XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Снежный покров и его роль в окружающем мире

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы

Вивчар Н.А. 1

---

1Общеобразовательная автономная некоммерческая организация «Школа НИКА»

Ильютенко А.А. 1Вивчар А.Н. 2

---

1ОАНО "Школа "НИКА"

2ПАО "Мосэнерго", РУДН

Работа в формате PDF

1.9 MB

Введение

Актуальность исследования. Снежный покров – один из основных природных факторов, определяющих жизнедеятельность людей в высоких и средних широтах. Ежегодно снег покрывает около 20% площади Земли. В январе-феврале под снегом находится бóльшая часть Евразии и Северной Америки, вся Антарктида. В России устойчивый снежный покров формируется на всей территории за исключением небольших участков Черноморского побережья и Прикаспийской низменности. Снежный покров предохраняет почву от глубокого промерзания, питает ледники и реки. В последние десятилетия экономическое, рекреационное и экологическое значение снежного покрова постоянно возрастало. Снег используется для прокладки дорог, создания взлетно-посадочных полос и строительства зданий в труднодоступных малонаселенных районах. Рациональное использование снега в сельском хозяйстве способствует повышению урожайности как озимых, так и яровых культур. Снежный покров широко используется для зимнего спорта и отдыха. Выпадающий снег удаляет из атмосферы аэрозоли и способствует ее очищению. С другой стороны, со снегом связан ряд неблагоприятных и опасных природных явлений. Снежные заносы, возникающие при метели, блокируют дороги. Под тяжестью гололеда и изморози ломаются ветви деревьев, рвутся провода. Снежные лавины, сходящие зимой в большинстве горных районов, иногда называют «белой смертью». Борьба с такими явлениями сопряжена со значительными затратами.

Цель исследования - изучить свойства снега, в том числе путём практических опытов.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

• Изучить литературу в области снеговедения

• Узнать как формируется снежный покров

• Изучить виды снежинок и их особенности

• Исследовать роль снега в природе и деятельности человека

• Провести эксперимент по исследованию снежной толщи в полевых условиях с ее описанием и выводами

Предложена гипотеза – снег – не просто вид осадков, а важнейшая часть жизни планеты и человека.

Объект исследования – снежный покров на территории Московской области. Предмет исследования – особенности формирования снежной толщи.

Глава 1. История исследований снежного покрова

Древние цивилизации, расположенные в теплом климате, мало сталкивались со снежным покровом в своей жизнедеятельности. Суровые заснеженные пространства представлялись им обителью варваров и злых духов. Первое упоминание о снеге в литературе принадлежит выдающемуся древнегреческому историку и географу Страбону (64/63 г. до н.э. – 23/24 г. н.э.). Описывая пути через Кавказский хребет в своей «Географии», он упоминал о снеге и лавинах, взимающих дань с путников.

Тем не менее, снег оказал изрядное влияние на историю Римской империи. Весной 218 г. до н.э. выдающийся карфагенский полководец Ганнибал двинул свое войско из Испании на Рим. На девятый день пути по горам воины поднялись на перевал, как вдруг, «к их ужасу, в ночь заката Плеяд (25-26 октября) выпал снег». Спуск с перевала оказался труднее подъема, ноги людей и животных скользили по крутым заснеженным склонам. Римский историк Полибий писал, что «Ганнибал, отправлявшийся в путь от переправы через Родан (Рону) с 38 тысячами пехоты и восемью с лишним тысячами конницы, потерял, переходя через перевалы, почти половину войска». Ни один из римских полководцев не наносил войску Ганнибала столь же серьезные потери.

В 1611 г. Иоганн Кеплер пишет короткую заметку «О шестиугольных снежинках», в которой пытается объяснить форму ледяных кристаллов. Философ и математик Рене Декарт в 1637 году пишет, что снежинки «формируют совершенные шестиугольники, шесть сторон которых настолько прямы и шесть углов настолько одинаковы, что невозможно для человека сделать что-либо столь же точно». Декарт выделил столбчатые и пластинчатые кристаллы и предположил, что снежинки формируются не только под воздействием ветра, но и формируют сами себя определенным образом. Многочисленные рисунки снежинок под микроскопом приведены в книге Р. Хука «Микрография», опубликованной в 1665 г. В России начало изучения снежного покрова совпало с зарождением отечественного естествознания. М.В.Ломоносов (1763) в своем трактате «О слоях земных» говорит о слое снега и холода как об одной из оболочек Земли. Ф.О.Белявский, сосланный в Сибирь после восстания декабристов, описал там «Виды кристаллизации северных снегов Западной Сибири».

Систематическое изучение снежного покрова в мире начинается во второй половине XIX века в связи с быстрым развитием промышленности и сельского хозяйства. Основы снеговедения – науки о снежном покрове, были заложены русским географом и климатологом А.И.Воейковым. В 1871 г. он публикует статью «Влияние снеговой поверхности на климат», а в 1884 г. книгу «Снежный покров, его влияние на почву, климат и погоду и способы исследования», в которой отражает значение снега для природной среды. Агрономы-почвоведы в своих трудах конца XIX века указывали на важность снегозадержания как одной из мер по борьбе с почвенной засухой в российских степях. До 1930-х гг. снежный покров в России изучался в основном для нужд сельского хозяйства и железнодорожного транспорта. В 1930-е гг. быстро развиваются исследования снежного покрова для прогнозирования половодий, снегомерные съемки начинают охватывать большие территории. Тогда же начинается изучение процессов внутри снежного покрова, приходит понимание роли метаморфизма снега в зарождении лавин. В 1940-е гг. Г.Д. Рихтер анализирует роль снежного покрова в природных процессах и предлагает районирование территории СССР по режиму снежного покрова. В 1940-50-е гг. Г.К.Тушинский детально анализирует процессы перекристаллизации снега и их влияние на возникновение лавин. Тогда же П.А.Шумский вводит понятие метаморфизма снежного покрова. Начинается активное изучение физических свойств снежного покрова. В 1960-е гг. трудами В.М.Котлякова и других исследователей устанавливаются связи между снежным покровом и ледниками, вводится понятие снежности, изучается метелевый перенос и механика метелей. В 1970-е гг. делаются важные шаги в изучении инженерных свойств снега. В 1980-е гг. начинают быстро развиваться дистанционные методы изучения снежного покрова. В 1990-е годы из-за потепления зим на горнолыжных курортах Альп начинает широко использоваться искусственный снег. В начале XX века снежный покров рассматривается как индикатор глобальных изменений климата. Совершенствуются способы мониторинга снежного покрова, развиваются математические и физические модели, описывающие процессы метаморфизма.

В Россия в настоящее время есть несколько научных подразделений, занимающихся изучением снежного покрова и связанных с ним процессов. Это Институт географии Академии наук РФ, Кафедра криолитологии и гляциологии и лаборатория снежных лавин и селей Географического факультета МГУ, Высокогорный геофизический институт (г.Нальчик), Лаборатория лавинных и селевых процессов Дальневосточного геологического института и др.

Глава 2. Снежный покров на Земле

2.1. География снежного покрова

Снежный покров - слой снега на поверхности Земли, возникающий в результате снегопадов. Ежегодно покрывает площадь от 115 до 126 млн. км2, приблизительно 2/3 этой территории приходится на сушу, а 1/3 на морские льды (главным образом в Арктическом и Антарктическом бассейнах). Снежный покров, залегающий непрерывно более 1 месяца, называется устойчивым, а при залегании менее этого срока - временным. На суше постоянный снежный покров формируется на ледниках Антарктиды, Гренландии, некоторых островов Северного Ледовитого океана, а также в высокогорных районах с ледниками (Анды, Кордильеры, Гималаи, Каракорум и др.).

Рис.1. Классификация видов снежного покрова по времени существования

Устойчивый снежный покров образуется на большей части территории России, в Центральной Азии, на северо-востоке Китая, в северных частях Кореи и Японии, в Северной Америке. На большей части Западной Европы, нагорий Передней Азии, в Восточном Китае, на юге США и во многих горных районах снежный покров неустойчив.

На равнинах на территории России средняя толщина снежного покрова колеблется от 30 до 70 см, на наветренных склонах крупных горных хребтов, а также в наиболее увлажнённых районах страны она достигает 200-400 см. Абсолютный рекорд толщины снежного покрова отмечен на метеостанции Ачишхо близ Красной Поляны зимой 1986/87 гг. – 797 см. Продолжительность залегания снежного увеличивается с юга и юго-запада на север и северо-восток от 20 до 280 суток. Во всех горах выше 2000 м снег лежит более 200 суток в году, а выше снеговой линии - в течение всего года.

Рис.2. Снежный покров на Земле по устойчивости залегания

Рис. 3. Полюсы снежности России: 1 – Западный Кавказ, 2 – Кузнецкий Алатау, 3 - Камчатка

2.2. Образование снега в атмосфере и особенности его отложения.

Снег образуется, когда капли воды притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы очень малы. Они падают вниз и растут в результате намерзания влаги из воздуха. При температуре – 5 град. и ниже снежинки выпадают на землю пушистым слоем низкой плотности. При температурах от 0 град. до – 5 град. снежинки «мокрые» и создают плотный снежный покров. Выпавший снег постепенно уплотняется за счет объединения кристаллов, позже превращается в фирн, а позже в лед.

Таким образом, снежный покров имеет несколько стадий существования, так как постоянно меняется.

Рис.4. Процессы образования снежинки и ее дальнейшего превращения.

Условия для образования снежинок:

• насыщенный водяными парами воздух;

• отрицательная температура воздуха;

ядра кристаллизации (пылинки в воздухе).

Важным фактором распределения снега по поверхности Земли является рельеф местности. Горы, встающие на пути влажных воздушных масс, заставляют воздух подниматься в высокие и более холодные слои атмосферы. В результате на наветренных склонах выпадает снег. Снежный покров при отложении на поверхность Земли повторяет изгибы рельефа, а последующие снегопады уже повторяют рельеф ранее выпавшего снега с учетом метелей.

Рис. 5. Процесс образования и роста снежинки

Рис. 6. Особенности отложения снега при разном рельефе

Глава 3. Изучение снежного покрова

3.1 Методы исследования.

Изучение строения и свойств снежного покрова в горах является необходимой частью снеголавинных наблюдений. Для изучения процессов изменения снега проводятся наблюдения за слоями снежной толщи, в том числе с учетом развития: образования и роста глубинной изморози, укрупнения ледяных зерен, появления волокнистой текстуры, корок и т.п.

Эти наблюдения обычно проводят в лавинным шурфах. Места площадок для шурфования выбирают летом или осенью с учетом микрорельефа подстилающей поверхности, режима ветров, возможной высоты снега и экспозиции склона.

Площадки могут быть выбраны: а) на открытом ровном месте; б) в местах, где надувается большое количество снега; в) в защищенном месте, куда не достигают ветры, и снег не надувается; г) на склонах лавиноопасных экспозиций.

При описании разреза снежной толщи необходимо обращать внимание на характер контактов между слоями, тип снега, его строение (структуру и текстуру), сыпучесть, связность, наличие глубинной изморози и т.д. Контакты между слоями, если они малозаметны на глаз, легко обнаружить, царапая стенку шурфа или образец снега ногтем, карандашом и т.п. Рекомендуется также просматривать в проходящем свете пластинку снега или тонкую снежную стенку толщиной 3—5 см.

Толщину слоев измеряют складным метром, линейкой или рулеткой (в зависимости от толщины разреза). Под структурой понимают размеры и форму снежных зерен, характер их поверхности и наличие связей между ними. По размеру зерен выделяется снег: мелкозернистый менее 1 мм, среднезернистый 1—2 мм и крупнозернистый более 2 мм.

Форма кристаллов определяют путем тщательного просмотра через 10-кратную лупу отдельных зерен. Для этих целей мы используем специальную лупу для просмотра зерен, установленную на подставке с миллиметровыми делениями.

Рис. 7. Свежевыпавший снег.

В снежном покрове должны быть выделены различные корки: радиационные, ветровые, гололедные и т.д., или ледяные и фирновые, ближе не определенные; ледяные включения, прослойки разрыхления и полости.

В разрезах перпендикулярно к наслоению описывают характер слоев (например, ветровая слоистость, волнистая, линзовидная, косая и т.д.), наличие вертикальной волокнистости и се градации (мелко-, средне- и крупноволокнистая текстура).

Рис. 8. Выделение различных по цвету и структуре горизонтов и корок.

Кроме того, отмечаются температура и состояние почвы под снегом, определяются плотность и прочностные характеристики снега, температуры в его толще, температура воздуха и поверхности снежного покрова, облачность, направление и сила ветра.

3.2. . Практические полевые исследования зимой 2024-2025 гг.

Полевые практические исследования были проведены в феврале 2025 года на территории горнолыжного парка «Волен». Описание точки:

• Г /л парк «Волен»

• Координаты: 56.278178 с.ш., 37.477092 в.д.

• Густой лесной склон рядом с г/л трассой севернее начала спуска

• Крутизна склона 30-35⁰

• Твозд – минус 6⁰С

• Грунт мерзлый

Рис. 9. Фото места проведения полевых исследований

Таблица 1,2. Параметры слоев снежной толщи и их описание

Рис.10. Фото шурфа для изучения снежной толщи и фрагмент ледяной корки в нем.

Заключение

• Толщина снега может быть от 1 см до 10-11 м

• Площадь – до 126 млн км кв., 2/3 – на суше, 1/3 – на морских льдах

• 17% снега идет на питание ледников. Также снег - источник питания рек

• Снежный покров – теплоизолятор (предохраняет почву, растительность и животный мир от промерзания)

• Снежный покров имеет различные периоды и сроки залегания в зависимости от местоположения на Земле

• Снежный покров постоянно меняется из-за изменений температуры и других процессов

• Снег охлаждает климат, влияет на рельеф, реки и почву, жизнь растений и животных

• Снег - ключевой фактор формирования опасных процессов (лавин, метелей, заносов)

• Снег – строительный материал (временные дороги-зимники, избы «иглу», снежно-ледяные склады)

• Естественный и искусственный снег активно используется для горнолыжных видов спорта, беговых лыж, биатлона, строительства снежных скульптур и других

Исследование снежного покрова и его особенностей одна из главных задач гляциологии в виду того, что играет роль во всех сферах природы и жизни человека

Гипотеза подтверждена!!!

Список использованных источников:

1. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира / гл. ред. В.М. Котляков., Москва.: Институт географии РАН, 1997.

2. Войтковский К.Ф. Основы гляциологии. М.: Наука, 1999.

3. Гляциологический словарь. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1984.

4. Либбрехт К. Снежинки. Тайная красота зимней природы. Занимательное снежинковедение. Москва.: Добрая книга, 2017 г.