Характеристика снежного покрова (стр. 2 из 3)

заиневение коагуляция

сублимация

кристаллы инея, снежные хлопья

крупа

Пластинчатые Столбчатые

при t° до -20...-25°С при t° ниже -25°С

Рис. 1. Схема образования «снежных» осадков.

Образованию кристаллов способствуют и ядра кристаллизации, среди которых лучшими являются вещества, кристаллическая решетка которых геометрически подобна решетке льда. Японский гляциолог У. Накайя, исследуя снежинки под электронным микроскопом, всегда обнаруживай в их центрах включения размером 0,5 - 0,8 мк (преимущественно частицы каолина, глины, угля, а также микроорганизмы).

Кристаллы льда имеют тригональную форму. Они всегда развиваются попарно и создают шестиугольный кристалл. Кристаллографических осей 4: из них 3 лежат в одной плоскости, образуя друг с другом углы в 120°, четвертая (главная) ось направлена перпендикулярно к этой плоскости и является осью симметрии.

Множество факторов влияет на образование и рост снежинок, потому так велико разнообразие их форм. В коллекции микрофотографий американского метеоролога Уилсона Бентли, изданного в 1931 году, насчитывается свыше 5 тысяч Микрофотографий снежинок, отличных друг от друга.

Наиболее совершенные классификации кристаллов снега принадлежат У.Накайя и А.Д.Заморскому. Последний по генетическим признакам выделил 9 основных форм, а в них 48 видов, являющихся вариантами, комбинациями и усложнениями основных форм.

Обобщая это великое разнообразие форм снежинок, можно говорить о двух основных типах (по В.М.Котлякову). 1 - пластинчатые кристаллы, образующиеся при температурах -20...-25°С; 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.

Звездчатый кристалл - пожалуй, самая красивая снежинка (ее изображение стало символом снега) - тонкий, плоский кристалл, имеет центральную шестиугольную пластинку, из углов которой растут тонкие лучи. Обычно лучей шесть, но может быть 3 или 12 или другие усложненные формы. Средний размер кристаллов колеблется от 2 до 7 мм. До нас дошли зарисовки этого вида снежинки, датируемые 1555 годом.

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 столбчатых кристаллов самой распространенной формой является столбик. Это шестигранная или полая призма длиной менее 1см с плоскими пирамидальными или усеченными концами. Она очень часто встречается при температурах ниже -20°С и имеет много усложненных разновидностей.

Вытянутые тончайшие снежные кристаллы известны как иглы. Сложный снежный кристалл - еж - 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.

Рис. 2. Международная классификация снежинок

В зависимости от погодных условий в разных местностях выпадает «свой» снег. В Прибалтике и в центральных областях часто идет снег в виде крупных, сложных снежинок или беспорядочно сросшихся кристаллов - мохнатых хлопьев. В 1944 году в Москве выпали снежные хлопья до 10 см в поперечнике. Максимальный зарегистрированный диаметр хлопьев свыше 30 см, вес - свыше 500 г. При низких температурах и сильном ветре выпадают тонкие ледяные иголки, а также обломки столбиков или других форм. В Якутии такой снег называют «алмазной пылью». На земле он образует слой пушистого снега.

Кроме осадков, выпадающих из атмосферы, зимой наблюдаются и

нарастающие осадки, образующиеся на поверхности Земли, снежного покрова или различных предметов. Это - иней, изморозь и гололед.

Помимо этих первичных форм осадков в снежном покрове в соответствии го структурой и физическими свойствами выделяют 3 типа (по классификации Г. К. Тушинского, 1968):

1) Свежий снег - свежевыпавший или свежеотложенный, образовавшийся при метели или поземке.

2)Старый снег - уплотненный или фирнизированный снег с разновидностями мелко- средне- или крупнозернистого, а также снег-плывун или глубинная изморозь (рыхлый снег, состоящий из полых бокаловидных кристаллов, мало связанных, подвижных).

3) Фирн - переходная форма от снега ко льду. Различают инфильтрационный фирн, возникающий при повторном замерзании воды в снеге, и рекристаллизационный, образующийся в результате метаморфизма снега без участия жидкой воды. По величине зерен фирн может быть мелкозернистым (менее 1 мм), среднезернистым (1-3 мм) и крупнозернистым (более 3 мм).

Физико-механические свойства снега и снежного покрова

Снег является наиболее распространенным видом твердых атмосферных осадков. Снежинки, составляющие падающий снег и образующие снежный покров, являются плоскими кристаллами льда весьма разнообразной формы, в основном гексагональной, шестигранной и шестилучевой. Размеры отдельных, свободно падающих в воздухе снежинок доходят до 10 мм.

Снежным покровом называют слой снега, лежащий на поверхности земли и образовавшийся при снегопадах. Состав снежного покрова весьма разнообразен, он имеет слоистое строение, обусловленное целым рядом причин: перемежающимися снегопадами, собственной массой снежинок, возгонкой и сублимацией снежных кристаллов, воздействием атмосферных факторов (солнечной радиации, ветра, других атмосферных осадков и пр.).

Таким образом, снежный покров не является стабильным; его мощность и все физико-механические свойства непрерывно изменяются.

Сухой снежный покров представляет собой двухфазную, а мокрый — трехфазную систему, состоящую из кристаллов льда, воды и воздуха, содержащего водяной пар.

Все характеристики снега зависят от его плотности, но вместе с тем плотность снега в высшей степени изменчива, от 10 до 700 кг/м³. Обычно рассматривают: плотность различных видов снега, плотность снега на открытой местности, плотность снега в лесу, плотность снега в снежниках, плотность тающего снега.

Плотность снега весьма неоднородна по высоте снежного покрова и зависит от продолжительности и глубины его залегания. Поэтому плотность снежного покрова является величиной осредненной.

Наличие влаги (воды, водяного пара) существенно увеличивает плотность снега. Плотность тающего снега имеет большое значение для прогноза половодья на реках. Наблюдения показывают, что в большинстве случаев она изменяется в начале таяния от 180 до 350 кг/м³, в разгар таяния от 350 до 450 кг/м³, в конце таяния доходит до 600 кг/м³.

Плотность снега в лесу меньше, чем на открытой местности, что объясняется уменьшением ветра в лесу и меньшей интенсивностью зимних оттепелей.

Пористость снежного покрова обусловлена наличием большого количества промежутков между кристаллами льда, образующих сообщающиеся между собой поры и пронизывающих снежный покров во всех направлениях.

Пористость снежного покрова связана с его структурой и изменяется по мере его уплотнения от 98 до 20 %. К началу снеготаяния (обычно при плотности 280 — 300 кг/м³) она составляет 73—67 %.

Воздухопроницаемость снежного покрова объясняется наличием в нем сквозных пор и характеризуется коэффициентом воздухопроводности. При отсутствии жидкой фазы снежный покров будет воздухопроницаемым, если размеры пор или капилляров будут достаточными для свободного перемещения молекул воздуха. Следовательно, коэффициент воздухопроницаемости существенно зависит от структуры снежного покрова; он уменьшается по мере его уплотнения.

Водопроницаемость снежного покрова для гравитационной воды, поступающей от дождя или от таяния верхнего слоя снега, зависит от количества, размеров и формы пор в снежном покрове, от наличия ледяных прослоек и пр., т. е. от структуры снежного покрова.

Водоудерживающая способность снежного покрова характеризуется тем наибольшим количеством воды, которое он способен удержать в данном его состоянии. Эта характеристика имеет большое значение для расчета половодий. Она изучалась П.П.Кузьминым опытным путем на специально разработанных приборах с использованием весового и калориметрического способов.

В результате исследований было установлено, что водоудерживающая способность снежного покрова зависит от его структуры и плотности: меньшей плотности соответствует большая водоудерживающая способность.

Влажность снега — количество воды, которое снежный покров содержит в данный момент. Она является очень важной его физической характеристикой и определяется калориметрическим способом.

Коэффициент отражения солнечной радиации снегом значительно выше, чем у льда и, тем более, у воды.