Снежный покров

Толщина — снежный покров

Cтраница 1

Толщина снежного покрова не должна превышать 100 мм.  

Массовую толщину снежного покрова определяют по отношению регистрируемой интенсивности гамма-поля при его наличии и отсутствии. Практически способ реализуется путем облета данной территории по заданным профилям и на заданной высоте.  

При толщине снежного покрова более 0 2 м вдоль заносимых участков устраивают снежные траншеи плужными двухотвальными снегоочистителями, бульдозерами, кусторезами, прицепными угольниками с тракторной тягой.

Траншеи и валы применяют в равнинной и слабопересеченной местности, где рельеф не затрудняет их прокладку. Устраивают их в тихую погоду или при слабом ветре.  

Ясн — толщина снежного покрова; Я сн — коэффициент теплопроводности снега, который изменяется в зависимости от толщины снегового покрова и плотности снега.  

По длине трассы толщина снежного покрова сильно изменяется. Поэтому теплообмен будет различным на разных участках, а следовательно, будут изменяться и теплофизические свойства грунта. Кроме того, необходимо учитывать, что при высокой температуре нефти происходит оттаивание снега над трубопроводом. В этом случае теплофизические характеристики грунта резко изменяются не только потому, что грунт находится в талом состоянии, но и из-за дополнительного увлажнения. Теплопотери трубопровода при этом значительно возрастут. Не представляется возможным учесть влияние всех факторов, определяющих весьма сложный процесс перемещения влаги в грунте и, таким образом, оценить сезонное изменение коэффициента теплопроводности грунта. Экспериментальное определение ЯГр из-за большого объема работ также затруднительно. В связи с этим во многих случаях и особенно для трубопроводов, условия работы которых из года в год изменяются незначительно, может быть полезен метод, согласно которому изменение коэффициента теплопроводности определяется по диспетчерским данным эксплуатации за предыдущие годы. Такие данные, кроме того, могут быть использованы при проектировании новых трубопроводов с близкими условиями работы. Таким образом, материалы, накопленные для различных трубопроводов, позволят более обоснованно подходить к выбору тешюфизических свойств грунта.

На западе же степи толщина снежного покрова превышает 30 см. Более того, во время оттепелей снег часто образует очень прочный наст, и тогда скот гибнет от бескормицы. В связи с этим скотоводы вынуждены летом гонять скот на горные пастбища — джейляу, а на зиму — заготавливать сено. Вспомним, что обитавшие в Причерноморье половцы имели постоянные зимовья и потому находились в зависимости от древнерусских князей, ибо, скованные в передвижении, они не могли уклониться от ударов регулярных войск.

Зимой осадков мало и толщина снежного покрова относительно невелика.  

Под расчетной понимается такая толщина снежного покрова, которая может быть превышена на линиях I и II категорий один раз в 100 лет и на линиях III категории — раз в 20 лет. На станциях, разъез; да х, обгонных пунктах поперечные профили земляного полотна по высоте проектируют исходя из отметки верха земляного полотна по оси главного путе.  

Требуется найти зависимость между толщиной снежного покрова и толщиной слоя ила.  

В сезон снегопадов периодически проверяется толщина снежного покрова на крышах, а также наличие наледей и источников их появления; в целях предотвращения возникновения аварийных перегрузок покрытий организуется систематическое удаление снега и наледей с крыш зданий и сооружений.  

Насыпи, превышающие по высоте толщину снежного покрова с учетом снега, сброшенного с пути снегоочистителями, также являются незаносимыми. На двухпутных и многопутных насыпях высотой более 12 м возможны лишь небольшие отложения снега с подветренной стороны из-за отклонения ветра вверх и затишья над насыпями.  

Физические свойства снега и снежного покрова

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

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

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

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

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

Расчетные формулы для определения плотности снега построены на обобщении эмпирических данных. Одной из первых удачных формул, полученных в начале нашего столетия, является формула Абэ

ρ = a · 10bz, (2.43)

где a = 185,4; b = 0,545; z — глубина от поверхности снега, м.

Для практического пользования формулу (2.41) удобнее записать в следующем виде:

lg ρ = lg 185,4 + 0,545 z.

Формула для расчета плотности снега в зависимости от его пористости и влажности

ρ = ρл (1 — n) + knρв, (2.44)

где k — степень наполнения пор снега водой, изменяющаяся от 0 до 1; п — пористость снега; ρв и ρл — соответственно плотность воды и льда.

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

По В.Д.Комарову средняя плотность снежного покрова в Европейской части России в конце зимы на севере находится в пределах 220 — 280 кг/м3; в средней полосе — в пределах 240 — 320 кг/м3; на юге — в более широких пределах, 220 — 360 кг/м3, что объясняется наличием перемежающихся оттепелей.

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

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

Плотность снега в снежниках изучалась В.Л.Шульцем в горах Средней Азии, где в период снеготаяния она достигает 750 кг/м3.

Пористость снежного покрова обусловлена наличием большого количества промежутков между кристаллами льда, образующих сообщающиеся между собой поры и пронизывающих снежный покров во всех направлениях. О размерах пор в снежном покрове надежных сведений нет. Пористость выражают в процентах и вычисляют по формуле

n = 100 (1 – ρ/ρл), (2.45)

где ρ и ρл — соответственно плотность снега и кристаллического льда.

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

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

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

е. от структуры снежного покрова.

Движение гравитационной воды в снежном покрове ламинарное и, вероятно, подчиняется закону Дарси. Следовательно, характеристикой водопроницаемости является коэффициент фильтрации. Коэффициент фильтрации в снежном покрове, по-видимому, различен по горизонтали и по вертикали. Полученные опытным путем значения коэффициента фильтрации снега, (1…6)·10-3 м/с, являются ориентировочными.

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

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

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

3. Тепловые свойства снега. Определение тепловых характеристик снега и прежде всего коэффициентов тепло- и температуропроводности (λ и a), удельной теплоемкости (c) представляет очень большие трудности. Вместе с тем эти характеристики играют исключительную роль в природе. Сложность определения тепловых характеристик обусловлена сложностью строения снежного покрова. Тепловые характеристики снега определяются или в лабораториях, или в полевых условиях.

Одно из первых определений тепловых характеристик снега, не потерявших значения до настоящего времени, было выполнено Г.П.Абельсом в 1893 г. в Свердловске. Абельс определил коэффициенты тепло- и температуропроводности снега на площадке обсерватории по ежечасным наблюдениям за температурой снега, выполненным на глубинах 5 и 10 см. При этом он считал, что суточный ход температуры на поверхности снега выражается простой синусоидой. Полученные зависимости для λ и a имеют вид:

λ = 2,85 · 10-6ρ2; а = 4,85 · 10-6ρ, (2.46)

где ρ — плотность снега.

Формулы Абельса дают удовлетворительные результаты при ρ < 350 кг/м3. Для случая когда ρ > 350 кг/м3, эти коэффициенты были определены А.С.Кондратьевой в лабораторных условиях:

λ = 3,56 · 10-6ρ2; а = 6,05 · 10-6ρ. (2.47)

Удельная теплоемкость сухого снега принимается равной удельной теплоемкости льда и определяется по формуле (2.39).

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

Коэффициент поглощения солнечной радиации снегом также высокий; поглощается она самым верхним слоем снега и поэтому не доходит до его подстилающей поверхности.

4. Электрические, радиоактивные и акустические свойства снега в последнее время приобретают все большее значение, но они пока изучены недостаточно.

Сухой снег, прежде всего, характеризуется малой электрической проводимостью, что позволяет располагать на его поверхности даже не изолированные провода. Выполненные исследования для сухого снега плотностью порядка 100 — 500 кг/м3 при температуре от -2 до -16 °С показали, что удельное электрическое сопротивление ρэ довольно высокое (2,8·105 — 2,6·107 Ом · м) и близко к удельному сопротивлению сухого льда. Напротив, влажный снег обладает малым электрическим сопротивлением, падающим до 10 Ом·м.

Сухой снежный покров является диэлектриком. Диэлектрическая проницаемость снежного покрова ε зависит от частоты электромагнитных волн, их длины и от состояния снега (температуры, плотности, структуры, влажности). Диэлектрическая проницаемость снега значительно меньше, чем льда (εол = 73… 95, ε∞л =3… 8), и увеличивается с возрастанием его плотности и влажности.

Акустические свойства снега проявляются, например, в скрипе под лыжами, полозьями саней, под ногами пешеходов и в других случаях. Скрип снега зависит от его плотности, давления на него и от его температуры. Замечено, что скрип слышен при температуре от -2 до -20°С; ниже этой температуры скрип не слышен. Связь скрипа с температурой можно объяснить тем, что с понижением температуры увеличивается прочность снежных кристаллов и поэтому излом их под давлением сопровождается звуком. При температуре ниже -20°С снежинки достаточно прочны и очень мало ломаются под давлением.

Скорость звука в снеге измерялась различными способами. Установлено, что она зависит от плотности снега. Например, при ρ=125 кг/м3 получена скорость υ=227 м/с, а при ρ=280 кг/м3 υ=207 м/с. Таким образом, скорость распространения звука в снеге при одной и той же структуре обратно пропорциональна плотности снега. Замечена также незначительная связь скорости распространения звука от температуры снега. При t = 0°С и t = -23°С скорость распространения звука соответственно составляет 247 и 230 м/с. При одинаковой плотности коэффициент отражения увеличивается с увеличением частоты.

5. Механические свойства снега имеют большое значение при использовании его в качестве строительного материала, при транспортировке по нему грузов, а также при изучении снежных лавин.

Предельное сопротивление снега сдвигу определяется силами сцепления между его зернами и силами внутреннего трения, которые, в свою очередь, зависят от плотности, строения и температуры снега, а также от условий его нагружения и деформирования. Оно определяется по формуле

Pτ = C + fP, (2.48)

где C — сила сцепления; f — коэффициент внутреннего трения; P — сила нормального давления на поверхности среза.

Сила сцепления снега определяется в природных условиях по усилию, которое необходимо приложить к образцу для среза его по горизонтальной плоскости. Исследования показали сравнительно незначительное увеличение силы сцепления свежего снега до (0,01… 0,02)·105 Па в зависимости от его плотности. При дальнейшем увеличении плотности от 300 до 500 кг/м3 сила сцепления возрастает более значительно и находится в пределах (0,05… 0,5)·105 Па.

Трение скольжения по снегу характеризуется коэффициентом кинетического трения fк. Он определяется при движении тела и значительно меньше коэффициента трения покоя f. Этот коэффициент зависит от температуры, структуры и плотности снега, размеров скользящего тела и передаваемой на снег нагрузки, скорости скольжения, а также от вида материала и характера обработки скользящей поверхности.

Установлено, что зависимость трения скольжения по снегу различных тел от температуры снега неоднозначна. Наилучшие условия для движения лыж и саней наблюдаются при температуре от -3 до -10°С. С увеличением плотности снега и скорости движения коэффициент трения скольжения уменьшается. Для деревянных полозьев он порядка 0,02 (по П.П.Кузьмину), стальных — 0,07 (по К.Ф.Войтковскому), тефлоновых — 0,05. При температуре снега, близкой к 0°С, наблюдается другое явление — его прилипание к полозьям приспособлений.

Сопротивление снега растяжению исследовалось по разрыву образца от собственного веса путем пропиливания заранее намеченной шейки. Свежевыпавший снег оказывает небольшое, практически равное нулю сопротивление разрыву, а в уплотнившемся снеге сопротивление разрыву возрастает с увеличением плотности и достигает значения 0,027·105Па. Сопротивление разрыву влажного снега меньше, чем сухого. В целом сопротивление снега разрыву зависит от его температуры, плотности и структуры.

Сжатие снега под действием нагрузки является одной из его характеристик. В опытах установлено, что слежавшийся сухой снег разрушается при нагрузке около 1,5·105Па. Прочность снега значительно увеличивается после добавления воды и замерзания ее. После замерзания добавленной воды в количестве 10% (по массе) разрушающая нагрузка увеличилась до 3,2·105Па. Предел прочности на сжатие слежавшегося уплотненного снега при t = -10°С составлял (5… 8)·105Па. Обледенелый снег выдерживает значительно большие нагрузки (10… 15)·105Па. Несомненно, что прочность снега на сжатие зависит от его плотности, но надежных данных по этому вопросу нет.

Твердость — это свойство вещества сопротивляться внедрению в него другого тела, теоретически не деформируемого. Она характеризует прочность снега и, в частности, несущую способность снежного покрова. Мерой твердости является размер следа (царапина, углубление), оставляемого на исследуемом материале абсолютно (условно) твердым телом, внедряемым под определенной нагрузкой.

По техническим условиям, в зимних снеговых дорогах плотность и твердость снега, как минимум, должны быть равны 600 кг/м3 и 106Па.

Вязкость снега играет большую роль в процессах формирования снежных обвалов. Свежий снег обладает большей пластичностью и меньшей вязкостью по сравнению с плотным снегом и тем более с льдом. Укрупнение зерен снега — фирнизация — ведет к уменьшению его пластических свойств.

По данным Иосида и Хузиока (Япония), вязкость снега, как функция плотности снега, при температуре от -1 до -3°С и от -5 до -13°С соответственно может быть определена по эмпирическим формулам:

Протокол проведения исследования

  1. Исследование проводится на участке размером не менее 10х10 м, на котором снег не утоптан и на который не сваливали снег с дорожек.
  2. Выберите место, где вы будете исследовать плотность снежного покрова. Вонзите рейку в снег, чтобы она достала до земли, и считайте показания.
  3. Выройте яму в снегу размером 1х1 м. Выбранный из ямы снег отбрасывайте в сторону, чтобы передняя стенка ямы была ровной и отвесной, и на поверхность снега за этой стенкой не попадал снег, выброшенный Вами из ямы. Отметьте на стенке границы между слоями мощностью по 10 см; это можно сделать, например, втыкая в снег спички.
  4. Сделайте фотографии вашей опытной площадки, снежной ямы, сфотографируйте все этапы исследования.
  5. С помощью приготовленной вами ёмкости для отбора пробы снега зачерпните снег из одного и слоёв. Будьте внимательны! Вы не должны специально уплотнять снег в ёмкости или насыпать его «с горкой». Вы можете взять пробы из нескольких слоёв, если снежный покров у вас достаточно мощный. В результате у Вас может оказаться несколько сосудов со снегом из разных слоёв. Для каждой пробы вы будете заполнять отдельную анкету.
  6. Поставьте ёмкости со снегом в тепло (не забудьте пометить, из какого слоя снег в каждой ёмкости). Когда снег растает, измерьте объём талой воды из каждой ёмкости мерным цилиндром, а результаты запишите в рабочий журнал (наиболее точные результаты получатся при взвешивании на весах). Чтобы измерить объём воды с помощью весов, сначала взвесьте ёмкость с талой водой, потом вылейте воду и взвесьте ёмкость. Вес пустой ёмкости вычтите из результатов первого взвешивания. Так вы определите вес талой воды.
  7. Заполните анкету проекта.
  8. Целью исследования является определение плотности и удельного объёма снега. Именно для этого мы растопили снег.

    Мы принимаем массу талой воды равной объёму воды, поскольку плотность воды 1 грамм на кубический сантиметр. Чтобы узнать плотность снега необходимо массу талой воды разделить на объём набранного снега. Эта величина будет подсчитана автоматически после отправки анкеты. Размерность плотности снега в нашем проекте грамм на кубический сантиметр.

  9. Так как объём снега всегда больше, чем объём образовавшейся при его плавлении воды, то плотность снега всегда меньше единицы. Чтобы не иметь дела с дробями, часто используют величину, обратную плотности. Отношение единицы объёма к единице массы называют удельным объемом. Так, если при таянии 1 литра снега получилось 125 кубических сантиметров воды, плотность снега будет 125/1000 = 0,125 грамм на кубический сантиметр, а удельный объем будет равняться 1/0,125 то есть 8 сантиметров кубических в грамме. Чтобы узнать удельный объём снега из вашей пробы вам надо 1 разделить на вычисленную вами плотность снега. Эта величина будет рассчитана автоматически после отправки анкеты.
  10. Участвуйте в обсуждении результатов проекта в форму проекта и в Дневнике исследователя.

Образование снежного покрова

Снежный покров формируется главным образом за счет твердых осадков (атмосферного льда). Образование ледяных частиц на твердых ядрах требуют затраты большей работы, чем образование капелек воды, поэтому вероятнее всего, что ледяные зародыши возникают в жидкой фазе (через конденсацию).

После завершения стадии роста ледяных частиц они выпадают из облака, образуя у поверхности земли в зависимости от температурных условий твердые или жидкие осадки. Процесс формирования снежного покрова начинается в условиях отрицательного теплового баланса подстилающей поверхности. Основным источником формирования являются твердые осадки. Иногда в пополнении водных запасов снежного покрова играют некоторую роль жидкие осадки, если они выпадают при уже сформировавшемся снежном покрове, и часть их, удержанная снегом, переходит в твердую фазу.

Снежным покровом называется лежащий на поверхности земли слой снега, образованный при снегопадах. Следует отметить, что снежный покров образуется не только из льда, выпадающего из облаков. Частично он может пополняться за счет льда, образующегося непосредственно на земных предметах, на поверхности земли, а иногда и на поверхности снега (конденсация).

Однако в том и в другом случае это будет лед атмосферного происхождения.

Первый выпавший снег лишь в редких случаях остается лежать всю зиму; чаще всего осенью, при возврате теплых дней, снег неоднократно стаивает и затем вновь выпадает. Промежуток времени между выпадениями первого снега и установлением снежного покрова на зиму называют периодом неустойчивого осеннего снежного покрова, или предзимьем.

За период устойчивого снежного покрова условно принимается такой период времени, когда снег, в многолетнем среднем выводе, остается лежать, не стаивая, не менее трех декад подряд. В течение этого периода происходит более или менее непрерывное нарастание толщины снежного покрова. По достижении максимума толщины начинается быстрое разрушение и таяние снежного покрова. Нередко при возвратах весенних холодов снегопады создают вновь непродолжительный снежный покров. Этот период временного весеннего покрова называют периодом весеннего неустойчивого снежного покрова, или послезимья.

Процесс выпадения снега называется снегопадом. Строение молодого снежного покрова и его свойства в значительной мере зависят от характера снегопада.

Свежевыпавший снег предохраняет снежный покров от непосредственного воздействия на него метеорологических факторов (солнечных лучей, ветра, дождя, таяния и замерзания).

На процесс расслоения снежного покрова и дифференциацию физических свойств различных слоев снега наряду с метеорологическими факторами и температурным градиентом в толще снега косвенное влияние оказывает также характер распределения снегопадов во времени их интенсивность.

Необходимо отметь весьма важное для формирования снежного покрова следующее обстоятельство. Образование снежинок и других видов твердых гидрометеоров в свободной атмосфере может происходить в любое время года и над любыми широтами, так как известно, что уже на высоте 1-2 км в умеренных широтах и 4-5 км в экваториальных в течение круглого года господствуют отрицательные температуры. С другой стороны, известно также, что снежный покров образуется лишь на тех участках земной поверхности, где температура приземного слоя воздуха в течение более или менее длительного времени держится ниже точки плавления льда. Поэтому при прочих равных условиях, например при постоянстве условий образования и выпадения твердых осадков, появление и исчезновение снежного покрова на поверхности земли определяется одним важнейшим и решающим фактором – тепловым балансом подстилающей поверхности. Твердые осадки накапливаются и являются материалом для формирования нового снежного покрова или для увеличения запасов старого в том случае, если они выпадают на подстилающую поверхность, температура которой не выше 0°, а общий приходо-расход (баланс) тепла отрицателен. При переходе теплового баланса от отрицательных его величин к положительным и прогревании подстилающей поверхности до 0° происходит подтаивание снега. Расход снега вследствие таяния в зимний период наблюдается во время оттепелей. В промежутках между снегопадами снег может убывать также за счет испарения (возгонки).

В ходе величин запасов воды в снежном покрове можно отметить лишь общую тенденцию их увеличения от начала к концу зимы. В ряде районов этот ход может сильно нарушаться зимними оттепелями, во время наступления которых иногда сходит значительная часть снега, а то и весь снежный покров.

В связи с этим следует различать: области с постоянным снежным покровом, где снег не успевает растаять за теплый период; области с временным снежным покровом, где снег, накапливаясь в холодное время года, летом полностью стаивает, и области, лишенные снежного покрова, где температура нижних слоев воздуха постоянно выше 0° и снежный покров образоваться не может. В нашей работе мы будем говорить об области с временным снежным покровом.

Основные условия, определяющие структуру и физические свойства снежного покрова

Разнообразие физико-механических свойств снежного покрова зависит как от условий его образования, так и от происходящих в снежном покрове изменений. Изменчивость снежного покрова в пространстве и времени чрезвычайно затрудняет его изучение и создает большие трудности в разработке более или менее исчерпывающей его классификации.

Структура и физико-механические свойства снежного покрова зависят от следующих факторов:

1) характера и формы выпадающих ледяных кристаллов (снежинок), зависящих от метеорологической обстановки в момент образования снега;

2) степени деформации снежинок во время падения;

3) изменения снежного покрова в связи с оседанием инея и изморози и испарением;

4) от уплотнения снежного покрова за счет силы тяжести, подтаивания снега с последующим замерзанием, перекристаллизации снега и фирнизации, механического воздействия ветра и метелей;

5) изменения снега под действием жидких осадков;

6) включения в снежный покров механических примесей (минеральных частиц и пр.);

7) характера подстилающей снег поверхности почвы, ее состояния под снегом (промерзания и пр.)и температурного режима внутри снежного покрова.

Разнообразные сочетания перечисленных основных условий в различных местностях и в различные периоды зимы определяют многообразие физических свойств снежного покрова.

Влияние характера подстилающей снег поверхности и температурного режима внутри снежного покрова

Вследствие малой теплопроводности снега, при достаточной его толщине почвогрунты часто находятся в незамерзшем состоянии; в то же время в верхних слоях снежного покрова при морозах наблюдаются низкие температуры. Такое распределение температур приводит к тому, что водяные пары, содержащиеся в снежном покрове и талой почве, перемещаются из нижних слоев в верхние, где и конденсируются. В результате такого перемещения на поверхности снежного покрова образуется плотный наст, а у поверхности земли снег приобретает зернистую структуру фирнового снега. Если под снегом находится промерзший грунт с низкими температурами, во время оттепелей и весной водяные пары перемещаются из верхних слоев в глубокие. В этом случае в припочвенных горизонтах происходят уплотнения и фирнизация снега, а иногда и образование ледяной корки на поверхности почвы.

Замедленная передача тепла в снежном покрове приводит к тому, что при резких колебаниях температур воздуха разница в температурах различных слоев снега достигает нередко значительной величины. Это обстоятельство приводит к сложным процессам внутриснегового перемещения влаги и на различных глубинах корочек более плотного снега или даже льда, изменению крупного зерна в снеге и вообще к значительному изменению структуры снега.

Так как в период накопления снежного покрова все перечисленные ранее факторы действуют, в зависимости от метеорологической обстановки, с разной интенсивностью и продолжительностью, снежный покров приобретает весьма сложное слоистое строение. Зная процессы формирования снежного покрова и физические свойства снега, отлагающегося при различных условиях, можно по разрезу снежного сугроба восстановить характер метеорологической обстановки в период снегонакопления.

Романов А.В. 1

1 г.Пермь, МАОУ «Лицей №4», 2 «Б» класс

Лунегова И.В. (г. Пермь, МАОУ «Лицей №4»)

1. Бирюкова А.Ю. Большая энциклопедия школьника «Планета Земля». — М., «Издательство Росмэн-Пресс», 2001 г.

2. Веретенникова С.А., Клыков А.А. «Четыре времени года». — М., «Просвещение», 1996 г.

3. Маркин В.А. Детская энциклопедия «Я познаю мир». — М., ООО «Издательство АСТ», 2001 г.

Мы живем в снежном Пермском Крае. Каждую зиму у нас выпадает много снега. Снег – это удивительное явление природы, которое приносит нам много удовольствий.

Мы всей семьей очень любим отдыхать зимой на природе среди снега, гулять в лесу, строить снеговика, кататься на лыжах и коньках.

Снег – это развлечения для взрослых и детей. Нет ничего лучше, когда приходишь с зимней прогулки весь в снегу, и щеки горят от мороза. Мне захотелось побольше узнать о его красоте и неповторимости.

Цель, задачи проекта

Цель

Доказать, что снег хранит тепло, может менять цвет, приносит пользу и вред природе и человеку. Узнать, как можно сделать искусственный снег.

Объект исследования: снег.

Предмет: свойства снега.

Гипотеза: если познакомиться со свойствами снега, то можно раскрыть некоторые его тайны и определить его значение в природе и для человека.

Задачи:

1) Изучить условия образования и виды снега.

2) Выделить свойства снега.

3) Провести опыты и эксперименты по плотности снега, сохранению тепла и изменению снега под влиянием температуры.

4) Выяснить пользу и вред снега.

Методы исследования:

Изучение литературы.

Наблюдение.

Проведение опытов.

Мне необходимо собрать информацию и обработать её. Для этого я могу спросить у взрослых, посмотреть в энциклопедиях, интернете, понаблюдать в окружающем мире.

Условия образования снега

Снег — это не просто замерзшая вода. Это миллионы ледяных кристаллов, которые хранят ту форму, что получилась при замерзании.

Снег образуется при замерзании водяного пара, содержащегося в атмосфере.

Вначале появляются крошечные кристаллики, чистые и прозрачные. Следуя за воздушными течениями, они перемешиваются в воздухе во всех направлениях. Постепенно эти кристаллики «приклеиваются» друг к другу, пока их не наберется сотня или даже больше.

Когда размеры смерзшихся льдинок оказываются достаточно большими, они начинают медленно опускаться на землю .

Виды снега

Снег бывает разный: влажный — воздушный и мокрый, тронутый оттепелью и замерзший в корку после оттепели или дождя. Сыпучий, промерзший, перистый — нежный и кристаллический, осаживающийся инеем.

Пухляк – это недавно выпавший, нетронутый мягкий снег. Порошок, маленькие снежинки и кристаллы формируют мягкие и гладкие поверхности в горах.

Жесткий снег – следующая стадия пухляка. В снегу образуются колеи. Свежевыпавший снег становится «пересеченной местностью» с неровной поверхностью, твердыми комьями снега и скользкими фрагментами.

Наст – это корка твердого снега, накрывающая мягкий снег. Наст формируется под влиянием солнца и ветра, которые плавят верхний слой пухляка, а затем холодный воздух замораживает его обратно. Когда температура воздуха становится выше нуля, снег начинает таять и наполняется водой. Из-за этого отдельные снежные кристаллы начинают слепляться в комки льда. Получается мокрый снег .

Свойства снега

Снег имеет белый цвет по той же причине, по которой кажется белым толченое стекло и вообще всякие измельчённые прозрачные вещества. Цвет этот обусловлен тем, что лучи света, проникая в мелкие кусочки прозрачного льда, не проходят сквозь них, а отражаются внутрь на границах льдинок и воздуха. Поверхность же, беспорядочно рассеивающая во все стороны падающие на неё лучи, воспринимается глазом как белая.

Если промежуток между снежинками заполнить водой, снег утрачивает белый цвет и становится прозрачным.

В начале зимы снег белый, а со временем темнеет, прежде всего, потому, что на нем осаждаются пыль и сажа, имеющиеся в воздухе. Потемнение снега означает, что он стал меньше отражать солнечных лучей, и значит, больше поглощать их. Грязь снижает светоотражающие свойства снега и нагревается под действием солнечных лучей, заставляя снег таять.

Свойства снега очень сильно зависят от температуры, давления и общей погоды.

В снегу между отдельными снежинками имеются большие промежутки, которые заполнены воздухом. Воздух между снежинками плохо проводит холод и тепло и не даёт теплу уйти от земли.

Однажды гуляя на улице, я обратил внимание на то, что иногда снег скрипит под ногами. Я выяснил, что скрип снега – это шум от раздавливаемых льдинок. Снег скрипит только в морозы, чем крепче мороз, тем громче скрип.

Одно из очень важных свойств снега для человека — это то, что он скользкий. Снег скользкий потому, что при давлении и трении полозьев саней или лыж поверхностные частички снежного покрова тают, появляющаяся при этом пленка воды служит как бы смазкой. Поэтому «скользкость» зависит от температуры снега и от скорости перемещения .

Значение снега

Значение снега в природе

Свойства снега оказывают большое влияние на жизнь животных и растений. Некоторые его свойства они используют для выживания в суровые, холодные зимы: цвет, непрозрачность, рыхлость. Для этого им приходится менять внешний вид и вести иной, чем летом, образ жизни. Зайцы меняют серую шубку на белую, чтобы скрыться от хищников.

Снег сохраняет тепло. В сильные морозы звери спасаются в снегу. Птицы (тетерева, куропатки) закапываются в снег от холодов и от хищников. Вода в реке закрыта снежно – ледовым покрывалом, которое надёжно защищает воду от замерзания, а растения, рыбу и других животных от гибели.

Снежное «одеяло» защищает и корни растений от морозов, и живые организмы которые на зиму впадают в спячку. От количества выпавшего снега зависит уровень воды в реках, озёрах, водоемах .

Значение снега в жизни человека

«Снега надует – хлеба прибудет, вода разольётся – сена наберётся», — говорят в народе. Так оно и есть. Снег прикроет луга и поля. Под снежным покровом не страшен мороз озимым хлебам в поле и многолетним травам на лугу. А весенний снег, растаяв, увлажнит почву, и растения будут хорошо расти. Уродится много хлеба, и вырастет на покосах высокая сочная трава. Чтобы снега на полях задерживались больше, люди ещё с осени расставляют по лугам и полям рядами щиты, которые хорошо задерживают снег. Около них ветер наметает большие, снежные сугробы. На севере охотники, застигнутые метелью, когда до дома далеко, ложатся в снег с собаками вместе, и их заносит снегом. После метели они выбираются из снега живыми.

Зимние забавы

Игра в снежки, строительство снеговиков, снежных городков, крепостей, катание на лыжах, санках, коньках – зимние развлечения людей. Все эти забавы невозможно представить без снега и льда. Ведь как хорошо выйти на улицу с друзьями и слепить снеговика, построить крепость и покидаться друг в друга снежками. А ещё лучше выйти на улицу с папой, мамой и построить высокую ледяную горку.

Вред от снега

Неужели такая красота может причинить какой-нибудь вред? Как оказалось, это так. Самая большая опасность — лавины. В горах, где на склонах скапливается большое количество снега, происходят обрушения.

Лавина сносит все на своем пути, дома, деревья, погребая под собой все живое.

Слишком большое количество снега опасно как для человека, так и для животных. Они оказываются в снежной ловушке. Животные, например, олени с трудом могут откопать себе корм. Очень часто на дорогах из-за снега случаются серьезные аварии. Большое количество мокрого снега, налипшего на ветки деревьев или крыши домов, приводит к их обрушению .

Опыты по изучению свойств снега

В ходе подготовки моего проекта я провел несколько опытов.

№1. Может ли снег утратить белый цвет?

Я выяснил, что в промежутках между снежинками находится воздух и, если эти промежутки заполнить водой, цвет снега изменится.

Для этого в банку я насыпал горсть снега и налил воды. На моих глазах снег из белого превратился в бесцветный.

Вывод: снег может утратить белый цвет.

№2. Чистота снега.

В декабре 2015 года шел сильный снег. На следующий день я взял пробы в трех разных местах. 1) В восьми метрах от проезжей части. 2) На детской площадке. 3) В лесу.

На первый взгляд снег ничем не отличался, был белый и чистый. Я насыпал снег в тарелки и подождал, когда он растает. После этого через фильтр перелил воду в стакан. На фильтрах было видно, что снег с обочины дороги — самый грязный. Такое количество грязи попадает туда с проезжей части от проезжающих мимо машин. Самый чистый — снег из леса, но и здесь на фильтре видны частицы грязи.

Вывод: я узнал, что в воздухе имеются пыль и сажа. И уже в то время, как снежинки падают на нашу землю, они соприкасаются с ними. Поэтому даже свежевыпавший снег есть опасно.

№3. Влияние температуры воздуха на скрип снега.

Когда мороз слабый, снежинки под ногами неслышно спрессовываются и тают. При сильном же морозе снежинки под ногами не тают, а ломаются, издавая хруст. Говорят, что чем сильнее мороз, тем громче хруст. Выйдя на улицу при температуре воздуха – 1°С, я не услышал хруста. При температуре воздуха – 13°С хруст слышен. То же самое я сделал при температуре воздуха – 19°С. Хруст стал еще сильнее

Вывод: значит, действительно, чем ниже температура воздуха, тем громче скрип снега.

№4. Снег хранит тепло?

Для эксперимента я взял две одинаковые стеклянные банки. В обе банки налил 150 мл воды комнатной температуры. На улице при температуре воздуха – 16°С провел опыт. Банку №1 поставил на поверхность сугроба, банку №2 закопал в снег на глубину 30 см. Через три часа вода в банке №1 полностью замерзла. Выкопав из снега банку №2, я увидел, что вода в ней даже и не начинала замерзать.

Вывод: я доказал, что снег хранит тепло. Поэтому животным и растениям не страшен лютый мороз под теплым снежным одеялом.

№5. Как сделать искусственный снег?

Иногда в природе встречаются случаи, когда снег долго не выпадает (так было в начале этой зимы – мы все никак не могли дождаться снега). Можно ли самому сделать снег и поиграть в снежки?

Ответ – да. Для этого я взял пену для бритья и выдавил ее в чашку. Затем посыпал ее содой и все перемешал, поставил в холодильник на 30 минут. После этого я достал чашку из холодильника, у меня получилась масса, очень похожая на снег. Масса обладала похожими на снег свойствами: белый цвет, при охлаждении немного скрипела при нажатии на нее, при небольшом нагревании хорошо лепились снежки, при сильном нагревании таяла и превращалась в жидкость.

Выводы

В ходе работы над этим проектом я понял, что снег хранит еще много тайн. Находя ответы на одни вопросы, у меня возникали новые. Например, «что такое искусственный снег и в чем его особенности?» и др. Я познакомился с удивительными свойствами снега. Узнал о том, что снег имеет большое значение в природе и жизни человека. Снег может приносить как пользу, так и вред. Доказал, что снег хранит тепло и способен менять цвет. Определил, что даже в свежевыпавшем снеге содержатся пыль и сажа. Провел наблюдения, сравнения и сделал выводы.

Библиографическая ссылка

Романов А.В. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ И ОСОБЕННОСТЕЙ СНЕГА // Старт в науке. – 2016. – № 5. – С. 143-146;

Добавить комментарий

Закрыть меню