Метаморфизм снежного покрова
Метаморфизмом снега называется совокупность происходящих в нем процессов, которые приводят к преобразованию его структуры – изменению формы, размеров и количества кристаллов льда и связей между ними.
Различают четыре типа метаморфизма снега: изотермический, температуроградиентный, метаморфизм таяния-замерзания и динамометаморфизм. Описанные ниже (кроме метаморфизма таяния-замерзания) типы метаморфизма обычно действуют одновременно, и их разделение несколько условно. Поэтому можно говорить лишь о преобладании того или иного типа метаморфизма.
Характерными чертами изотермического метаморфизма являются разрушение и упрощение формы первоначальных снежинок, образование округлых ледяных кристаллов и их сближение, разрушение первоначальных и создание новых связей между кристаллами. Основные механизмы этих изменений — механические разрушения снежинок и связей между кристаллами и перераспределение «ледяной материи» в результате термодинамической нестабильности поверхности кристаллов. Из-за разности давления паров и различий в распределении свободной энергии происходит удаление вещества с более выпуклых участков (фото) поверхности, перемещение этого вещества путем поверхностной диффузии или процессов возгонки—сублимации и отложения вещества на менее выпуклых и вогнутых участках. В результате такого перераспределения вещества происходит округление зерен снега и рост более крупных за счет мелких зерен (фото).
Метаморфизм начинается с того, что выпадающие на поверхность земли снежинки разрушаются и распадаются на части, после чего в результате округления и собирательной перекристаллизации снег превращается в мелкозернистую среду, состоящую из округлых, продолговатых или неправильной формы зерен примерно одинакового размера. В дальнейшем количество зерен в единице объема снега уменьшается, а средний и диаметр увеличивается. Это приводит к постепенному превращению мелкозернистого снега (0.1-1мм) в среднезернистый (1-2мм), а затем в крупнозернистый (более 2мм). Большое влияние на эту стадию метаморфизма оказывают условия выпадения снега и формирования снежного покрова, мощность данного слоя и вышележащих слоев, температурный режим, ветер и ряд других факторов.
Температуроградиентный метаморфизм характеризуется преобразованием структуры снега путем роста одних кристаллов за счет уменьшения и исчезновения других под действием температурного градиента. Кристаллы льда испаряются с более теплых поверхностей, образовавшийся при этом водяной пар мигрирует по межкристаллическому пространству в направлении, противоположном направлению теплового градиента, и сублимируется на более холодных поверхностях ближайших кристаллов (фото).
В результате температуроградиентного метаморфизма растут новые формы скелетных кристаллов, которые постепенно заменяют обломки снежинок и зерна снега. В нижних слоях снежного покрова растут крупные кристаллы глубинной изморози (фото) в виде ограненных призм, пирамид и чашеобразных форм. Интенсивность процесса перекристаллизации тем больше, чем больше градиент температуры и чем выше температура рассматриваемого слоя снега. Наиболее высокая интенсивность этого процесса наблюдается в начале зимы в тех случаях, когда малая толщина снежного покрова сочетается с низкой температурой воздуха. При таких условиях нижний слой свежевыпавшего снега может за одну-две недели полностью превратиться в слой глубинного инея.
Третий тип метаморфизма связан с таянием кристаллов и замерзанием воды в снеге (фото). При проникновении воды в горизонты снежного покрова с отрицательной температурой происходит частичное замерзание водные пленок на поверхности зерен и вокруг контактов между ними. При этом происходят изменения в форме и величине зерен и связях между ними. Повторение процессов частичного таяния и последующего замерзания мокрого снега вызывает фирнизацию снега и образование различных новых структур (фото), начиная от рыхлой структуры из округлых зерен, бусинок или полусфер, мало связанных друг с другом, и заканчивая снежистым пористым льдом.
Процессы изменения структуры снега под действием, внешних механических усилий, называют динамометаморфизмом.
Динамометаморфизм снега самым тесным образом взаимосвязан с метаморфизмом, происходящим из-за термодинамической нестабильности кристаллов льда и под действием потоков тепла и диффузии водяного пара в снеге.
Процесс вызывает существенные изменения механических свойств снега в процессе его деформации. Чаще всего он сопровождается уплотнением снега и увеличением его прочности.
Выводы
- в районах с частыми и обильными снегопадами при относительно высокой температуре создаются условия для быстрого уплотнения снежного покрова.
- малое количество выпадающего снега и низкая температура благоприятны для интенсивного сублимационного округления и температуроградиентного метаморфизма.
- в районах с сильными ветрами и резкими колебаниями погоды формируется неоднородный слоистый снежный покров с ветровыми и ледяными корками, что создает различия и в интенсивности процессов метаморфизма в слоях снежной толщи.
- в нижних горизонтах снежного по крова при наличии температурного градиента образуются слои глубинной изморози, состоящие из крупных чашеобразных кристаллов, относительно слабо связанных друг с другом.
- таяние снега на поверхности и замерзание воды в снежном покрове ведет к его фирнизации и уплотнению.
На склонах гор процессы метаморфизма усложняются из-за неоднородности мощности и плотности снежного покрова и действующих в нем напряжений сжатия и сдвига.
Различие крутизны и ориентировки склонов и неровности рельефа приводит к тому, что процессы метаморфизма снежного покрова могут протекать по-разному даже на относительно близко расположенных друг от друга участках.
