 |
Физические характеристики снега
|
|
|
|
Основные свойства снега и его роль в физико-географических процессах
Снег – мельчайшие бело-матовые кристаллики льда, являющиеся самыми обычными видами твердых осадков, возникающих в свободной атмосфере в результате сублимации водяного пара внутри переохлажденного воздуха.
Что же касается снежного покрова, то это - одно из самых крупных сезонных явлений, ежегодно покрывающее почти всую огромную территорию нашей страны. Максимальное распространение снежный покров получает к концу зимы северного полушария, когда он занимает площадь 98 млн.кв.км, а минимальное – к концу зимы южного полушария; площадь, занятая им, не превышает в это время 47 млн.кв.км. Формирование снежного покрова на Земном шаре обуславливается географической зональностью, общей циркуляцией атмосферы и рельефом поверхности. Источником снежного покрова служат твердые осадки, которые возникают на поверхности земли при минусовых температурах воздуха. (К.Ф. Войтковский, Основы гляциологии..1999)
Снежный покров подчиняется особым законам формирования и взаимодействия с окружающей средой, а также особыми физическими свойствами.
Образование и формы снега
Нагреваемые у земной поверхности воздушные массы насыщаются водяными парами и поднимаются вверх, постепенно охлаждаясь. При определенной температуре влажность воздуха достигает предельной насыщенности, дальнейшее понижение температур приводит к тому, что воздух становится перенасыщенным. Излишки водяных паров конденсируются в виде мельчайших капель, которые в зависимости от конкретных термодинамических условий могут исчезать, расти или замерзать, превращаясь в кристаллики льда. Зародыши кристаллов льда растут вследствие конденсации на их поверхности паров воды из окружающего воздуха и замерзания этой влаги. Скорость роста кристаллов тем больше, чем ниже температура облака, в котором зарождаются эти кристаллы. Утяжеленные кристаллы льда начинают падать и при этом обрастают дополнительным слоем льда вследствие замерзания капель воды, встречающихся на их пути. Заметное падение кристаллов льда в атмосфере начинается при достижении ими размера около 50 мкм.
|
|
|
Рис.1 Схема образования «снежных» осадков
Множество факторов влияет на образование и рост снежинок, поэтому так велико разнообразие их форм. Кристаллы образующегося в атмосфере льда различны по своей форме: звездочки, пластинки, иглы, пушинки, ежи, столбики, а также различные их комбинации. Форма снежинок определяется комплексом термодинамических условий в зависимости от вида облаков и высоты их положения, температуры и влажности воздуха, направления и скорости движения воздушных потоков. Во время падений снежинки проходят через слои воздуха различными температурно-влажностными условиями, конечная форма кристаллов при достижении земли является результатом сложного взаимодействия с окружающей средой на всем пути их падения.
Обобщая это великое разнообразие форм снежинок можно свести всё к двум основным типам: 1 – пластичные кристаллы, образующиеся при температурах -20…-25 C⁰; 2 – столбчатые кристаллы, образующиеся при более низких температурах. К основным формам первого типа относятся:
Пластинка – самая простая по форме снежинка, тонкая шестиугольная, реже треугольная ледяная пластинка размером от 0,1 до 4 мм. Все ее стороны (или через одну) одинаковы по форме и длине.
Рис.2 Пластинка
Звездчатый кристалл – пожалуй, самая красивая снежинка – тонкий, плоский кристалл, имеет центральную шестиугольную пластинку, из углов которой растут тонкие лучи. Обычно лучшей шесть, но может быть 3 или 12 или другие усложненные формы. Средний размер кристаллов колеблется от 2 до 7 мм.
|
|
|
Рис.3 Звездчатый кристалл
Пушинка – пластинка или звезда до 9 мм по горизонтали, покрытая обычно с одной стороны плоскими кристаллами, выросшими под разными направлениями и углами. Пушинки когда-то слыли «заиндевелым снегом».
Среди кристаллов самой распространенной формой является столбик. Эта шестигранная или полая призма длиной менее 1см с плоскими пирамидальными или усеченными концами. Она очень часто встречается при температурах -20 и имеет много усложненных разновидностей.
Рис. 4 Столбик
Вытянутые тончайше снежные кристаллы известны как иглы. Сложный снежный кристалл – еж, который представляет собой несколько пластинок, лучей или призм, растущих в разных направлениях из одного центра. Снежный покров в основном состоит из пластинчатых ежей и звезд (около 30%), звездчатых пушинок (около 10%), снежной крупы и других форм. (Кошевой В.А., Рябцева К.М. Полевые практики на географических факультетах…)
Рис.5 Еж
Физические характеристики снега
Вес снега чрезвычайно мал: средний вес снежной звездочки – 0,1мг, пластинки – 0,007 мг; вес ледяных игл еще меньше. (Кошевой В.А., Рябцева К.М. Полевые практики на географических факультетах…) Однако скопления снега обладают огромным весом, способным ломать деревья, крыши домов и т.д.
Цвет снега. Белый цвет снега, как и цвета других минералов, обуславливается строением самого кристалла, а также большим количество воздуха, содержащегося в снеге. Различный по структуре снег меняет свои оттенки: так, свежевыпавший рыхлый снег слегка голубоватого цвета; уплотненный ветром снег – чисто белого цвета с серебристым блеском, а весенний влажный и загрязненный снег – сероватого оттенка с поверхности и зеленовато-бирюзовый в глубоких слоях. Тем не менее, в природе известны случаи выпадения цветного снега: красного, желтого, зеленого, черного. Окрашенные снегопады объясняются цветом ядер конденсации (примеси песчинок, вулканического пепла, микроскопических водорослей и т.д.)
Пластичность. Интересное свойство снега – способность к сцеплению и растяжению. Пластичность снега различна, в зависимости от его структуры и влажности, которая иногда достигает 100%. Наиболее пластичен мелкозернистый, увлажненный снег.
|
|
|
Мы знакомы со скрипом снега при передвижении по его поверхности, возникающим от слома и смещения снежных кристаллов. Скрип снега хорошо слышен при температурах от -2 до -20. Звуковые волны хорошо распространяются внутри снежного покрова, но на границе с воздухом почти полностью отражаются от этой границы. Вот почему люди, засыпанные лавинами, хорошо слышат шаги по снегу, но спасатели совсем не слышат засыпанных людей.
Мощность. В Московской области снежный покров устанавливается и достигает наибольшей высоты в первой декаде марта. Нарастание мощности снежного покрова зимой идет не только за счет снегопада, но и частично за счет инея и изморози, которые осаждаются на его поверхности. Средняя мощность снега в Подмосковье – 40-50см, а в 5% лет – 80-90 см. (Кошевой В.А., Рябцева К.М. Полевые практики на географических факультетах…) Распределение снежного покрова зависит от комплекса физико-географических условий: рельефа местности, характера растительного покрова, режима погоды зимнего сезона. При ветрах он сдувается с открытых мест и отлагается в виде сугробов около препятствий, около опушек, а также в пониженных местах. Наименьшей мощности достигает на наветренных склонах возвышенностей и на открытых водоразделах. И наоборот, на подветренных склонах, а также в любых понижениях рельефа он наибольший.
Плотность снега – одно из важнейших его свойств, от которого зависят многие другие физические характеристики снега: пористость, теплопроводность, прозрачность, твердость, водоудерживающая способность и др. Плотностью снега называют отношение объема воды полученного от растаявшего данного объема снега, к объему этого снега до таяния, или – отношение массы пробы снега к его объему. Численно плотность снега равна его удельному весу, то есть весу (в граммах) снега (или полученной из него воды), заключенному в 1 см3 снежного покрова. Плотность снежного покрова значительно меняется в течение зимы. Изменение плотности происходит под влиянием многих факторов, таких как: сила собственной тяжести снега, его структуры, продолжительность залегания снежного покрова, скорости ветра, кол-ву оттепелей и т.д. Плотность снега в течение зимы увеличивается примерно на 10% за месяц. Уплотнение снега приводит к сжатию пор, к сближению и частичному срастанию зерен. Оно приводит к формированию плотного мелкозернистого снега, отличающегося малой воздухопроводностью, значительной прочностью и вместе с тем сохраняет большую пластичность.
|
|
|
|
|
|
