyłowych króliczków i podobnych struktur.
Szron i biały szron występują również w środowiskach stworzonych przez człowieka, takich jak zamrażarki lub przemysłowe chłodnie . Jeśli takie zimne przestrzenie lub obsługujące je rury nie są dobrze izolowane i narażone na działanie wilgoci z otoczenia, wilgoć natychmiast zamarznie w zależności od temperatury zamrażarki. Mróz może pokryć rury grubo, częściowo je izolując, ale tak nieefektywna izolacja nadal jest źródłem strat ciepła.
Adwekcja mrozu
Przymrozek adwekcyjny (zwany również przymrozkiem wiatrowym ) odnosi się do maleńkich kolców lodowych, które tworzą się, gdy bardzo zimny wiatr wieje nad gałęziami drzew, słupami i innymi powierzchniami. Wygląda jak obrzeża na brzegach kwiatów i liści, zwykle tworzy się pod prąd wiatru . Może wystąpić o każdej porze dnia i nocy.
Szron na oknie
Szron na szybach (zwany także szronem paproci lub kwiatami lodu ) powstaje, gdy tafla szkła jest wystawiona na działanie bardzo zimnego powietrza na zewnątrz i cieplejszego, umiarkowanie wilgotnego powietrza wewnątrz. Jeśli szyba jest złym izolatorem (na przykład jest to okno jednoszybowe), para wodna kondensuje na szybie tworząc wzory szronu. Przy bardzo niskich temperaturach na zewnątrz, szron może pojawiać się na dole okna nawet przy oknach dwuszybowych energooszczędnych, ponieważ konwekcja powietrza pomiędzy dwiema szybami sprawia, że dolna część pakietu szybowego jest zimniejsza niż górna. W nieogrzewanych pojazdach mechanicznych szron zazwyczaj najpierw tworzy się na zewnętrznej powierzchni szkła. Szklana powierzchnia wpływa na kształt kryształów, więc niedoskonałości, rysy lub kurz mogą modyfikować sposób zarodkowania lodu . Wzory w szronie okiennym tworzą fraktal o wymiarze fraktalnym większym niż jeden, ale mniejszym niż dwa. Jest to konsekwencją procesu zarodkowania, który jest ograniczony do rozwijania się w dwóch wymiarach, w przeciwieństwie do płatka śniegu, który jest kształtowany w podobnym procesie, ale tworzy się w trzech wymiarach i ma wymiar fraktalny większy niż dwa.
Jeśli powietrze w pomieszczeniu jest bardzo wilgotne, a nie umiarkowanie, woda najpierw skrapla się w postaci małych kropelek, a następnie zamarza w czysty lód .
Podobne wzory zamarzania mogą występować na innych gładkich powierzchniach pionowych, ale rzadko są one tak widoczne i spektakularne jak na przezroczystym szkle.
Szron
Szron to stały osad lodu, który powstaje bezpośrednio z pary wodnej zawartej w powietrzu.
Biały szron tworzy się, gdy wilgotność względna przekracza 90% i temperatura poniżej -8 ° C (18 ° F) i rośnie w kierunku przeciwnym do kierunku wiatru, ponieważ powietrze napływające od strony nawietrznej ma wyższą wilgotność niż powietrze zawietrzne, ale wiatr nie może bądź silny, w przeciwnym razie uszkadza delikatne lodowe struktury, gdy zaczynają się formować. Biały szron przypomina grubą warstwę szronu z dużymi, zazębiającymi się kryształami, zwykle w kształcie igieł.
Rym
Szron to rodzaj osadzania się lodu, który pojawia się szybko, często w bardzo wilgotnych i wietrznych warunkach. Technicznie rzecz biorąc, nie jest to rodzaj mrozu, ponieważ zwykle w grę wchodzą przechłodzone krople wody, w przeciwieństwie do powstawania szronu, w którym para wodna ulega desublimacji powoli i bezpośrednio. Statki podróżujące po morzach arktycznych mogą gromadzić duże ilości szadź na takielunku. W przeciwieństwie do szronu, który ma pierzasty wygląd, szadź ma zazwyczaj lodowaty, solidny wygląd.
Mróz bez oszronienia
Czarny mróz (lub „zabijający mróz”) wcale nie jest mrozem ściśle mówiąc, ponieważ jest to stan obserwowany w uprawach, gdy wilgotność jest zbyt niska, aby mógł powstać mróz, ale temperatura spada tak nisko, że tkanki roślinne zamarzają i obumierają, stając się poczerniały, stąd określenie „czarny szron”. Czarny szron jest często nazywany „zabijającym szronem”, ponieważ biały szron jest zwykle mniej zimny, częściowo dlatego, że utajone ciepło zamarzania wody zmniejsza spadek temperatury.
Wpływ na rośliny
Szkoda
_(cropped).jpg)
Wiele roślin może zostać uszkodzonych lub zabitych przez mróz lub mróz. Zależy to od rodzaju rośliny, odsłoniętej tkanki i niskich temperatur; „Lekki mróz” od -2 do 0 ° C (28 do 32 ° F) uszkadza mniej rodzajów roślin niż „twardy mróz” poniżej -2 ° C (28 ° F).
Rośliny, które mogą zostać uszkodzone nawet przez lekki mróz, obejmują winorośl – takie jak fasola, winogrona, kabaczki, melony – oraz psiankowate, takie jak pomidory, bakłażany i papryka. Do roślin, które mogą tolerować (lub nawet korzystać z) mrozów należą:
- warzywa korzeniowe (np. buraki, marchew, pasternak, cebula)
- warzywa liściaste (np. sałata, szpinak, boćwina, ogórek)
- warzywa kapustne (np. kapusta, kalafior, kapusta bok choy, brokuły, brukselka, rzodkiewka, jarmuż, kapusta, musztarda, rzepa, brukiew)
Nawet te rośliny, które tolerują mróz, mogą ulec uszkodzeniu, gdy temperatura spadnie jeszcze niżej (poniżej -4 ° C lub 25 ° F). Odporne byliny, takie jak Hosta , przechodzą w stan uśpienia po pierwszych przymrozkach i odrastają wraz z nadejściem wiosny. Cała widoczna roślina może stać się całkowicie brązowa aż do wiosennego ciepła lub może opaść wszystkie liście i kwiaty, pozostawiając tylko łodygę i łodygę. Rośliny zimozielone, takie jak sosny, wytrzymują mróz, chociaż wszystkie lub większość ich wzrostu zatrzymuje się. Pęknięcie mrozowe to wada kory spowodowana połączeniem niskich temperatur i ciepła zimowego słońca.
Roślinność niekoniecznie jest uszkodzona, gdy temperatura liści spada poniżej punktu zamarzania zawartości ich komórek. W przypadku braku miejsca zarodkowania tworzenia kryształków lodu, liście pozostają w stanie przechłodzonej cieczy, bezpiecznie osiągając temperatury od -4 do -12 ° C (25 do 10 ° F). Jednak po uformowaniu się mrozu komórki liści mogą zostać uszkodzone przez ostre kryształki lodu. Hartowanie to proces, w którym roślina staje się tolerancyjna na niskie temperatury. Zobacz także kriobiologia .
Niektóre bakterie , w szczególności Pseudomonas syringae , są szczególnie skuteczne w wyzwalaniu tworzenia się szronu, podnosząc temperaturę zarodkowania do około -2 °C (28 °F). Bakterie pozbawione zarodkowania lodu - aktywne białka ( bakterie ice-minus ) powodują znaczne zmniejszenie szkód spowodowanych mrozem.
Metody ochrony
Typowe środki mające na celu zapobieganie mrozowi lub zmniejszanie jego dotkliwości obejmują co najmniej jeden z:
- rozmieszczanie potężnych dmuchaw symulujących wiatr, zapobiegając w ten sposób tworzeniu się nagromadzeń zimnego powietrza. Istnieją wariacje na ten temat. Jedną z odmian jest maszyna wiatrowa, napędzane silnikiem śmigło zamontowane na pionowym drążku, który wydmuchuje powietrze prawie poziomo. Maszyny wiatrowe zostały wprowadzone jako metoda ochrony przed mrozem w Kalifornii w latach dwudziestych, ale nie były powszechnie akceptowane aż do lat czterdziestych i pięćdziesiątych. Obecnie są powszechnie używane w wielu częściach świata. Innym jest selektywny zlewozmywak odwrócony , czyli urządzenie zapobiegające zamarzaniu poprzez zasysanie zimnego powietrza z ziemi i wdmuchiwanie go przez komin. Została pierwotnie opracowana w celu zapobiegania uszkodzeniom owoców cytrusowych w Urugwaju przez mróz . W Nowej Zelandii helikoptery są używane w podobny sposób, zwłaszcza w regionach winnic , takich jak Marlborough . Ściągając w dół cieplejsze powietrze z warstw inwersji i zapobiegając zaleganiu zimniejszego powietrza na ziemi, nisko latające helikoptery zapobiegają uszkodzeniom pąków owocowych. Ponieważ operacje prowadzone są w nocy i w przeszłości w jednym regionie operowano do 130 samolotów na noc, zasady bezpieczeństwa są surowe. Chociaż nie jest to dedykowana metoda, turbiny wiatrowe mają podobny (niewielki) efekt pionowego mieszania warstw powietrza o różnej temperaturze.
- W przypadku upraw o wysokiej wartości rolnicy mogą owijać drzewa i rośliny okrywowe.
- Ogrzewanie w celu spowolnienia spadku temperatury nie jest praktyczne, z wyjątkiem upraw o wysokiej wartości uprawianych na małych obszarach.
- Produkcja dymu w celu zmniejszenia chłodzenia przez promieniowanie
- Opryskiwanie upraw warstwą wody uwalnia ciepło utajone, zapobiegając szkodliwemu zamarzaniu tkanek okrywanych roślin.
Takie środki należy stosować z rozwagą, ponieważ mogą wyrządzić więcej szkody niż pożytku; na przykład spryskiwanie upraw wodą może spowodować szkody, jeśli rośliny zostaną przeciążone lodem. Skuteczna, tania metoda dla małych gospodarstw uprawnych i szkółek roślin, wykorzystująca utajone ciepło zamarzania . Impulsowy zegar nawadniania dostarcza wodę przez istniejące górne zraszacze w małej objętości, aby zwalczyć mrozy do -5 °C (23 °F). Jeśli woda zamarza, oddaje swoje utajone ciepło, zapobiegając spadkowi temperatury liści znacznie poniżej zera.
Obszary wolne od mrozu
Obszary wolne od mrozu znajdują się głównie w tropikach nizinnych, gdzie pokrywają prawie całą ziemię z wyjątkiem wysokości powyżej około 3000 metrów lub 9800 stóp w pobliżu równika i około 2000 metrów lub 6600 stóp w obszarach półpustynnych w regionach tropikalnych. Niektóre obszary na oceanicznych obrzeżach subtropikalnych są również wolne od mrozu, podobnie jak obszary wysoko oceaniczne w pobliżu wybrzeży nawietrznych. Obszary najbardziej wolne od mrozu to niższe wysokości Azorów , Île Amsterdam , Île Saint-Paul i Tristan da Cunha .
W Stanach Zjednoczonych południowa Floryda wokół Miami Beach i Florida Keys są jedynymi obszarami niezawodnie chronionymi przed mrozem, podobnie jak Wyspy Normandzkie u wybrzeży Kalifornii . W zimozieloność stref w tych regionach są 11a i 11b.
Personifikacje
Frost jest uosobieniem w rosyjskiej kulturze jako Dziadek Mróz . Rdzenne ludy Rosji, takie jak Mordwini, mają własne tradycje bóstw mrozu.
Angielska tradycja folklorystyczna głosi, że Jack Frost , elfi stwór, jest odpowiedzialny za pierzaste wzory szronu znajdujące się na oknach w zimne poranki.
Galeria
- Mróz
Szron na pokrzywie
Duże pierzaste kryształy
Paproć szron na oknie
Szron na oknie
Szron na liściach roślin w Himalajach
Szron powierzchniowy na Alasce
Szron w Alpach Julijskich
Szron na brzozie w Sztokholmie
Mróz na łodydze brzozy w Norwegii
Mróz na trawie w Sydney
Liść dębu z szronem w Szwecji
Zobacz też
- Czarny lód
- Mróz (temperatura)
- Falujący mróz
- Linia mrozu
- Odmrożenie
- Przymrozek
- Lukier (morski)
- lód igłowy