пели. Можно видеть, как сильно изменяется микроструктура снега.

Общий характер этого изменения таков. Частицы снега постепенно укрупняются и все более утрачивают свою индивидуальность. Воздушные промежутки в снежной постройке уменьшаются. В итоге снег делается плотнее и прочнее, как говорят, снег твердеет. Рыхлый свежий снег постепенно превращается в слежавшийся, затем в уплотненный снег и, наконец, может стать фирном - очень плотным крупнозернистым снегом, состоящим из спрессованных ледяных зерен.

Рассмотренные процессы будут неизбежно происходить в снежном покрове - лишь бы он пролежал достаточно долго. Эти процессы ускоряются кратковременными оттепелями, на них, разумеется, влияют ветры.

Слоистая структура снежных покровов. Рассматривая процессы, происходящие внутри снежного покрова, мы до сих пор молчаливо полагали, что покров однороден по всей своей глубине. На самом же деле это, конечно, не так. Ведь тот или иной снежный покров формируется не в один день. Уже отсюда следует, что он должен иметь слоистую структуру: сверху слои более свежего снега, внизу слои слежавшегося снега. При этом существенно, что снежные слои нельзя рассматривать изолированно друг от друга - между ними происходит обмен водяными парами, талые воды из верхних слоев стекают в нижние, верхние слои давят на нижние. В целом картина физических процессов оказывается очень сложной. Упрощая ее, ограничимся

рассмотрением двух случаев - они показаны на рисунке 18.2.

Обычно температура снежного покрова уменьшается в направлении снизу вверх: вблизи грунта она выше, чем у поверхности снега (см. рисунок 18.2,а, где Т - температура, Я - расстояние до поверхности покрова, красная линия- температурная кривая). Как известно, давление паров воды, насыщающих воздух, тем больше, чем выше температура. Значит, в данном случае давление водяных паров внутри снежного покрова будет расти с глубиной. Поэтому возникает движение пара снизу вверх (на рисунке оно отмечено желтой стрелкой). Из нижних слоев снежного покрова водяной пар будет непрерывно удаляться, там образуется рыхлый слой глубинного инея. Кристаллизация поднявшихся вверх водяных паров приводит к уплотнению верхних слоев; возникающий у поверхности слой уплотненного снега называют снежной доской. Под действием солнечных лучей происходит кратковременное таяние самого верхнего тонкого слоя снега, сменяющееся замерзанием образовавшейся воды, и в результате на поверхности снежного покрова нарастает ледяная корочка, называемая настом.

Мы видим, таким образом, что плотность снежного покрова повышается в направлении снизу вверх - от рыхлого глубинного инея к уплотненной снежной доске, прикрытой сверху коркой наста. При этом важно, чтобы общая толщина снежного покрова была не слишком боЛьшой; в противном случае станет существенным давление верхних слоев на нижние, способствующие уплотнению нижних слоев. Изображенная

о т

♦ н ф

здесь картина характерна для заснеженных равнин нашей средней полосы. В других условиях будет наблюдаться иная картина.

Например, исследователи Антарктиды столкнулись с неожиданной и довольно неприятной особенностью антарктического снежного покрова - его верхние слои оказались очень рыхлыми, что сильно затрудняло движение лыжников, взлет и посадку самолетов. В данном случае снежный покров формируется не на грунте, а на материковом льду. Поэтому температура снежного покрова в направлении сверху вниз не увеличивается (как это было в рассматривавшейся ранее ситуации), а, напротив, уменьшается (рис. 18.2,6). В результате давление водяных паров в верхних слоях покрова оказывается больше, чем в нижних, и теперь водяные пары устремляются сверху вниз. Они кристаллизуются в нижних слоях, что приводит к уплотнению этих слоев. Кроме того, надо учитывать, что толщина антарктического снежного покрова достаточно

велика, поэтому уплотнение нижних слоев усиливается за счет давления, оказываемого выше лежащими слоями. В данном случае оба фактора (сила тяготения и внутриснежное перемещение водяных паров) действуют в одном направлении; в итоге сильное уплотнение самых нижних слоев снега приводит к образованию фирна, который переходит в материковый лед.

Десять вопросов - десять ответов.

Наблюдая каждой зимой заснеженные поля, леса, городские улицы, площади, скверы, мы поневоле привыкаем к снегу и начинаем воспринимать его как нечто хорошо знакомое. Но так ли уж хорошо мы с ним знакомы?

Чему равна масса снежинки и масса всего снега? Отдельная снежинка имеет маленькую массу - порядка миллиграмма (10 г). Однако масса всего пухового одеяла , которое образуют упавшие на землю мириады снежинок, оказывается весьма солидной. Ког-

да в Северном полушарии зима подходит к концу, общая площадь земного снежного покрова достигает 10* км (20% поверхности земного шара). Масса этого покрова равна примерно 1,35 10® кг (13500 млрд т).

Почему свежевыпавший снег белый? Исключительная белизна снега общеизвестна.

Яркий снег слепит глаза людей, Белый снег, он серебра белей, Он своей поспорит белизной С мягкой ватой, с рисовой мукой.

Так писал о снеге китайский поэт Лю Дабай.

Свет, падающий на какое-либо вещество, частью поглощается в нем, а частью отражается. Кроме того, свет может частично проходить сквозь вещество (если оно в какой-то мере прозрачно). Как правило, поглощение света различными веществами сильно зависит от длины волны, именно поэтому мы видим все вокруг в цвете. Предположим, например, что рассматриваемый объект поглощает почти весь оптический диапазон длин волн и отражает лишь красные лучи; ясно, что такой объект, освещаемый солнечным светом, будет представляться нам красным. Если объект поглощает лучи всех длин волн и практически ничего не отражает, то он выглядит чёрным. Если же, наоборот, объект практически все лучи отражает, он выглядит белым. Именно таков свежевыпавший снег; он отражает более 90% падающих на него солнечных лучей.

Для объяснения столь высокой отражающей способности снега надо обратиться к явлению полного внутреннего отражения света. Предположим, что световые лучи падают на границу льда и воздуха

изнутри льда (рис. 18.3). Если угол падения луча больше Oq, определяемого формулой sinao = n2/ni {п\ и 2 - показатели преломления соответственно льда и воздуха), то такой луч полностью отразится от рассматриваемой границы. Можно считать, что П 4/3, 2= 1, так что аож48°. Таким образом, все лучи с углами падения больше 48 будут полностью отражаться от границы лед - воздух.

Предвидим недоумение, которое может возникнуть у читателя. Он может возразить, что поверхность снега - это все же не поверхность льда (недаром, в отличие от снега, лед на реке выглядит достаточно темным) и, кроме того, солнечные лучи падают на границу лед - воздух не со стороны льда, а со стороны воздуха.

Отвечая читателю, заметим, что снег - это в конечном счете лед (ведь снежинки состоят из мелких льдинок), но лед этот не монолитен, а пронизан множеством воздушных пор. Падая на поверхность снега, солнечные лучи сравнительно легко проникают внутрь снеговых льдинок, находящихся вблизи поверхности. Проникнуть глубже в снег лучам не дают полные внутренние отражения от многочисленных поверхностей, отделяющих льдинки от воздуха, который заполняет внутренние поры в снегу. Когда эти поры исчезают (при образовании монолитного льда или в результате заполнения талой водой), отражение света существенно уменьшается - в этом случае значительная часть солнечных лучей проникает достаточно глубоко внутрь покрова и там поглощается,

Связь белизны с явлением полного внутреннего отражения света