Монография (научное исследование) посвящена обширному, разнообразному, вроде бы всем знакомому и вместе с тем полному неразгаданных тайн и загадок миру льда и снега.
По каким законам происходит вечное движение гигантских ледников и как перемещаются легчайшие звездочки-снежинки во время метели? Почему образуются ледяные заторы на реках, как рождаются и долго ли живут айсберги в океане? Каким образом замедление вращения нашей планеты связано с разрушением ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии? Обо всех этих сложнейших природных явлениях автор рассказывает понятно, просто и удивительно интересно.
Книга В. Котлякова «В мире льда и снега» (М., ВО «Наука», 1994 г.) издана очень небольшим тиражом (3100 экз.) и потому попала в руки, наверное, даже не всем специалистам. А хочется, чтобы с ней могли познакомиться и студенты, и школьники, и все, кто интересуется природой Земли, беспокоится о ее сохранности. Предлагаем нашим читателям реферат нескольких глав этой книги.
Всякая истина проходит в человеческом уже три стадии: Сначала — какая чушь! Затем — в этом что-то есть. Наконец, — кто же этого не знает!
Александр Гумбольдт.
Что может быть удивительнее льда?
В долгие зимние вечера в холодной лаборатории антарктического поселка Мирный мне приходилось по нескольку часов сидеть за микроскопом, рассматривая шлифы льда. При температуре минус 10—15°С, царящей в лаборатории, трудно долго высидеть неподвижно. Только поразительная красота льда удерживает на месте: каждый кристалл переливается своим цветом — от ярко-красного, зеленого и малинового до тускло-серого и совершенно черного.
Лед — поистине удивительное вещество. Шестигранные ветвистые снежинки в воздухе и округлые зерна фирна в снежной толще, мелкие бесформенные кристаллы в отложенном после метели снеге и ледяные «бокалы» и «пули» во внутренних горизонтах снежного покрова, красивые морозные узоры на окнах и массивные клинья льда в холодных горных породах, прозрачный лед на озерах и молочно-мутный в ледниках, белесый в естественных образованиях и отливающий всеми цветами радуги под микроскопом, когда смотришь на него через специальные стекла-поляроиды, спокойно тающий на поверхности ледниковых языков и взрывающийся, когда его поднимают из глубин ледниковых покровов, хрупкий, как стекло, в отдельных кусках, но обладающий способностью течь, как тесто, в громадных массивах, дрейфующий по воле волн на полярных морях и активно преобразующий рельеф при движении ледников, сохраняющий жизнь в жестокую зиму под снегом и убивающий ее при замерзании воды в организмах, создающий красоту высокогорья и вызывающий бедствия от схода снежных лавин и нашествий ледников.
Лед — самая распространенная горная порода во Вселенной. Марс, Юпитер, Сатурн, Уран содержат огромные массы льда, а некоторые спутники планет сложены из льда почти целиком. Не исключение и наша Земля: более одной десятой земной суши занято «вечными» льдами, а пятая часть всей поверхности планеты ежегодно находится под снегом.
Лед интересовал людей с незапамятных времен, однако наука всерьез занялась им лишь во второй половине XIX столетия. Исследовать физические свойства льда оказалось очень трудно, потому что его свойства удивительным образом зависят от многих условий, и прежде всего от внешнего давления и температуры.
В начале века немецкий ученый Г. Тамман открыл, а американский физик П. Бриджмен исследовал явление полиморфизма льда, то есть его способность к разному кристаллическому строению, что влечет за собой существенное изменение всех физических свойств. Оказалось, что в природе возможно существование 10 кристаллических модификаций льда и одной аморфной формы. А то, с чем мы сталкиваемся на поверхности Земли, — это лишь одна из разновидностей льда, названная физиками лед-1.
В России физику льда стали изучать в самом начале XX века. Пионером этих исследований был профессор Томского технологического (ныне политехнического) института Борис Петрович Вейнберг.
В чем же заключается таинство природы, когда при понижении температуры жидкая вода или водяной пар вдруг превращаются в твердое кристаллическое вещество? Как известно, молекула воды состоит из одного атома кислорода и двух атомов водорода. Атом кислорода в этой молекуле занимает строго фиксированное положение, а вот как ведут себя атомы водорода — до конца не ясно. Рентгеноструктурный метод, который с успехом применяют для исследований других минералов, здесь оказывается беспомощным: атомы водорода очень слабо рассеивают рентгеновские лучи. Поэтому все еще не подтверждена и не отвергнута гипотеза о свободном, не фиксированном положении в пространственной решетке льда атомов водорода, которые постоянно движутся между атомами кислорода.
При замерзании воды неупорядоченное расположение ее молекул сменяется упорядоченным. Кристаллизация воды — сложный физический процесс, который начинается не во всей ее массе, а лишь в тех местах, где условия уже «готовы» к возникновению кристаллов.
Как правило, для появления кристаллов льда в воде или облаках нужны инородные твердые частицы, которые способствуют образованию зародышей кристаллов и тем самым убыстряют кристаллизацию. Но самое удивительное, что отличает лед от других твердых тел, — это уменьшение его плотности по сравнению с плотностью воды на 9 процентов. В то время как куски твердого вещества обычно тонут в своем расплаве, вода при замерзании расширяется и лед в воде не тонет. Это свойство нередко служит причиной аварий теплотехнических и водопроводных систем, но оно же представляет собой великое благо природы, так как не дает промерзнуть водоемам насквозь и сохраняет жизнь в них в зимнее время.
Если в воде либо в воздухе нет готовых кристаллов или ядер кристаллизации, жидкая вода может долго находиться в переохлажденном состоянии. Опытным путем, при отсутствии ядер кристаллизации, можно охладить воду до -50°С, а то и еще ниже. В природе на поверхности водоемов вода переохлаждается лишь до -1°С, а вот в облаках температура опускается до -12°С, временами до -30°С и чуть ниже, а льда все нет и нет. Но если при таких условиях появляются ядра кристаллизации, начинается бурное образование льда.
Важнейшее свойство льда — его текучесть под воздействием собственной массы или длительных нагрузок. В природе оно ярко проявляется в движении ледников. При очень низких температурах лед по своим свойствам приближается к абсолютно твердому телу. Наоборот, с приближением к температуре плавления текучесть льда оказывается в миллион раз выше, чем у горных пород, — именно это вызывает движение ледников.
Во льду всегда присутствует жидкая вода. Она образуется при таянии, в результате притока тепла ко льду, при возрастании давления, вызывающего плавление льда, при повышении содержания солей, снижающих температуру перехода льда в жидкое состояние. Вода существует в виде тонких пленок между ледяными кристаллами.
Под действием проникающих в лед солнечных лучей тонкая пленка воды обволакивает внутрикристаллические воздушные пузырьки. Возникают так называемые «водяные сумки», из которых вода под давлением может поступать в межкристаллическое пространство. Поэтому даже водонепроницаемый на первый взгляд плотный ледниковый лед в действительности оказывается проницаемым для воды.
В последние годы выяснилось, что во льду встречаются газо-ледяные соединения, называемые кристаллогидратами. Это вещества, в которых кристаллическая решетка воды содержит пустоты, способные принять инородные молекулы. Если молекул воды достаточно много, то весь газ может перейти в форму гидрата, и тогда между молекулами воды оказываются молекулы метана, пропана и других углеводородов. Химической связи между водой и газами нет, и при нормальных условиях они способны гореть.
Залежи кристаллогидратов выявлены на территории Сибири, занятой многолетнемерзлыми породами. Такой лед, залегающий совсем неглубоко, — в перспективе многообещающее топливо. В нем на 1 м3 воды приходится до 200 м3 природного газа.
Отдельные разновидности льда отличаются по своим свойствам от обычного льда так, как могут различаться совершенно разные породы. Эти «другие» разновидности льда никто в природе не видел, но их получали в лабораториях. Все эти льды тяжелее воды и образуются при давлениях, отличных от атмосферного. Один из них — лед-VI создается сжатием под давлением в 20 тысяч атмосфер и тает при температуре 80°С, а лед-VII выдерживает нагрев почти до 200°С. На гидроэлектростанциях иногда внезапно разрушались подшипники и валы мощных турбин. Долго не могли понять причину, пока не выяснили, что виновником аварий был лед-VII; он образовывался из воды, просочившейся в смазку подшипников, и разрушал металлические детали благодаря своей огромной твердости. Его возникновение связано с колоссальным давлением в работающей турбине.
В условиях глубокого вакуума и очень низких температур был получен лед в 2—2,5 раза плотнее, чем все другие разновидности. Он не имеет кристаллической решетки — это единственная в своем роде аморфная форма льда, свойства которой пока почти не известны.
Не все разновидности льдов присутствуют на Земле, но почти все они встречаются в Солнечной системе. Начало космической эры дает возможность увидеть и исследовать разные модификации льда.
Результаты космических исследований показывают, что с удалением орбит планет от Солнца количество воды на них увеличивается, а главная форма ее существования — лед.
Сфера снега и льда
Земля, как многие другие небесные тела, окружена разными сферами. Некоторые из них, например магнитосфера, существуют на всех планетах. Другие присущи лишь отдельным планетам. Там, где холод окружает потухшие звезды и планеты, а холод во Вселенной господствует почти везде, мы сталкиваемся с криосферой.
Внутри криосферы выделяют гляциосферу, то есть собственно сферу снега и льда. Это конечно не сфера в буквальном понимании этого слова, но значение ее для земного шара чрезвычайно велико.
Температура на поверхности Земли часто испытывает колебания около 0°С, и поэтому снег и лед то тают, то замерзают вновь — гляциосфера постоянно изменяет свои размеры, а на некоторых этапах земной истории, возможно, исчезала совсем. Однако в последний геологический период и в настоящее время роль гляциосферы в эволюции Земли огромна. Она в значительной мере определяет современную широтную зональность, усиливает циркуляцию воздушных масс, влияет на уровень Мирового океана.
Треть всего баланса внешнего теплооборота Земли расходуется на фазовые превращения льда. Вдумайтесь; влажные экваториальные джунгли, знойные пустыни, поля, плантации и сады, растительные и животные сообщества, Мировой океан — вся природа Земли требует тепла всего вдвое больше, чем уходит на таяние снега и льда или выделяется при замерзании воды.
На земном шаре действует колоссальная природная машина, главные части которой — это атмосфера, океан, суша и оледенение. Если посмотреть на работу этой машины, оглядываясь назад на 10—100 тысяч лет, то видно, что вся планетарная система находится в термическом неравновесии. Она испытывает крупные автоколебания с большой инерцией, чему способствуют океан и материковые ледники. Увидеть такие длительные колебания можно по следам прошлых оледенений, а недавно ледниковые колебания удалось получить на ЭВМ путем математического моделирования.
Человек соседствовал со льдами с самого начала цивилизации. И уже на заре истории человечества зародился интерес к природным льдам. Многие античные географы и историки, и среди них Аристотель, Феокрит, Полибий, Страбон, упоминают в своих сочинениях об атмосферном льде, снежных лавинах, ледниках. Со снежными лавинами встречались в походах воины Александра Македонского, а часть армии Ганнибала погибла из-за лавин при переходе через Альпы. В Европе, особенно в Альпах, люди с незапамятных времен жили и хозяйствовали рядом со льдами и снегами. Примечали всевозможные необычные явления, связанные со льдом и снегом, задумывались, отчего это происходит, с чем связано, какие имеет последствия. Не случайно именно здесь зародилась научная гляциология.
Снег
Сплошной плотный покров слоисто-дождевых облаков обычно приносит долгие обложные снегопады. А при температурах, близких к 0°С, из кучево-дождевых облаков внутри неустойчивой воздушной массы или на холодном фронте вдруг может возникнуть снежный ливень. Еще внезапнее бывает снежный шквал, когда неустойчивая холодная масса проходит над относительно теплой поверхностью.
Иногда снегопад бывает такой густой, что видимость снижается до 1 километра и менее. В спокойном воздухе скорость падения снежинок зависит от их массы, формы и размера. Они падают в несколько раз медленнее дождевых капель той же массы. Пластинки и звезды приближаются к земле со скоростью 0,5—1 м/с, иголочки и столбики — со скоростью нескольких дециметров в секунду, а снежная и ледяная крупа — по 1—2,7 м/с.
Впервые сфотографировал снежинки в 1892 году любитель из Рыбинска А. Сигсон. Он применил 15-кратное увеличение и довольно сложную боковую подсветку, позволившую получить исключительные по четкости изображения подробностей строения снежных кристаллов. А в начале нашего века фотографированием снежинок увлекся американский фермер из штата Вермонт Уилсон Бентли. Занимался он этим много лет и в 1931 году опубликовал свою коллекцию. В альбоме микрофотографий Бентли нашли себе место 5000 снежинок, и ни одна из них не была в точности похожа на другую. Даже безудержная человеческая фантазия не может придумать такого количества разнообразных узоров!
Профессор Хоккайдского университета Укисиро Накайя в 1935 году построил в Саппоро маленькую холодную лабораторию и 12 марта 1936 года сумел вырастить первую снежинку. В честь этого события до сих пор в университетском парке можно видеть гранитный монумент с выбитым на нем снежным кристаллом. Именно У. Накайя изучил зависимость образования снежинок разных форм от температуры и относительной влажности. Одним из удивительных его открытий был тот факт, что самые распространенные в средних широтах снежные звезды формируются в очень узком интервале температур: от -14 до -17°С. Почему это происходит, пока никто не знает.
Все мы знакомы со скрипом снега при передвижении по его поверхности, который возникает от слома и смещения снежных кристаллов. Скрип снега хорошо слышен при температурах от -2 до -20°С. При морозах ниже -20°С он ослабевает. Звуковые волны легко распространяются внутри снежного покрова, но на границе снега с воздухом почти полностью отражаются. Вот почему люди, засыпанные лавинами, слышат шаги по снегу, но спасатели совсем не слышат засыпанных людей.
Снег — чуткий показатель загрязненности. Это происходит оттого, что основу роста снежных кристаллов составляют ядра кристаллизации, которыми становятся инородные частицы, попавшие в атмосферу. Вместе со снежинками они выпадают на землю и подолгу лежат в снежном покрове, заражая впоследствии талые снеговые воды. Темпы роста загрязненности полярного и высокогорного снега уже превышают темпы роста использования загрязняющих веществ. Например, ежегодный мировой рост производства ртути составляет 1,8 процента, а загрязнение ртутью снега в Гренландии и Антарктиде увеличивается на 2,7 процента в год, на Памире — на 4 процента.
Интересно и чрезвычайнpо важно, что снежная толща обладает «памятью» и может многое рассказать о прошлом. Форма и строение снежных кристаллов, слоистость толщи, запыленность, изотопный состав снега — все несет информацию. Сезонный снежный покров повествует о разных перипетиях последней зимы, а многолетняя снежно-фирновая толща на полярных ледниках хранит сведения о прошедших сотнях и тысячах лет.
Снежная круговерть
Метель — это не просто воздух, несущий массы снега. Даже при одинаковом количестве снежных частиц в одном и том же объеме воздуха видимость при метели в 10–12 раз хуже, чем при снегопаде. Это оттого, что метель несет с большой скоростью мелкие угловатые обломки кристаллов снега.
Метелевые частицы влияют на скорость и турбулентность ветра. Возникает снеговетровой поток, в котором движется снег, недавно выпавший из облаков и еще не достигший земли, вместе со снегом, поднятым с поверхности. Сила метели зависит от скорости ветра, интенсивности снегопада, температуры и влажности воздуха, характера поверхности снега, формы и размеров частиц снега. Движущиеся в метелевом потоке снежные частицы благодаря механическому разрушению и испарению постепенно принимают почти одинаковые размеры — 0,2—0,3 мм.
В зависимости оттого, что за снег переносится ветром, различают несколько видов метели. Верховая метель — это, собственно, снегопад при ветре, когда снежинки движутся вместе с потоком воздуха, не касаясь земной поверхности. В чистом виде такая метель наблюдается редко: когда снег выпадает над большими лесными массивами, кустарником, незамерзающим водоемом; или когда идет мокрый снег, отложения которого ветер разрушить не в силах.
Нередко метель бывает и без снегопада. Сильный ветер разрушает снежную поверхность и вовлекает в движение ранее отложенный снег. Пока еще ветер не достиг очень большой силы, снег переносится до высоты 10—20 см — возникает поземок. Но сила ветра растет, и вот уже снегом насыщается 1,5—2-метровый приземный слой воздуха — разыгрывается низовая метель.
Особенно сильные низовые метели случаются на склоне Антарктического ледникового покрова, где постоянно дуют сильные стоковые ветры. Метель там неистовствует по многу дней подряд, но основная масса снега не поднимается выше 2—2,5 м.
В таких условиях очень трудно двигаться на вездеходе: из кабины видны лишь снежные вихри, закрывающие от глаз и поверхность, и горизонт. Но стоит вылезти на крышу балка, укрепленного на вездеходе, как попадаешь в совершенно другую погоду. Яркое голубое небо расстилается до горизонта, дует сильный холодный ветер, но снега он не несет. Зато внизу, под ногами ревет клокочущее снежное море — это бушует низовая метель.
В умеренных широтах чаще всего приходится сталкиваться с общими метелями, когда одновременно переносится снег, выпадающий из облаков и поднимаемый с поверхности.
Общая метель обычно бывает во время прохождения циклона, а низовая — при антициклоне. В общей метели снежинки еще сохраняют остатки своей первоначальной формы, а при низовой проносятся обломки снежинок, потерявшие сходство с исходными кристаллами. В общую метель снег повсюду отлагается довольно ровным слоем, а в низовую в одних местах снег сдувается полностью, тогда как в других вырастают сугробы.
С буйством метелей в России пришлось вплотную столкнуться в середине XIX века, когда широко развернулось строительство железных дорог. Во второй половине XIX столетия русские инженеры-путейцы приступили к изучению законов метелевого переноса, чтобы правильно проектировать защиту от снежных заносов на железных дорогах. В начале XX века научились измерять метели непосредственно в поле, а вскоре усилиями выдающихся русских ученых-аэродинамиков Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина было начато создание гидродинамической теории метелей. Ныне национальная школа специалистов по метелям во главе с профессором А. К. Дюниным не имеет себе равных в мире.
Основная масса метелевых частиц движется с помощью сальтации, то есть скачкообразных движений, при которых частички сначала подпрыгивают почти вертикально вверх, а затем снижаются по отлогой кривой. Энергия частицы, находящейся в полете, сообщается при толчке другой частице, когда первая падает на поверхность. Одна летящая с большой скоростью частица способна оторвать от поверхности несколько других, что ведет к насыщению снеговетрового потока.
На твердой поверхности прыжки снежных частиц достигают 1 м. В большинстве случаев сальтация происходит не выше 8—12 см над поверхностью.
Но когда метель разыгрывается не на шутку, особенно на обширных безлесных равнинах или на поверхности полярных ледниковых покровов, развиваются огромные снежные вихри, возносящие мелкие частицы снега на высоту 100—150 м. Дальность переноса снега увеличивается с ростом скорости ветра и понижением температуры воздуха, уменьшением дефицита насыщения воздуха и размеров переносимых частиц снега,
В соответствии с силой ветра метели делят на пять категорий: слабые, обычные, сильные, очень сильные и сверхсильные. В антарктическом поселке Мирный сильные метели, когда снег переносится при ветре 15— 20 м/с, были обычным явлением, а по нескольку раз в зимние месяцы случались и сверхсильные метели. В такую погоду было трудно, а временами опасно передвигаться по поселку. Ветер поднимал в воздух не только тучи снега, но и все, что оказывалось на его пути, — доски, ящики, листы фанеры. Он рвал провода и валил столбы, а бывали случаи, когда на аэродроме с якорей срывало самолеты. В такие метели, разыгрывавшиеся в полярную ночь, в поселке стояла сплошная серая мгла, свет уличных фонарей и прожекторов уже в нескольких метрах терялся в клокочущей массе снега. Ходить приходилось, крепко держась за натянутые леера, застегнутым на все пуговицы, завязки, молнии. А не то метель за считанные мгновения забьет все щели и проникнет под одежду.
Но даже в сильных и сверхсильных метелях основные массы снега переносятся у поверхности. А результат всегда один и тот же — метель рождает сугробы.
Снежные заносы — бич дорог, карьеров, поселков в метелевых районах, аэропортов. Чего только ни приходится придумывать, чтобы предупредить заносы. Вдоль дорог ставят снегозащитные щиты и заборы, роют траншеи, высаживают деревья и кустарники.
Далеко не преодолены трудности проектирования поселков и городов в районах с сильными метелями. Нередко со стороны господствующих ветров строят сплошной ряд многоэтажных зданий, предполагая, что они надежно загородят жилой массив от метелей. Но с подветренной стороны домов очень скоро вырастают огромные сугробы, порой достигающие третьего и четвертого этажей.
Другой способ размещения зданий — свободный, казалось бы, должен приводить к продуванию жилого массива. Но, увы, и в этом случае в одних местах растут высоченные сугробы, а в других образуется постоянный поток холодного воздуха, который выметает снег, создавая почти нетерпимый микроклимат.
Удачное решение проблемы найдено в Антарктиде, где дома строят на сваях, на высоте 1,5—2 м над поверхностью снега. Снеговетровой поток проносится под домами, не создавая в округе сугробов.
Снега на горных склонах
«Невинный на вид белый снег — это не волк в овечьей шкуре, а тигр в шкуре ягненка», — так определил лавину австрийский исследователь Матиас Здарский.
Вершина Невадо-Уаскаран (Перу) высотой 6070 м — одна из пяти самых высоких гор западного полушария.
10 января 1962 года на ее вершине обломился гигантский снежный карниз шириной около 1 км и толщиной более 30 м, А вскоре на многие километры разнесся глухой гул, потрясший ущелье. Масса снега и льда объемом примерно 3 млн. м3 свалилась на 1 км вниз вдоль почти вертикального обрыва, ударила по лежащему в чаше глубокого цирка леднику и ринулась вниз со скоростью более 150 км/ч. 50-метровый вал молниеносно разрастался, и уже спустя минуты по крутой долине двигалась масса объемом не менее 10 млн. м3 сокрушая все на своем пути. Через 7 минут лавина достигла городка Ранраирка и смела его с лица земли...
Через 10 лет в тех же местах произошло землетрясение, сорвавшее со склонов Уаскарана не менее 5 млн. м3 снега и льда. Ударившись о нижележащий ледник, эта масса отколола от него значительную часть льда и понеслась по тому же ущелью, сдирая по дороге мощный слой рыхлой породы и унося громадные камни. На этот раз передний вал достигал 90 м, и по долине со скоростью 320 км/ч неслось гигантское количество снега, льда и горной породы. Лавина преодолела препятствие высотой 140 м, вновь разрушила заново отстроенный город Ранраирка и не пощадила город Югшай, предохраненный в 1962 году невысоким холмом. Из 20 тысяч жителей города уцелело лишь несколько человек.
Конечно, такие страшные лавины случаются редко, но и лавины обычных размеров — это чрезвычайно грозная стихия гор, о которой люди знали еще в глубокой древности.
Много лавинных зим бывает в Альпах. Особенно разрушительными за последние 100 лет были зимы 1887/88. 1916/17,1934/35, 1944/45, 1950/51, 1953/54, 1967/68, 1974/75 годов. Среди этих лет по количеству человеческих жертв выделяется зима 1916/17 годов. В эту зиму жертвами лавин стало более 10 тысяч человек.
На Кавказе самыми лавинными в нашем столетии были зимы 1910/11. 1931/32, 1962/ 63, 1975/76 и 1986/87 годов. Зимой 1975/76 годов объемы некоторых лавин в Сванетии превышали 1 млн. м3 снега; тогда в Местийском районе под лавинами погибло 20 человек. Но самой страшной «зимой больших лавин» здесь оказалась зима 1986/87 годов.
Многократно наблюдая сход лавин, люди долго не могли даже правильно описать это явление. Потому что сравнительно медленно движущиеся лавины не дают полного представления об их силе, мощи и характере движения. А молниеносно низвергающиеся не оставляют времени на наблюдения и раздумья.
Скорость лавин достигает 100—350 км/ч, в движение вовлекаются сотни тысяч и миллионы кубометров снега. В зоне отложения образуются снежные конусы от 5 до 30 метров высотой, а иногда и значительно более мощные.
Снег на горном склоне почти всегда находится в напряженном состоянии. В результате деформации и разрушений связи между кристаллами в снежном покрове генерируются звуки высокой частоты — в сотни килогерц. «Голос» снежного покрова усиливается за несколько часов до схода лавины. Подвижка больших масс снега вызывает колебания другого тона, они похожи на сейсмические — порядка нескольких десятков герц. А движущаяся лавина «звучит» на частоте радиосигналов — около 1000 кГц. Значит, напряженное состояние снега на склоне, готовность его к движению, да и сам сход лавины можно уловить путем пеленгации, дистанционно. В Приэльбрусье при сходе лавин из свежевыпавшего снега было зафиксировано электромагнитное излучение с максимумом вблизи 103 Гц, а при лавинах из лежалого снега — 2,5•106Гц, Сигналы были очень устойчивы, их амплитуда на 2—3 порядка превышала уровень естественных шумов в том же диапазоне частот.
Лавины обладают огромной ударной силой. Они легко разносят в щепы деревянные дома, их лобового удара не выдерживают и бетонные здания, причем иногда бетон выкрошивается от удара, так что остается лишь металлический каркас некогда железобетонного сооружения. А если дом оказался очень прочным и лавина не может его разрушить, она выдавливает двери и окна и заполняет снегом нижний этаж, загоняя людей наверх. Для спасения от лавин очень важны каменные башни, которые исстари строили в Сванетии рядом с жилыми домами. В страшную зиму 1986/87 годов, когда все селения в Сванетии оказались под глубоким снегом и многие дома были полностью разрушены, ни одна из 320 сванских башен не пострадала. Поэтому представление о том, что башни в прошлом играли военную роль, были неприступными убежищами от набегов врагов, недостаточно. Они служили и как убежища от лавин в самые снежные годы. Ведь они действительно были «неприступны» для лавин.
Лавина не щадит ничего, что встречается на ее дороге. Она скручивает металлические мачты электропередачи, сбрасывает с дороги автомашины и трактора, превращает в груду металлолома паровозы и тепловозы. Она засыпает дороги слоем многометрового плотного, как лед, снега, который порой невозможно взять никакими механизмами. Она сносит сразу помногу гектаров леса, не выдерживают и столетние деревья.
Чтобы правильно проектировать противолавинные сооружения, надо измерить силу удара лавины. Но как это сделать, если лавина все сметает на своем пути? В первых измерениях удара, выполненных в нашей стране еще в 30-х годах, использовался буфер железнодорожного вагона с мощной пружиной. Он закреплялся на пути лавины, и величина сжатия пружины при ударе фиксировалась металлическим стержнем, который перемещался вместе с пружиной от удара, но обратно, подобно пружине, не возвращался. Тем самым он отмечал величину давления снега на пружину, которую выкапывали из-под снега после схода лавины. В 50-х годах такие измерители давления были установлены в разных лавиноопасных местах на Военно-Грузинской дороге. Они отметили давление лавин от 5 до 50 т/м2.
Теперь для подобных измерений применяют сложные приборы, позволяющие определить не только максимальное давление снега, но и его изменение в процессе удара. Выяснилось, что максимальная нагрузка на препятствие достигается через 10—30 мкс, а затем в течение первых 10 с она постепенно снижается. Но возникают и новые пики от удара снежных глыб, несущихся в лавине.
Гляциологический прогноз
Развитие Земли как планеты неразрывно связано с оледенением, Долгопериодические перераспределения водной массы между океаном и сушей, где она на столетия и тысячелетия аккумулируется в виде льда, приводят к неравномерности вращения нашей планеты. Исследования показали, что колебания скорости вращения Земли зависят от соотношения массы льда на континентах и воды в Мировом океане. Полученный результат дает ту же качественную картину, что и реальные гляциологические данные. По всей видимости, прослеживающаяся за последние 200 лет тенденция к замедлению вращения Земли объясняется деградацией в недалеком прошлом ледниковых щитов Антарктиды и Гренландии. К такому же выводу приводит и направление векового движения Северного полюса нашей планеты за 1900—1975 годы. В среднем полюс смещается по меридиану 300°, что соответствует уменьшению льда в Антарктиде и Гренландии.
Как изменится оледенение Земли в будущем, зависит от естественного хода развития природы Земли, на который все большее влияние оказывает человек.
Ход температуры и ледовитости Центральной Арктики за последние 100 лет говорит о том, что изменение средней температуры зимы на 5° ведет к изменению объема льдов почти вдвое, а площадь ледяного покрова изменяется на 10—15 процентов, или на 1 млн. км2. За этот период количество льда в Северном Ледовитом океане было наибольшим в конце 1910-х годов, а наименьшим — в конце 1930-х. В современных условиях небольшие изменения климата могут приводить к значительным колебаниям объема льдов в Арктическом бассейне, причем равновероятны и сокращение, и разрастание ледяного покрова.
До сих пор нет однозначного ответа на вопрос, устойчив или неустойчив арктический ледяной покров, восстановится он или нет в случае своего разрушения естественным или искусственным путем. А проекты воздействия на льды Арктики в целях улучшения климата и создания лучших условий мореплавания выдвигались неоднократно. Предлагалось, например, уменьшить отражательную способность льдов с помощью особого вида водорослей, произрастающих на льду, и тем самым способствовать растаиванию ледяного покрова. В свое время со страниц печати не сходил проект строительства насосной станции в Беринговом проливе для перекачки воды из Северного Ледовитого океана в Тихий, что усилило бы приток теплой воды из Северной Атлантики в Арктику и тем самым убыстрило стаивание ледяного покрова.
Если бы были уничтожены арктические льды, то в районе полюса на уровне моря средняя температура воздуха в теплый период повысилась бы с -2 до 2°С, а в холодный с -29 до -3°С. Как видим, разница большая, но она находится недалеко от тех условий, при которых происходит льдообразование.
Появление льда в океане зависит главным образом от верхнего опресненного слоя морской воды. Поэтому при современной структуре поверхностных вод Северного Ледовитого океана однажды уничтоженные полярные льды очень быстро восстановятся в своих прежних размерах. Лишь при удалении опресненного слоя, что обеспечивает поток тепла из глубин океана к поверхности, создадутся условия, препятствующие восстановлению ледяного покрова.
Ныне ясно, что климатические условия на Земле связаны с морскими ледяными покровами, которые, в свою очередь, очень устойчивы к внешним воздействиям. Поэтому можно говорить об устойчивости современного климата, не способного измениться за короткое время даже при активных антропогенных воздействиях, таких, как изменение температуры воздуха вследствие парникового эффекта. Ледовый режим Северного Ледовитого океана может измениться только в том случае, если будет нарушен баланс пресных вод в океане.
Реферат подготовил В. Друянов.
