Почему на стеклах зимой появляются узоры

Это зимнее чудо, знакомое с детства, имеет строгое физическое объяснение. Чтобы его понять, нужно ответить на два вопроса: на каком стекле и когда именно возникают узоры?

На каком стекле появляются узоры на окнах Фото: Vecteezy На абсолютно гладком, чистом стекле узоры не образуются

Прежде чем ответить, нужно определиться: на каком стекле и когда возникают узоры?

«На внутренней стороне стекла, например, появляются узоры, когда снаружи сильный мороз. Тогда водяной пар, содержащийся в теплом воздухе помещения, охлаждается около стекла и становится, как говорят метеорологи, пересыщенным — вода осаждается на мельчайших пылинках на стекле, имеющем температуру ниже нуля. При такой температуре пар сразу превращается в лед — подобный процесс называется сублимацией», — рассказывает Николай Григоров, доцент Российского государственного гидрометеорологического университета.

В любом случае температура внутренней поверхности стекла должна быть ниже «точки росы» для воздуха в комнате и, как правило, ниже 0°C. Точка росы — это температура, при которой воздух максимально насыщен водяным паром и он начинает конденсироваться. Зимой эта точка достигается как раз на холодном оконном стекле.

Однако на абсолютно гладком, чистом стекле узоры не образуются. Молекулам воды необходимо место для «старта» кристаллизации — центр кристаллизации. Известно, что если покрыть стекло специальным составом, то оно останется прозрачным — на поверхности появляется тонкая пленка, которая отталкивает молекулы воды, не позволяя им оседать. Такие составы называются гидрофобными (водоотталкивающими). Без центров кристаллизации — микроскопических неровностей, царапин или частиц пыли — даже при сильном морозе образование упорядоченных ледяных структур сильно затруднено.

Как растет ледяной узор Фото: schankz/Shutterstock/FOTODOM Двух одинаковых узоров в природе не существует

На обычном стекле молекулы воды осаждаются на пылинках и, кроме того, на неровностях, на мелких дефектах стекла. И вот молекула «прилипла» к стеклу. Стоп! А что представляет собой молекула воды? Правильно, H₂O. Два атома водорода (заряженные положительно) и один атом кислорода (заряженный отрицательно) образуют треугольник с углом 108°. Эта геометрия и неравномерное распределение зарядов предопределяют будущую структуру узора. 

«К первоначальному треугольнику начинают притягиваться другие молекулы воды. Водород к кислороду, кислород к водороду, плюс к минусу, треугольник к треугольнику. И вот уже строится цепочка. От нее ответвляются все новые и новые, они соединяются между собой, пересекаются — и возникают узоры, всегда неповторимые и самые разнообразные», — добавляет эксперт.

Их форма зависит от многих факторов: от температуры стекла (чем она ниже, тем мельче и сложнее узор), от влажности воздуха (чем выше, тем плотнее «заросли»), и даже от малейших движений воздуха у окна. Поэтому двух одинаковых узоров в природе не существует.

Почему узор может меняться Фото: Vecteezy Если нагреть рукой узор на стекле автобуса, через несколько минут на его месте возникнет новый

Попробуйте провести опыт, когда едете в транспорте зимой. Нагрейте рукой узор на стекле автобуса или троллейбуса, хорошо протрите поверхность. И что же? Через несколько минут на этом месте возникнет новый узор! Природу не обманешь.

Это происходит потому, что вы лишь временно повысили температуру стекла и убрали лед, но не устранили главные условия: холод снаружи, тепло внутри и влажный воздух. Более того, ваша рука, даже сухая, оставила на стекле микроскопические следы солей и кожного жира, которые станут новыми центрами для роста совершенно иного кристаллического рисунка.

Почему в современных домах узоры бывают не всегда Фото: Vecteezy Секрет эффективных стеклопакетов — не только в двух стеклах, но и в сухом воздухе или инертном газе между ними. Эта прослойка служит отличным теплоизолятором, не давая внутреннему стеклу сильно остывать

Нам остается любоваться узорами на окнах. Или позаботиться о теплоизоляции, чтобы внутренняя поверхность стекла имела положительную температуру. Чем выше она будет, тем меньше вероятность образования не только льда, а даже капель на стекле. Именно потому в современных домах с паровым отоплением и качественными стеклопакетами узоров на стекле не бывает.

Секрет эффективных стеклопакетов — не только в двух стеклах, но и в сухом воздухе или инертном газе между ними. Эта прослойка служит отличным теплоизолятором, не давая внутреннему стеклу сильно остывать. Кроме того, хорошая вентиляция в помещении снижает избыточную влажность воздуха. Таким образом, зимние узоры — это не только красивое физическое явление, но и индикатор потерь тепла и микроклимата в вашей комнате.

Консультант: Николай Григоров, доцент Российского государственного гидрометеорологического университета (РГГМУ).

Материал впервые опубликован в 2020 году, обновлен в 2024 и 2025.

Почему зимой все время хочется спать

Почему зимой солнце не греет

Что такое снежура и как она образуется