Глава IV. Экологическое значение снега и снежного покрова

«Существование ледяной и снежной области в биосфере по ее прямым и косвенным последствиям является одной из важнейших черт строения области жизни» - так писал в 20-х годах прошлого века основоположник учения о биосфере В.И. Вернадский. В наше время огромная роль снега и льда в жизни земного шара в целом и нашей страны в частности становится все более очевидной и многогранной. Напомню, что «область снега и льда» (по современной терминологии «гляциосфера») включает в свой состав все виды природных льдов в атмосфере, на поверхности суши и океана, в земной коре. Их общая масса определяется астрономической цифрой - 2,243•10¹⁶ т. Почти 99% этой массы приходится на ледники, занимающие 11% всей поверхности суши. На снег и лед в атмосфере и временный снежный покров, вместе взятые, приходится всего 0,05% от общей массы льда, но их территориальное распространение - наибольшее, и поэтому их воздействие на состояние среды обитания человека, его жизни и хозяйственной деятельности особенно велико. В Северном полушарии в холодное время года сезонный снежный покров устанавливается на площади 59 млн. км². Территория нашей страны укрыта снежным покровом толщиной от нескольких десятков сантиметров до 1 м и более на протяжении срока от 2-3 месяцев в году на юге страны до 8-9 месяцев на севере (17, цв. вкл.) [61, с. 26].

Так как в процессе своего формирования и выпадения в виде снега твердые атмосферные осадки играют в экологическом отношении существенно иную роль, чем наземный снежный покров, они рассматриваются раздельно [61, с. 26].

Снег - это твердые атмосферные осадки, состоящие из мелких ледяных кристалликов и их сростков (снежинок). Образование снежинок начинается в верхних слоях тропосферы при низких отрицательных температурах воздуха путем конденсации молекул водяного пара на так называемых ядрах конденсации, когда относительная влажность воздуха достигает 100%. Ядрами конденсации служат пылинки любого минерального состава, рассеянные в атмосфере: космическая пыль, продукты вулканических извержений, кристаллики морской соли, пыль, поднятая с земли песчаными бурями, пыльца растений, а также загрязнители атмосферы антропогенного происхождения (дым и сажа из труб промышленных предприятий, выбросы автотранспорта, продукты различных взрывов, включая атомные). Таким образом, с самого начала своего образования снежинка включает в свой состав инородную минеральную частицу и тем самым участвует в очищении атмосферы от инородных примесей. Вначале зародыши снежинок очень малы и [61, с. 26] легки и долго плавают в верхних слоях тропосферы, где их скопления образуют ледяные облака. Постепенно снижаясь и проходя сквозь нижние слои облачности, зародыши снежинок, имевшие ранее простые формы мелких иголочек, призмочек и тончайших шестигранных пластинок, обрастают все новыми кристалликами льда, ветвятся, растут и превращаются в шестилучевые, сложно опушенные снежинки классических форм (специалисты различают более 5000 разновидностей). Продолжая все ускоряющееся падение, снежинки склеиваются в сложные агрегаты, в снежные хлопья, захватывая при этом частицы загрязняющих атмосферу веществ, которые накапливаются после снегопадов в снежном покрове. При сильном ветре этот процесс активизируется и тогда - «буря мглою небо кроет, вихри снежные крутя» (А.С. Пушкин) [61, с. 27].

За последние годы наблюдается усиление циклонической деятельности, и поэтому снежные метели становятся все более сильными, а снегопады все более обильными, обостряющими экологическую обстановку в населенных пунктах и на транспорте. Так, например, в январе 2001 г. на Сахалине метели и мощные снегозаносы на много дней парализовали всю хозяйственную деятельность, а в Москве 3-4 января того же года выпала месячная норма осадков, и на расчистку города от снегозаносов пришлось задействовать 7000 единиц снегоуборочной техники и 4000 дворников, не говоря уже о пробках на дорогах и трудностях для пешеходов. В целом по России на борьбу со снегозаносами в городах, на железнодорожных и автомобильных путях сообщения ежегодно расходуются миллиардные средства. В горах, где снега выпадает особенно много, снегозаносы и снежные лавины не только усложняют условия жизни населения, но нередко приводят к катастрофам с человеческими жертвами. Обильные снегопады и снегозаносы сильно усложняют и удорожают эксплуатацию аэродромов, стадионов и других открытых сооружений. В районах с мощным снежным покровом крыши зданий и других сооружений испытывают дополнительную нагрузку, что может привести к их разрушению и что следует учитывать при их проектировании и строительстве. Большую нагрузку испытывает кустарниковая и древесная растительность. В лесах, особенно хвойных, снежная навись на ветвях деревьев («кухта») нередко достигает такой тяжести, что не только ветви, но и целые крупные деревья ломаются, как спички, а молодой подрост сгибается в дугу (рис. 6). Так, например, в густых таежных лесах Западной Сибири до половины выпавшего за зиму снега задерживается на кронах деревьев, не достигая поверхности почвы. Там же происходит таяние и испарение этих «подвешенных» сугробов, если порывы ветра не стряхнут их землю. «Кухта» сильно осложняет зимовку одних животных, лишая их доступа к пище, и облегчает зимовку других, создавая укрытие от морозов и хищников [61, с. 27].

Рис. 6. Кухта [61, с. 28].

Твердые атмосферные осадки не ограничиваются снегопадами. При определенных условиях погоды кристаллизация атмосферной влаги может происходить непосредственно на земной поверхности в виде так называемых «нарастающих осадков» (инея, изморози, гололеда). Нарастающие осадки в виде изморози и инея образуются на сильно охлажденных поверхностях снежного покрова, на скалах, ветвях и стволах деревьев, на опорах и проводах высоковольтных линий. Иногда масса нарастающих осадков [61, с. 28] превышает прочность предметов, послуживших основой для их образования, и они разрушаются. Известны факты, когда наросты снега и льда на проводах электролиний достигали от 0,5 до 1 кг на погонный метр и происходили многочисленные обрывы проводов, приводившие к авариям и несчастным случаям [61, с. 29].

Серьезную проблему представляет также обледенение самолетов при прохождении сквозь густую облачность. Ведь не случайно трассы самолетных рейсов прокладываются выше облаков, где господствует вечный мороз (-50...-60° С) и воздух настолько сухой, что образование ледяных налетов на плоскостях самолета практически исключено. Опасность сохраняется только при прохождении сквозь облака нижних ярусов при взлетах и посадках [61, с. 29].

Обледенению подвергаются не только летательные аппараты, но и морские суда. Известны случаи гибели кораблей в Арктике и морях Дальнего Востока во время штормов в морозную погоду, когда они теряли устойчивость из-за нарастания огромных глыб льда на снастях и палубных надстройках. Широко известны также случаи гибели судов в Новороссийской бухте Черного моря, когда холодный ураганный ветер с Кавказского хребта (бора) внезапно обрушивался на город Новороссийск и на корабли, стоящие на рейде. Нарастание льда на всех надводных частях кораблей происходило так стремительно, что команды кораблей не успевали его счищать. В конце концов, некоторые из них не выдержали огромной ледяной нагрузки, перевернулись и затонули. Из сказанного выше очевидно, что образование и выпадение твердых атмосферных осадков может оказывать не только положительное, но и отрицательное воздействие на экологическое состояние среды обитания людей, их жизнь и деятельность [61, с. 29].

Перейдем теперь к экологической роли снежного покрова. Она разнообразна и многогранна и также может создавать как положительные, так и отрицательные экологические ситуации [61, с. 29].

Снежный покров - не просто сумма снежинок и других форм твердых атмосферных осадков, достигших земной поверхности. Это уже «горная порода», сложный агрегат из снега, льда, воздуха, минеральных включений и других примесей, образующая в холодное время года поверхностный слой земной коры. Этот слой обладает совершенно особыми физическими свойствами, которые не остаются постоянными, непрерывно меняясь под воздействием внешних факторов. В экологическом отношении наибольшее значение имеет само появление снежного покрова, резко меняющее теплофизическое состояние земной поверхности, так как его «белоснежная» поверхность обладает много большей отражательной способностью (альбедо), чем свободная от снега почва и растительный покров. Альбедо чистого свежевыпавшего снега 80-85%, к весне оно снижается до 45-50%, а альбедо почвы и [61, с. 29] растительного покрова редко превышает 20%. В результате покрытая снегом поверхность недополучает огромную массу энергии солнечной радиации, отражая ее обратно в космос. Важными характеристиками снежного покрова являются его мощность (толщина в сантиметрах) и плотность (отношение массы к объему в граммах на 1 см³). Умножение мощности на плотность дает величину водозапаса в снежном покрове. Это очень важная характеристика для прогнозирования паводка при весеннем снеготаянии и для определения потенциальных возможностей увлажнения почв талыми водами. Образование снежного покрова сопровождается метелями, и поэтому его толщина в зависимости от рельефа подстилающей поверхности и силы ветра может быть самой различной (от нескольких десятков сантиметров в приволжских степях до метра и более в сибирской тайге, а в оврагах и горных долинах и ущельях могут скапливаться многометровые толщи снега). Плотность снега также меняется очень сильно - от 0,05 г/см³ в тихую погоду до 0,20 г/см³ после сильной метели, а также до 40-45 г/см³ в период весеннего снеготаяния. При оттепелях в снежном покрове может удерживаться вода в жидкой фазе. При похолоданиях она превращается в прослойки монолитного льда, которые создают очень неблагоприятную экологическую ситуацию для зимовки сельскохозяйственных культур и оказываются гибельными для многих видов животных. Зарегистрированы случаи гибели целых стад домашних и диких северных оленей, которые не могли добраться до подснежного корма из-за ледяных корок на почве и в снежном покрове. Напомним несколько сокращенных выдержек из прекрасной книги А.Н. Формозова: «Падеж оленей на острове Колгуев в 1920 г. от гололедицы унес 35% поголовья», «В 1924 г. гололедица вызвала поголовную гибель диких оленей на Новосибирских островах (около 5000 голов)». Большие неприятности и массовую гибель животных приносят особо многоснежные зимы. Один пример: «В 1860 г. на юге России выпал небывалый в степях глубокий снег. Сначала началась низовая метель, а затем хватила верховая и намела такие вороха снега, что овраги сравнялись, а хутора оказались в ямах и едущие по улицам увидели крыши хат у своих ног, а в ворота стали въезжать, как через стены крепостных валов. Волки, потерявшие возможность охотиться, полезли в селения и стали особо назойливыми». Массовая гибель животных в многоснежные зимы неоднократно наблюдалась в Большеземельской тундре, на Камчатке и на Таймыре, в Прибайкалье и Западной Сибири [61, с. 30].

Однако снежный покров не только временами осложняет нашу жизнь. Это и огромное благо. Прежде всего, это важнейший источник пресной воды, питающий влагой почвы, реки и озера и пополняющий подземные воды. Снежный покров, имеющий малую теплопроводность, представляет собой своего рода «одеяло» [61, с. 30], создающее более теплый подснежный почвенный климат, чем климат над снежной поверхностью (5, цв. вкл.). Не будь снежного «одеяла», в средней полосе России земледелие было бы невозможно. В тайге Западной Сибири, где с декабря по начало марта держатся морозы с температурой воздуха -20...-30° С, под снежным покровом толщиной от 50 до 80 см температура поверхности почвы не опускается ниже -5...-7° С, а в местах с особенно толстым снежным и моховым покровом почва вообще не промерзает (рис. 7) [61, с. 31].

Снежный покров можно использовать в мелиоративных целях, что в степных и лесостепных районах России давно уже делается путем снегозадержания для предохранения озимых культур от вымерзания, а также для задержания влаги на полях и для предотвращения эрозии почв во время весеннего снеготаяния [61, с. 31].

Снег можно использовать как строительный материал для сооружения жилищ (как делают это эскимосы). Снег и искусственно намораживаемый лед начинают использовать при создании причалов и буровых платформ в Арктике. В русских деревнях снег набивали в подвалы и погреба для летнего хранения продуктов. Огромна эстетическая и спортивно-оздоровительная роль снега, неповторима красота зимних пейзажей в сверкающем хрустальном убранстве. Какой россиянин не любит нашу снежную зиму? С ней мы сроднились с первых дней жизни: кто не играл в снежки, не лепил снежных баб, не строил снежных крепостей, не катался на лыжах и не бродил в утонувшем под снегом лесу, кто не катался в масленицу на санках, не прыгал вокруг новогодней елки?! А лыжные походы и гонки! А русская тройка - опять Пушкин - «Летит кибитка удалая, бразды пушистые взметая»! И он не одинок, создана обширная литература, написаны тысячи картин о нашей матушке-зиме, которая немыслима без снежного убранства. И эту красоту великий грех портить - ее нужно охранять и беречь как зеницу ока. Но далеко не все это понимают или не хотят понимать. Тысячи предприятий дымят своими трубами, миллионы автомобилей, полчища самолетов выбрасывают в атмосферу миллионы тонн отравляющих веществ, растут горы бытовых отходов [61, с. 31].

Как уже говорилось выше, снегопады очищают атмосферу от загрязнителей, но вся это грязь накапливается в снежном покрове. Во время весеннего снеготаяния она попадает в почву и реки, отравляя их. Для определения размеров этого бедствия и борьбы с ним необходимо заранее знать количество и состав загрязнителей. Этой цели можно достичь, анализируя образцы снега, взятые из снежного покрова. Такая работа была проведена на территории Москвы и Московской области. Получены обнадеживающие результаты, которые отражены на карте (11, цв. вкл.). По химическому составу и по территориальному разносу загрязнителей ветром можно установить также источники загрязнения [61, с. 31].

Рис. 7. Температурный режим снежной толщи в коренной темнохвойной фации зимой 1965/66 г. Центральная часть Западной Сибири [61, с. 32].

Поскольку [61, с. 31] основная масса загрязнителей попадает в снежный покров из атмосферы во время снегопадов, то загрязнение снежного покрова можно использовать как индикатор загрязнения приземных слоев воздуха, которым мы дышим [61, с. 33].

Для определения степени загрязнения снежной поверхности можно использовать аэрофотоснимки и снимки из космоса. Так, по космическим снимкам в районе Воркуты оконтурен ареал разноса сажи и угольной пыли с предприятий и угольных шахт и определена оптическая плотность загрязнения снежной поверхности по радиальным профилям в пределах этого контура [61, с. 33].

К сожалению, проблемой загрязнения снежного покрова и его экологических свойств сейчас занимаются мало. А зря. Более того, в Москве и других больших городах для борьбы со снегозаносами транспортных магистралей и улиц используются далеко не безвредные химические реагенты (в основном калийные и другие соли). Этот метод считается более простым и дешевым, чем механическая уборка. Но в результате отравляются почвы и растительность в городе, отравляются жители (особенно дети), а весной с талыми водами вся эта ядовитая дрянь сносится в реки, впитывается в почву и там продолжает свое разрушительное действие, отравляя все живое [61, с. 33].

Вопросы и задания

1. Назовите основные положительные и отрицательные черты снежного покрова.

2. Объясните, почему снежный покров может служить индикатором загрязнения атмосферы.

3. Какие методы борьбы со снегозаносами являются экологически наиболее чистыми?

4. В чем состоит мелиоративная роль снега и снежного покрова [61, с. 33]?