Образование снега и снежного покрова

ВВЕДЕНИЕ

Снег – одно из самых широко распространенных явлений природы, активно воздействующее на общество и экономику во многих уголках мира.

Признавая красоту снежного покрова и его полезность для энтузиастов зимнего спорта, все чаще мы рассматриваем снег как нежелательную и дорогостоящую помеху. Затруднения, связанные со снегом, принимаются как непреложный фактор среды обитания человека. Ущерб, причиняемый снегом, может быть огромным, и понятно, что проблемам снежного покрова следует уделять больше внимания. Широко распространенное природное явление – снежные лавины – существенно усложняет освоение горных районов и представляет угрозу для жизни людей.

Несмотря на проблемы, создаваемые снегом, он способствует многим видам хозяйственной деятельности. Сейчас широко признано, что бережное отношение к снежному покрову как ценнейшему природному ресурсу весьма важно в поддержании и сохранении окружающей среды.

Снежный покров, относящийся к абиотической части природных комплексов, является важным элементом экосистем, особенно в тех районах, где он имеет продолжительное залегание. Между ним и другими элементами экосистем существуют устойчивые взаимные связи. Являясь функцией климата, снежный покров определяет многие показатели экосистем, изменяя их гидротермический режим. В свою очередь, его состояние зависит от характеристик экосистем. Таким образом, снежный покров служит индикатором состояния и развития природных комплексов.

В связи с этим рассмотрение снежного покрова представляется актуальным, а указанные выше обстоятельства явились предпосылкой для выбора темы данной работы.

Предметом работы является изучение особенностей снежного покрова и его влияния на окружающую среду.

Объектом работы выступает снежный покров и оказываемое им влияние на окружающую среду.

Целью данной работы является изучение снежного покрова и его роли в функционировании экосистем.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие исследовательские задачи:

- рассмотреть процесс образования снега и снежного покрова;

- изучить свойства снежного покрова;

- рассмотреть влияние снежного покрова на окружающую среду и природу Алтайского края.

В основу данной работы положены базовые теоретико-методологические принципы снеговедения, изложенные в трудах Н.И.Быкова, Г.В. Васильченко, А.К. Дюнина, С. Залмановой, Е.Д. Сабо, М.Т. Струкова, И.Д. Копанева, А.Н. Формозова, И.А. Федотова и других учёных.

ГЛАВА 1. СТРОЕНИЕ И МЕТАМОРФИЗМ СНЕЖНОГО ПОКРОВА

Образование снега и снежного покрова

Формирование снежных осадков в атмосфере зависит от многих факторов, но главным образом, от температуры окружающей среды и наличия переохлажденной воды. Первоначально в результате конденсации водяных паров в восходящей тёплой воздушной массе формируется облако. Как только температура в облаке опускается ниже 0 °С, создаются условия, благоприятные для образования снега. При температуре около -5 °С ядра кристаллизации, присутствующие в атмосфере формируют в процессе льдообразования мельчайшие кристаллы льда. С ледяного кристалла начинается формирование снежного кристалла (снежинки). Диаметр его обычно меньше 75 мкм, а скорость падения не превышает 5 см/с[11, с. 516.]. Форма кристаллов очень простая: обычно это шестиугольная пластинка, которая в процессе роста и усложнения превращается в снежинку. Не редко в результате сцепления снежинок образуются снежные хлопья. В некоторых случаях снежинка проходит через зону более высокой концентрации облачных капель, и если её размеры превышают 300 мкм, наблюдается процесс заиневения, когда мелкие облачные капли размером 10 – 40 мкм замерзают при соприкосновении со снежинкой. Этот процесс, происходящий, как правило, при температурах от -5 до -20 °С приводит к образованию инея, а в случае чрезвычайного сильного заиневения – к образованию снежной крупы[11, с. 517].

Таким образом, снежные осадки могут состоять из снежинок, снежных хлопьев, кристаллов инея, снежной крупы, либо из обломков этих частиц.

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.

Снежный покров образуется в результате аккумуляции снега на грунте в процессе отложения твердых осадков (снежинки, ледяной дождь, иней и гололед), выпадения дождя, когда большая часть осадков впоследствии замерзает, а также отложения примесей. Структура, стратиграфия и геометрические характеристики снежного покрова крайне изменчивы в пространстве и во времени. Такая изменчивость обусловлена множеством факторов: большим разнообразием метеорологических условий во время выпадения осадков и сразу после снегоотложения (в частности, характеристик ветра, температуры и влажности воздуха); характером и частотой метелевых процессов в период снегоотложения; метеорологическими метеоусловиями в периоды между снегопадами; характером процессов метеморфизма и абляции, которые определяют изменение физических характеристик снежного покрова по сравнению с характеристиками свежевыпавшего снега; поверхностным рельефом, физико-географическими условиями и растительным покровом.

Аккумуляция и абляция (от латинского ablation – отнятие, убыль, устранение; уменьшение массы снежного покрова в результате таяния, испарения, механического удаления) снежного покрова зависят, главным образом, от атмосферных процессов и состояния земной поверхности[14, с. 56].

Определяющими атмосферными процессами служат выпадение осадков, их отложение, конденсация, турбулентный тепло- и влагообмен, радиационный баланс и движение воздушных масс. Требует учета так же особенность рельефа, влияющие на ход атмосферных процессов и создание ветровой тени.

Шероховатость подстилающей поверхности влияет на профиль скорости ветра. Сопротивление трения воздушных масс о подстилающую поверхность обуславливает турбулентность ветрового потока вблизи поверхности, что отражается на процессах снегонакоплениях. Ветровой поток перемещает также зерна снега, изменяя их форму и свойства, и переотлагает их в виде сугробов или надувов снега большей плотности, чем первоначальный снег. Уплотнение снега происходит чаще всего в результате ветровой деятельности, однако на него оказывает влияние и такие процессы, как конденсация, таяние и др.

Ветер переметает рыхлый снег, вызывая дефляцию – выдувание снежного покрова, переотлагает в виде ветровых досок и настов и образует сугробы и надувы. Рыхлый снег, состоящий из сухих кристаллов диаметром 1-2 мм, легко взметается даже при небольших скоростях ветра – примерно 10 км/ч. Дефляция преобладает на тех участках, где скорость ветра возрастает (седловины хребтов), а отложение снега из насыщенного снеговетрового потока происходит на участках, где скорость ветра падает (вдоль границ лесов и городов).

Снежный покров, образующийся в результате снегопадов, имеет характеристики резко отличные от тех, что наблюдались в момент выпадения снега. Температура в момент снегоотложения влияет на влажность, твёрдость и структуру свежевыпавшего снега и, следовательно, на его устойчивость при ветровой дефляции[3, с. 34].

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 и других атмосферных процессов). Ледяные частицы атмосферного происхождения характеризуются большим разнообразием размеров и форм. В процессе падения частицы растут, происходит их разрушение, обзернение и коагуляция. Например, если звездчатые кристаллы выпадают хлопьями при слабом ветре, плотность свежевыпавшего снега может быть очень мала (порядка 10 кг/ м3). В то же время при выпадении ледяного дождя (замерзшие с поверхности капли воды) плотность отложений может достигать 500 кг/м3. Между этими эктремальными значениями возможны любые промежуточные значения плотности[5, с. 55].

Скорость ветра определяет характер упаковки кристаллов в поверхностном слое. При большой скорости ветра первоначальное дробление кристаллов происходит в турбулентном приземном слое атмосферы, простирающемся на несколько метров над поверхностью земли; дальнейшее дробление частиц наблюдается при их отскакивании и волочении по поверхности снежного покрова во время снегопада, либо впоследствии метелевого переноса. В результате уменьшения размеров и увеличении окатанности частиц их упаковка в поверхностом слое становится значительно более плотной.

Одна из основных структурных особенностей снежного покрова заключается в наличии в нём ледяных прослоек, влияющих не только на интенсивность воздухо - и влагообмена внутри снежной толщи, но и на проходимость снежной целины. До начала активного снеготаяния прослойки льда формируются в результате поверхностного таяния, вызванного преимущественно воздействием радиации, последующего замерзания и перекрытия ледяных образований слоями свежевыпавшего снега, а также в результате выпадения ледяного дождя. Как только капли дождя достигают поверхности снежного покрова, начинается процесс их замерзания и вся вода или часть ее превращается в лёд. Толщина и протяженность ледяных слоёв зависит от температуры переохлаждённых капель, окружающего воздуха и верхних слоёв снежного покрова. Если слой льда становится сплошным и водонепроницаемым, на его поверхности может скапливаться вода. При последующем замерзании этой воды образуются толстые линзы льда, являющиеся составной частью снежного покрова. В другом случае вода просачивается в снег. Меняя его внутреннюю структуру. В обоих случаях эти слои впоследствии могут перекрываться слоями свежевыпавшего снега[20, с. 44-45].

Снежный покров, сформировавшийся в результате многочисленных снегопадов, каждый из которых происходил при разных метеорологических условиях, характеризуется резко выраженной слоистостью. Отложениям снега свойственна и неоднородность в плоскости напластования, поскольку препятствия влияют на турбулентность в приземном слое и вызывают формирование заносов. Аналогичное аэродинамическое воздействие оказывает ровная шероховатая поверхность в условиях сальтации (прыжки частиц снега), что приводит к образованию снежных дюн на открытых участках суши или на поверхности замёрзших озёр. Формирование и распространение снежных заносов и дюн зависят от направления ветра.

Поскольку направление ветра и тип осадков могут сильно меняться в течение одного снегопада, стратиграфия снежного покрова характеризуется существенной пространственной неоднородностью.

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

Различают временный снежный покров, стаивающий за несколько часов или дней после образования и устойчивый снежный покров, сохраняющийся в течение всей зимы или с небольшими перерывами.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: