с чем соединяются капли воды для образования снега
Как образуется дождь и снег? Как образуется иней и роса?
В природе происходит много физических и географических явлений, объясняющихся различными причинами. К таким явлениям относятся и нижеописанные природные процессы. Все они взаимосвязаны с непрерывными испарениями воды с поверхности морей, озер, рек, океанов и прочих водоемов. Более подробно о том, как образуется роса, иней, дождь и снег, можно узнать, ознакомившись с данной статьей.
Общая информация: факторы, влияющие на погоду
В разных местах планеты Земля влажность воздуха неодинакова в связи с различиями в климате и распределением объемов внутренних вод. К примеру, над поверхностью морей экваториальных влажность самая высокая, а над засушливыми пустынями она очень низкая. Хоть и в воздухе содержание водяного пара небольшое (его даже не видно), именно он и определяет условия погоды.
Прежде чем узнаем, как образуется дождь, стоит отметить, что кроме испарений немаловажную роль играет еще один процесс – конденсация. Она в природе происходит по-разному: образование росы или инея, выпадение дождя или снега.
Снег, как и дождь, – это конечный результат ниже описываемой цепочки природных процессов. А чтобы стало понятно, что же происходит в природе при подобных явлениях, следует прежде всего обратиться к физическим законам.
Как образуется роса, иней, дождь? Их возникновение – взаимосвязанные между собой процессы. Сначала узнаем, как образуется роса. Увидеть ее можно лишь ранним утром. Откуда она берется?
С поверхности водоемов, рек, озер и даже растений в жаркий летний день происходит испарение воды. Когда падает температура (ночью), она может достигать таких значений, при которых пар водяной становится насыщенным. Это точка росы. На тот момент пар насыщенный конденсирует и оседает на почву и на листья растений. Росу можно увидеть лишь ранним утром, затем она вновь испаряется под воздействием солнечных лучей.
Далее более подробно опишем, как образуется иней, дождь, снег.
Происхождение инея
Процесс образования инея схож с образованием росы, но есть одно отличие. Иней возникает только в холодное время года (поздней осенью и зимой).
Иней – это неравномерный и очень тонкий слой кристалликов льда, образующийся в процессе сублимации пара водяного из воздуха на траве, почве и прочих наземных предметах при отрицательных температурах (более низких, чем температура воздуха).
Причем в зависимости от температуры кристаллики имеют разную форму: при слабых морозах кристаллы обычно в форме шестиугольных призм, при умеренных – в виде пластинок, а при сильных – в виде игл тупоконечных. Самые благоприятные для происхождения данного процесса условия – тихие спокойные ночи и шероховатые поверхности, обладающие малой проводимостью температуры. Сильный ветер является препятствием для возникновения инея, а слабый, наоборот, способствует его образованию, так как он увеличивает соприкосновение с холодной поверхностью всё больших масс влажного воздуха.
Часто в художественной литературе и в народе инеем называют изморозь кристаллическую. И чтобы не путаться, надо помнить, что на нитевидных поверхностях иней обычно не образуется.
Как и росу, его можно наблюдать только утром в связи с тем, что ночь обычно намного холоднее, чем день.
Как образуется дождь и снег?
Осадки имеют немаловажное значение в природе (в круговороте воды) и в жизни многочисленных животных и растений. Образуются они следующим образом. С поверхностей многочисленных природных водоемов в огромных количествах испаряется вода и поднимается на несколько тысяч метров вверх, где температура более низкая. Там пар конденсируется и преобразовывается в мельчайшие капли, в последующем хаотично летающие в атмосфере. Огромные объемы таких капелек и представляют облака, которые под воздействием воздушных масс переносятся на неимоверно большие расстояния (до нескольких тысяч километров).
Сталкиваясь между собой в процессе такого длительного передвижения, они превращаются в более крупные капли, которые затем падают на землю в виде того самого дождя. Теперь понятно, как образуется дождь.
И снег возникает таким же образом, но только в холодное время года, когда на высоте такая температура (менее нуля), при которой пар конденсируется. В итоге образуются не водяные капли, а ледяные кристаллики.
Об интенсивности дождя
Как образуется дождь, понятно и ясно. Теперь о каплях. Одинаковой формы капли дождя могут менять свой размер от 0,5 миллиметра до 6 миллиметров в диаметре. Они-то и летят с огромной высоты, разбиваясь о землю на многочисленные мельчайшие капли.
Если они не соответствуют вышеназванным параметрам, то капли представляют собой морось.
В значительной степени интенсивность дождей зависит от регионов, так как в более жарком климате земная поверхность нагревается сильней и быстрей, что способствует возникновению более мощного потока водяного пара, в последующем поднимающегося в атмосферу.
Заключение
Образование как инея и росы, так и снега и дождя – любопытные географические и физические явления, объясняющиеся с каждой точки зрения по-разному.
Главное, что любые осадки играют немаловажную роль в бесконечном круговороте воды и в жизни всего живого, существующего на планете.
Атмосферные осадки: что это и как образуются. Роса, иней, дождь и снег как образуются с точки зрения физики
Мир вокруг нас удивителен. Погрязнув в рутине повседневной жизни, мы слишком редко замечаем это. Однако не знать, как образуются роса, иней, дождь и снег, просто стыдно, потому что ответ на этот вопрос знают даже школьники.
Как образуется роса с точки зрения физики?
Образование капелек воды по утрам на траве и растениях долгое время волновало ученых. Этим вопросом занимался еще Аристотель. Однако представления ученых об этом природном явлении вплоть до XVIII века было ошибочным. Рассматривая, как образуются роса, иней, дождь и снег, исследователи считали, что это происходит примерно одинаково. Однако современная наука говорит нам, что это далеко не так. Для того чтобы разобраться, как же образуется роса, нужно сначала узнать кое-что о воздухе. И эта важная деталь состоит в том, что в нем содержится некоторое количество влаги. Причем в теплом воздухе ее больше, чем в холодном. Поэтому летом мы и можем наблюдать на листочках растений и траве росу. Воздух соприкасается с холодной поверхностью, что приводит к конденсации некоторой доли содержащейся в нем влаги. Причем температура поверхности должна быть ниже определенной величины. Ее называют «точкой росы». Она зависит от давления и некоторых других параметров.
Роса или нет?
В домашних условиях можно провести, например, такой опыт. Необходимо налить воду в стакан или металлический сосуд. Затем нужно добавить туда лед. Однако роса образуется не сразу, а только тогда, когда сосуд остынет до определенной температуры. Точно так и в природе. Влажный воздух соприкасается с холодной поверхностью, что приводит к образованию капелек росы. Земля и тропинки остывают значительно меньше, чем растения, поэтому на них ее не найти. Но не все, что мы наблюдаем утром на листьях и траве, является росой. Основная часть влаги выделяется самими растениями. Этот процесс начинается днем для того, чтобы защитить растения от жарких солнечных лучей. В некоторых районах Земли росы выпадает настолько много, что ее используют для водопоя животных.
Об инее
Это еще один вид осадков. На вопрос о том, как образуется иней, физика дает следующий ответ: в процессе десублимации газообразное вещество (в данном случае водяной пар) переходит в твердое состояние. Как мы уже говорили, в воздухе изначально присутствует влага. Деревья покрылись инеем вследствие того, что при оттепели происходит ее испарение, а потом, когда температура падает, все замерзает. Самым подходящим местом для образования красивых узоров является шероховатая поверхность с низкой проводимостью тепла, например, деревянная лавочка или открытая почва. Иней обычно появляется ночью, когда есть легкий ветерок. Он способствует тому, что влага во время испарения соприкасается с различными поверхностями. Чересчур ветреная погода, напротив, препятствует появлению иголочек инея.
Как образуется снег с точки зрения физики?
Без этого атмосферного осадка трудно представить зиму в средних широтах. Рассказывая, как образуются роса, иней, дождь и снег, нужно понимать, что последний представляет собой кристаллики льда. Они получаются в результате замерзания водяного пара. В облаках содержатся капли воды. Когда при низких температурах они замерзают, то образуются мелкие кристаллики льда. Во время падения они под воздействием ветра «склеиваются» друг с другом. Это и объясняет красивую форму снежинок. Каждая из них всегда имеет шесть лучей. Углы между ними могут равняться 60 или 120 градусам. Такая точность связана с особенностями конструкции молекулы воды. Двух одинаковых снежинок не бывает. Хруст, который мы слышим под ногами, проходя по заснеженным тропинкам, происходит из-за разлома кристаллов, из которых состоят хлопья этого атмосферного осадка.
С чем связан цвет снега?
Дети любят задавать разные вопросы об окружающем мире. Со временем люди перестают удивляться всему вокруг. Однако, отвечая на вопрос «как образуются роса, иней, дождь и снег», нельзя не заинтересоваться, почему последний кажется нам именно белым, ведь вода является прозрачной. И здесь на помощь приходит физика. Нас окружает электромагнитное излучение, большая часть волн которого недоступна невооруженному человеческому глазу. Солнечные лучи содержат видимый спектр, то есть семь основных цветов: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый и красный. Если слить их вместе, то получится. белый. Если предмет поглощает световые волны, то мы видим его черным. Если же он их полностью отражает, то прозрачным. Например, так происходит со льдом или водой. Апельсин является оранжевым, потому что он поглощает все цвета, кроме этого. Снег отражает весь видимый спектр. Поэтому он видится нам белым, как и солнечный свет. Вода и лед имеют более гладкую структуру, поэтому кажутся прозрачными. Рассматривая, как образуется снег, с точки зрения физики, можно понять, что по своей структуре он состоит из множества кристалликов воды, каждый из которых отражает свет под разным углом.
Почему идет дождь?
Объяснить это атмосферное явление с точки зрения физики достаточно легко. Сам процесс похож на образование снега, с той лишь разницей, что дождь идет при более высокой температуре воздуха. Водяной пар испаряется и несется к облакам. На высоте температура воздуха гораздо ниже. Поэтому пар превращается в ледяные кристаллики. Затем падает под действием силы земного притяжения. Во время полета кристаллики попадают под воздействие теплого воздуха и размораживаются. Когда они достигают поверхности земли, они уже являют собой капли воды. Их и называют дождем. Под воздействием ветровых потоков тучи могут переноситься на значительные расстояния. Иногда они преодолевают тысячи километров. Если в пути тучи сталкиваются друг с другом, то они объединяются. Когда их масса становится слишком высокой, начинает идти дождь. Интересно, что капли имеют идентичную форму. Они различаются только размером. Бывают капли, которые достигают даже шести миллиметров в диаметре. При столкновении с землей они разбиваются, создавая множество мелких. Больше всего дождей можно наблюдать в регионах с жарким тропическим климатом.
Из-за чего потеют окна?
Существует несколько вариантов появления конденсата. Например, он может появляться исключительно утром или только в зимнее время года. Отдельно нужно рассматривать ситуацию, когда вода скапливается на подоконнике. Или потеет окно в одной комнате, а в других этого не происходит. Появление конденсата идентично по своей природе процессу образования росы, который мы обсудили в начале статьи.
С чем соединяются капли воды для образования снега
Снег – неотъемлемый атрибут зимы. В России он выпадает почти во всех регионах, плотным слоем покрывая землю. В районах Крайнего Севера ложится в сентябре и нередко полностью сходит только к июню.
Что такое снег
Снег – это явление природы, вид атмосферных осадков, характерный для холодного времени года, когда устанавливаются отрицательная температура. Формируется в слоисто-дождевых облаках. Представляет собой крошечные ледяные кристаллы весом не более 3 мг. Каждая снежинка имеет уникальную форму, выглядит, как шестиугольная звезда. Выпадая на землю, миллиарды снежинок создают плотный покров или попросту – сугробы.
Изучением атмосферного явления ученые занимались еще в XVII веке. Точнее, их интересовало строение и форма снежинки. А в 1885 году американцу Уилсону Бентли удалось сделать первую фотографию отдельного кристаллика. Он занимался изучением снежинок почти полвека и успел сделать более пяти тысяч снимков.
Снег идет только зимой, появляется при температуре ниже 0 градусов. Зимой этот вид атмосферных осадков заменяет дождь. Больше всего снега в Антарктиде, высота снежного покрова на континенте достигает 3 метров. Обильные осадки называют снегопадом. Когда их выпадает слишком много, в горах появляются лавины, сход которых приводит к чрезвычайным ситуациям, а нередко и к трагедиям.
Как образуется снег
Причина происхождения твердых атмосферных осадков – замерзание микроскопических капель воды в атмосфере. Образуясь в облаках, частицы влаги проходят холодные потоки воздуха, превращаются в кристаллы. Во время падения они обрастают другими кристалликами, получается снежинка. Снег состоит из воды и воздуха. Шестиугольная форма кристаллов объясняется тем, что молекула воды имеет такую же конфигурацию. На землю они опускаются со скоростью 0,9 километров в час.
Падая, снежинки могут таять. В этом случае на поверхность земли проливается дождь. Реже происходит другое явление, когда растаявшие кристаллы, превратившиеся в микроскопические капли, снова попадают в холодный фронт и вновь кристаллизуются. Так происходит образование льдинок или града. Он сыпется с неба, как снежная крупа. Иногда отдельные градины достигают крупных размеров. В 2010 году в одном из штатов Индии прошел град, и были зафиксированы градины диаметром 61 сантиметр.
Схема образования явления
Виды снега
Изучая природное метеорологическое явление, ученые классифицировали твердые атмосферные осадки по механизму выпадения, форме, интенсивности, длительности и даже цвету. В зависимости от того, сколько времени идет снег, определяется длительность снегопада. Иногда осадки длятся несколько дней и засыпают целые города.
По интенсивности снегопад бывает слабым, средним, сильным. Когда на 1 куб воздуха приходится более ста снежинок, говорят, что идет сильный снег. Последствия сильных снегопадов приводят к транспортным коллапсам.
Сильный снегопад затрудняет движение транспорта
Определив механизм выпадения, синоптики предупреждают жителей городов о таких явлениях, как:
Но самая интересная классификация по цвету. Все считают, что снег белый и это – правда. Дело в том, что солнечные лучи, попадая в грани снежинки, преломляются на 90 процентов, весь спектр цветов преобразуется в белый. Но иногда он имеет другой оттенок. Это происходит из-за вкраплений примесей, которые витают в воздухе.
В Гренландии, Альпах, на Северном Урале наблюдается феноменальное явление – весной и летом там выпадает розовый снег. Его еще называют кровавым, так как под лучами солнца при подтаивании верхний слой подмокает и окраска становится интенсивной.
Явление впервые было описано еще Аристотелем. Впоследствии его изучали многие ученые, пытавшиеся выяснить причину феномена. Понадобилось целое столетие, чтобы убедиться и доказать – необычный цвет вызывают водоросли Chlamydomonas nivalis. Они обладают интересным свойством источать аромат арбуза, контактируя с кислородом. Отсюда появилось название арбузный снег.
Процесс таяния снега
В природе все циклично и закономерно. При повышении температуры воздуха выше 0 градусов, происходит таяние твердых кристалликов. Это постепенный процесс, зависящий от уровня потепления. Период таяния снега обычно приходится на весну, но в Северных регионах он начинается ближе к лету.
В городах таяние начинается раньше, чем в лесах из-за грязи и реагентов на улицах. Кристаллики имеют свойство таять и при низких температурах при ярких лучах солнца. Таяние – процесс, который дает новую жизнь флоре и фауне после длительного холодного периода.
Всё о снеге и снежинках
Сколько бы чудес ни повидал человек, первый снег, наверное, всегда будет вызывать чувство восхищения. Снег всегда ассоциируется с чем-то светлым, праздничным и чистым. С этим чудом природы связано немало любопытных фактов.
Как образуется снег?
Происхождение снега не сильно отличается от появления дождя. Это тоже вид атмосферных осадков. Фактически, дождь и снег — это одно и то же явление, происходящее при разных температурах.
Первое условие для появления снега — соответствующая температура: вода превращается в лёд уже при 0ºC. Когда холодает, вода в лужах и водоёмах замерзает и покрывается льдом. Точно так же в небе замерзают и начинают падать в виде снежинок дождевые капли.
Микроскопические капли дождя в облаках под действием низких температур притягиваются к пылевым частицам, соли, песку, пеплу и даже живым бактериям и замерзают, образуя кристаллы льда. В результате конденсации в них воды и воздуха (снежинки на 95% состоят из воздуха) они растут и падают под действием гравитации.
В некотором роде, с геологической точки зрения, можно сказать, что снег — это минерал, ведь он представляет собой лёд определённой формы, а тот, в свою очередь, твёрдое вещество, созданное из однородного материала (воды).
Какой на самом деле цвет у снежинок?
Снег не имеет цвета вообще, белизна его — всего лишь оптическая иллюзия. Отдельные снежинки представляют собой мельчайшие кристаллы льда. Они прозрачны, как и вода, из которой они состоят.
Всё дело в световых волнах: каждой длине соответствует свой цвет. Одни материалы поглощают световые волны определённой длины, другие их отражают, именно поэтому предметы имеют разные цвета. Материал, отражающий падающие на него волны, будет иметь белый свет, материал же, который поглощает световые волны, будет выглядеть чёрным.
Кристаллы снежинки имеют сложную структуру с множеством граней. Свет не проходит через них, а многократно преломляется и отражается. Из-за того, что кристаллы отражают весь спектр падающего на них света, мы воспринимаем снег как белый.
Наш мозг, наше сознание автоматически интерпретирует полученную информацию, подсказывая нам, что снег — белый (даже если он в сумерках приобретает оттенок неба или розовый на закате).
Иногда на чистом снеге можно заметить синеватый оттенок. В этом случае цвет зависит от плотности: у рыхлого снега длинные световые волны проникают глубоко, а у плотного короткие волны, преимущественно синего цвета, остаются на поверхности.
Иногда снег может приобретать розовый, красный или бурый оттенок. Такое явление часто встречается в местах, где распространена водоросль хламидомонада снежная, придающая снежному покрову такие цвета. Более того, розовый снег по вкусу напоминает арбуз — опять же благодаря хламидомонаде.
Были случаи, когда падал окрашенный в серый и даже чёрный цвета снег. Скорее всего, это связано с попаданием в атмосферу копоти и промышленных загрязнений.
В 1955-м году в Калифорнии выпал зелёный фосфоресцирующий снег. Рискнувшие попробовать его на вкус люди погибли, а у тех, кто брал такой снег в руки, появились сильный зуд и сыпь. По сей день происхождение зелёных хлопьев является тайной.
Интересный факт: шерсть полярного медведя кажется белой, хотя на самом деле он чёрный с прозрачной шерстью. Прозрачные волоски медведя имеют цилиндрическую форму и при попадании света преломляют лучи, из-за чего шерсть выглядит белой.
Формы снежинок
Первая удачная фотография снежинки под микроскопом появилась благодаря многолетнему упорству и терпению. Американского фермера Уилсона Бентли. Произошло это в 1885-м году после 46 лет проб и ошибок. С тех пор появилась целая наука «снежинковедение».
Бентли смог сфотографировать более 5000 разных видов снежинок, с чего был сделан вывод: двух одинаковых снежинок не существует. На самом деле, это просто красивая фраза. Да, вариантов форм снежинок действительно бесчисленное множество — как атомов во Вселенной, но это не исключает их повторов.
Падая, снежинка продолжает расти, приобретая свою окончательную форму. Иногда лучи с одной стороны снежинки растут быстрее, чем с других, из-за того, что на пути им встречаются участки облаков, имеющие разную температуру и влажность. Благодаря этому снежинки и приобретают разные геометрические формы.
Самые распространённые форма снежинок:
Призмы — шестиугольные пластинки или тонкие столбики с шестиугольным сечением. Призмы почти не видны невооружённым взглядом, т.к. имеют крошечные размеры.
Иглы — тонкие, длинные, похожие на маленькие светлые волоски снежинки, образующиеся при очень низких температурах.
Дендриты. Имеют ярко выраженные разветвляющиеся лучи. Эти крупные кристаллы можно рассмотреть невооружённым глазом.
12-лучевые снежинки. Иногда столбики формируются с поворотом пластинок относительно друг друга на 30 градусов, из каждой пластинки вырастает кристалл с 12 лучами.
Полые столбики: внутри столбиков с шестиугольным сечением образуются полости симметричной относительно центра кристалла формы.
Папоротникоподобные дендриты — самые крупные снежинки, ветки у них тонкие и очень частые, похожие на листья папоротников.
Пространственные кристаллы. Из капли начинает расти несколько снежных кристаллов в разных направлениях, приобретая сложную форму.
Столбики с наконечниками встречаются редко. Кристаллы начинают расти в виде столбиков, но при попадании в зону с иными погодными условиями на их концах появляются пластинки.
Звёздочки — самые распространённые снежинки, пластинчатые кристаллы в виде звёзд с шестью лучами, украшенные симметричными узорами.
С чем соединяются капли воды для образования снега
Образование снежных осадков
Нагреваемые у земной поверхности воздушные массы насыщаются водяными парами и поднимаются вверх, постепенно при этом охлаждаясь. При определенной температуре влажность воздуха достигает величины предельной насыщенности, и дальнейшее понижение температуры приводит к тому, что воздух становится пересыщенным. Излишки водяных паров конденсируются в виде мельчайших капель.
В зависимости от конкретных термодинамических условий они могут исчезать, расти или замерзать и превращаться 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 большая, чем ниже температура облака, в котором зарождаются эти кристаллы. Утяжеленные кристаллы льда начинают падать и при этом обрастают дополнительным слоем льда, образующимся из капель воды, которые они встречают на своем пути.
Кристаллы образующегося в атмосфере льда весьма разнообразны по своей форме :
иглы, призмы, пирамиды, столбики, пластинки, звездочки и комбинированные фигуры. Опускаясь вниз, они претерпевают большие изменения, могут расплавляться и превращаться в капельки тумана или увеличиваться и превращаться в снежинки, ледяную крупу или град, выпадающие на поверхность земли в виде твердых осадков.
Форма и размеры достигающих земной поверхности частиц твердых осадков зависят от термодинамических условий зарождения и роста кристаллов льда в атмосфере и температуры приземных слоев воздуха. Различают 10 основных типов частиц.
Международная классификация снежинок (Гляциологический словарь, 1984)
1 — пластинки — тонкие плоские кристаллы, по форме близкие к шестиугольнику, с максимальным размером 0.1 — 4 мм;
2 — звездчатые кристаллы — тонкие плоские кристаллы в виде дендритовых звезд с лучами. Обычно они имеют 6 лучей. Иногда встречаются кристаллы с 12 и 18 лучами, их средний диаметр 0,5 — 10 мм;
3 — столбики — призматические кристаллы, сплошные или полые, пирамиды и комбинации пирамид и призм, максимальный размер до нескольких миллиметров;
4 — иглы — тонкие цилиндрические и иглообразные кристаллы и их сростки длиной 0,2 — 6 мм, диаметром 0,02 — 0,2 мм
5 — пространственные древовидные кристаллы — сложные снежные кристаллы с лучами в виде листьев папоротника, расходящимися — по многим направлениям, средний диаметр кристаллов до нескольких миллиметров;
6 — увенчанные столбики — столбики со звездочками или пластинками на концах, а в ряде случаев с дополнительными пластинками в промежуточных положениях диаметром до нескольких миллиметров;
7 — неправильные кристаллы — частицы, состоящие из нескольких беспорядочно сросшихся кристаллов, размер частиц до нескольких миллиметров;
8 — крупа — снежные белые мягкие шарики или прозрачные с поверхности и белые внутри шарики диаметром 0,5 — 5 мм;
9 — ледяной дождь — прозрачные ледяные шарики, иногда с незамерзшим ядром, диаметром 1 — 3 мм;
10 — град — шаровидные ледяные образования, часто имеющие на поверхности слои прозрачного льда, иногда с острыми выступами или сложной огранкой, диаметром до 150 мм.
В количественном отношении среди выпадающего снега преобладают пластинчатые и звездчатые снежинки. Размер снежинок тем больше, чем выше температура приземного слоя воздуха. В безветренную погоду при температуре около 0 ° снежинки во время падения могут соединяться и выпадать в виде крупных хлопьев. При сильном ветре, сталкиваясь в воздухе, они крошатся и выпадают в виде обломков.
Формирование снежного покрова
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.
При выпадений снега без ветра на склонах крутизной менее 50 ° формируется снежный покров примерно одинаковой высоты, однако толщина покрова при этом на более крутых склонах будет меньше, чем на пологих. На более крутых склонах весь снег не удерживается и часть его скатывается вниз на более пологие участки, что увеличивает неоднородность — снежных отложений. Выпадение снега, сопровождающееся ветром, приводит к тому, что наветренные склоны получают его больше подветренных при скорости ветра до 7-10м/с и наоборот при усиление ветра больше 10м/с.
Усиление ветра вызывает общую метель, резко меняющую условия формирования снежного покрова в зависимости от местных орографических особенностей горной поверхности.
Существенные перераспределения снега в снежном покрове происходят при низовых метелях, которые часто бывают спустя некоторое время после прекращения снегопада. Ветер поднимает в воздух, ранее выпавший рыхлый снег и переносит его на другое место. Сильный ветер вырывает зерна снега даже с относительно плотного снежного покрова. Частицы снега перемещаются преимущественно перекатыванием и последовательными скачками. При ударах этих частиц о поверхность снежного покрова они выбивают из него новые частицы снега. В результате на поверхности снежного покрова образуется система «застругов».
Свежевыпавший снег под действием собственного веса уплотняется. По мере образования новых слоев снежного покрова нагрузка на предыдущие слои увеличивается, вызывая дополнительное уплотнение.
Наряду с механическим уплотнением в снежном покрове происходят интенсивные процессы изменения структуры зерен снега в результате термодинамической нестабильности поверхности кристаллов и массопереноса.
Существенные изменения снежного покрова происходят также из-за процессов таяния и испарения с поверхности, под воздействием жидких осадков и других метеорологических факторов.
В процессе формирования снежного покрова в нем могут возникать ледяные корки, слои уплотненного ветром снега, слои глубинной изморози и слои с различной структурой снега. В течение времени залегания снежного покрова различия в характеристиках соседних слоев могут нарастать или, наоборот, исчезать в зависимости от конкретных термодинамических условий их существования.
Таким образом, снежный покров не является стабильным. Все параметры, характеризующие мощность, строение, плотность, непрерывно меняются.
Метаморфизм снежного покрова
Метаморфизмом снега называется совокупность происходящих в нем процессов, которые приводят к преобразованию его структуры — изменению формы, размеров и количества кристаллов льда и связей между ними.
Различают четыре типа метаморфизма снега: изотермический, температуроградиентный, метаморфизм таяния-замерзания и динамометаморфизм. Описанные ниже (кроме метаморфизма таяния-замерзания) типы метаморфизма обычно действуют одновременно, и их разделение несколько условно. Поэтому можно говорить лишь о преобладании того или иного типа метаморфизма.
Характерными чертами изотермического метаморфизма являются разрушение и упрощение формы первоначальных снежинок, образование округлых ледяных кристаллов и их сближение, разрушение первоначальных и создание новых связей между кристаллами. Основные механизмы этих изменений — механические разрушения снежинок и связей между кристаллами и перераспределение «ледяной материи» в результате термодинамической нестабильности поверхности кристаллов. Из-за разности давления паров и различий в распределении свободной энергии происходит удаление вещества с более выпуклых участков
поверхности, перемещение этого вещества путем поверхностной диффузии или процессов возгонки-сублимации и отложения вещества на менее выпуклых и вогнутых участках. В результате такого перераспределения вещества происходит округление зерен снега и рост более крупных за счет мелких зерен (собирательная перекристаллизация).
Метаморфизм начинается с того, что выпадающие на поверхность земли снежинки разрушаются и распадаются на части, после чего в результате округления и собирательной перекристаллизации снег превращается в мелкозернистую среду, состоящую из округлых, продолговатых или неправильной формы зерен примерно одинакового размера. В дальнейшем количество зерен в единице объема снега уменьшается, а средний и диаметр увеличивается. Это приводит к постепенному превращению мелкозернистого снега (0.1-1мм) в среднезернистый (1-2мм), а затем в крупнозернистый (более 2мм). Большое влияние на эту стадию метаморфизма оказывают условия выпадения снега и формирования снежного покрова, мощность данного слоя и вышележащих слоев, температурный режим, ветер и ряд других факторов.
Температуроградиентный метаморфизм характеризуется преобразованием структуры снега путем роста одних кристаллов за счет уменьшения и исчезновения других под действием температурного градиента. Кристаллы льда испаряются с более теплых поверхностей, образовавшийся при этом водяной пар мигрирует по межкристаллическому пространству в направлении, противоположном направлению теплового градиента, и сублимируется на более холодных поверхностях ближайших кристаллов
В результате температуроградиентного метаморфизма растут новые формы скелетных кристаллов, которые постепенно заменяют обломки снежинок и зерна снега. В нижних слоях снежного покрова растут крупные кристаллы глубинной изморози
в виде ограненных призм, пирамид и чашеобразных форм. Интенсивность процесса перекристаллизации тем больше, чем больше градиент температуры и чем выше температура рассматриваемого слоя снега. Наиболее высокая интенсивность этого процесса наблюдается в начале зимы в тех случаях, когда малая толщина снежного покрова сочетается с низкой температурой воздуха. При таких условиях нижний слой свежевыпавшего снега может за одну-две недели полностью превратиться в слой глубинного инея.
Третий тип метаморфизма связан с таянием кристаллов и замерзанием воды в снеге. При проникновении воды в горизонты снежного покрова с отрицательной температурой происходит частичное замерзание водные пленок на поверхности зерен и вокруг контактов между ними. При этом происходят изменения в форме и величине зерен и связях между ними.
Повторение процессов частичного таяния и последующего замерзания мокрого снега вызывает фирнизацию снега и образование различных новых структур, начиная от рыхлой структуры из округлых зерен, бусинок или полусфер, мало связанных друг с другом, и заканчивая снежистым пористым льдом.
Процессы изменения структуры снега под действием, внешних механических усилий, называют динамометаморфизмом.
Динамометаморфизм снега самым тесным образом взаимосвязан с метаморфизмом, происходящим из-за термодинамической нестабильности кристаллов льда и под действием потоков тепла и диффузии водяного пара в снеге.
Процесс вызывает существенные изменения механических свойств снега в процессе его деформации. Чаще всего он сопровождается уплотнением снега и увеличением его прочности.
ТЕРМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ И ТАЯНИЕ СНЕЖНОГО ПОКРОВА
Термический режим снежного покрова определяется преимущественно теплообменом на поверхности и в меньшей степени между почвой и снегом.
В осенне-зимний период из почвы в снежный покров поступает тепло в виде кондуктивного потока за счет охлаждения и промерзания почвы и геотермического потока, возможна также миграция водяного пара из почвы в снежный покров. В период таяния, когда температура снежной толщи приближается к 0 ° возможно изменение направления потока — тепло будет поступать из снега в почву и расходоваться на повышение температуры верхнего слоя мерзлой почвы под снегом.
Величина потока тепла на поверхности снежного покрова определяется элементами радиационного баланса, турбулентным теплообменом, испарением или конденсацией, выпадением жидких осадков. Интенсивность потока непостоянная и может изменяться в широких пределах даже в течение одних суток, возможно также изменение направления потока.
Большое количество энергии поступает к поверхности снежного покрова в виде прямой и рассеянной солнечной радиации, однако лишь небольшая ее часть поглощается снегом, а остальная отражается от поверхности снега. Альбедо снежного покрова (отношение количества отраженной радиации к количеству падающей на поверхность снега радиации) изменяется в зависимости от структуры, влажности и загрязненности снега. Для свежевыпавшего снега альбедо составляет от 0,95 до 0,80. Это значит, что снежный покров может получать лишь от 5 до 20% поступающей радиации. Альбедо поверхности сухого переметенного снега колеблется от 0,80 до 0,65. Альбедо снижается по мере увлажнения снега, особенно в период его таяния. Альбедо средне- и крупнозернистого тающего снега порядка 0,60- 0,40, а у загрязненного снега с водой может уменьшаться до 0,20.
Количество поступающей прямой солнечной радиации зависит от ориентации и крутизны склонов, соответственно наблюдаются большие различия термического режима снежного покрова на разных склонах.
Снег плохо пропускает радиацию, поэтому проникающая в снег часть солнечной энергии поглощается верхним слоем снежного покрова толщиной в несколько десятков сантиметров. Верхний (10 см) слой поглощает до 90% радиации. Под действием проникающей радиации может возникать парниковый эффект снеготаяния при отрицательной температуре воздуха, когда на поверхности снежного покрова образуется тонкая ледяная корка, а под ней происходит частичное оплавление кристаллов.
Много тепла снежный покров теряет в виде длинноволновой радиации. Определенную роль играют также элементы радиационного баланса, учитывающие обратную радиацию от облаков и атмосферы. Сочетание прихода тепла за счет проникающей радиации и потери путем длинноволновой радиации приводит к тому, что в ночное время радиационный баланс чаще всего имеет отрицательное значение и соответственно поток тепла направлен из снежного покрова в атмосферу, а в дневные часы наоборот.
Турбулентный теплообмен обусловливается разностью температуры воздуха и поверхности снега. Когда температура воздуха выше температуры поверхности снега, тепло от воздуха передается в снег. Если же воздух холоднее снега, то тепло поступает из снега в воздух. Интенсивность турбулентного теплообмена увеличивается по мере увеличения разности температуры поверхности снега и воздушных масс и роста скорости движения воздуха над снежным покровом.
Турбулентный теплообмен может сопровождаться выносом водных паров из толщи снега, возгонкой снега и испарением водных пленок. При определенных условиях происходит сублимация содержащихся в воздухе водяных паров на поверхности снега в виде инея.
Наиболее благоприятные условия для его образования появляются в ясные холодные ночи без сильного ветра при поступлении масс влажного воздуха.
Суточные изменения температуры поверхностного слоя распространяются в снежный покров до 50 см, причем амплитуда колебаний температуры быстро уменьшается с глубиной, а температурный градиент в этой зоне может изменять направление.
На склонах гор наблюдается сильно выраженная пространственная неоднородность температурного режима снежной толщи. Даже при одинаковых температурных условиях на поверхности снежного покрова и одинаковой его высоте градиент температуры будет больше на крутых склонах, где меньше толщина покрова. Различия температурного градиента в свою очередь обусловливают различия в интенсивности процессов температуроградиентного метаморфизма.
По мере усиления таяния снега зона фильтрации воды увеличивается, температура снега в ней повышается до 0 ° и в снеге образуются постепенно расширяющиеся микроканалы для стока воды. При наличии в снежном покрове ледяной корки вода, достигнув этой корки, может стекать далее по ней или фильтровать по нижнему слою толщи снега и образовывать подснежные каналы стока.
Фильтрация воды снижает прочность снега и является одной из причин образования лавин из мокрого снега и водоснежных потоков.
— в районах с частыми и обильными снегопадами при относительно высокой температуре создаются условия для быстрого уплотнения снежного покрова.
— малое количество выпадающего снега и низкая температура благоприятны для интенсивного сублимационного округления и температуроградиентного метаморфизма.
— в районах с сильными ветрами и резкими колебаниями погоды формируется неоднородный слоистый снежный покров с ветровыми и ледяными корками, что создает различия и в интенсивности процессов метаморфизма в слоях снежной толщи.
— в нижних горизонтах снежного покрова при наличии температурного градиента образуются слои глубинной изморози, состоящие из крупных чашеобразных кристаллов, относительно слабо связанных друг с другом.
— таяние снега на поверхности и замерзание воды в снежном покрове ведет к его фирнизации и уплотнению.
На склонах гор процессы метаморфизма усложняются из-за неоднородности мощности и плотности снежного покрова и действующих в нем напряжений сжатия и сдвига.
Различие крутизны и ориентировки склонов и неровности рельефа приводит к тому, что процессы метаморфизма снежного покрова могут протекать по-разному даже на относительно близко расположенных друг от друга участках.