Исследовательская работа "Анализ снежного покрова"
В данной работе осуществлён анализ проб снежного покрова, взятых в различных местах города Добрянка.
Просмотр содержимого документа
«Исследовательская работа «Анализ снежного покрова»»
XI муниципальный конкурс научно-исследовательских
и учебно-исследовательских работ учащихся
Управление образования администрации Добрянского муниципального района
Научное общество учащихся «Эврика»
Естественные науки
Исследовательская работа по теме:
«Анализ состояния снежного покрова
Тудвасева Дарья
МОУ «ДСОШ №5» 6 А класс
Добрянка 2010 г.
Анализ состояния снежного покрова города Добрянка
Снег – накопитель загрязняющих веществ.
Талая вода, как загрязнитель почв.
Талая вода, как загрязнитель водоёмов.
Анализ снежного покрова.
Выводы, полученные при анализе снега.
Ни для кого не секрет, что проблема загрязнения окружающей среды очень актуальна в наше время. Практически любая отрасль деятельности человека затрагивает эту проблему.
Одним из основных источников загрязнения окружающей среды является транспорт. В городе Добрянка, помимо личного автотранспорта, количество которого постоянно растет, имеется и достаточное количество грузового транспорта.
Мы живём в умеренном климатическом поясе. Зима в нашем городе отличается большой продолжительностью и суровостью. Средняя дата появления снежного покрова в Прикамье 16-18 октября. Продолжительность снежного покрова составляет 170-190 дней в году. Максимальной высоты снежный покров достигает в конце марта: 80 – 90 см на северо-востоке и 60 – 70 см на юго-западе. (2)
Вдоль автомобильных дорог в снегу за это время накапливается большое количество различных веществ, поступающих с выхлопными газами автотранспорта. Вместе с талой водой они всасываются из почвы растениями, которые быстро растут и развиваются за короткий весенне-летний период. На сколько сильно влияние этих веществ на рост и развитие растений города Добрянка данных нет.
Мы решили исследовать состояние снежного покрова нашего города и по нему оценить состояние атмосферного воздуха в зимний период и качество талых вод.
Снежный покров является эффективным накопителем аэрозольных загрязняющих веществ, выпадающих из атмосферного воздуха.
Концентрация загрязняющих веществ в снежном покрове оказывается на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. (1)
Я решила исследовать состояние снежного покрова нашего города и по нему оценить состояние атмосферного воздуха вдоль улиц нашего города в зимний период.
Объектом исследования в моей работы является снежный покров улиц города. Предмет исследования – загрязнение снежного покрова.
Цель работы: проанализировать уровень загрязнения снежного покрова автомобильным транспортом города Добрянка.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
Изучить литературу по данному вопросу.
Подобрать методики исследования определить этапы работы.
Определить наличие тяжёлых металлов, хлоридов, сульфатов.
Сделать выводы по результатам исследования и создать рекомендации.
Гипотеза: знания, полученные мною в ходе работы над темой, помогут мне сделать рекомендации для жителей города.
2.1. Снег-накопитель загрязняющих веществ.
Скоро наступит весна. Дни станут заметно длиннее, а ночь короче. Снежный покров начнёт таять, а образовавшаяся вода будет стекать в водоемы или впитывается в почву.
Но если эта вода попадет в водоем или впитается в почву, какое влияние она окажет? Какое качество этой воды? И насколько вредна или полезна такая вода?
Сам по себе снег является эффективным накопителем аэрозольных загрязняющих веществ, выпадающих из атмосферного воздуха. При таянье все эти вредные вещества попадают в окружающую среду.
При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. (3)
Таким образом, снег, выпавший в конце ноября, сохранит вредные вещества, которые в нем содержатся, до весны. Весной снег растает, и вредные вещества попадут в окружающую среду.
В горах и полярных областях земного шара снежный покров, постепенно превращаясь в лед, как бы консервирует находящиеся в нем загрязняющие вещества и сохраняет их при благоприятных условиях в массе ледников многие сотни и тысячи лет, становясь своеобразной летописью состава атмосферного воздуха и его загрязнения.
2.2. Источники загрязнения.
Загрязнение снежного покрова происходит в 2 этапа.
Во-первых, это загрязнение снежинок во время их образования в облаке и выпадения на местность — влажное выпадение загрязняющих веществ со снегом.
Во-вторых, это загрязнение уже выпавшего снега в результате сухого выпадения загрязняющих веществ из атмосферы, это автомобильный транспорт и промышленные предприятия.
Взаимоотношение между сухими и влажными выпадениями зависит от многих факторов, главными из которых являются: длительность холодного периода, частота снегопадов и их интенсивность, физико-химические свойства загрязняющих веществ, размер аэрозолей.
Среднее время пребывания в атмосфере антропогенных и природных веществ тесно связано с высотой выброса и физико-химическими свойствами. Время пребывания, как правило, растет с высотой выброса и увеличением дисперсности аэрозольных частиц и составляет от нескольких минут до года и более. (4)
Характерная высота поступления загрязняющих веществ от крупных промышленных предприятий и тепловых электростанций составляет 150 м. Эта оценка учитывает высоту труб, начальный подъем газопылевого факела, распределение мощности выброса по отдельным типам источника. Реальная высота выброса может колебаться в широких пределах, от десятков до сотен метров.
Поступление в атмосферу природных веществ (продуктов ветровой эрозии, летучих соединений, морских брызг) происходит непосредственно с поверхности Земли.
Промышленные предприятия. Промышленные предприятия вносят основной вклад в загрязнение снежного покрова. Они загрязняют как уже выпавший снег, так и еще образующиеся снежинки. Радиус загрязнения довольно велик. Степень загрязнения, на прямую зависит от типа предприятия и от фильтров, которые оно использует.
Основным загрязняющим предприятием в городе Добрянка является Пермская ГРЭС. На предприятии создана мощная система очистки. Однако, 4% атмосферных выбросов предприятия поступают в атмосферу. Так как у нас в Добрянке преобладают западные и северо-западные ветра, то большая часть загрязнений приходится на город. (2)
Автомобильный транспорт. Выброс загрязняющих веществ автотранспортом происходит практически на уровне земли. И на небольшой радиус, но степень загрязнения этого радиуса очень высока.
2.3. Талая вода, как загрязнитель почв.
Тающий снег опасен в первую очередь для плодородия почв.
Весной растениям необходимы «силы» и питательные вещества для интенсивного вегетативного роста, которые в растворенном виде поступают из почвы.
В городах и промышленных районах почва находится в ужасающем состоянии. Вредные вещества, такие как соли тяжелых металлов, хлориды, нефтепродукты, вещества оставшиеся от противогололедных реагентов и другие, впитывающиеся в почву, вместе с талой водой, еще больше ослабляют плодородные силы почв. Тем самым, уменьшая шансы выживания, будущих растений. И с каждой весной качество почв становится еще хуже.
Но почему именно весной? Дело в том что, очищая дороги города, снег сваливают большими кучами, по обочинам. А именно на этих местах весной начинают всходить растения. Тающий сейчас снег токсичен, особенно в больших сугробах, которые долго лежали. Он содержит в себе опасные вещества накопленные за зимний период. Городские власти предприняли усилия для того, чтобы снег не таял в городе, а вывозился за его пределы, но доля этого снега не велика. Его отправили на сухие снегосвалки . Это такие специальные площадки, где снег тает сам по себе, от повышения температуры воздуха. Но ведь эта талая вода уходит в землю, предварительно не очищается, и потому городская почва загрязняется. Нужно создавать плавильные пункты, где талая вода проходит через тройную очистку, а потом сбрасывается в реки. (5)
Из этого можно сделать вывод, что существуют методы, по предотвращению или хотя бы уменьшению загрязнения почв. И они по мере возможности применяются, но пока только в г. Москва. Их не используют даже в крупных городах. Не говоря уже о Добрянке. Увы, этого не достаточно.
2.4. Загрязнение водоемов.
Талая вода может стекать в водоемы и становится их частью. Если вода загрязнена, то все загрязнения попадут в водоем, что представляет большую опасность для животных и человека.
Яркий пример тому, бассейн реки Кама. Он расположен в центральной части Пермского края. Наиболее крупные населенные пункты, выбросы предприятий которых оказывают негативное влияние на загрязнение атмосферы и снежного покрова, находятся на севере, в центре и юге бассейна реки. Непосредственно на севере расположены города Соликамск и Березники. В центре — город – миллионер Пермь. На юге края — территории, где добывают нефть: Оса и Чайковский. На берегах Камы и её притоков располагается и много более мелких городов, посёлков и деревень. (2)
На загрязнение атмосферного воздуха и снежного покрова негативное влияние оказывает транспорт. Вдоль р. Камы практически на всем ее протяжении проходит автомобильная дорога федерального подчинения с достаточно интенсивным движением, связывающая север края с центральными автомагистралями. Выброс загрязняющих веществ автотранспортом происходит практически на уровне земли, и интенсивное загрязнение снежного покрова происходит локально, в непосредственной близости от дороги. Так, только в результате износа автомобильных шин и тормозных колод в снег проникают кадмий, цинк и медь, сажа, копоть, остатки минеральных масел, окислы азота из выхлопа, сложные органические соединения.
В природе вода никогда не встречается в виде химически чистого соединения. Обладая свойствами универсального растворителя, она постоянно несет большое количество различных элементов и соединений, соотношение которых определяется условиями формирования воды, составом водоносных пород. В период половодья загрязненные талые воды с многочисленных дорог устремляются в р. Кама, вызывая кратковременное повышение в воде некоторых ингредиентов до уровня предельно допустимой концентрации (ПДК). Многие из перечисленных веществ накапливаются в донных отложениях водоема. Наиболее опасны кадмий и органические соединения. Они способны вызвать тяжелые органические поражения органов животных и человека, другие являются канцерогенами.
В Приложении №2 приведены наиболее часто проявляемые болезни, связанные с загрязнением воды. (3)
2.5. Анализ снежного покрова в городе Добрянка.
Для анализа снежного покрова города я использовала следующие качественные реакции.
1. Определение сульфатов.
Для этого в пробирку отбирают 2 мл воды и добавляют 1 мл хлорида бария (BaCl2). Помутнение и осадок свидетельствуют о наличии сульфатов. 2. Определение хлоридов.
Для этого в пробирку отбирают 2 мл воды и добавляют 1 мл нитрата серебра. Затем добавляют хромат калия. Нитрат серебра даёт с хлорид-ионами белый осадок.
3. Качественное обнаружение катионов тяжёлых металлов.
Для этого в пробирку отбирают 2 мл пробы и добавляют 1 мл гидроксида натрия. При наличии положительной пробы образуется помутнение в пробирке.
4. Органические загрязнения.
Пробы с водой были поставлены на неделю. Через неделю были зафиксированы результаты. Наличие осадка в пробах говорило об органических загрязнениях.
Источник
Исследование снежного покрова
Актуальность Якутия – самый холодный регион России, где большую часть года лежит снег. Снег является неотъемлемым компонентом природы Якутии, России. Что же представляет из себя снег и снежный покров?
Цель и задачи: Цель: изучить состояние снежного покрова на пробных площадках Задачи: — Узнать что такое снег и снежный покров Сделать описание внешнего состояния снега Определить его физические характеристики Провести качественный анализ снежного покрова — Оценить биостимуляцию снеговой воды методом биотестирования
Снег и снежный покров Снег — это твердые атмосферные осадки, состоящие из мелких ледяных кристалликов и их сростков. Снежный покров — слой снега, лежащий на поверхности почвы или льда, образовавшийся в результате снегопадов в зимнее время. Снежный покров играет одну из главных ролей в формировании климата, особенно для России и Якутии.
Выделяют 9 основных видов форм кристаллов снега
Снежный покров Снежный покров имеет слоистое строение Высота снежного покрова зависит от количества выпадающего снега, от рельефа местности, от плотности снежного покрова, от характера растительного покрова, от силы ветров. За снежным покровом наблюдают по территории России 958 метеорологических станций.
Значение снежного покрова Снежный покров оказывает огромное влияние на климат, рельеф, гидрологические и почвообразовательные процессы, жизнь растений и животных. Он предохраняет почву от глубокого промерзания, поглощает азотистые соединения, удобряя тем самым почву, очищает воздух, поглощая пыль, охлаждает приземные слои воздуха. Снежный покров питает все ледники и многие реки во время таяния.
Исследование снежного покрова на 4 пробных площадках №1 Школьный двор №3 Возле котельной №4 Лес №2 Мой двор
Описание пробной площадки Площадка Мощность слоя, см Вид снега Цвет снега Влажность Твердость 1 Школьный двор 25-26 см Мелко-зернистый белый сухой мягкий 2 Мой двор 55-60 см Мелко-зернистый белый сухой мягкий 3 Около котельной 24-25 см Мелко-зернистый Белый с черными вкраплениями сухой мягкий 4 Лес 34-35 см Мелко-зернистый белый сухой мягкий Выводы: На всех площадках снег мелкозернистый, сухой (образует непрочные комья, ссыпается с лопаты, большей частью рыхлый и рассыпчатый). Самая большая мощность снега в моем дворе и на лесном участке. Самый загрязненный снег около котельной – с черными вкраплениями.
Качественный анализ снежного покрова Проба снега Прозрачность Цвет Наличие взвесей Пробирка 1 прозрачный бесцветный нет Пробирка 2 прозрачный бесцветный немножко Пробирка 3 прозрачный бесцветный Черные вкрапления Пробирка 4 прозрачный бесцветный нет Пробы снега отбирать пробирками. Исследование талой воды: цвет, прозрачность, фильтрование.
Физико-химический анализ Площадка рН талой воды Запах 1 Школьный двор 4 нет 2 Мой двор 4 нет 3 Около котельной 5 нет 4 Лес 5 нет Выводы: рН талой воды определила с помощью универсальной индикаторной бумаги. Норма рН 6,5 – 8,5. Талая вода со всех площадок имеет низкую кислотность (4-5). Вода всех проб не имеет запаха.
Оценка воды методом биотестирования Среди огородников бытует мнение, что для прорастания семян и полива рассады лучше использовать снеговую и дождевую воду. Я решила проверить так ли это на самом деле. В качестве одного из методов биотестирования использовала оценку жизнеспособности семян огурцов (Зозуля).
Результаты биотестирования Снеговая вода со двора Вода из под крана Энергия прорастания (на 3 сутки) Все 3 семени 2 семени % всхожести семян (на 5 день) 100% 67% Длина корешка проростков в сумме 07.03.20 – 2 см 11.03.20 – 3 см 8 мм 07.03.20 – 1см 6 мм 11.03.20 – 1см 7 мм Выводы: гипотеза о том, что в снеговой воде семена прорастают быстрее подтвердилась: всхожесть 100%, длина корешков, замоченных в снеговой воде гораздо длиннее. Цель: проверить гипотезу о том, что в снеговой воде семена огурцов прорастают быстрее.
Источник
Диагностика снежной толщи. Часть 1.
Обязательными условиями адекватной оценки лавинной опасности являются накопленный практический опыт и постоянное повышение уровня знаний. Именно обширные знания в этой сфере дают больше возможностей принимать осмысленные и обоснованные в глазах других членов группы решения. Лавинной службой Баварии уже накоплен достаточный опыт в обучении и повышении уровня квалификации сотрудников местных лавинных комиссий. Наряду с углубленным изучением основных понятий лавиноведения особенное значение сейчас придается внедрению новейших методов анализа снежного покрова и его слоев на основании практических тестов, проводимых на горном рельефе.
В этой статье схематично и в упрощенной форме показано, как на практике работает этот метод. Но такое краткое теоретическое введение в столь сложную тему, конечно, не может заменить образования и практического опыта.
Вот как описывает свои наблюдения при осмотре места потенциального схода лавины и проведении малого блок-теста на занятиях, проводимых Лавинной комиссией Тироля в Штубайских Альпах, руководитель курса обучения Харальд Ридль: «Я вижу слабый, легко разрушающийся тонкий слой; лежащий на нем слой снега — мягкий; слабый слой находится неглубоко от поверхности и состоит из больших кристаллов»
Его вывод — «Самопроизвольный сход лавины маловероятен, но уже при небольшой дополнительной нагрузке можно ожидать схода доски». Полминуты спустя слышится звук просаживания снега — «Ууууууууммм» — на снежной поверхности появляется трещина и из-под курсанта, стоящего вблизи отгороженного для тестов места, вдруг уходит маленькая снежная доска. Более говорящее за себя подтверждение результатов теста и представить трудно.
По типу обрушения лавины делятся на «снежные доски» (Лавины от линии) и лавины из рыхлого несвязанного снега. (Лавины из точки. Рис.(1) Для человека, если он стал причиной схода лавины, наибольшую опасность представляет именно «снежная доска». Это объясняется собственно самим механизмом схода. В то время, как лавина из рыхлого снега, начинается с отрыва небольшого участка склона (точки) и «веерообразно» обрастает объемом, и массой по мере движения (за счет вовлекаемых нижележащих по склону слоев снега), то «снежная доска» сходит одновременно на большей площади, увлекая находящегося на ней человека вместе с собой вниз. При этом линия отрыва такой лавины четко выражена (арочной формы) и в подавляющем большинстве случаев проходит выше того места, где находился нагрузивший склон человек.
В связи с этим логично было начать с рассмотрения именно «снежных досок».
Рисунок 1 — Снежная доска и лавина из рыхлого снега отличаются по форме отрыва
Обязательное условие образования снежной доски — наличие «слабого» слоя.
Для схода снежной доски, наряду с необходимой для ее отрыва крутизной склона, требуется наличие еще двух условий:
— Наличие слабого — т.е. легко разрушающегося при определенной нагрузке — слоя внутри снежного покрова. Подобный слабый слой образует, например:
Иней, возникший на поверхности снега, а после перекрытый последующими снегопадами;
— Слой плотного, связанного, снега т.е. слой, в котором между снежными кристаллами уже успели появиться устойчивые связи лежащий поверх слабого слоя. Примером такого связанного снега может служить снег, переметенный ветром.
Еще в 1992 г. Ханс Гублер (Hans Gubler) и Бруно Сальм (Bruno Salm) выяснили, что для формирования опасной снежной доски с высотой на линии отрыва в несколько десятков сантиметров требуется наличие в снежном покрове равномерного и непрерывного слабого слоя с площадью более 100 кв.м.
Если, зоны слабого слоя имеют меньшую площадь или в непосредственной близости от одной зоны нет других таких же зон, чувствительных к изменениям и нагрузкам, то сход снежной доски исключен, поскольку нет предпосылок приводящих к разрушению слабого слоя.
Толщина снежного покрова над слабым слоем может существенно варьироваться в зависимости от ветрового переноса и конфигурации склона. Соответственно, существуют области, в которых слабый слой расположен довольно близко или наоборот глубоко от поверхности снега. (Рис 2.) Чем ближе к снежной поверхности находится слабый слой, тем больше вероятность его разрушения при дополнительной нагрузке.
Стабильность снежного покрова зависит от устойчивости конкретного слабого слоя к действующей на него в настоящий момент нагрузке. Если предположить, что свойства слабого слоя одинаковы по всей площади его залегания, то стабильность напрямую зависит от того, насколько велико давление, достигающее этот слой.
В качестве примера, можно привести такую форму рельефа как мульда *.
*- Корытообразная форма рельефа в профиле и изометричная или овальная в плане.
Склоны (борта) мульды и ее центральная часть заполненная, как правило, переметенным снегом, имеют различную толщину снежного покрова. Если в мульде есть слой подвергшийся конструктивному метаморфизму снега — глубинная изморозь — то на дне мульды он будет залегать глубже и, соответственно, будет менее подвержен разрушительным нагрузкам, чем на ее боковых склонах или на перегибах в верхней части, где слабый слой находится гораздо ближе к поверхности. Это значит, что стабильность в центральной части мульды гораздо выше, чем на ее боковых склонах, где опасность отрыва доски существенно выше. Стабильность снежного покрова изменяется от центра мульды к ее краям с каждым сантиметром. Именно поэтому результаты блок-теста на сдвиг не могут быть показательными для всего склона, поскольку они всегда зависят от того, на каком именно участке склона был проведен тест.
Вывод: из этого следует, что оценку стабильности отдельного участка нельзя перенести на весь склон. Даже для поверхностного вывода нам потребуется многочисленное повторение таких блок-тестов на сдвиг на разных участках, что приведет к серьезным временным затратам и поэтому для практического использования подходит лишь в очень редких случаях.
Рисунок 2 — над гирями слева направо: высокая стабильность низкая стабильность под красной линией — критичный слабый слой
Осмысление процессов
Задумаемся, а существуют ли в снежном покрове такие факторы, которые все же могли бы позволить нам оценить состояние всего склона на основании теста только одного из его участков?
Эти размышления приводят нас к понятию «осмысление процессов». Это определение было введено в обучающую программу для лавинных служб Баварии профессором Ценке еще в 1989 году и означает выявление и последующий анализ процессов, протекающих внутри снежного покрова.
Для лавинных комиссий, работающих в своих горных районах, часто является проблематичным или невозможным попасть в очаги зарождения лавин для проведения необходимых тестов снежного покрова. Но, тем не менее, поскольку оценка потенциальной опасности необходима, а результаты, полученные при изучении шурфов и тестов на отдельных участках, как уже говорилось, недостаточно информативны, было принято решение сконцентрироваться на выявлении и анализе общих процессов, протекающих внутри снежного покрова. Поскольку эти процессы распространяются не только на конкретный участок склона или отдельный склон в целом, а захватывают большую область данного горного района.
Если при оценке подобных общих процессов принимать во внимание также перепад высот, экспозицию склонов и особенности рельефа, то проецирование результатов тестов отдельного участка на весь склон, становится вполне возможным.
Пример: При изучении снежного шурфа на склоне северной экспозиции на высоте 1500м. обнаружена тонкая прослойка льда. Появился этот слой вследствие дождя и последующего замерзания. Можно предположить, что процесс «дождь + замерзание» имел место не только на конкретном исследуемом участке склона, но и на всей окружающей области. Таким образом, с помощью метода «осмысления процессов» можно предположить, что эта ледяная прослойка имеет большую площадь поверхности и весьма вероятно полностью покрывает данный склон. Знания о том, на какой высоте в данном районе проходит граница снег/дождь, а также о температурных условиях, господствовавших в момент протекания процесса «дождь + замерзание», позволяют нам создать проекцию и для склонов, находящихся на других высотах. Похожие предположения возможны и при других погодных условиях, а также для таких процессов, как образование наста, глубинной изморози под слоем наста, образование поверх наста слоя порошкообразного снега, образование поверхностного инея и т.п.
В работе современных лавинных служб прослеживается тенденция к отказу от используемых многие годы классических послойных, детализированных и очень затратных по времени исследований снежного профиля. Вместо этого ставится целью именно поиск слабых слоев внутри снежного покрова. В случае обнаружения слабого слоя, рассматривается вопрос о его происхождении, т.е. о том, какие именно процессы привели к его образованию, и на этом факте строятся дальнейшие предположения.
Для поиска слабых слоев и их последующей оценки лавинными службами было введено понятие «систематическая диагностика снежного покрова».
Систематическая диагностика снежного покрова
Процесс систематической диагностики снежного покрова — понятие введено в обучающие программы в 1999 году Георгом Кронталером — включает в себя несколько элементов:
1. Упрощенный снежный профиль/ малый блок-тест
Упрощенный снежный профиль предназначен для целенаправленного поиска слабых слоев.
Для этого на склоне выкапывается снежный блок площадью 40х40см. При помощи легких похлопываний лопатой вдоль задней стенки блока по направлению сверху вниз и оценки характера вызванных ими разрушений определяется наличие слабых слоев. (Рис 3.) Высота снежного блока зависит от состояния снежного покрова. Обычно достаточной является глубина около 1 метра. Этот тест, как правило, может быть проведен за несколько минут и его можно проводить даже на пологих склонах. При условии аккуратного и осторожного исполнения тест позволяет даже в мягком снегу выявить находящиеся в непосредственной близости от поверхности слабые слои.
Внимание: этот тест, как и другие, похожие на него методики не дает нам точного представления о стабильности снежного покрова! Он только позволяет обнаружить слабые слои. Единственный тест, позволяющий определить на практике стабильность снежного покрова на конкретном участке склона — это стандартный тест на сдвиг, но, как уже говорилось, его результаты не показательны для определения стабильности снежного покрова по всему склону!
Рисунок 3 — Упрощенный снежный профиль: малый блок-тест
2. Анализ слабых слоев
При анализе слабых слоев в снежном покрове, прежде всего, рассматриваются формы снежных частиц, и определяется наличие связей между ними. При этом классифицирование снежных кристаллов не должно быть слишком детальным и может быть проведено без лупы или других вспомогательных средств. Достаточно определить какому именно изменению — конструктивному или деструктивному метаморфизму* подверглись кристаллы снега, ведь решающим для нас является выявление стоящего за этим изменением процесса.
*- Конструктивный метаморфизм снега — собирательная перекристаллизация снега при значительном температурном градиенте в толще.
— Деструктивный метаморфизм снега — стадия метаморфизма снежного покрова, когда под влиянием процессов перекристаллизации при незначительном температурном градиенте происходит округление снежных кристаллов.
В этом смысле особенно важно выяснить, насколько слабо связан снег в этом слое, насколько велики в нем кристаллы или есть признаки повышенной влажности и связанного с этим нарушения связей между кристаллами.
Следующим шагом является анализ характеристик морфологии склона, на котором мы находимся: высота, экспозиция (солнечная или теневая, подверженность ветру), формы рельефа (наличие гребней, мульд или ребер).
Как именно могли эти факторы отразиться на строении снежного покрова?
На результат нашего анализа должны также повлиять данные о том, насколько «популярен» данный склон — т.е. насколько часто по нему передвигаются люди. Если было обнаружено сразу несколько слабых слоев, то они анализируются по порядку сверху вниз.
3. Оценка слабого слоя.
Она основывается на сравнении текущего состояния снежного покрова, точнее -обнаруженного слабого слоя (слоев) с пятью основными неблагоприятными характеристиками, говорящими о высокой степени лавинной опасности:
— Слабый слой легко разрушается
Слабый слой определяется как легко разрушающийся, если при малом блок-тесте уже при подготовке снежного блока или легком похлопывании лопатой по его задней стенке наблюдается смещение, сдвиг слоев относительно друг друга. Насколько велика сила удара, приводящая к разрушению, в данном случае играет второстепенную роль. Намного важнее для нас является форма поверхности разлома. Именно она дает нам непосредственную информацию о возможности распространения цепной реакции разрушения в слое — чем более гладкой является поверхность (плоскость) разлома, тем легче происходило разрушение кристаллической структуры в данном слабом слое. Чтобы это распознать, важно не повредить поверхность разлома при проведении теста. (Рис. 4)
Рисунок 4 — гладкая (слева) и ступенчатая (справа) поверхность разлома
Неровная или ступенчатая поверхность разлома говорит о том, что слабый слой не является легко разрушающимся.
Тонкий слабый слой
Снежный покров под действием силы тяжести всегда движется вниз по склону. Причем верхние слои, лежащие ближе к поверхности, «ползут» быстрее, чем те, которые залегают на глубине, ближе к земле. Из-за этого постоянного движения вниз по склону между верхним слоем и находящимся под ним слабым слоем возникает напряжение сдвига. Рисунок 5 показывает действие одной и той же, направленной вниз по склону, нагрузки на два, разных по толщине, слабых снежных слоя. Слева толщина слабого слоя составляет всего 1 см, справа — 10 см. Напряжение сдвига, возникающее из-за «сползающего» вниз верхнего слоя при толщине слабого слоя в 10 см, амортизируется, очевидно, гораздо лучше, чем в более тонком слое. Исследование Юрга Швайцера (Jürg Schweizer) и Яна МакКэммона (Ian McCammon) показало, что в более 65% изученных ими несчастных случаев в лавинах, произошедших в Швейцарии, толщина слабого слоя составляла менее 2 см!
Рисунок 5 — Тонкий слабый слой разрушается легче, поскольку не может сопротивляться напряжению так же хорошо, как слой, обладающий достаточной толщиной.
— Глубина залегания слабого слоя не более 1 метра
Чем глубже расположен слабый слой, тем меньшее давление на него оказывает находящийся на поверхности снега человек. Соответственно, чем глубже пролегает слабый слой, тем больше должна быть нагрузка, для того чтобы его нарушить. Юрг Швайцер в своей статье «Лыжник как причина схода снежной доски» (издание «Альпы», январь 1998) пишет: «…на глубине 80см сила, возникающая в результате воздействия веса лыжника, составляет только четверть от той, что подействовала бы на слой, находящийся на глубине 20см от поверхности снега».
Согласно статистике, на 97% лавинных случаев в Швейцарии, высота линии отрыва снежных досок — составляла менее 100 см. Среднестатистическая линия отрыва составляет 45-50 см. Именно на основании этих данных был сделан вывод о том, что при проведении малых блок-тестов толщина снежного блока до 100 см является, как правило, достаточной.
Рисунок 6 — Чем ближе слабый слой к поверхности снега, тем легче он может быть нарушен.
— Верхний слой является мягким
Чем мягче снег, тем глубже в него можно провалиться. Глубоко проваливаясь в снег, мы приближаемся к потенциально возможным слабым слоям, подвергая их гораздо большей нагрузке, чем в случае, если бы подобного глубокого погружения не происходило.
К тому же в мягком снегу нагрузка, исходящая от человека, распределяется только на ограниченную область и направлена преимущественно вглубь снежного покрова. Но чем жестче снег, тем больше действующая сила распределяется горизонтально, вширь.
В качестве примера можно привести жесткий снежный наст, который лучше всего демонстрирует такое горизонтальное распределение силы. Этот эффект приводит к тому, что при воздействии на склон целой группы людей, движущейся по склону без соблюдения безопасных интервалов, нагрузка на склон в той или иной степени суммируется. (Рис. 7)
Рисунок 7 — Отличие уровня нагрузки на снежный покров при мягком и жестком снеге. При мягком снеге нагрузка, приходящаяся на более глубокие слои, выше, чем при жестком снеге
— В слабом слое обнаружены крупные кристаллы
Чем больше размер кристаллов, тем меньшую площадь соприкосновения они имеют. Статистически, как показывают результаты исследования Юрга Швайцера и Брюса Джемисона (Jürg Schweizer, Bruce Jamieson), размер кристаллов более 1,25мм увеличивает вероятность распространения цепной реакции разлома в слабом слое. (Рис. 8)
Рисунок 8 — большие кристаллы способствуют распространению реакции разрушения в слабом слое из-за небольшой площади соприкосновения друг с другом
Продолжение следует.
Георг Кронталер — сертифицированный горный гид, сотрудник Центральной службы лавинного оповещения Министерства окружающей среды земли Бавария. Сотрудник отдела разработки и внедрения методик обучения для альпинистов Немецкого Альпийского Общества (DAV).
Бернхард Ценке — сотрудник Центральной службы лавинного оповещения Министерства окружающей среды земли Бавария.
Источник
Лекция 8. Снежный покров
Возникновение устойчивого снежного покрова. В жизни Земли сезонный снежный покров имеет большое значение. Он покрывает поверхность Земли на площади от 115 до 126 млн. км 2 . Этот своеобразный теплоизоляционный слой отделяет поверхность суши от тропосферы, резко увеличивает альбедо, отражая до 80% поступающей солнечной радиации, и тем самым способствует охлаждению земной поверхности.
Формирование снежного покрова земного шара предопределяется общей циркуляцией атмосферы. С океанов прогретые воздушные массы поступают на охлажденные зимой материки. Это вызывает конденсацию влаги и превращение ее в снег. Особенно возрастает количество твердых осадков, если на пути воздушных течений располагаются хребты (Кордильеры, Скандинавские горы и т. д.).
На наветренных склонах гор происходят адиабатическое охлаждение воздушных масс и большое снегоотложение. При переходе воздушных масс через орографические препятствия они адиабатически нагреваются, поэтому осадков на подветренных склонах гор выпадает меньше.
Анализируя карту распределения снежного покрова на земном шаре, составленную Г. Д. Рихтером и Л. А. Петровой (с дополнениями В. М. Котлякова, 1968), можно установить основные закономерности распространения снежного покрова и продолжительности его залегания (см. практическую работу).
Распределение твердых осадков на территории России.На территории России осадки атлантического происхождения проникают на восток до меридиана озера Байкал, охватывая 79% площади страны, и лишь окраинные восточные районы (21 %) получают осадки тихоокеанского происхождения (см. практическую работу).
Продолжительность залегания снежного покрова.Большая продолжительность зимнего периода и наличие мощного сезонного снежного покрова почти на всей территории России объясняются положением страны преимущественно в умеренном, субарктическом и частично в арктическом климатическом поясах (только окраинные южные районы страны расположены в субтропическом климатическом поясе). Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в пределах России (см. практическую работу).
Южная граница устойчивого снежного покрова в Северной Америке достигает в декабре реки Миссисипи в том месте, где в нее впадает крупнейший правый приток — река Миссури. В Евразии южная граница проходит по проливу Па-де-Кале и Северо-Германскои низменности, северным предгорьям Крыма, Кавказа а на востоке – по северной части полуострова Кореи и острову Хоккайдо.
Высота снежного покрова. В горных районах западного полушария, получающих обильные твердые атмосферные осадки с Тихого океана, высота снега достигает огромной величины. По данным М. Отуотера, на перевале Доннер-Саммит девятиметровые телефонные столбы бывают полностью занесены снегом В горнолыжном районе Алтая в «Зиму большого снега» выпало 15 м снега при средней его высоте 10-12 м. В эту же зиму в Сьеррах выпало 20 м снега. В горнолыжном районе Скво-Велли (Калифорния) в зиму средней снежности выпадает до 10 м снега, такое же количество снега выпадает и в Рио-Бланко (Чили).
Снегопады часто сопровождаются единовременным гигантским приростом высоты снега. В зиму 1965 г., во время «Шторма Столетия» за 8 дней в Чили выпало 6 м снега. В 1962 г. в Рио-Бланко снегопад продолжался 74 ч, выпало 4 м снега, Рио-Бланко не только был погребен под снегом — он был затоплен им.
На территории России высота снежного покрова характеризуется (см. практическую работу).
Метелевый перенос снега.Распределение снежного покрова в горах крайне неравномерно. Оно зависит как от высоты и экспозиции склонов, так и от ветрового режима. Наиболее активно влияет на неравномерность снегонакопления в горах метелевый перенос. В России к районам с повышенной интенсивностью метелевых процессов (средние скорости ветров в 30 -50% случаев превышают 6 — 10 м/сек) относятся арктические острова, побережье Северного Ледовитого океана и все горные районы субарктического пояса (Хибины, Полярный и Приполярный Урал, горы Путорана и крайнего Северо-Востока). Так, на Полярном Урале число дней с метелями превышает 140-160. В высокогорных районах умеренного и субтропического климатических поясов (Кавказ, горы Прибайкалья и Забайкалья) интенсивный метелевый перенос снега зимой наблюдается лишь в верхнем поясе гор, выше границы леса и особенно в нивально-гляциальной зоне.
На участках ветровой и метелевой концентрации снега в горах и в отрицательных формах рельефа накапливаются снежные толщи более 10-15 м, а с крутых скальных выступов и выпуклых форм рельефа снег может сдуваться полностью.
Районирование территории России по высоте снежного покрова.На территории России выделяют пять групп районов, различающихся по высоте снежного покрова:
1. Бесснежные районы (высота снежного покрова 0-30 см). Они занимают значительную часть равнинных территорий юга Европейской части и неширокую полосу вдоль южной окраины Забайкалья и Дальнего Востока. Число дней со снежным покровом в пределах этих районов увеличивается по направлению с запада на восток и с юга на север от 15 — 20 дней на юге (Черноморское побережье Кавказа), 40—80 дней в средней полосе района и на востоке страны — более 140-160 дней.
2. Малоснежные районы (высота снежного покрова 30-50 см) неширокой полосой окаймляют с севера и северо-востока бесснежные районы и предгорья Кавказа, Арктическое побережье в пределах Европейской части России и Западной Сибири, а также равнины и крупные котловины Восточной Сибири.
3. Умеренно-смежные районы (высота снежного покрова 50-70 см) занимают почти все равнины севера европейской части, Западно-Сибирскую низменность, плоскогорья и большую часть среднегорий Восточной Сибири, Северо-Востока, Приморья и восточное побережье Камчатки. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в этих районах от 140 -160 дней западе и юге до 240-260 дней на севере и востоке.
4. Многоснежные районы (высота снежного покрова 70-100 см) занимают значительную часть Кольского полуострова, обширную территорию в Предуралье, в бассейне Енисея (между Дудинкой и устьем Ангары), горы Восточной Сибири, Северо-Востока, Приморья и значительную часть Камчатки. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в этих районах 160 на западе и до 240-260 и более дней на севере и востоке страны.
5. Исключительно многоснежные районы (высота снежного покрова более 100 см) расположены в основном в районах высокогорий южного пояса гор, в водораздельной полосе и приводораздельной части западного склона Урала, в центральной части Средне-Сибирского плоскогорья и гор Путорана, в восточной части Камчатки. Продолжительность залегания устойчивого снежного покрова в этих районах от 130-140 до 160-200 дней в горных районах юга европейской части России, на востоке страны — от 200 дней в районах Центральной Сибири до 260-280 дней на Северо-Востоке, в Приморье и на Камчатке.
В районах южного пояса гор в распределении снежного покрова отчетливо выражена высотная поясность: происходит последовательная смена поясов от малоснежных в предгорьях до исключительно многоснежных в высокогорьях.
Необходимо отметить, что внутри многоснежных и исключительно многоснежных районов могут быть выделены районы с особенно высоким снежным покровом, значительно превышающим 200-300 и более сантиметров. Исключительно большой мощности снежный покров достигает в местах схода лавин, в среднегорных и особенно высокогорных районах южного пояса гор и особенно на их наветреных макросклонах.
Стратиграфия снега как показатель особенностей природы.Послойное изучение снежного покрова свидетельствует о том, что стратиграфия снежной толщи хорошо отражает условия снегонакопления, характер грунта и запасов тепла в нем, изменения погодных условий в течение зимы. Изучение стратиграфии снежного покрова с юга на север и с запада на восток на территории России показало, что в ней отражены зональные черты природы. Размеры и форма кристаллов снега, выпавших из атмосферы и составляющих снежный покров в данной местности, зависят от условий нижнего слоя атмосферы. Стратиграфия снежной толщи является функцией физико-географических условий. Снежная толща, находясь постоянно под воздействием физико-географической обстановки, подвергается процессам диагенеза, приобретает все новые и новые свойства.
Объективными показателями, отражающими влияние внешних условий на строение, состав и свойства снега, являются:
1) общий характер стратиграфического разреза толщи (структура и текстура слоев, а также их взаимное расположение в разрезе);
2) количественные показатели структуры снежного покрова — форма и размеры кристаллов, плотность слоев, контактная и эффективная поверхности зерен, кристаллов или их агрегатов.
Значение снежного покрова для географической среды.Снежный покров оказывает огромное влияние на природные особенности территории: на климат, гидрологические процессы, формирование специфических форм рельефа, почвообразование, жизнь растений и животных .
1. Влияние снежного покрова на состав приземных слоев водуха. Снежный покров нарушает нормальный газообмен между приземными слоями воздуха и почвой, а также изолирует почву от глубокого промерзания. Благодаря этому некоторые растения под снегом даже вегетируют. Рыхлая поверхность снега и инея поглащают азотистые соединения, поэтому снеговые воды удобряют почву.
2. Влияние снежного покрова на запыленность и прозрачность воздуха. Снежинки адсорбируют носящиеся в воздухе пыль и вредные газы и тем самым очищают воздух. Скопление пыли в толще снега способствует усиленному его таянию, в результате чего в окрестностях крупных промышленных центров снежный покров в радиусе около 30 км сходит на-две недели раньше, чем в более удаленных от промышленных предприятий территориях. Это свойство снега особенно важно в связи со все увеличивающимся загрязнением атмосферы.
3. Влияние на температурный режим приземных слоев воздуха. Благодаря высокому альбедо снега температура поверхности снежного покрова обычно ниже, чем температура поверхности почвы и температура нижних слоев воздуха. Поэтому над снежной поверхностью наблюдаются температурные инверсии.
4. Влияние на атмосферное давление. Скопление холодного и плотного воздуха над снежной поверхностью способствует возникновению антициклональных систем большой устойчивости.
5. Влияние на влажность воздуха. Так как поверхность снега имеет более низкую температуру, чем прилежащий воздух то, как правило, наблюдается конденсация водяного пара на поверхности снега, вследствие чего снежный покров иссушает воздух.
Снежный покров имеет большое значение и для гидрологических процессов.
1. Снежный покров принимает существенное участие в питании рек, большинство величайших рек России относится к рекам снегового питания.
2. Снег, как уже говорилось, легко перераспределяется ветром. Метелевый перенос снега может способствовать огромной концентрации снега в отрицательных формах рельефа, питать ледники. Концентрация снега приводит к усилению овражной эрозии в лесостепной и степной зонах.
3. Снег, накапливающийся на поверхности ледяного покрова озер и рек, благодаря своим высоким теплоизоляционным свойствам препятствует нарастанию мощности льда.
Рельефообразующая роль остатков снежного покрова — снежников определяет то, что при пятнистом залегании снежного покрова резко возрастают перепады температуры в окраинных участках снежных полей, в результате чего усиливается морозное выветривание. Чем дольше в теплое время года существуют снежные пятна, тем значительнее влияние их на рельеф. Сплошной снежный покров консервирует рельеф, так как препятствует развитию эрозионных процессов.
Продолжительность залегания снежного покрова способствует естественному отбору растений по степени морозоустойчивости. Например, надежным признаком лавинной опасности отдельных участков территории является обнаружение неожиданного состава растительности, свойственной более высоким растительным зонам, в местах долгого залеживания лавинного снега.
Снежные мелиорации.Снежные мелиорации — эффективный способ повышения производительности земледелия. Они способствуют улучшению теплового режима и увлажнению почвогрунтов.
Главная задача при снежных мелиорациях — защита посевов яровых и зимующих культур. Снежный покров создает запасы влаги к началу сева ранних яровых культур и предопределяет температурный режим почвы в зимнее время.
Показателем условий для перезимовки озимых культур служит средний из абсолютных минимумов температуры почвы на глубине 3 см (глубина залегания узлов кущения, от жизнедеятельности которых зависит перезимовка растений). Нормальная перезимовка озимых протекает при температуре почвы на глубине залегания узла кущения от 15 до 5°С. Минимальные температуры ниже и выше этих температур приводят к гибели озимых.
Источник