В высокогорных ледниках горной цепи Анд, где воздух очень сухой, снег может превращаться в удивительные лезвия льда высотой в несколько метров, которые носят название пенитентес. Эти формирования принимают форму высоких тонких лезвий очень из очень твердого снега или льда, направленных в сторону солнца.

Пенитентес обычно расположены в больших группах, размером от нескольких сантиметров до двух метров. Эти лезвия снега и льда растут во всех покрытых снегом областях Анд высотой более 4000 метров, это вполне привычное зрелище в регионах меду Аргентиной и Чили.

Впервые пенитентес были описаны Чарльзом Дарвином в 1839 году. 22 марта 1835 года он вел свою экспедицию через снежные равнины перевала Пикуэнес по пути из Сантьяго-де-Чили в аргентинский город Мендоса. В этих местах экспедиция столкнулась с огромным множеством подобных снежных скульптур.

Местные жители считали, что пенитентес сформировались сильными ветрами, которые дуют здесь очень часто.

В действительности же, ветер не имеет абсолютно никакого отношения к этим формированиям. Они образовываются, когда солнечные лучи превращают снег в пар, при этом не расплавляя его. Этот процесс называется сублимацией.

Изначально на гладкой снежной поверхности появляются неровности, концентрируя на себе солнечный свет и тем самым еще более ускоряя появление пенитентес.

Сейчас ученые уделяют этим снежным образованиям очень пристальное внимание, полагая что процесс поглощения солнечного света происходит из-за присутствия в снегу углерода. Если это действительно так, то исчезающие ледники могут быть спасены от влияния глобального потепления. Ведутся масштабные исследования по изучению влияния глобального потепления на формирование пенитентес.

Кальгаспоры на плато Льяно ди Чайнантор в Чили (их испанское название «пенитентес» – значит «кающиеся грешники»), это острые двухметровые пики из снега действительно похожи на сгорбленные человеческие фигуры в балахонах. Они попадаются большими группами на высокогорье посреди абсолютно сухого склона.

Рекордные кальгаспоры ростом в шесть метров можно встретить в Андах выше 4000 метров над уровнем моря, сообщает.

По другой гипотезе, своей формой «пенитентес» обязаны более экзотическому процессу. Ночами влага из атмосферы осаждается, как иней, на ледяных пиках. Но кристаллики льда электризуются и выстраиваются вдоль линий магнитного поля Земли. Наконец, есть еще модель, где единственные игроки – солнце и воздух. На высоте в несколько километров снег не плавится, а сублимируется – то есть, минуя жидкое состояние, превращается сразу в пар, поэтому кальгаспоры и не оставляют луж вокруг. Отражаясь от боковин таких пик, солнечные лучи подтачивают, испаряя, соседние, делая их еще острее. Но предсказать, какой снег превратится в «пенитентес», а какой нет, ученые не могут до сих пор.

Пенитентес – это одно из тех удивительных явлений природы, происхождение которого не могут объяснить даже самые великие умы мира. Многие едут в Анды лишь для того, что бы взглянуть на эти странные снежные образования, которые можно описать как иглоподобные пирамиды, высотой до 5 метров.

Заснеженные шпили образуются на высоте выше 4 тысяч метров над уровнем моря в частично заснеженных районах Анд между Аргентиной и Чили, где они стали привычным явлением. Кроме Анд, снежные шпили обнаружены и на леднике Кхумбу горы Эверест. Здесь они достигают огромных размеров – возвышаются даже на 30 м!

Впервые кальгаспоры описал в 1835 году в своем дневнике Чарлз Дарвин, когда он ехал из столицы Чили Сантьяго к аргентинской границе: «...в долине лежали снежные поля. В процессе таяния на их поверхности появились башенки и колонны. Будучи высокими и расположенными близко друг к другу, они затрудняли проход грузовым мулам. На одной из этих ледяных колонн, как на пьедестале, торчала замерзшая лошадь». Такие «пьедесталы» могут вырастать до 6 метров, они высокие и узкие (ширина в два раза меньше высоты).

Немецкий геолог и альпинист Пауль Гюссфельдт, исследовавший Анды в начале 1880-х годов, во время восхождения на самую высокую гору Америки Аконкагуа увидел «чудесные снежные поля», которые он назвал «свечными полями» (Kerzenfelder). Его индейско-аргентинский проводник Саморано предложил более удачную метафору – Nieve de los Penitentes («снег кающихся»), потому что причудливые пирамидальные ледяные образования ему напомнили процессию кающихся, одетых в белое. Это название – «кающийся снег» (исп. Nieve Penitente, нем. Büßerschnee), или «пенитентес», – и вошло в гляциологию как термин.

Немецкий географ и путешественник Ганс Мейер наблюдал кающийся снег во время восхождения на Килиманджаро в 1889 году и описал его как «зубчатый фирн» (Zackenfirn ) во время экспедиции в Анды на вулканы Чимборасо и Котопахи (Эквадор) в 1903 году. А впервые изобразил этот феномен его компаньон по андской экспедиции художник Рудольф Решрейтер.

Жители Анд долгое время объясняли формирование кальгаспор сильными ветрами. Ветер действительно влияет на скопление и перераспределение снега в котловинах, но для роста пенитентес необходимы отрицательные температуры, низкая влажность и хорошая освещенность солнцем.

В высокогорных условиях (более 4000 м над уровнем моря) снег под действием солнечного света превращается в водяной пар, минуя промежуточную фазу таяния. Такой переход из твердого состояния в газообразное называется сублимацией. Ключевое условие для запуска роста «сублимационных скульптур» – точка росы должна быть ниже точки замерзания. Это выполняется там, где снег деградирует быстрее, чем пар выпадает из воздуха, например в горных районах тропиков и субтропиков. Если же точка росы выше точки замерзания, сублимация не происходит: воздух насыщен водяным паром, снег не может «испаряться».

Даже на относительно гладкой поверхности снега есть небольшие, глубиной несколько сантиметров, гребни и впадины. Солнечные лучи попадают в ямки и отражаются от их стенок, снег нагревается и деградирует (происходит абляция): ямки углубляются, получившаяся изогнутая поверхность концентрирует лучи как линза, еще больше ускоряя сублимацию. Разница температур между гребнями и впадинами составляет 5–10 град.C. Со временем ямки углубляются настолько, что между ними обособляются конические тела, и получается поле ледяных игл.

На высоту пенитентес (от одного до шести метров) влияет множество параметров, включая теплопроводность, пористость снежного покрова и глубину проникновения света. А расстояние между кальгаспорами зависит только от одного параметра – скорости перемещения влаги вдоль снежной поверхности: чем быстрее протекает латеральная диффузия пара, тем дальше друг от друга находятся снежные иглы.

Кончики их лезвий всегда указывают на солнце. Они начинают медленно формироваться, когда лёд плавится с ранними солнечными лучами. Они образовываются, когда солнечные лучи превращают снег в пар, при этом не расплавляя его. Изначально на гладкой снежной поверхности появляются неровности, концентрируя на себе солнечный свет.

Согласно недавним научным наблюдениям, солнечный свет, который падает на лёд, подогревая его, попадает в ловушку во льду, что приводит к неравномерному таянию, и те части льда, которые не тают, а превращаются в пар, формируют статуи странной формы, известные как пенитентес.

Область распространения кальгаспор не ограничена нашей планетой. «Поле лезвий», обнаруженное на Плутоне космическим аппаратом NASA «Новые горизонты» (New Horizons) в 2015 году, состоит из вырезанных в метановом льду пенитентес высотой до 500 метров.

Похожие формации были описаны и на спутнике Юпитера Европе. В экваториальных широтах Европы они выросли до 15 м и дистанцировались друг от друга на 7,5 м. Разница в размерах пенитентес на Земле и Европе подчиняется фактору времени: на луне Юпитера пенитентес растут медленнее, чем на Земле. Но если в Андах и Гималаях продолжительность жизни кальгаспор обычно ограничена сезоном (пока они не растают летом или не будут покрыты большим количеством снега), то на Европе они растут постоянно в течение последних 50 миллионов лет.

Научный фантаст Артур Кларк значительно опередил НАСА, когда написал в своем романе 1982 года «2010: Одиссея два»: «Все миры ваши, кроме Европы: даже не пытайтесь совершить там посадку».

Специалисты, представляющие американское аэрокосмическое агентство NASA, разобрались, какова природа необычных ледяных наростов, ранее обнаруженных на Плутоне. Как оказалось, отложения, напоминающие заостренные башни и достигающие в высоту нескольких сотен метров, состоят из ледяного метана и, по всей вероятности, сформировались в результате особого вида эрозии.

«Ледяные башни» на южном полушарии крупнейшей в Солнечной системе карликовой планеты попали в объектив автоматической межпланетной станции New Horizons ещё в 2015 году, а недавно планетологам удалось подтвердить их существование.

До этого подобные ледяные иглы, называемые пенитентес или кальгаспорами, ученые находили лишь на Земле, причем на нашей планете они обычно уступают по размерам тем, что находятся на Плутоне, почти в сто раз.

Предположение, что необычные «иглы» сформированы из ледяного метана было высказано специалистами практически сразу, однако теперь, как сообщается, эту версию удалось подтвердить.

Поскольку Плутон находится значительно дальше от Солнца, чем Земля, и не обладает горячим ядром, на нём значительно холоднее, чем где бы то ни было на нашей планете, и, как следствие, лёд на нём формируется не из воды, а из метана и азота. При этом, испаряясь, метан из-за разреженной атмосферы планеты сразу переходит в газообразное состояние, минуя жидкое, и именно это способствует формированию необчыных башен. К слову, кальгаспоры на Земле формируются из водяного льда на большой высоте благодаря примерно тем же механизмам.

Некоторые специалисты считают, что кальгаспоры можно встретить на покрытом льдом спутнике Юпитера, Европе, однако на сегодняшний день Земля и Плутон остаются единственными небесными телами, на поверхности которых «ледяные иглы» находятся наверняка.

На Земле ледники с пенитентес тают медленнее, чем их гладкие соседи. Высокие шипы отбрасывают тень на поверхность ледника и замедляют его деградацию. Но пенитентес растут в очень узком диапазоне метеорологических условий, и любое изменение отражается на их формировании. Исчезновение пенитентес под влиянием глобальных изменений климата может ускорить темпы таяния ледников из-за утраты механизма охлаждения.

Исследования этого природного явления до сих пор ведутся несколькими группами учёных как в естественных, так и в лабораторных условиях, однако окончательный механизм зарождения шпилеобразных снежных шапок и их роста пока не установлен. Опыты показывают, что значительную роль в нём играют процессы естественной убыли ледников, циклического подтаивания и замерзания воды в условиях низких температур и определённых значений солнечной радиации.