СНЕГ И ФИРН В ГОРАХ

Восходящие по склонам гор потоки воздуха доставляют снизу вверх влагу, при этом мельчайшие капли воды в верхних слоях тропосферы замерзают, образуя кристаллики льда вокруг какого-нибудь инородного тела (частички пыли, сажи, споры растений и др.). Так возникают снежинки, увеличивающиеся в дальнейшем за счет сублимации и слипания друг с другом. Формы и размеры снежинок бесконечно разнообразны и зависят от многих причин; в их числе немалое значение имеет температура воздуха, при которой снежинки рождаются, и изменение этих условий на пути снежинки к поверхности земли.

Снег поразительно изменчив. Постоянно и быстро меняются физические свойства снега: плотность, теплопроводность, пористость, влажность, скорость распространения звука и т. д. Меняется, трансформируется решительно все, вплоть до структуры, формы, размеров снежинок, их связанности между собой. Плотность снега меняется от 0,01 до 0,7 г/см3. При дальнейшем увеличении плотности снег превращается в лед, в корне отличающийся по свойствам от своего предшественника и достигающий плотности 0,986 г/см3.

Уникальные свойства воды, снега, льда объясняются тем, что эти вещества существуют совсем близко от тройной точки фазовых переходов (газообразная фаза, жидкость, твердое тело).
 

Рис 5, Формы, классы и условные обозначения снежинок;
F — классы снежинок

Снег есть совокупность очень многих частиц, взаимодействующих друг с другом. Форм снежинок огромное количество, и все они не идеальны. В 1984 г. была разработана международная классификация снега (рис. 5). Атмосферные снежинки в ней разделены на 10 больших классов, каждый из которых делится на разновидности. Снежинки атмосферные и составляющие снежный покров неоднородны но форме и размерам. Главная причина богатства форм снежных кристаллов — теплофизические свойства

их образования, роста, метаморфизма. При определенных условиях снежинки испаряются без таяния. Испаряются снежинки, .летящие в воздухе, лежащие как на поверхности, так и внутри снежного покрова. Мелкие частицы, лежащие внутри слоя, испаряются быстрее крупных. Испарение происходит по каналам — норам. Но в снежном покрове норы невелики. При испарении мелких снежинок поры очень быстро насыщаются влагой, и начинается обратная кристаллизация пз пара. Процесс протекает односторонне — растут только крупные частицы, и вещество как бы перегоняется из мелких снежинок в крупные.

Чем тоньше ледяное образование и чем больше кривизна его поверхности, тем быстрее оно испаряется. Время исчезновения выпуклости и выступов ледяных частиц протекает относительно быстро. На вогнутых поверхностях процесс развивается иначе. Кривизна их обратная, и испарение заменяется кристаллизацией. Пар, стекая с кончиков лучей снежных звездочек, кристаллизуется; в их углублениях. Ядра снежинок становятся крупнее и массивнее, кристаллы меняют свою форму. Кристаллизуется пар и в местах пересечения лучей разных снежинок-звезд. Звезды смерзаются. Между снежинками образуются все более и более прочные связи. Снег твердеет.

Многое зависит и от изменения температуры в толще снежного покрова. Обычно в нижних слоях, прилегающих к грунту, температура зимой выше, чем на поверхности. Поэтому пар устремляется снизу вверх. Низ снежного покрова разрыхляется, и образуется глубинный иней (глубинная изморозь), а вверху, где кристаллизуется поступающий снизу пар, возникает уплотненный слой, называемый часто снежной доской. Появление глубинной изморози на горных склонах — грозный предвестник лавинной опасности.

Со временем любой снежный покров полностью меняет свою структуру. Он становится более крупнозернистым. Радикально изменяется форма зерен.

Фирнизация — превращение обычного снега в фирн, т. е. в плотную среду, состоящую из ледяных комочков и зерен, ничего общего не имеющих с первоначальными кристаллами снега. Плотность фирна может быть от 0,35 до 0,8 г/см3. Фирн образуется на ледниках, так как именно на них направление силы тяжести и внутриснежной миграции пара, как правило, совпадают. Эта принципиальная особенность метаморфизма ледникового снежного покрова стимулирует рост ледника. Фирн—закономерная переходная стадия между снегом и льдом. Постепенно уплотняясь, фирн переходит в лед.

До сих пор не найдены способы надежного определения твердости снега, однако можно применить классификацию, определяемую подручными средствами:

Класс 1. Очень мягкий                 снег            —проникает                четыре пальца

Класс 2. Мягкий снег                                      — проникает               один палец

Класс 3. Твердый снег                                     — проникает               карандаш

Класс 4. Очень твердый               снег            — проникает               нож

Метаморфизму снега способствует ветер. Ветры уплотняют поверхность снега на склонах, создавая ветровой наст, сдувают его с наветренных участков, образуют карнизы и подкарнизные снежные скопления. Динамика ветра и снега будет рассмотрена при освещении вопросов образования лавин.

Снег поглощает и отражает солнечные лучи, т. е. прямую солнечную радиацию. Коэффициент отражения солнечной радиации (альбедо снега) очень велик. Для плотного чистого снега он  находится в пределах 0,85—0,95, т. е. почти вся энергия солнечной радиации, падающая на снег, им отражается и большей часть уходит безвозвратно в космос. Это приводит к значительному охлаждению территории.

Снег отражает солнечные лучи не как зеркало, расположенное горизонтально, а как матовая поверхность, равномерно рассеивающая свет во все стороны.

В летнее время в горах чаще встречаются размякший, липкий снег, температурный наст, смерзшийся фирн, слегка влажный мягкий снег после непогоды, в зимнее время — ветровой наст, пескообразный сухой, морозный снег, наметенные ветром из мучнистого порошкообразного снега участки, пушистый свежевыпавший снег. Зимние структуры снега более трудны для преодоления и лавиноопасны.

В высоких горах летний снег часто напоминает зимний. Зимние метели и снегопады покрывают снегом склоны, гребни, ущелья. Больше всего снега скапливается в кулуарах, на поверхности ледников, заполняющих дно ущелий. Он засыпает ледовые кулуары, покрывает гладкие скальные и ледяные склоны, лавинными конусами заваливает широкие бергшрунды и рантклюфты, перебрасывает снежные мосты через ледниковые трещины. В то же время снег таит в себе всевозможные опасности. Многие склоны становятся лавиноопасными, вершины скальных гребней могут стать непреодолимыми из-за снежных карнизов. Ледниковые трещины, засыпанные снегом, замаскированы, в них легко провалиться.

Важная для альпинистов особенность снега —его способность смерзаться при резком уплотнении, например при уплотнении его ногой. Это качество наиболее заметно при температурах снега, близких к 0°.

Снегопады разнообразны—ют редкого неторопливого снежка, образующего несколько сантиметров снежного покрова, до катастрофических снегопадов—«снежных ливней», когда толщина снежного покрова возрастает порой не на один метр. Длительность снегопадов может достигать нескольких дней. События в Сванетии зимой 1987 г., когда погребенными под слоем снега оказались строения высотой до 7 м,—редкое, но не исключительное явление.

Как правило, в горах снега всегда намного больше, чем на окружающих равнинах, так как за счет высоты все процессы образования осадков вообще и снега в частности здесь более активны. А понижение температуры воздуха с высотой увеличивает

долю снега в общей годовой сумме осадков. Снег на склонах накапливается не только во время снегопадов, значительная часть его переносится ветром с наветренных склонов на подветренные.

Высокие горы покрыты вечными снегами. Количество твердых осадков по мере подъема над уровнем моря увеличивается, ибо с подъемом воздух охлаждается. Но на некоторой высоте насыщение воздуха водяным паром уменьшается, вызывая уменьшение и количества осадков. На очень большой высоте (порядка 10 000 м), где воздух содержит очень мало водяных паров, осадки не будут выпадать совсем. Расход же твердых осадков (абляция) по тем же причинам будет уменьшаться с высотой непрерывно. Уровень, на котором расход будет равным приходу, называют снеговой линией, т. е. границей, где на пезатененных поверхностях приходно-расходный баланс равен нулю. Эта линия совпадает с понятием нижней границы хионосферы — снежной сферы Земли. Верхняя ее граница — высота, на которой осадки вообще не выпадают.

Уровень снеговой линии зависит от широты местности, экспозиции склонов по отношению к странам света, направления господствующих воздушных течений, близости к крупным водным бассейнам, подробностей орографии и некоторых других климатических факторов. Так, в полярных областях она опускается до уровня моря, а в Африке, на склонах Килиманджаро, достигает высоты 5000 м. Языки ледников часто спускаются ниже снеговой линии.

Вечные снега, покрывающие горы выше снеговой линии, под действием собственной тяжести, ветра и солнца образуют своеобразные формы рельефа. Заснеженные склоны небольшой крутизны составляют снежные поля. Большие, почти горизонтальные участки именуют снежными плато, а если они имеют форму впадины или котловины, то мульдами. Снежная поверхность редко бывает ровной. Невысокие грядки переметного снега, перпендикулярные направлению ветра, замерзают и превращаются в заструги. На подветренных сторонах снежных гребней возникают консольно нависающие снежные карнизы, достигающие значительных (несколько метров) размеров. Под большим карнизом вследствие завихрения воздуха часто образуется характерная ниша-карман (рис. 6).

Иногда в горах ниже снеговой линии можно наблюдать скопления снега, сохраняющиеся в течение части или всего теплого времени года, после того как устойчивый снежный покров уже сойдет. Их называют снежниками. Они—промежуточная форма между снежным покровом и ледниками. При увеличении снежности они превращаются в ледники, при уменьшении наследуют те места, где лежали ледники. В снежниках сохраняются погребенные ледяные ядра и корки, а также обтаявшие крупные и мелкие глыбы снега. По генезису все снежники делятся на две группы — навеянные и лавинные (остатки лавинных конусов).

Если рассматривать снег как единое вещество, то его механические характеристики (плотность, прочность, внутренняя структура и пр.) чрезвычайно разнообразны, нестабильны, не поддаются точному измерению. Многочисленные внешние факторы: температура, ветер, качество подстилающей поверхности, разнородные прослойки, метаморфические и обменные процессы, происходящие в толще покрова,— могут радикально изменять свойства снега. Высотный порошкообразный снег, сползающий при каждом шаге, мокрый формирующийся зернистый снег, твердый непробиваемый наст и множество других характерных для данной высоты, погоды и времени суток типов снега не оставляют в этом сомнений. Поэтому для того, чтобы эффективно организовать движение по снегу, обеспечивать надежную страховку, альпинист должен непрерывно накапливать опыт.