Формозов А.Н. Снежный покров в жизни млекопитающих и птиц. Особенности снега как минерала и снежного покрова как климатического фактора
Формозов А.Н.
Снежный покров в жизни млекопитающих и птиц
Из-во МГУ. 1990 г.
Особенности снега как минерала и снежного покрова как климатического фактора
Снег, крупа, град образуются или непосредственно из водяных паров, или при замерзании капель жидкой воды. От снега к граду и крупе, от крупы к ледяному дождю имеется полный ряд переходов. Крупа, по Оболенскому (1927), получается из хлопьев снега, которые при порывах ветра, меняющего направление, скатываются в плотные ледяные шарики. Эти шарики — начальная стадия образования града. Ядра градин имеют ту же структуру, что и крупа. Последняя выпадает в основном при шквалистой погоде; в средней полосе — чаще весной (март, апрель и иногда май) и осенью, а в горах — даже летом. Крупа имеет форму круглых белых непрозрачных ледяных шариков, достигающих в диаметре размеров горошины (2—5 мм). Град выпадает обычно летом. Зимой, вместе со снегом, он отмечается очень редко. Снег может сменить крупу, и обратно крупа иногда идет после снега. Форма смежных кристаллов-снежинок крайне разнообразна, но в средней полосе заметно преобладают шестилучевые гексагональные звездочки. Щукевич (1910), изучавший формы снежных кристаллов в течение почти трех зим, за 176 дней со снегопадом отметил 246 различных форм снежинок. В среднем на каждый день со снегопадом приходилось до 8 форм, а в некоторые дни разнообразие их было значительно большим, иногда до 37 разных форм.
Оказалось, что шестигранные звезды стоят на первом месте по частоте выпадения (отмечены при 37% снегопадов, наблюдавшихся за все время).
Особенно часто они наблюдались при февральских (57%) и мартовских (42%) снегопадах; в ноябре, декабре, январе и апреле около третьей части снегопадов также имело кристаллы, принадлежащие к этому типу. Шестигранные пластинки отмечены в 25% от всех наблюдавшихся случаев выпадения снега и были более часты тоже в феврале и марте. Комбинации шестигранных звезд и таких же пластиночек дали 32%. Призмы и иглы составляют только 19% от числа наблюдений. Они чаще выпадают в декабре (23%), январе (30%), а также феврале—марте.
Формы кристаллов, образующихся при определенных атмосферных условиях на уровне облаков или близ поверхности земли, различны. Так, длинные и тонкие иглы выпадают только в январе и феврале при относительно низкой температуре (в среднем —7,1°) и ни разу не отмечены при температуре выше — 2°. Несомненно, что в разных частях области с холодной зимой, характеризующихся своеобразными атмосферными условиями (температура, влажность, ветры), будут преобладать разные типы снежинок.
Кристаллы снега отличаются незначительной величиной и малой массой. Звездочки имеют диаметр в среднем 2,30 мм, а толщину 0,08 мм, пластинка — диаметр 0,33 мм; иглы — среднюю длину от 0,72 мм, наибольший диаметр — 0,07 мм и т. д.
На пути к земле снежинки покрываются иногда изморозью или сцепляются и смерзаются в большие снежные хлопья (до 1—8 см). Чтобы покрыть 1 м2 снеговым покровом высотой 1 м, нужно от нескольких до десятков миллиардов снежинок. Они ложатся неплотно одна к другой, между их пластинками, лучами и иглами сохраняется воздух. Снежный покров (по Чирвинскому, 1932) напоминает эмульсию из воздуха и снежинок или пену. Этой особенностью объясняются белый цвет снега и малая его теплопроводность. Чем крупнее снежинки, тем менее плотно они ложатся, в связи с чем изменяется и удельный вес снега: наибольший — 0,14, наименьший — 0,04 и в среднем для свежевыпавшего — 0,09. Какое значение имеет величина снежинок для плотности свежевыпавшего снега, видно из многочисленных определений Розенталя (1904), произведенных в Иркутске за 1899—1903 гг. При выпадении крупных снежинок в среднем плотность была равна 0,056, при снежинках средней величины — 0,091, а при малых — 0,135.
При длительном лежании или медленном таянии снег уплотняется и может превратиться в лед (удельный вес льда 0,9162—0,9212). По исследованиям Абельса, коэффициент теплопроводности снега прямо пропорционален квадрату его удельного веса или квадрату плотности. Например, при удельном весе 0,1 теплопроводность равна 0,00009, при 0,7 теплопроводность 0,2. «Если плотность снега принять в среднем равной 0,20, то коэффициент его теплопроводности будет 0,0162, — говорит Чирвинский.— Эта величина в 20 раз менее коэффициента теплопроводности сплошного льда, плотность которого равна 0,90».
В связи с этими особенностями снежный покров играет огромную роль в предохранении земли и растений от промерзания. Малая его теплопроводность оказывается крайне важной и в экологии животных.
Так как плотность и удельный вес снега в одной какой-нибудь местности, равно как и высота покрова, сильно изменяются в течение одного сезона и нередко имеют большие отличия в разные годы, то и защитные термоизоляционные особенности снега непостоянны. Они довольно сильно варьируют, что, конечно, сказывается на растительности и на животных.
Накопившийся снежный покров метаморфизируется, изменяется под действием ряда факторов. Уплотнение снега и вторичная перекристаллизация происходят под влиянием силы тяжести (это особенно относится к нижним слоям снега), при частичном таянии и последующем замерзании, вызывающем образование плотных корок или слоев, а в особенности под действием ветра, который уносит мелкий сухой снег с одних мест и откладывает его на другие в форме валов (по оврагам, опушкам леса, межам), барханов, заструг и т. п. Перевеваемый снег движется в виде мелкой снежной пыли, которая затем образует особенно плотные отложения под сильным давлением ветра. Некоторую роль в метаморфизации снега играют также холодный дождь, при котором образуется ледяная корка (гололедица), и процессы возгонки. Переносимые ветром частицы («снежный детритус») способны бороздить и скульптурировать поверхность снежных отложений и даже наносить тяжелые повреждения коре деревьев и кустарников у границы тундры (Городков, 1926).
Процессы «настования» и «фирнизации» снегового покрова, как их называет Чирвинский, имеют большое значение в жизни позвоночных, так как условия передвижения животных по снегу, возможность раскапывать корм, зарываться в снег и т. п. целиком зависят от твердости, зернистости и толщины наста, количества фирновых прослоек в толще покрова и т. п. Таким образом, снежный покров — это субстрат, по которому движутся зимой многие из позвоночных, для других видов он — та среда, в которой они прокладывают свои ходы и устраивают гнезда, для многих форм — препятствие при добывании корма и единственный источник питьевой воды в зимнее время. В то же время снежный покров — это своеобразный термоизоляционный слой, который создает особый тепловой режим у поверхности и в глубине земли, укрытой его рыхлыми пластами, что играет огромную роль в жизни растений, беспозвоночных животных и мелких позвоночных. Значение его многообразно и сложно, как многообразны и сложны свойства снега и его производных.
Недаром у нас снег был назван «периодическим минералом». Снег и снежный покров служат объектом одновременного изучения метеорологов, климатологов, географов, геологов, гидрологов, агрономов и других специалистов. Так, снег в силу сложности и многогранности его особенностей становится объектом, на изучении которого соприкасаются и перекрываются интересы самых разнородных дисциплин.
Интересно решить вопрос о том, к числу каких известных экологии факторов отнести снежный покров, периодически то появляющийся, то исчезающий и влияющий на жизнь организмов с самых разнообразных сторон. С одной стороны, это фактор климатический, и поэтому метеорология с климатологией всегда включали снег и снежный покров в круг своих научных интересов. С другой стороны, он приближается по ряду особенностей к факторам эдафическим (почвенным) и совершенно обоснованно привлекает внимание географов и геологов. В то же время он отличается довольно резко и от типичных климатических факторов и от типичных эдафических. Значение снежного покрова в жизни растительности и фауны настолько существенно и своеобразно, что я считаю необходимым поставить его на особое место между климатическими и эдафическими факторами, выделив новую группу факторов хионических или н;ивальных (факторов снежности).
Интересно отметить, что народы Севера, в течение веков имеющие дело со снежным покровом, глубоко оценившие все многообразное его значение, располагают таким обилием терминов, характеризующих особенности снегопада и состояния снежного покрова, что лексикон их оказывается неизмеримо более богатым, нежели специальный метеорологический словарь. Правда, некоторые из этих терминов уже вошли или начинают входить в науку, но многие еще остаются неизвестными специалистам по снегу. Несомненно, что тщательное собирание слов, касающихся снега и снежного покрова, употребляемых в язык северных оленеводов, охотников тайги и степных скотоводов, обогатит науку и поможет выработать достаточно точную и полную терминологию. Напомню о вошедших в научный лексикон народных терминах: вьюга, метель (местами — кура, от слова — куриться), поносуха (от нести), буран, поземка (верховая и низовая), применяемых для обозначения снегопадов с сильным ветром или переноса уже выпавшего снега.
Слово «наст», обычно малоизвестное городским людям, обозначающее уплотненную корку на поверхности рыхлого снежного покрова, имеет целый ряд синонимов. Так, в Западной Сибири вместо наст говорят «чарым», в Восточной Сибири — «чир», от последнего корня производят глагол «зачирать», что значит «покрыться настом», «обнастовать». Тонкий льдистый наст, ломающийся при движении человека со звоном, на севере Горьковской области называется охотниками-промысловиками «сковорода» или «шорох». Сковорода своим шумом крайне затрудняет охоту, острые края проломов ранят лапы собак лаек и сильно портят обувь. Льдистая корка, образовавшаяся из слоя снега, смоченного замерзающим дождем, на севере и в степях называется «ожеледь», «гололедица» или «гололедка». Она оказывает губительное действие на многих диких и домашних животных.
Когда выпадает глубокий и мягкий снег (в Восточной Сибири говорят «хлупнет»), ходьба по нему становится трудной. Для обозначения этих трудностей широко распространено меткое слово «бродно» (на севере), «убродно» (на востоке) или «субродно» (в Костромской области). Глубокий мягкий снег просто называют «уброд». В Саянах состояние снега, определяющее трудность ходьбы на лыжах, обозначают термином «взъем». Плохой взъем — когда лыжи тонут глубоко, хороший — когда они тонут мало или идут по верху. Те же затруднения при движении по снегу испытывают крупные животные, например копытные, хищники, поэтому перечисленные термины вполне заслуживают использования в экологических работах.
Свежая выпадка снега, облегающая охоту по следам, называется «пороша», «перенова» или «перенога» (Дальний Восток). Обильный снегопад — «кидь»; снег, сильно уплотненный ветром, в тундрах северо-востока Сибири зовут «торным снегом», или «убоем». Эоловые формы на его поверхности — «снежными застругами».
Насколько богат народный язык обозначениями разных типов снегопада, можно показать на материалах, собранных Максимовым (1890) у поморов Европейского Севера СССР. «Если идет пушной, крупный, хлопьями снег, застилающий и без того скудный свет, — значит опускается «падь». Когда сверху нет снега, а ранее выпавший ветром на просторе разносится во все стороны, — разгуливается «поносуха». Падь при сильном ветре и заметелях, когда снег и сверху и снизу (разметаемый ветром), слывет под именем «хивуса». Густой мокрый снег в теплую погоду — «рянда». Нагоняемый ветрами мелкий дождь в густом тумане — «чидега». На Камчатке, где от характера снежного покрова зависит быстрота и сама возможность сообщения на ездовых собаках, технический язык очень богат терминами, обозначающими все оттенки состояния снежной поверхности: «наст, уброд, убой, пролом (тонкий наст, ломающийся под полозьями нарты), развод, некать, рассол» (Державин, 1916).
Географы и геологи вынуждены нередко говорить довольно пространно — «места, обнаженные от снега ветром», или «пятна выдувания». Между тем существуют общепринятые у охотников Алтая, Саяна и Забайкалья термины «выдув» и «выдува» для обозначения таких оголенных участков склонов.
Именно на выдувах зимой часто пасется северный олень. Противоположностью выдувам являются «забои» — скопления снега, сметаемого ветром в депрессии рельефа, где он часто (в горах) лежит до половины или конца лета. Сугробы или сувеи снега, накапливающиеся в оврагах и лесных опушках, являются полными аналогами снежных забоев гор. Северный олень в горах часто ложится летом на забоях, спасаясь от кровососущих двукрылых; в лесах на оставшихся пластах сугробов ложатся зайцы беляки (Аксаков, Кириков, 1935). Снег, скапливающийся на ветвях деревьев, охотники тайги называют коротко и метко «навесь» или «навись». Во многих местах Сибири ее же зовут «кухтой».
Кухта играет большую роль при охоте за белкой, куницей и соболем. Не меньшее значение она имеет, как покажем далее, и в жизни позвоночных.
Условия снежности не одинаковы в различных ландшафтных зонах. Для выяснения имеющихся закономерностей необходимо сделать хотя бы краткий обзор особенностей снегового покрова в разных областях СССР.