Физико-механические процессы, протекающие в снежном покрове

Снежный покров в течение всего периода своего существования подвергается воздействию различных физических и механических факторов, приводящих к непрерывному изменению его структуры, состава и объема. Эти факторы и оказываемые ими воздействия еще далеко недостаточно изучены.

К физическим факторам и процессам можно отнести режеляцию, рекристаллизацию, возгонку и сублимацию, гелио- и геотепловые воздействия. К механическим факторам относятся сила тяжести и ветер.

Режеляция (повторное смерзание) заключается в плавлении и повторном смерзании ледяных кристаллов, образующих снежинки, под влиянием удельного давления. Режеляция снега протекает с заметной интенсивностью лишь при температуре, близкой к 0°С, т. е. при температуре, при которой не требуется большого удельного давления, чтобы вызвать плавление льда.

Рекристаллизация представляет собой физический процесс, при котором атомы молекул перескакивают с кристаллической решетки одного кристалла на решетку другого кристалла и обусловливают срастание отдельных кристаллов (снежинок).

В твердых телах существует некоторое количество атомов и молекул, кинетическая энергия которых достаточна для перехода в газообразное состояние. Процесс перехода вещества из твердой фазы в газообразную, минуя жидкую, называют возгонкой, а процесс кристаллизации вещества из пара — сублимацией. С признаком возгонки какого-либо твердого тела мы встречаемся при ощущении его запаха в окружающем воздухе.

Так как в снежном покрове имеется большое количество межкристаллических пор с поверхностями кристаллов очень малого радиуса и разных направлений кривизны, то в его толще распределение парциального давления водяного пара будет очень неравномерно. Водяной пар, образовавшийся на острых ребрах кристалликов, будет стекать во впадины и, насыщая здесь воздух, перейдет в воду и замерзнет. Вследствие этого возникает процесс округления кристалликов льда и увеличения их объема, т. е. происходит так называемая фирнизация снега. Процесс этот наблюдается при изотермии и активизируется при наличии температурной стратификации. В снежном покрове имеет место значительный температурный перепад, так как его поверхность охлаждается намного ниже нуля по сравнению с приземным слоем. В связи с этим создается дополнительная разность парциального давления водяного пара в снежном покрове с градиентом, направленным снизу вверх, что еще более усиливает миграцию водяного пара и фирнизацию снега.

Повторное таяние кристаллов льда и замерзание воды также способствуют фирнизации снега. Таяние кристаллов начинается с их выступающих частей — углов, лучей, ребер. Поэтому частично оттаявший кристалл приобретает округлую форму в виде зерна. При повторном таянии кристаллические зерна увеличиваются в размерах за счет попадания на них капелек воды с соседних кристалликов и т. д. При этом в снежном покрове увеличиваются поры и на их стенках осаждается иней, обусловленный сублимацией. Процесс ускоряется за счет гравитационной воды, проникающей сверху в результате таяния самого верхнего слоя снежного покрова.