V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Представлен научный обзорный материал, посвещенный основным свойствам и характеристикам снежного покрова. Приводятся данные полевых наблюдений за снежным покровом долины реки Кага (Белорецкий район, Республика Башкортостан), необходимые для составления комплексного снегомерного профиля, основной целью заложения которого является установление пространственных различий параметров снежного покрова и их взаимосвязей с отдельными природными комплексами.

Основные свойства снега и снежного покрова

Снежный покров — одно из самых крупных сезонных явлений — ежегодно покрывает почти всю территорию нашей страны. Формирование снежного покрова обуславливается географической зональностью, рельефом поверхности и общей циркуляцией атмосферы. Источником снежного покрова служат твердые осадки (в основном — снег), сохраняющиеся на земной поверхности при отрицательных температурах (Котляков, 1968).

Снежный покров на склонах гор характеризуется значительной пространственной неоднородностью и изменчивостью. Неоднородность высоты, плотности и строения снежного покрова образуется с самого начала выпадения снега на поверхность склонов, увеличиваясь за счет процессов перекристаллизации, уплотнения и течения снега, и формирования новых слоев снежного покрова.

Снежный покров обладает особыми физическими свойствами и подчиняется особым законам формирования и взаимодействия с окружающей средой. Вследствие малой теплопроводности и газопроницаемости снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания, а зимующих под снегом животных и растений от резких колебаний температур. Почвенные и геоморфологические процессы под снегом протекают совершенно иначе, чем на бесснежных пространствах. Накопленные в виде снега атмосферные осадки питают поверхностные и грунтовые воды, режим которых в значительной мере зависит от распределения снежного покрова, его физических свойств и характера снеготаяния.

Являясь продуктом климата, снежный покров сам становится мощным климатообразующим фактором. Он оказывает влияние и на летний температурный режим почв, режим влажности почво-грунтов, распределение животных и растительных организмов и даже некоторых форм рельефа.

Снежный покров является зеркалом сезонного состояния природы: он накапливает и передает сезонную информацию ландшафта, получая ее как от биогенных, так и от абиогенных компонентов ландшафта (Рихтер, 1945).

Образование и форма снега

Снег — мельчайшие матово-белые кристаллики льда являются самыми обычными видами твердых осадков, возникающих в свободной атмосфере в результате сублимации водянного пара внутри переохлажденного воздуха.

Образованию кристаллов способствуют и ядра кристаллизации, среди которых лучшими являются вещества, кристаллическая решетка которых геометрически подобна решетке льда. При исследовании снежинок под электронным микроскопом, в их центрах были обнаружены включения, состоящие преимущественно из частиц каолина, глины, угля, а также микроорганизмов.

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 120⁰ , четвертая (главная) ось направлена перпендикулярно к этой плоскости и является осью симметрии (Коломыц, 1970).

Множество факторов влияет на образование и рост снежинок, поэтому так велико разнообразие их форм. Обобщая это разнообразие форм снежинок, можно говорить о двух основных типах. 1 — пластинчатые кристаллы, образующиеся при температурах -20...-25⁰С (пластинки, звездчатые кристаллы, пушинки); 2 — столбчатые кристаллы, образующиеся при более низких температурах (столбики, иглы, ежи) (Котляков, 1994).

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 со структурой и физическими свойствами выделяют 3 типа (Тушинский, 1968):

1. Свежий снег — свежевыпавший или свежеотложенный снег;

2. Старый снег — уплотненный или фирнизированный снег с разновидностями зернистости, а также снег-плывун или глубинная изморозь;

3. Фирн — переходная форма от снега ко льду.

Физические характеристики снега

Вес снега. Вес снега чрезвычайно мал: средний вес снежной звездочки 0,1 мг, пластинки 0,007 мг.

Цвет снега. Цвет снега обуславливается счтроением кристалла снега, а также большим количеством воздуха, содержащигося в снеге. Свежевыпавший рыхлый снег слегка голубоватого цвета; уплотненный ветром снег — белого цвета с серебристым блеском; снег в глубоких слоях — зеленовато-серого цвета.

Пластичность снега. Интересное свойство снега — способность к сцеплению и растяжению. Пластичность снега различна в зависимости от структуры снега и влажности.

Мощность снега. Толщина снежного покрова, измеренная рейкой-линейкой перпендикулярно земной поверхности.

Плотность снега. Плотность снега одно из важнейших свойств снега. Это есть отношение объема воды, полученного от растаявшего данного объема снега, к объему этого снега до таяния (Рихтер, 1965).

Стратиграфия снежной толщи

Снежная толща обладает «памятью» и может рассказать о характере погодных условий данной зимы. Такие свойства имеют форма и строение снежных кристаллов, слоистость толщи, различные типы корок.

Если вырыть в снегу шурф, то откроется сложное слоистое строение снежной толщи. Верхний генетический горизонт представляет собой свежевыпавший снег; средние генетические горизонты — слои подвергшиеся процессам кристаллизации; нижний генетический горизонт - слой глубинной изморози; слои часто разделяются корками .

Кроме основных слоев в разрезе снежной толщи почти всегда можно увидеть целый ряд прослоек льда или уплотненных тонких горизонтов — корок. Зарождение их происходит как на поверхности снежного покрова (радиационные, гололедные, оттепельные, ветровые корки), так и внутри самой толщи (сублимационные).

Радиационные или солнечные корки образуются при замерзании поверхности снега, которая оплавилась или таялавследствие поглощения тепла солнечной радиации. Это наиболее прочные корки, так как замерзание происходит при безоблачном небе и сильно охлажденной поверхности.

Гололедные корки образуются при выпадении мороси; поверхность этих корок обычно неровная. Из-за малой прочности эти корки быстро испаряются.

Оттепельные корки образуются при замерзании поверхности снега, растаявшего вследствие прихода теплого воздуха или его местного прогревания при безоблачном небе.

Ветровые корки образуются под воздействием сублимационного уплотнения, ветровой упаковки и механического давления ветра.

Сублимационные корки образуются как внутри снежной толщи, так и на ее поверхности при низкиз температурах «сухим» путем. Механизм образования связан как с влиянием сильного влажного ветра, так и с «подсасыванием» водяных паров из нижних более теплых слоев (Рябцева, 1958).

Снегомерная съемка

Для составления комплексного снегомерного профиля проводим снегомерную съёмку: измерение мощности, плотности снежного покрова и стратиграфии снежной толщи по определённому маршруту для изучения распределения снежного покрова на данной территории и определения запасов содержащейся в нём воды(данные занесены в журналы измерений). Положение профиля выбрано таким образом, чтобы он пересекал основные характерные природно-территориальные комплексы, например, долину реки. Для изучения стратиграфии снежного покрова закладывается шурф. В каждой точке комплексного профиля проводились измерения по следующему плану (рис. 1) Рабочая площадка представляла собой квадрат размером 3на 3 м.

Снегомерная съемка отражена в следующем журнале:

Журнал измерений мощности снежного покрова на площадке №1-9 (3х3м)

№ точки	Измерения
	текущие	среднее
А1	52 см	56 см
А2	59 см
А3	65 см
А4	55 см
А5	50 см
Б1	94 см	72 см
Б2	59 см
Б3	60 см
Б4	65 см
Б5	84 см
В1	63 см	58 см
В2	71 см
В3	50 см
В4	53 см
В5	53 см
Г1	63 см	64 см
Г2	59 см
Г3	71 см
Г4	65 см
Г5	60 см
Д1	50 см	53 см
Д2	62 см
Д3	51 см
Д4	51 см
Д5	51 см
Е1	66 см	60 см
Е2	64 см
Е3	55 см
Е4	60 см
Е5	56 см
Ж1	21 см	20 см
Ж2	20 см
Ж3	20 см
Ж4	20 см
Ж5	17 см
З1	55 см	57 см
З2	57 см
З3	60 см
З4	60 см
З5	56 см
И1	32 см	35 см
И2	40 см
И3	35 см
И4	32 см
И5	35 см

Журнал измерений плотности снежного покрова на пощадке №1-9 (3х3м)

№ точки	Измерения
	текущие	среднее
А5	0,2	0,2
Б5	0,21	0,21
В5	0,2	0,2
Г5	0,21	0,21
Д5	0,2	0,2
Е5	0,21	0,21
Ж5	0,23	0,23
З5	0,22	0,22
И5	0,3	0,3

Из данных полевых измерений плотности снежного покрова видно, что плотность снега практически остается неизменной, за исключением нижней части долины (низкая пойма). Это обусловлено в первую очередь сменой погодных условий (смена ясной погоды на пасмурную).

Журнал расчета запасов воды в снежном покрове на полощадке №1-9 (3х3м)

№ точки	Плотность, г/см3	Мощность,см	Запас воды, мм
А5	0,2	50 см	100
Б5	0,21	84 см	176,4
В5	0,2	53 см	106
Г5	0,21	65 см	136,5
Д5	0,2	51 см	102
Е5	0,21	56 см	117,6
Ж5	0,23	17 см	3,91
З5	0,22	56 см	123,2
И5	0,3	35 см	105

Полученные данные по запасу воды говорят о том, что наибольший запас воды сосредоточен в снежной толще правого наветренного коренного склона реки, а наименьший – в ее русле. По данным наших полевых измерений сильного весеннего половодья в долине р. Кага не ожидается.

Все выше перечисленные параметры позволяют нам составить комплексный снегомерный профиль, с указанием стратиграфии снежной толщи на исследуемых природно-территориальных комплексах (рис.2).

+++ - свежевыпавший снег; I,II,III,IV – слои кристаллизации; ɅɅɅ — слой глубинной изморози.

Комплексное описание исследуемой территории

А — коренной правый берег реки Кага, высотой до 300 метров. Туристическая база «Тенгри». Шурф снежной толщи мощностью 56 см.

0-2 см — свежевыпавший снег;

2-12 см — 1-й слой кристаллизации, в нижней части сублимационная корка — 1-3 см;

12-25 см — 2-й слой кристаллизации;

25-35 см — 3-й слой кристаллизации, в нижней части ветровая корка — 2-3,5 см;

35-50 см — 4-й слой кристаллизации;

50-56 см - слой глубинной изморози.

Б — склон коренного правого берега реки Кага, ступенчатый, крутизной 15⁰. Шурф снежной толщи мощностью 72 см.

0-3 см — свежевыпавший снег;

3-11 см — 1-й слой кристаллизации, в нижней части сублимационная корка — 1,5-2 см;

11-25 см — 2-й слой кристаллизации;

25-40 см — 3-й слой кристаллизации, в нижней части ветровая корка — 3 см;

40-62 см — 4-й слой кристаллизации;

62-72 см — слой глубинной изморози.

В — склон коренного правого берега реки Кага, ступеньчатый, крутизной 35-40⁰. Шурф снежной толщи мощностью 58 см.

0-3 см — свежевыпавший снег;

3-13 см — 1-й слой кристаллизации, в нижней части сублимационная корка — 1,5-3 см;

13-27 см — 2-й слой кристаллизации;

27-39 см — 3-й слой кристаллизации, в нижней части ветровая корка — 2,5-3,5 см;

39-52 см — 4-й слой кристаллизации;

52-58 см — слой глубинной изморози.

Г — тыловой шов ступенчатого склона правого коренного берега реки Кага. Шурф снежной толщи мощностью 64 см.

0-3 см — свежевыпавший снег;

3-15 см — 1-й слой кристаллизации, в нижней части сублимационная корка — 2 см;

15-30 см — 2-й слой кристаллизации;

30-45 см — 3-й слой кристаллизации, в нижней части ветровая корка — 3 см;

45-57 см — 4-й слой кристаллизации;

57-64 см — слой глубинной изморози.

Д — высокая пойма реки Кага. Шурф снежной толщи мощностью 53 см.

0-2 см — свежевыпавший снег;

2-16 см — 1-й слой кристаллизации;

16-30 см — 2-й слой кристаллизации, в нижней части оттепельная корка — 1,5 см;

30-46 см — 3-й слой кристаллизации;

46-53 см — слой глубинной изморози.

Е — тыловой шов склона высокой поймы реки Кага. Шурф снежной толщи мощностью 60 см.

0-3 см — свежевыпавший снег;

3-14 см — 1-й слой кристаллизации, в нижней части ветровая корка — 2 см;

14-29 см — 2-й слой кристаллизации, в нижней части оттепельная корка — 2,5 см;

29-51 см — 3-й слой кристаллизации;

51-60 см — слой глубинной изморози.

Ж — русло реки Кага. Шурф снежной толщи мощностью 20 см.

0-15 см — свежевыпавший снег;

15-20 см — слой глубинной изморози.

З — левобережняя высокая пойма под скалистым левым склоном. Шурф снежной толщи мощностью 53 см.

0-2 см — свежевыпавший снег;

2-18 см — 1-й слой кристаллизации;

18-30 см — 2-й слой кристаллизации, в нижней части оттепельная корка — 1,5 см;

30-47 см — 3-й слой кристаллизации;

47-53 см — слой глубинной изморози.

И — крутой левый берег реки Кага, с выходом коренных скальных пород, с сосновым лесом. Шурф снежной толщи мощностью 35 см.

0-2 см — свежевыпавший снег;

2-13 см — 1-й слой кристаллизации;

13-27 см — 2-й слой кристаллизации;

27-35 см — слой глубинной изморози.

Таким образом, нами выявлено то, что наибольшей мощности в долине р. Кага снежный покров достигает на относительно выровненной поверхности ступенчатого правого склона реки (72 см) и в тыловом его шве (64см). Это обусловлено сползанием снежной толщи в нижние и покатые части склона. Наибольшей простотой отличается стратиграфический шурф в русле р. Кага (свежевыпавший снег, глубинная изморось). Наиболее сложная дифференциация снежной толщи наблюдается на правом коренном склоне р. Кага. Именно здесь глубинная изморось находится на наибольшей глубине. Он, по сравнению с левым склоном реки не залесен, поэтому наиболее подвержен ветровым и инсоляционным процессам. Границы между слоями кристализации определяли различные по происхождению корки. Наибольшее количество таких корок также характерно для правого коренного склона реки.

Список литературы

1. Коломыц Э.Г. Рост кристаллов при конструктивном метаморфизме снежной толщи. Материалы гляциологических исследований. 1970.- Вып. 17. - 177 с.

2. Котляков В.М. Снежный покров Земли и ледники. - Л.: Гидрометиздат. 1968. - 479 с.

3. Котляков В.М. Мир снега. - М.: ВО «Наука». 1994. - 288 с.

4. Рихтер Г.Д. Снежный покров, его формирование и свойства. М.:АН СССР.1945.- 171 с.

5. Рихтер Г.Д. Словарь основных терминов и понятий по снеговедению. МГИ. 1965. - Вып. 11. - 198-247 с.

6. Рябцева К.М., Тушинский Г.К. Стратиграфия снега как показатель особенностей природно-территориальных комплексов. М.: 1958. - 188 с.

7. Тушинский Г.К. Основы общей и региональной гляциологии. 1968. - Вып. 1. - 272 с.

Код для цитирования: Скопировать