XXIV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Изучение структуры снежного покрова в период снеготаяния в разных ландшафтах Амгинского наслега
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Север – это одна из частей нашей планеты Земля. Север имеет свои особенности и уникальные черты, которые делают его интересным и привлекательным для изучения. Север характеризуется холодным климатом, снегом и льдом. Одной из важнейших характеристик ландшафта в зимний период являются свойства снегового покрова – его мощность и плотность, а также зависящая от этого глубина промерзания грунта на разных участках местности. Известно, что от глубины промерзания грунта зависит сохранность семян и ростков растений от вымерзания, а также успешность зимовки многих видов животных.
Снежный покров играет важную роль во влагонасыщении почв и лесной подстилки. Изучение его свойств в период снеготаяния может дать нам знания об условиях будущего вегетационного периода для растений.
Цель работы: выявитьзависимость мощности и строения снежного покрова от форм рельефа и от характера растительности.
Мы поставили решать следующие задачи:
1. Изучить литературу о снежном покрове, его формировании, свойствах, структуре.
2. Освоить методику наблюдений за снежным покровом с помощью подручных средств.
3. Провести натурные наблюдения за высотой и структурой снежного покрова в период снеготаяния.
4 Выявить различия в мощности и структуре снежного покрова в разных ландшафтах.
Мы выделяем следующие методы исследования:
1. Теоретический – изучение литературных источников.
2. Эмпирический – визуальное наблюдение, фотографирование, измерение, сбор и обработка информации, графический метод.
Объект исследования: профиль снежного покрова.
I. Литературный обзор.
1.1. Важнейшие функции снегового покрова.
Известно, что в лесах снег имеет разную мощность и распределен неоднородно. Если же сравнивать лес и открытые пространства, выясняется, что в лесах ветер намного слабее, чем на открытых пространствах, и снег не сдувается с поверхности почвы. Поэтому в лесу снежная толща имеет более однородное распределение, чем скажем в поле, где ветер дифференцирует мощность, оголяя повышения и заполняя понижения в рельефе снегом.
При выполнения данной работы мы использовали: лопату (для раскапывания снега), линейку, бланки описаний и полевой дневник, компас и некоторые подручные материалы (палочки, травинки, спички).
Перед началом полевой работы мы познакомились с важнейшими функциями и свойствами снегового покрова и обучились навыкам измерений и описаний снега.
Когда температура воздуха опускается ниже нуля по Цельсию, роль снега в функционировании природы ощущается особенно отчетливо. Там, где снег отсутствует в холодное время года, земля промерзает на многие метры, а, например, в Якутии глубина многолетней мерзлоты достигает полутора километров.
Предохранительная функция снега или теплоизоляционная является, пожалуй, самой важной. Известно, что снеговой покров имеет рыхлое строение из-за формы снежинок.
В пустотах между снежинками находится воздух, который отличается плохой теплопроводностью, и именно ему мы обязаны за столь замечательное свойство снега. Он, как мы нередко (но неправильно) говорим, «хорошо греет». Благодаря слабой теплопроводности снега суточные колебания температур проникают в его толщу в среднем всего лишь на 24 сантиметра. Как свидетельствуют специальные исследования, если на поверхности снега размах колебаний температуры достигает 30 градусов, то уже на глубине всего пять сантиметров он составляет толь ко 16 градусов, на глубине 24 сантиметра –3 градуса и, наконец, на глубине 44 сантиметра амплитуда ничтожно мала – 0,8 градуса.
Благодаря снегу от промерзания сохраняется не только грунт, но и растения, которые, зимуют в зеленом виде, являясь часто единственной пищей для животных, а также семена, которые являются залогом возобновления растительного покрова весной.
Но не только теплосберегающей функцией славится снег. Являясь водой в твердом агрегатном состоянии, снегаккумулируется в больших количествах, сохраняясь до весны, чтобы напоить землю и дать возможность растениям активно вегетировать с наступлением тепла.
Помимо теплоизолирующей и аккумулирующей функций, снеговой покров также оказываетвлияние на климат.
Всем известно, что по поверхности Земли перемешаются воздушные массы. Приходя из удаленных районов, они приносят с собой характеристики той местности, в которой зародились – главным образом влажность и температуру. Проходя над Землей непрерывно, они слабо меняются, но если они застаиваются в одном месте некоторое время – они приобретают температурные и влажностные свойства этой местности.
Известно также, что воздух не может нагреваться непосредственно от солнца. Солнечные лучи поглощаются какой- либо поверхностью и уже она отдает тепло воздуху в виде инфракрасного излучения. Часть солнечной радиации отражается поверхностью в виде света и не переходит в тепло. Чем меньше отражающая способность поверхности и чем больше поглощающая, тем больше данная поверхность нагревается. Таким образом, температура поверхности зависит от ее отражающих свойств, или альбедо.
У абсолютного (черного) тела альбедо равно 0%, у абсолютно белого - 100%. Свежевыпавший снег по своему альбедо очень близок к 100%. Соответственно, когда снеговым покровом накрывает землю, она не может нагревать воздух. И воздух выхолаживается. Таким образом частично поддерживается зимний температурный режим. И если, наконец, выглянуло солнышко и может потеплеть, то этого не происходит. Весну с ее потеплением в конце зимы приносят теплые воздушные массы, нагретые в других, не покрытых снегом, регионах Земного шара.
Еще одна важная функция снега заключается в том, что оночищает атмосферу от механических и химических загрязнений. После снегопада над городом пропадает смог, а это кислотные пары, выхлопные газы, аэрозоли и радионуклиды в различных формах. Правда растениям, в отличии от нас, этот факт радости не прибавляет. Дело в том, что, тая весной снег отдает все адсорбированные загрязнения в землю через талую воду.
1.2. Важнейшие свойства снегового покрова.
Строение снегового покрова характеризуется такими его важнейшими свойствами(показателями) как мощность и плотность, которые тесно взаимосвязаны друг с другом. Они зависят от ряда факторов: количества осадков, температурного режима, особенностей рельефа и растительности. На протяжении зимы мощность снегового покрова постепенно нарастает, достигая максимума в марте (в средней полосе). Глубина снега к этому времени была бы еще больше, если бы он не уплотнялся под влиянием оттепелей, силы собственной тяжести и других причин. На открытых пространствах снег сильно перевивается и уплотняется под действием ветра, так что в одних местах его остается мало, а в других образуются высокие сугробы. В глубине лесных насаждений ветер теряет свою силу и почти не перемещает снежных масс. Однако и здесь снег залегает неравномерно, но уже по иным причинам. Больше всего его накапливается на лесных полянах, прогалинах между деревьями, на заброшенных дорогах и тропах. Наименьшая глубина снега наблюдается вокруг стволов деревьев, потому что его густые хлопья остаются на ветвях, образуя «снежную навись», или «кухту», нарастающую от одного снегопада до другого, особенно при безветрии. В некоторых географических районах кухта достигает огромных масштабов. На Среднем Урале хвойные деревья покрываются столь прочной броней из смерзшегося снега, что ее трудно сбить палкой. В марте мощная кухта сплошь закрывает нижние ветви елей до высоты трех и более метров. В результате образования даже не такой, как на Урале, а более слабо развитой кухты под пологие леса снега бывает меньше, и он лежит неравномерно. Больше всего его в лиственных насаждениях, темнохвойных лесах.
Несравненно меньше в сосновых борах и особенно мало в еловых, пихтовых, кедровых Первоначальная плотность снегового покрова зависит от того, при каких условиях выпадал снег и, стало быть, какова была форма падающих на землю снежинок. В тихую погоду при слабом морозе они имеют вид сложных, многолучевых звездочек. Такие снежинки легко сцепляются друг с другом, образуя рыхлые хлопья, которые медленно и бесшумно опускаются вниз, создавая пушистую пелену. Между лучами снежинок сохраняется много воздуха, и именно благодаря этому снег приобретает свою ослепительную белизну, столь характерную для него, пока он только-только выпал. Но с течением времени под действием собственной тяжести и от других причин снежинки утрачивают лучи, превращаются в простые ледяные кристаллы, которые все теснее прилегают один к другому, так что снег постепенно уплотняется. На уплотнение снега и в первую очередь его поверхностного слоя особенно интенсивно действует сильный ветер. Понятно, что в наибольшей мере он оказывает свое влияние на открытых пространствах – на полях, обширных болотах, крупных водоемах. Здесь на поверхности снегового покрова нередко образуется плотная корка, так называемая «ветровая доска». В лесных насаждениях роль ветра значительно меньше, если не считать ограниченных участков, прилегающих к наветренным опушкам. В лесу снег уплотняется главным образом под действием собственной тяжести, при перепаде температур, а под кронами деревьев утрамбовывается тяжелой массой, падающей с ветвей кухты.
Под влиянием всех этих и иных причин плотность снега неуклонно увеличивается, причем интенсивнее всего в конце зимы – ранней весной. С течением времени, уплотняясь, снег постепенно утрачивает свою первоначальную белизну, тем более что даже в диком лесу, вдали от населенных пунктов и оживленных дорог с их дымом и гарью, снег то же засоряется, но только старой хвоей, мелкими веточками, семенами и прочим естественным древесным опадом. В пору снегопада, в сильные морозы и на ветру мы наблюдаем уже не прежние сложные звездочки, а ледяные кристаллы и даже иглы, которые так больно колют лицо в пургу. Подобного рода снежинки, выпав, тесно прилегают друг к другу и сразу образуют плотный снеговой покров. В результате перепада температур, нередко наблюдающегося и в период предзимья, и в течение остальных зимних месяцев, когда оттепель сменяется морозом, образуются ледяные корки разной толщины, прочности и расположенные на разной глубине. Одни из них возникают еще на пороге зимы вплотную к поверхности земли или же сковывают наземный травяной покров. Они называются притертыми и причиняю т большие затруднения зимующим животным, препятствуя добыванию корма, мешая рытью и свободному передвижению в толще снега. Нередко ледяные корки образуются на самой поверхности снега в виде наста. А если его сверху затем покрывает слой свежевыпавшего снега и это повторяется несколько раз в течение зимы, то в толще снега появляются погребенные ледяные корки. Помимо образования разного рода ледяных корок с течением времени структура снега, особенно нижних его слоев, претерпевает глубокие изменения, приобретая крупнокристаллическое строение.
II. Изучение снежного покрова.
2.1. Методика проведения исследований.
-
Выбирается место для исследования снежного покрова. Участок должен быть наиболее характерен для данного ландшафта, отражать локальные особенности; удален от строений, дорог; от резких неоднородностей рельефа (валуны, поваленные деревья и т.д.)
-
Фиксируются параметры погоды на момент выполнения исследований (по форме), в т.ч. указывается дата последнего снегопада. Измеряется высота снега в нескольких точках по пути к точке исследования, в бланк вписываются значения среднего, наибольшего и наименьшего из измеренных.
-
На точке закладывается снеговой шурф – яма в снегу размером приблизительно 1,5 х 1,5 метра. Шурф выкапывается лопатой на всю глубину снега – до почвы. Стенка, предназначенная для описания, должна быть в полутени. При выкапывании снег из ямы следует складывать в кучу на одной из сторон, противоположной стенке, предназначенной для описания.
-
После выкапывания ямы в снегу в первую очередь описывают напочвенную растительность (до того, как затоптать ее) – указывают примерный состав растений (отдельно зеленых, если они имеются) и примерную их численность (проективное покрытие в процентах). Определяют свойства верхнего слоя грунта – песок, почва, камни. Делают фотографии окружающей местности, снежного покрова, растительности, ближайших объектов.
-
Если имеется термометр, желательно произвести измерение температуры внутри снежного покрова, в разных его слоях (держать термометр перед отсчетом следует 5 минут).
-
Передняя стенка шурфа зачищается – снимается лопатой снег по всей поверхности сверху вниз, стараясь сделать стенку максимально ровной по вертикали. Первым делом измеряется высота снежного покрова – рейкой, длинной линейкой или рулеткой и делаются фотографии профиля. Затем выявляют границы снежных горизонтов (слоев). Для этого стенку шурфа внимательно рассматривают и прощупывают, руководствуясь следующими признаками каждого слоя: цвет, зернистость, влажность и плотность (твердость). Выделяются слои подручными средствами (можно использовать цветные счетные палочки), фотографируется профиль с выделенными слоями.
Характеристики снежного покрова:
снежный покров равномерный (без сугробов); умеренно неравномерный (небольшие сугробы) без оголенных мест, с оголенными местами; очень неравномерный (большие сугробы) без оголенных мест, с оголенными местами, с проталинами; снег лежит только местами.
Физические характеристики снега:
Цвет: белый, беловато-серый, серый и голубовато-серый.
Зернистость: мелкозернистый, среднезернистый и крупнозернистый.
Влажность: сухой - образует непрочные комья, ссыпается с лопаты, большей частью рыхлый и рассыпчатый, и влажный – липкий, хорошо лепится в снежок, может образовывать снежные глыбы.
Плотность: свежевыпавший (очень мягкий), слежавшийся (мягкий), уплотненный (твердый), плотный (очень твердый), фирн (спрессованные крупинки ледяных кристаллов, промежуточное состояние между снегом и льдом) и лед.
-
На подручном материале с темной однородной поверхностью и с линейкой собирается модель снежного профиля, для чего на нем размещаются поочередно образцы снега из каждого слоя. Фотографии делать желательно в режиме макросъемки. Если имеется ледяная корка, ветровая корка, ее нужно дополнительно сфотографировать отдельно с линейкой, чтобы была видна ее мощность.
2.2. Камеральная обработка материалов.
Камеральные работы (от лат. camera — комната) — всесторонняя научная обработка материалов, собранных в процессе полевых специальных исследований какой-либо территории.
Мы наблюдали за состоянием снежного покрова в период снеготаяния. Для этого мы находим нетронутый участок со снежным покровом - чтобы близко не было строений, дороги.
1 участок - это пойма реки Амга.
2 участок – лиственничный лес.
Проводили замеры каждые пять дней, пока не растает снег.
10, 15, 20, 25, 30 апреля, 5 мая (может, где-то еще сохранится до этого времени).
Измеряем высоту, делаем фото снежного профиля и фото кристаллов снега с каждого слоя.
В итоге мы получим картину, как тает снег и какие с ним происходят метаморфозы.
В период снеготаяния, температура снега, его структура меняется, он плавится, нижний слой все больше фирнизируется, кристаллы снега объединяются.
В верхнем слое может сформироваться из-за сильного ветра снежная (или ветровая) доска. А из-за перепадов температуры - ледяная корка.
По возвращении в школу, все сделанные в полевых условиях описания унифицируются и оформляются.
Первый этап - унификация описаний. Она заключается в выявлении некоторых общих признаков всех описанных шурфов – например, наличие определенного числа основных слоев (чаще всего их выделяется три, разделенных ледяными корками).
Далее разрабатывается система условных обозначений. Они применяются, в основном, для зернистости и плотности слоев наглядного изображения.
При выполнения данной работы мы использовали: лопату (для раскапывания снега), линейку, полевой дневники, компасы и некоторые подручные материалы (палочки, травинки, спички).
1. Построение ландшафтного профиля.
Для построения ландшафтного профиля мы выбрали участок, сочетающий в себе коренной берег реки Амга и пойму реки с разнотравным луг.
Определили протяженность маршрута. Она составила примерно 0,5 км.
2. Определение средней высоты снегового покрова.
При определении высоты снежного покрова мы лопатой выкапывали снеговой шурф и при помощи линейки определяли высоту снегового покрова во всех точках маршрута. Зима 2023-2024 года выдалась с обильным снегом.
Измерили высоту снегового покрова. В каждой точке маршрута мы определяли высоту каждого снегового слоя и результат заносили в полевой дневник. На основе полученных данных сделали таблицу.
Таблица№1 Высота снегового покрова
|
Даты |
1 участок (см) |
2 участок (см) |
|
10 апреля 2024 г. |
42 |
42 |
|
15 апреля 2024 г. |
34 |
36 |
|
20 апреля 2024 г. |
28 |
22 |
|
25 апреля 2024 г. |
0 |
0 |
Таким образом средняя высота снегового покрова на участке ландшафтного профиля составила – 43 см.
Графики высоты снежного покрова в точке 1, в точке 2
3. Интерпретация данных.
Анализируя полученный данные, мы заметили, что видимых границ между первым и вторым снежным покровом нет. Снег находится в сухом состоянии в виде снежных кристаллов. Легко ссыпается с лопаты. Цвет первого и второго снежного покрова белый. Площадь проективного покрытия сухой травой составляет до 85% на полянах и 70% у деревьев. Растений, зимующих в зелёном виде, не встречали. температура у поверхности почвы хоть и не значительно, но отличается от температуры у поверхности снегового покрова. Таким образом, мы приходим к выводу, чем больше высота снегового покрова, тем комфортнее зимующим организмам.
Максимальная мощность снежного покрова наблюдается в местах затененных, с минимальным ветровым движением. Минимальная мощность наблюдается на открытых местах, где аккумуляция снежного покрова идет медленнее, чем его ветровой снос и таяние. Плотность снежного покрова достигает наибольших значений в местах наибольшей аккумуляции, где снег утрамбовывается температурными перепадами и под собственным весом.
2.3. Выводы.
1. Определили важнейшие функции и свойства снегового покрова. Важнейшими функциями снегового покрова являются:
предохранительная (теплоизоляционная)-сохраняют от промерзания;
аккумулирующая – запас влаги весной;
оказывает влияние на климат;
защитная – защита атмосферы от загрязнений.
2. Главными свойствами снегового покрова являются: мощность и плотность. Мощность снегового покрова больше в лесу. Наименьшей высоты снеговой покров достигает на открытой местности.
Выяснили, что сход снежного покрова тает неравномерно. На равнинных участках ветер выдувает снег быстрее.
Температура у поверхности почвы хоть и не значительно, но отличается от температуры у поверхности снегового покрова.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Снежный покров играет значительную роль в функционировании природных комплексов. Он оказывает влияние на рельеф, климат, внутренние воды, почвы, растительный и животный мир. Велика роль снежного покрова в круговороте воды в природе. Снеговое питание занимает значительное место в речном стоке территорий, на которых формируется снежный покров. Он определяет величину годового стока, уровень весеннего половодья, ледовый режим рек, интенсивность наледных и лавинных процессов, годовой баланс ледников.
Максимальная глубина снежного покрова (43 см) наблюдается с минимальным ветровым движением. Минимальные же глубины (40 см) наблюдаются в лесу, где аккумуляция снежного покрова идет медленнее, чем его ветровой снос и таяние. На открытых пространствах снег под действием ветра перевивается, заполняет впадины, уплотняется. В лесу действие ветра значительно ослабляется, но и здесь глубина снежного покрова не бывает одинаковой. На полянах накапливается максимальное количество снега, а меньше его у стволов деревьев. Глубина снежного покрова зависит и от типа леса: от густоты стояния стволов и видового состава деревьев. Плотность снега достигает наибольших значений в местах наибольшей аккумуляции, где снег утрамбовывается температурными перепадами и под собственным весом. Маршрут снегомерной съемки является учебным, включая лесные участки и открытое пространство; его протяженность невелика; расположен в окрестностях деревни. Все это позволяет привлекать к данной работе школьников.
В дальнейшем планируем:
-
выяснить, плотность снегового покрова и обеспеченность территории влагой;
-
достроить ландшафтный профиль до русла реки Амга с указанием типов растительности;
-
провести комплексное изучение территории на ландшафтном профиле.
Список литературы
-
Боголюбов А.С., Лазарева Н.С. «Экосистема», 2001.
-
Большая Российская энциклопедия: В 30т / Председатель Науч.-ред. Совета Осипов Ю.С. Отв. ред. Кравец С.А. Т.7 Гермафродит-Григорьев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2007. -767с.: ил.: Карт
-
Большая Российская энциклопедия: В 30т / Председатель Науч.-ред. Совета Осипов Ю.С. Отв. ред. Кравец С.А. Т.8 Григорьев-Динамика. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2007. -767с.: ил.: карт
-
Большая Советская энциклопедия ил. (в 30 томах) Гл. ред. Прохоров А.М. Изд. 3-е. М., «Советская Энциклопедия», 1976. Т. 24 1976. 608с. с ил., 30л илл., 5л. Карт
П риложение 1