Лёд и Снег · 2021 · Т. 61 · № 3

УДК551.578.4

doi: 10.31857/S2076673421030097

Строение снежной толщи на Кольском полуострове

¹Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАН, Южно-Сахалинск, Россия;

²Управление главного инженера АО «Апатит», Кировск, Россия

*cdsmd@yandex.ru

The structure of the snow thickness on the Kola Peninsula

N.A. Kazakov^1*, E.N. Kazakova¹, A.V. Volkov²

¹Special Research Bureau for Automation of Marine Researches FEBRAS,Yuzhno-Sakhalinsk, Russia;

²Division of avalanche safety JSC «Apatit», Kirovsk, Russia

*cdsmd@yandex.ru

Received November 27, 2020 / Revised March 6, 2021 / Accepted March 19, 2021

Keywords: snowpack structure, snowpack texture, snowpack lithostratigraphic complex, Kola Peninsula.

Summary

In 2016-2019, the structure of the snow thickness in the northern and central parts of the Kola Peninsula (from

the Barents Sea to the Khibiny Mountains) was studied in tundra, forest-tundra, taiga, high-altitude Arctic and

other landscapes during the periods of maximum recrystallization of the snow (February-April) and initial snow

accumulation (October). 37 borings were made in the snow thicknesses. 399 snow layers of different ages and gen-

esis were examined. In the total, 399 measurements of the density, porosity, structure of snow (size and shape of

ice crystals) and texture (orientation of crystals and pores) of snow layers, 413 measurements of temperature at

the contacts between snow layers, 46 measurements of the temporary resistance of the layer to rupture, 27 mea-

surements of the time resistance to compression, 119 measurements of the resistance of the snow layer to horizon-

tal sounding (with a cross-shaped tip that allows taking into account the anisotropy of the snow layer) were per-

formed. The percentage of crystals of different classes of shapes in the layer was determined. It was found that the

Kola Peninsula has a high rate of evolution of the snow thickness. Even in multi-snow winters (including the land-

scapes of high-altitude Arctic deserts in Khibiny and Monche-tundra) in March, up to 90% of the snow thickness

is made up of snow layers with a columnar and fibrous texture, composed of ice crystals of semi-skeletal and skel-

etal classes of shapes with a diameters of up to 4 mm. These patterns of the evolution are typical for the Arctic and

Subarctic (confirmed by studies on the Yamal Peninsula, in the lower reaches of the Northern Dvina River and in

Karelia). Values of the strength characteristics of the snow layer (time resistance to rupture, resistance to compres-

sion, and to horizontal sounding with regard for the anisotropy of the snow layer texture) are the lower, the higher

the content of crystals in the layer of the highest stages of evolution (skeletal) and the more developed the texture of

the layer. The lowest values of strength characteristics were observed in snow layers with a fibrous texture.

Citation: Kazakov N.A., Kazakova E.N., Volkov A.V. The structure of the snow thickness on the Kola Peninsula. Led I Sneg. Ice and Snow. 2021. 61 (3):

404-419. [InRussian]. doi: 10.31857/S2076673421030097.

Поступила 27 ноября 2020 г. / После доработки 6 марта 2021 г. / Принята к печати 19 марта 2021 г.

Ключевые слова: структура снежной толщи, текстура снежного слоя, литолого-стратиграфический комплекс снежного покрова,

Кольский полуостров.

В 2016-2019 гг. исследовалась структура, текстура и физические свойства снежной толщи в север-

ной и центральной частях Кольского полуострова в тундровых, лесотундровых, таёжных, высоко-

горных арктических и других ландшафтах в периоды начального снегонакопления (октябрь) и мак-

симальной перекристаллизации снежной толщи (февраль-апрель). В 37 шурфах было исследовано

399 снежных слоёв разного возраста. Установлено, что к марту до 90% снежной толщи состоит из

снежных слоёв со столбчатой и волокнистой текстурой, сложенных ледяными кристаллами полу-

скелетного и скелетного классов диаметром до 4 мм.

Введение

го покрова, которые зависят от его стратифика

ции, структуры и текстуры, определяют условия

Снежный покров на Кольском полуостро

проходимости территории транспортными сред

ве - постоянно действующий фактор, силь

ствами в зимнее время, характеристики поло-

но влияющий на социальные и экономические

водья и условия возникновения наиболее разру

процессы. Физические характеристики снежно

шительных лавин. Знания о строении снежной

 404 

Н.А. Казаков и др.

толщи необходимы для решения целого ряда

теристик в разные периоды зимнего сезона и по

задач, в числе которых:

строить карты снежного покрова на Кольском

1) прогноз лавин - определение времени по

п-ове. Задачи настоящего исследования вклю

явления и мощности лавиноопасных снежных

чают в себя: 1) получение данных о строении

слоёв;

снежной толщи (структуры, текстуры, страти

2) расчёт параметров половодья и его прог-

фикации) в центральной части Кольского п-ова;

ноз - скорость таяния сильно перекристаллизо

2) выяснение зависимости строения снежной

ванной и сильно разрыхлённой снежной толщи

толщи от типа ландшафта, а также зависимости

гораздо выше, чем уплотнённой снежной толщи,

прочностных характеристик снежной толщи от

что приводит к быстрому снеготаянию и стре

её структуры и текстуры; 3) изучение данных о

мительному подъёму уровня воды, вызывая вы

скорости перекристаллизации снежной толщи.

сокий, но быстро проходящий паводок. Данный

При ограниченном объёме полевых наблю

фактор не учитывается при прогнозе половодья,

дений строение снежной толщи на неизученной

поэтому скорость подъёма уровня воды в поло

или слабоизученной территории можно опре

водье сильно занижается или завышается. Отме

делить на основе представлений об эволюции

тим, что для качественного прогноза половодья

снежного покрова [4-6] и литолого-стратигра

знание только водозапаса в снежном покрове

фических комплексах снежной толщи [6, 7]. Ис

недостаточно;

следования [6-10] показали, что в зимние сезо

3) определение числа снегопадов и сумм

ны снежная толща в однотипных ландшафтах

твёрдых осадков за снегопад в тех районах, где

(даже расположенных в разных регионах) со

нет метеорологических наблюдений, по числу

схожими гидрометеорологическими условия

снежных слоёв в снежной толще и их водному

ми имеет сходное строение. Это показывает, что

эквиваленту;

процессы, формирующие снежную толщу, опре

4) проходимость снежной целины транспорт

деляются характеристиками вмещающего ланд

ными средствами, которая зависит не только от

шафта. В результате появляется возможность си

толщины снежного покрова, но и от степени его

стематизировать типы строения снежной толщи

перекристаллизации: при сильной перекристал

так же, как систематизированы комплексы гор

лизации снежной толщи даже лёгкие снегоходы

ных пород: по идентичности гидрометеороло

проваливаются в снег и теряют возможность пе

гических, геофизических и других условий их

редвигаться. Однако структура, текстура и стра

седиментации и диагенеза, а не по географиче

тификация снежной толщи на Кольском п-ове

скому положению объекта.

практически не исследовалась (за исключением

Снежную толщу можно описать как осадоч

Хибин), здесь никогда не создавались и карты

ную мономинеральную горную породу [3, 6, 11-

строения снежной толщи.

13] (пакет снежных слоёв разного возраста с раз

ными физическими характеристиками), в которой

лёд - основной породообразующий минерал. От

Постановка задачи исследований

метим, что понятие «снег - мономинеральная гор

ная порода» было предложено Г.Д. Рихтером [11].

На Кольском п-ове стратиграфические наб-

Такой подход к описанию снежной толщи позво

людения в снежной толще проводили с середи

ляет использовать для её исследования методы,

ны 1930-х годов в Хибинах Цехом противола

разработанные в геологии для описания и класси

винной защиты ПО «Апатит» (Отдел лавинной

фикации горных пород [14].

безопасности АО «Апатит») [1] и географиче

Снежный слой, сформировавшийся во время

ским факультетом МГУ имени М.В. Ломоносо

снегопада и эволюционирующий в однотипных

ва [2, 3]. Однако исследование строения снеж

ландшафтах при сходных геофизических и ме

ной толщи на остальной части полуострова до

теорологических условиях, правомерно описы

2016 г. не вели. Отсутствие данных о стратифи

вать как фацию, а генетическую совокупность

кации, структуре и текстуре снежного покро

снежных слоёв (снежную толщу) в однотип-

ва не позволяет представить строение снежной

ном ландшафте - как геологическую формацию.

толщи, оценить значения её физических харак

Тогда снежная толща, залегающая в однотипных

 405 

Снежный покров и снежные лавины

ландшафтах, проходящая седиментацию и диа

построить карту строения снежной толщи (ЛСК

генез (син- и эпигенез) в сходных гидрометео

снежного покрова) для однотипных ландшафтов

рологических и геофизических условиях, может

по всей территории исследований.

быть описана как литолого-стратиграфический

Основные управляющие параметры в физи

комплекс (ЛСК) [6, 7]. Воздействие на снежную

ческой системе «снежная толща» - структура

толщу гидрометеорологических и геофизических

(форма и размер ледяных кристаллов) и тексту

факторов, близких по своим параметрам, приво

ра (взаимное расположение кристаллов в снеж

дит к формированию в однотипных ландшафтах

ном слое и ориентация пор и дендритов ледяных

в однотипные зимы спектров стратиграфических

кристаллов внутри снежного слоя, отражающая

колонок с близкими структурой, текстурой, стра

анизотропию снежного слоя, обусловленную

тификацией (число и толщина снежных слоёв) и

ориентацией пор и дендритов ледяных кристал

физическими характеристиками.

лов). При эпигенезе снежной толщи их ориен

Учение об эволюции снежного покрова [4, 5]

тация из хаотической (монолитная текстура -

позволяет построить прогноз изменения струк

изотропный слой) становится вертикальной

туры и текстуры снежной толщи в процессе её

(столбчатая и волокнистая текстуры - анизо

эволюции. В нашем представлении, эволюция

тропные слои), в результате чего прочностные

снежного покрова - детерминированный про

характеристики снежного слоя (твёрдость, со

цесс, вызывающий образование, накопление и

противление сжатию и др.) становятся зависимы

метаморфизм снежной толщи в результате сово

от направления приложения воздействия: па

купного воздействия гидрометеорологических и

раллельно простиранию слоя или вертикально.

геофизических факторов [6, 7]. На разных этапах

По этой причине структура и текстура снежной

эволюции формируется снежная толща с опре

толщи выбраны в качестве параметров для коли

делённой структурой, текстурой и стратифика

чественного описания строения снежной толщи.

цией, которые определяют физические (в том

числе прочностные) характеристики снежно

го покрова. Литолого-стратиграфический ком

Методика исследований

плекс снежного покрова эволюционирует в

конкретном ландшафте под воздействием всей

Исследования проводили в северной и цен

совокупности протекающих в нём физических,

тральной частях Кольского п-ова: от побере

геологических и географических процессов.

жья Баренцева моря до Хибин в период макси

В однотипных ландшафтах [15], располо

мальной перекристаллизации снежной толщи

женных в разных регионах, формируются близ

(март) (рис. 1). В шурфах в снежной толще по

кие по своим параметрам ЛСК. В неоднотип-

слойно определяли плотность и пористость

ных ландшафтах литолого-стратиграфический

снега (рассчитывалась через его плотность),

комплекс даже в однотипные зимы имеет раз

структуру снега, текстуру снежных слоёв; изме

ную стратификацию, структуру и текстуру снеж

ряли температуру в снежной толще на контак

ной толщи. Эволюция ЛСК детерминирована:

тах между снежными слоями, а также временнóе

структурно-текстурные и физические характе

сопротивление снежного слоя разрыву и сжа

ристики снежной толщи задаются гидрометео

тию при вертикальном приложении нагрузки

рологическими и геофизическими условиями

и сопротивление снежного слоя зондированию

вмещающего ландшафта и могут быть рассчи

с учётом анизотропии его текстуры. В послед

таны. Тогда, зная строение снежной толщи на

нем случае использовали зонд с наконечником

изученной территории, для однотипных ланд

крестообразной формы [16], позволяющим учи

шафтов можно: а) определить её строение на не

тывать анизотропию текстуры снежного слоя.

изученных территориях; б) количественно опи

Стратиграфическую колонку описывали по

сать её строение в любой период зимнего сезона

классификации отложенного снега [6, 9]. Клас

на любой территории для разных типов зим. Эти

сы форм ледяных кристаллов вторично-идио

представления позволяют на основе данных по

морфного снега определяли в соответствии с

левых исследований снежной толщи в шурфах,

данными работ [3, 17, 18]. Одновременно выпол

расположенных в определённых ландшафтах,

няли площадную снегосъёмку на снегомерных

 406 

Н.А. Казаков и др.

площадках в разных ландшафтах, по результатам

которой определяли среднюю и максимальную

толщину снежного покрова и его водный экви

валент (водозапас). Во время стратиграфических

исследований снежной толщи при помощи по

левой метеорологической станции вели метео

рологические наблюдения, в процессе которых

измеряли температуру и влажность воздуха, ско

рость и направление ветра, атмосферное давле

ние, облачность, фиксировали метеорологиче

ские явления. При исследовании снежной толщи

в шурфах выполняли макрофотосъёмку ледяных

кристаллов из каждого снежного слоя. Затем при

камеральной обработке фотографий выделяли

классы форм ледяных кристаллов (для первич

но-идиоморфного снега - по [17], для вторич

Рис. 1. Районы исследования снежной толщи в 2016-

но-идиоморфного снега - по морфогенетиче

2019 гг.

ской классификации Э.Г. Коломыца [5, 18, 19]),

Fig. 1. Areas of study of snowpack in 2016-2019.

определяли их средний и максимальный размеры

и рассчитывали процентное содержание в снеж

слоения снежной толщи К_ВР и текстуры снежно

ном слое кристаллов разных классов форм. Эти

го слоя К_T [6, 9]:

параметры устанавливали по статистической вы

борке из 20-100 кристаллов каждого снежного

К_П = H₁/H;

(1),

слоя с использованием программного комплек

К_ВР = ∑N₂/∑H₁;

(2),

са для автоматизации стратиграфических иссле

К_Т = H_В/H,

(3),

дований снежной толщи в снежных шурфах [20].

Процентное содержание в снежном слое кри

где H - толщина снежного покрова; H₁ - сум

сталлов разных классов форм и возраст снежно

марная толщина снежных слоёв вторично-идио

го слоя (табл. 1) необходимо диагностировать для

морфного снега; H_В - суммарная толщина снеж

установления стадии эволюции снежной толщи

ных слоёв с волокнистой текстурой; ∑N₂ - сум

и прогноза её преобразования.

марное содержание в снежной толще кристаллов

Текстуру снежного слоя исследовали визуаль

скелетного, секториального и пластинчатого

но. Для оценки степени упорядоченности ори

классов форм, %; ∑N₁ - суммарное содержание

ентации дендритов ледяных кристаллов и пор в

в снежной толще кристаллов вторично-идио

снежном слое выделяют три типа текстуры: мо

морфного снега, %.

нолитную, столбчатую и волокнистую [6, 9, 18].

Сочетание этих коэффициентов позволяет

В ходе эволюции снежной толщи текстура изме

количественно описать строение и степень пре

няется от монолитной до волокнистой.

образования снежной толщи (табл. 2) в любой

Определяли число снежных слоёв, их тол

период зимнего сезона на любой территории для

щину, плотность, твёрдость и их возраст (от

четырёх типов зим: мало-, средне-, многоснеж

момента формирования слоя во время снего

ных и зимы с частыми оттепелями (в такие зимы

пада и т.п.) - важнейший параметр, позволяю

в снежной толще формируются многочислен

щий рассчитывать скорость эволюции структу

ные режеляционные и ледяные корки). От типа

ры снежного слоя. В качестве количественных

зимы зависят условия седиментации и диагенеза

критериев, характеризующих строение снежной

снежной толщи и её стратификация, т.е. харак

толщи на разных стадиях её эволюции и слу

тер и скорость её эволюции.

жащих основанием для выделения однотип

Тип зимы устанавливался на основе средне

ных литолого-стратиграфических комплексов

многолетних данных наблюдений за осадками и

снежного покрова, выбраны коэффициенты пе

снежным покровом на расположенных в райо

рекристаллизации К_П [5, 19], вторичного рас

не исследований гидрометеорологических стан

 407 

Н.А. Казаков и др.

Таблица 2. Степень преобразования структуры и текстуры снежной толщи

Коэффициент вторичного

Степень преобразования структуры

Коэффициент текстуры

Степень преобразования

расслоения снежной толщи

снежной толщи

текстуры снежной толщи

> 0,5

Сильно перекристаллизованная

> 0,3

Сильно разрыхлённая

> 0,3 - ≤ 0,5

Средне перекристаллизованная

> 0,2 - ≤ 0,3

Средне разрыхлённая

> 0,1 - ≤ 0,3

Умеренно перекристаллизованная

> 0,1 - ≤ 0,2

Умеренно разрыхлённая

≤ 0,1

Слабо перекристаллизованная

≤ 0,1

Слабо разрыхлённая

Таблица 3. Зависимость прочностных характеристик снежного слоя от содержания ледяных кристаллов разных клас-

сов форм (Кольский п-ов, 2016-2019 гг.)

Содержание в слое ледяных

Временное сопротивление снежного слоя,

Сопротивление горизон

Класс формы

кристаллов разных классов

кг/м²

тальному зондированию,

кристалла

форм, %

разрыву

сжатию

кгс

Гранный

30-80

200-320

60-100

0,50-0,65

Полускелетный

15-63

120-180

40-70

0,35-0,55

6-18

43-120

18-25

0,30-0,45

Скелетный

40-70

33-35

16-18

0,22-0,25

циях Мурманского УГМС [21, 22] - Ура-Губа,

Таксономическая шкала литолого-страти

Териберка, Мурманск, Кола, Мурмаши, Падун

графических комплексов снежного покрова [6,

(Верхнетуломский), Ниванкюль, Пулозеро,

7], базирующаяся на принципах построения

Мончегорск, Апатиты, а также на горно-лавин

ландшафтных классификаций, и количествен

ных участках ПО «Апатит» (ОАО «Апатит») [1] -

ная оценка степени преобразования снежной

Кировск, Центральная, Юкспор, УДО-1. В пе

толщи (табл. 3) позволяют определять строение

риод наших исследований тип зимы определяли

снежной толщи для зим разных типов на осно

по толщине снежного покрова и сумме твёрдых

вании ряда методологических принципов. Рас

осадков по сравнению со среднемноголетними

смотрим их.

их значениями в районе расположения шурфа.

Ландшафтно-индикационные свойства снеж-

Для решения поставленной задачи, однако,

ного покрова дают возможность восстанавливать

правильнее ориентироваться именно на толщи

картину его эволюции в неизученных районах

ну снежного покрова, поскольку скорость его

на основе ландшафтного и климатического опи

перекристаллизации (т.е. скорость изменения

сания. Спектр типов стратиграфических коло

структуры и текстуры снежных слоёв) в первую

нок снежного покрова обусловлен полиморф

очередь зависит от толщины снежного покрова,

ной структурой ландшафта [5, 8, 9], степенью

а не от суммы твёрдых осадков. В ландшафтах

его гидроморфности [6, 10] и спектром гидроме

тундры, лесотундры, горных тундр и Арктиче

теорологических условий зимы в исследуемом

ской пустыни сильный метелевый перенос снега

районе, что позволяет рассчитать характеристи

вызывает уменьшение толщины снега на навет-

ки снежной толщи при недостатке полевых дан

ренных склонах, равнинах и водоразделах, что в

ных. Представление об эволюции снежного покро-

свою очередь определяет высокую скорость пе

ва как о детерминированном процессе позволяет

рекристаллизации снежной толщи и формиро

в малоизученных районах выделить типы лито

вание сильно разрыхлённой толщи с низкими

лого-стратиграфических комплексов снежного

значениями прочностных характеристик. Вместе

покрова и таксоны, сходные по ландшафтным

с тем в понижениях рельефа и на подветренных

условиям седиментации и диагенеза снежной

склонах образуется снежная толща значитель

толщи с такими же таксонами в изученных райо

ной глубины и высокой плотности, в которой

нах, и на основе характеристик снежного покро

сильно замедляются процессы перекристаллиза

ва в изученных районах рассчитать значения её

ции снега, что приводит к формированию слабо

характеристик в неизученных районах.

разрыхлённой снежной толщи с высокими зна

С помощью разработанной методологии на

чениями прочностных характеристик.

основе теории эволюции снежной толщи можно

 409 

Снежный покров и снежные лавины

Таблица 4. Зависимость несущей прочности снежного слоя от его текстуры (Кольский п-ов, 2016-2019 гг.)

Содержание в слое ледяных кри

Класс формы

Временное

Плотность,

Диаметр кристалла,

Температура,

сталлов разных классов форм, %

кристалла; текстура

сопротивление

г/см³

средн./макс., мм

°С

снежного слоя

сжатию, кг/м²

0,21

0,8/1,2

100,0

-3,3

0,79

0,24

1,0/1,5

100,0

-1,9

0,45

0,15

0,64/1,09

77,10

22,9

-10,0

43,74

0,17

2,5/4,0

100,0

-2,4

22,62

0,18

0,8/1,2

-5,8

53,28

0,19

0,8/1,2

100,0

-5,8

53,28

0,19

2,5/4,0

100,0

-1,4

0,06

0,20

1,0/1,5

100,0

-3,6

17,05

0,20

0,67/0,99

92,86

7,14

-6,5

42,62

0,20

0,62/1,0

70,00

30,0

-8,0

43,84

0,21

0,5/-

100,0

-3,6

73,54

0,24

1,0/1,5

100,0

-3,6

17,05

0,24

1,18/1,71

61,43

38,57

-4,0

16,11

0,28

2,5/4,0

100,0

-2,4

22,62

0,30

1,20/1,84

61,43

38,57

-3,0

18,72

0,32

0,45/0,57

100,0

-10,0

101,97

0,32

1,33/2,12

60,00

40,0

-3,5

18,03

0,40

1,16/1,8

40,00

60,0

-3,0

41,40

Структура снега (класс формы ледяного кристалла)

Текстура снежного слоя

Гранный столбчатый

Монолитная

Полускелетный столбчатый

Столбчатая

Скелетный столбчатый

Волокнистая

описать непрерывный ряд преобразований её

толщину снежного покрова и степень его разрых

структуры и текстуры (т.е. определить структур

ления, т.е. суммарную толщину снежных слоёв

но-стратиграфические особенности строения

с волокнистой текстурой, имеющих низкие зна

снежной толщи в разных районах, а также ско

чения прочностных характеристик (см. табл. 3, а

рость и направление её эволюции), что позволя

также табл. 4 и 5). Несущая прочность снежной

ет дистанционно определять строение снежной

толщи принималась как наименьшее значение

толщи и характеристики литолого-стратиграфи

временнóго сопротивления снежного слоя сжа

ческих комплексов снежного покрова с оценкой

тию при вертикальном приложении нагрузки.

значений прочностных характеристик снежной

В ходе стратиграфических исследований

толщи для четырёх типов зим (мало-, средне-,

снежной толщи было описано 37 шурфов в се

многоснежная и зима с частыми и глубокими от

верной и центральной частях Кольского п-ова

тепелями) на любой период зимы [6, 7].

(от берега Баренцева моря до Хибин) в ландшаф

Выделение литолого-стратиграфических ком

тах 12 типов, исследовано 399 снежных слоёв

плексов снежного покрова проводили на основе

разного возраста и генезиса, выполнено 399 из

ландшафтных карт Кольского п-ова [23-25]. При

мерений плотности, пористости снега, структу

оценке проходимости снежной целины транс

ры снега, определений текстуры снежных слоёв,

портными средствами принимали во внимание

413 измерений температуры в снежной толще,

 410 

Н.А. Казаков и др.

46 измерений временнóго сопротивления снеж

лишайниковые горные тундры; горные тундры в

ного слоя разрыву, 27 измерений временнóго

урочищах горных склонов; высокогорные Аркти

сопротивления снежного слоя сжатию и 119 из

ческие пустыни (см. рис. 1 и табл. 5). В результа

мерений сопротивления зондированию (твёр

те полевых исследований 2019 г. и анализа дан

дость) с учётом анизотропии текстуры снежного

ных полевых исследований 2016-2017 гг. были

слоя. Исследования вели в периоды наибольшей

уточнены и дополнены данные о строении снеж

перекристаллизации снежной толщи (февраль-

ной толщи и исследован характер её эволюции

март). Кроме того, в ландшафтах высокогорной

в многоснежные зимы и зимы с оттепелями. По

Арктической пустыни (Хибины, высота 1075 м)

результатам исследований построены стратигра

исследования проводили в период начального

фические колонки снежной толщи в ландшафтах

снегонакопления и начальных стадий эволюции

разных типов (рис. 2, 3).

снежной толщи (октябрь).

Массовые измерения прочностных характе

При исследовании строения снежной толщи

ристик снежного слоя (временнóе сопротивле

использованы материалы наблюдений в 92 шур

ние разрыву и сжатию; сопротивление зонди

фах в Хибинах в высотной зоне 370-1075 м (в

рованию параллельно простиранию снежного

том числе: 35 - в зонах зарождения лавин на

слоя с учётом анизотропии текстуры снежно

восточных склонах хр. Поачвумчорр и на запад

го слоя - дополнительный параметр для опре

ном склоне хр. Кукисвумчорр; 6 - на линиях от

деления несущей прочности снежной толщи)

рыва сошедших лавин), выполненных Н.А. Ка

показали зависимость прочностных характери

заковым в 1985-1988 гг. [26] и А.В. Волковым

стик снежного слоя (определяющих прочность

в 2016-2018 гг. Среднюю и максимальную тол

снежного слоя при внешнем воздействии) от его

щину снежного покрова и его водный эквива

структуры (содержания в слое кристаллов раз

лент (водозапас) в разных ландшафтных зонах

ных классов форм) и текстуры (см. табл. 3).

измеряли на 37 снегомерных площадках. На

На основе анализа результатов полевых ис

37 метеорологических пунктах были измерены

следований снежной толщи на Кольском п-ове

температура и влажность воздуха, скорость и на

установлено, что содержание ледяных кри

правление ветра, атмосферное давление, облач

сталлов гранного класса форм в снежном слое

ность, зафиксированы метеорологические яв

возрастом 7-12 сут. может составлять 100%, а

ления, что позволило связать текущие значения

в слое возрастом 20-50 сут.- 30-40%. В слое

характеристик снежной толщи с метеорологиче

возрастом 15-30 сут. содержание кристаллов

скими условиями.

скелетного класса форм - 6-18%, в слое воз

растом 20-50 сут.- 30-40%, в слое возрастом

55-65 сут.- 50-60%. В слое возрастом 50-60 сут.

Результаты

содержание ледяных кристаллов гранного

класса форм - 10-20%, полускелетного клас

В феврале-марте 2016 г., в марте и октябре

са форм - 20-50%, скелетного класса форм -

2017 г. и в марте-апреле 2019 г. нами были вы

40-70%, секториального класса форм - 2-40%.

полнены полевые исследования структуры, тек

Выявлена высокая скорость эволюции снежной

стуры, стратификации и физико-механических

толщи. Даже в многоснежные зимы в первой по

характеристик снежного покрова в разных ланд

ловине марта 60-100% снежной толщи пред

шафтах Кольского п-ова: кустарничковая тундра;

ставлено снежными слоями со столбчатой и во

лишайниково-ерниковая и ерниково-лишайни

локнистой текстурой, сложенными кристаллами

ковая тундры; травянистые, травяно-моховые и

полускелетного и скелетного классов форм раз

кочковато-мочажинные болота; лесотундровые

мером 2,0-5,0 мм.

берёзовые редколесья и криволесья; северота

В снежном покрове в ландшафтах высоко

ёжные сосново-берёзовые леса; северотаёжные

горных Арктических пустынь в Хибинах (высота

елово-берёзовые леса; северотаёжные елово-бе

более 1000 м) формируются ослабленные снеж

рёзовые леса внутригорных котловин; горные ле

ные слои из зернистой изморози, погребённой

сотундровые берёзовые редколесья и криволесья;

в снежной толще под слоем свежевыпавшего и

лишайниково-кустарничковые и кустарничково-

метелевого снега (см. табл. 1 и рис. 2, 3). Её пе

 411 

Снежный покров и снежные лавины

рекристаллизация приводит к возникновению в

в Хибинах и Монче-тундрах (в которых форми

снежной толще снежных слоёв с низкими значе

руется толща метелевого снега плотностью до

ниями прочностных характеристик (временнóе

0,55 г/см³) к началу марта до 90-100% снежной

сопротивление разрыву и сжатию) - лавино-

толщи может быть сложено перекристаллизован

опасных слоёв. На основе данных полевых ис

ными ледяными кристаллами полускелетного и

следований определены количественные харак

скелетного классов форм размером до 3,95 мм.

теристики строения снежной толщи (степень

В многоснежные зимы с оттепелями в снеж

преобразования её структуры и текстуры) и её

ном покрове формируются многочисленные ле

тип (см. табл. 5) и выполнена оценка проходи

дяные и режеляционные корки (см. рис. 2, б, в;

мости снежной целины транспортными сред

рис. 3, Б-Г), сильно замедляющие скорость пере

ствами в много- и среднеснежную зимы (см.

кристаллизации и разрыхления снежной толщи

табл. 5) в марте - период наибольшей перекри

(см. табл. 5). Скелетные кристаллы появляют

сталлизации снежной толщи и её наименьшей

ся в этой зоне очень рано: уже в последней дека

несущей прочности.

де октября на плато Айкуайвенчорр мы отмеча

ли кристаллы скелетного класса форм размером

до 2,5 мм. Содержание таких кристаллов в призем

Обсуждение результатов

ном слое (при толщине снежного покрова 36 см)

достигало 20%. Это подтверждается и результата

Анализ результатов стратиграфических наб-

ми наблюдений других исследователей [1].

людений в снежной толще показал, что в цен

Высокая скорость эволюции снежной толщи

тральной части Кольского п-ова через 12-20 сут.

характерна для многих районов Арктики и Суб-

после формирования снежного слоя в нём по

арктики, что подтверждается результатами наших

являются ледяные кристаллы скелетного клас

полевых исследований на п-ове Ямал, в низовьях

са форм размером 1,3-2,2 мм. Через 50-80 сут.

р. Северная Двина [6, 7] и в Карелии. В этих рай

(в зависимости от метеорологических условий

онах в середине зимы в подошве снежной толщи

предзимья и начального периода снегонако

формируются слои кристаллов скелетного класса

пления) возникают ослабленные снежные слои

форм с волокнистой текстурой плотностью 0,22-

с волокнистой текстурой, выполненные ледя

0,30 г/см³. Слои погребённой зернистой изморо

ными кристаллами полускелетного и скелетно

зи - характерная особенность строения снежной

го классов форм диаметром 2,0-5,0 мм. Даже в

толщи в Хибинах (и, вероятно, в ландшафтах вы

многоснежные зимы в первой половине марта

сокогорных Арктических пустынь во всех горных

60-80% снежной толщи выполнено ледяными

массивах Кольского п-ова (рис. 4). Зернистая из

кристаллами полускелетного и скелетного клас

морозь образуется в высотной зоне 500-1100 м

сов форм размером 2,0-5,0 мм со (см. табл. 1

на поверхности снежного покрова (см. рис. 4, а)

и рис. 2, 3). Ледяные кристаллы секториально

в туманную и ветреную погоду при температуре

го и пластинчатого классов форм появляются в

воздуха -2 °С и ниже. На плато Ловчорр (высо

снежной толще через 85-100 сут. после форми

та 1101 м над ур. моря) за зиму в виде зернистой

рования снежного слоя. Уже в январе в подо

изморози выпадает до 56 мм осадков (до 6% всех

шве снежной толщи возникают слои кристаллов

осадков, выпадающих за зимний период) [1, 27].

скелетного класса форм с волокнистой тексту

Эти слои существенно уменьшают несущую

рой плотностью 0,22-0,30 г/см³. В апреле снеж

прочность снежной толщи и, естественно, про

ная толща вступает в период регрессивного ме

ходимость транспортными средствами снежной

таморфизма и её строение упрощается, а сама

целины с высокой (в целом) несущей прочно

толща становится прочнее.

стью в ландшафтах высокогорных Арктических

В многоснежные зимы в марте до 100% снеж

пустынь. Кроме того, лавиноопасные слои, фор

ной толщи может быть выполнено также снеж

мирующиеся из погребённой зернистой изморо

ными слоями со столбчатой и волокнистой тек

зи, играют важную роль в образовании эпи- и по

стурой, сложенными ледяными кристаллами

лигенетических лавин.

полускелетного и скелетного классов форм, а в

Как показал анализ полевых измерений проч

ландшафтах высокогорных Арктических пустынь

ностных характеристик снежного слоя (временнóе

 416 

Н.А. Казаков и др.

Рис. 4. Зернистая изморозь (Хибины, плато Расвумчорр):

а - отложенная на поверхности снежного покрова; б - погребённая в снежной толще

Fig. 4. Hard rime (The Khibiny mountain, the Rasvumchorr plateau):

a - deposited on the surface of the snow cover; б - buried in the snow pack

сопротивление разрыву и сжатию, сопротивле

в толще плотного метелевого снега формируют

ние горизонтальному зондированию с учётом ани

ся ослабленные снежные слои с волокнистой

зотропии текстуры снежного слоя), их значения

текстурой, сложенные кристаллами полуске

тем ниже, чем выше содержание в слое кристал

летного и скелетного классов форм (лавино-

лов высших стадий эволюции (скелетных) и чем

опасные слои). В многоснежные зимы в марте

более развита текстура слоя: наименьшие значе

до 100% снежной толщи может состоять из слоёв

ния прочностных характеристик отмечены в снеж

со столбчатой и волокнистой текстурой, сложен

ных слоях с волокнистой текстурой, сложенных

ных кристаллами полускелетного и скелетного

ледяными кристаллами скелетного класса форм

классов форм размером 2,0-5,0 мм.

(см. табл. 3, 4). Отметим, что прямой зависимо

2. Значения прочностных характеристик снеж

сти временнóго сопротивления сжатию и разры

ного слоя (временнóе сопротивление разрыву и

ву и сопротивления горизонтальному зондирова

сжатию, сопротивление горизонтальному зонди

нию от температуры и плотности снежного слоя не

рованию с учётом анизотропии текстуры снеж

наблюдается. Высокая скорость эволюции снеж

ного слоя) тем ниже, чем выше содержание в слое

ной толщи на Кольском полуострове и высокая

кристаллов высших стадий эволюции (скелетных)

степень её перекристаллизации и разрыхления

и чем более развита текстура слоя; наименьшие

(в результате чего даже в ландшафтах высокогор

значения прочностных характеристик отмечены в

ных Арктических пустынь формируется снежная

снежных слоях с волокнистой текстурой.

толща с низкими значениями прочностных харак

3. Определены количественные характери

теристик) играет важную роль в формирования в

стики строения снежной толщи в разных лито

снежной толще лавиноопасных слоёв.

лого-стратиграфических комплексах снежного

покрова центральной части Кольского п-ова и

выполнена оценка проходимости снежной цели

Заключение

ны транспортными средствами в много- и сред

неснежную зиму в феврале-марте (в период наи

1. В ходе эволюции снежной толщи в цен

большей перекристаллизации снежной толщи).

тральной части Кольского п-ова через 12-20 сут.

4. На Кольском п-ове высокая скорость эво

после формирования снежного слоя появляют

люции снежной толщи и высокая степень её пе

ся ледяные кристаллы скелетного класса форм;

рекристаллизации и разрыхления повсеместно

через 85-100 сут.- кристаллы секториального и

создают условия для образования эпи- и полиге

пластинчатого классов форм. За 70-80 сут. даже

нетических лавин.

 417 

Снежный покров и снежные лавины

Литература

References

1. Zyuzin J.L. Suroviy lik Hibin. These vere face of Khibin.

1. Зюзин Ю.Л. Суровый лик Хибин. Мурманск: Ре

Murmansk: Advertising polygraphy, 2006: 236 p. [In

клам. полиграфия, 2006. 236 с.

Russian].

2. Савельев Б.А., Лаптев М.Н., Лаптева Н.И. Строе

2. Savel'ev B.A., Laptev M.N., Lapteva N.I. Structure,

ние, состав, физико-механические свойства снега

composition, physical and mechanical properties of

в Хибинах и их изменения в процессе метамор

snow in Khibiny and their changes in the process of

физма // Снег и лавины Хибин. М.: изд. МГУ,

metamorphism. Sneg I laviny Hibin. Snow and ava

lanches of Khibiny. Moscow: Moscow State Univer

1967. С. 201-239.

sity, 1967: 201-239. [In Russian].

3. Тушинский Г.К. Лавины. Возникновение и защита

3. Tushinskij G.K. Laviny. Vozniknovenie I zashchita ot nih.

от них. М.: Географгиз, 1949. 214 с.

Avalanches. Occurrence and protection from them

4. Тушинский Г.К. Эволюция снежной толщи // Во

Moscow: Geografgiz, 1949: 214 р. [In Russian].

просы географии. 1950. № 27. С. 350-355.

4. Tushinskiy G.K. Snowpack evolution. Voprosy Geografii.

5. Коломыц Э.Г. Теория эволюции в структурном сне

Problems of Geography. 1950, 27: 350-355. [In Russian].

5. Kolomyts E.G. Teoriya ehvolyucii v strukturnom snegove-

говедении. М.:«ГЕОС», 2013. 435 с.

denii. Evolution Theory in Structural Snow Studies.

6. Казаков Н.А. Литолого-стратиграфические ком

Moscow: GEOS, 2013: 435 p. [In Russian].

плексы снежного покрова: эволюция снежного

6. Kazakov N.A. Litho-stratigraphic complexes of snow

покрова в Арктике и прогноз изменения физико-

cover: the evolution of snow cover in the Arctic and

механических характеристик снежной толщи //

the forecast of changes in the physical and mechanical

Комплексные научные исследования и сотруд

characteristics of the snow pack. Kompleksnye nauch-

nye issledovaniya i sotrudnichestvo v Аrktike: vzaimode-

ничество в Арктике: взаимодействие вузов с ака

jstvie vuzov s akademicheskimi i otraslevymi nauchnymi

демическими и отраслевыми научными органи

organizatsiyami. Materialy Vseros. konf. s mezhdunar.

зациями. Материалы Всерос. конф. с междунар.

uchastiem. Integrated research and cooperation in the

участием. Архангельск: Издательский дом имени

Arctic: in teraction of universities with academic and

В.Н. Булатова, 2015. С. 126-131.

industry scientific organizations. Materials of the All-

7. Казаков Н.А., Генсиоровский Ю.В., Жируев С.П. Ли

Russian Conf. with intern. cooperation. Arkhangel'sk:

Izdatel'skij Dom SAFU, 2015: 126-131. [In Russian].

толого-стратиграфические комплексы снежного

7. Kazakov N.A., Gensiorovskiy J.V., Zhiruev S.P. Litholog

покрова // Криосфера Земли. 2018. Т. XXIV. № 1.

ical and stratigraphic complexes of snow cover. Krios-

С. 72-93.

fera Zemli. Earth՛s Cryosphere. 2018, XXIV (1): 72-93.

8. Коломыц Э.Г. Структура снега и ландшафтная ин

[In Russian].

дикация. М.: Наука, 1976. 206 с.

8. Kolomyts E.G. Struktura snega i landshaftnaya indikaci-

9. Древило М.С. Геоэкологические исследования

ya. Snow structure and landscape indication. Moscow:

Nauka, 1976: 206 p. [In Russian].

снежного покрова на основе его ландшафтно-ин

9. Drevilo M.S. Geoekologicheskie issledovaniya snezhno-

дикационных свойств: на примере о. Сахалин: Ав

go pokrova na osnove ego landshaftno-indikatsionnykh

тореф. дис. на соиск. уч. степ. канд. геогр. наук.

svoistv: na primere o. Sakhalin. Geoecological studies

Барнаул: ИВиЭП СО РАН, 2001. 27 с.

of snow cover on the base of its landscape-indication

10. Kazakov N.A., Gensiorovskiy J.V., Zhiruev S.P., Dre-

properties: Sakhalin Island as an example. PhD-thesis.

vilo M.S. Stratigrafic complexes of a snow cover // An

Barnaul IViEP SO RAN, 2001: 27 p. [In Russian].

10. Kazakov N.A., Gensiorovskiy J.V., Zhiruev S.P., Dre-

nals of Glaciology. 2012. V. 58 (61). Р. 39-44.

vilo M.S. Stratigrafic complexes of a snow cover. An

11. Рихтер Г.Д. Использование снега в народном хо

nals of Glaciology. 2012, 58 (61): 39-44.

зяйстве // Вопросы изучения снега и использо

11. Rikhter G.D. The use of snow in the national economy.

вания его в народном хозяйстве. М.: Изд-во АН

Voprosy izucheniya snega i ispol'zovaniya ego v narodnom

СССР, 1955. С. 5-22.

khozyajstve. Questions of the study of snow and its use

in the national economy. Moscow: Izd-vo АN SSSR,

12. Савельев Б.А. Строение и состав природных льдов.

1955: 5-22. [In Russian].

М.: изд. МГУ, 1980. 280 с.

12. Savel'ev B.A. Stroenie i sostav prirodnyh l'dov. Structure

13. Котляков В.М. Избранные сочинения. Кн. 5.

and composition of natural ice. Moscow: MGU, 1980:

В мире снега и льда. М.: Наука, 2002. 383 с.

280 р. [In Russian].

14. Геологический словарь. В 2-х томах. М.: Недра,

13. Kotlyakov V.M. Izbrannye sochineniya. Kn. 5. V mire snega

1978. 970 с.

i l'da. Selected essays. Book 5. In the world of snow and

ice. Moscow: Nauka, 2002: 383 р. [In Russian].

15. Николаев В.А. Проблемы регионального ландшаф

14. Geologicheskij slovar'. Geological dictionary. In 2 vol

товедения. М.: изд. МГУ, 1979. 160 с.

umes. Moscow: Nedra, 1978: 970 р. [In Russian].

16. Епифанов В.П., Казаков Н.А. Пенетрометр. Патент

15. Nikolaev V.A. Problemy regional'nogo landshaftovedeni-

Российской Федерации № 137923.Зарегистриро

ya. Problems of regional landscape studies. Moscow:

ван в Госреестре 5 февраля 2014 г. Бюл. № 6.

MGU, 1979: 160 р. [In Russian].

 418 

Н.А. Казаков и др.

16. Epifanov V.P., Kazakov N.A. Penetrometr. Penetrometer.

17. Международная классификация для сезонно-вы

Patent of the Russian Federation № 137923 Registered

падающего снега (руководство к описанию снеж

in the state. Register 05 February 2014, 6. [In Russian].

ной толщи и снежного покрова) // МГИ. 2012.

17. International Classification for Seasonal Snowfall

Вып. 2. 80 с.

(guide to the description of snow thickness and snow

18. Sokratov S.A., Kazakov N.A. Dry-snow metamorphism

cover). Materialy glyatsiologicheskikh issledovaniy. Data

expressed by crystalshape // Annals of Glaciology.

of Glaciological Studies. 2012, 2: 80 р. [In Russian].

2012. V. 58 (61). P. 51-56.

18. Sokratov S.A., Kazakov N.A. Dry-snow metamorphism

expressed by crystal shape. Annals of Glaciology. 2012,

19. Коломыц Э.Г. Методы кристалло-морфологиче

58 (61): 51-56.

ского анализа структуры снега. М.: Наука, 1977.

19. Kolomyts E.G. Metody kristallo-morfologicheskogo analiza

199 с.

struktury snega. Crystallomorphological methods of anal

20. Кононов И.А. Разработка программного комплекса

ysis of the snow structure. Moscow: Nauka, 1977: 199 p.

20. Kononov I.A. Development of a software package for

для автоматизации стратиграфических исследо

the automation of stratigraphic studies of the snow layer

ваний снежной толщи в снежных шурфах // Ма

in snow pits. Materialy 4 Vseros. konf. Molodyh uchyo-

териалы 4-й Всерос. конф. молодых учёных «Со

nyh «Sovremennye problem geologii, geohimii i geoekologii

временные проблемы геологии, геохимии и геоэ

Dal'nego Vostoka Rossii».«Modern problems of geology,

кологии Дальнего Востока России». Владивосток:

geochemistry and geoecology of the Far East of Russia».

Дальнаука, 2012. С. 264-265.

Proc. of the 4th Russ. Young Scientist Conf. Vladivo

stok: Dal'nauka, 2012: 264-265. [In Russian].

21. Научно-прикладной справочник по климату

21. Nauchno-prikladnoj spravochnik po klimatu SSSR.

СССР. Сер. 3. Многолетние данные. Вып. 2. Мур

Seriya 3. Mnogoletnie dannye. Vypusk 2. Murmanskaya

манская область. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 316 с.

oblast'. Scientific and applied reference book on the

22. https://rp5.ru.

climate of the USSR. Series 3. Long-term data. Is. 2.

23. Атлас Мурманской области. М.: изд. ГУГК, 1971.

Murmansk region. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1988:

316 р. [In Russian].

44 с.

22. https://rp5.ru.

24. Лoшкaрева А.P., Королева Н.Е. Крупномасштаб

23. Аtlas Murmanskoj oblasti. The Murmansk Region. An

ная карта растительности ключевого участка в ле

Atlas. Moscow: GUGK, 1971: 44 p. [In Russian].

сотундре Кольского полуострова: методические

24. Loshkareva A.P., Koroleva N.E. Large-scale vegeta

tion map of a key area in the forest tundra of the Kola

особенности составления и анализ // Геобота

Peninsula: methodological features of compilation and

ническое картографирование: Ежегодник. 2013.

analysis. Geobotanicheskoe kartografirovanie: Ezhegod-

С. 112-124.

nik. Geobotanical mapping: Yearbook. 2013: 112-124.

25. Черненькова Т.В., Пузаченко М.Ю., Басова Е.В., Ко-

[In Russian].

ролева Н.Е. Ценотическое разнообразие и карто

25. Chernen'kova T.V., Puzachenko M.Yu ., Basova E.V., Ko-

графирование растительного покрова централь

roleva N.E. Coenotic diversity and mapping of vegeta

ной части Мурманской области // Геоботаническое

tion cover in the central part of the Murmansk region.

Geobotanicheskoe kartografirovanie: Ezhegodnik. Geobo

картографирование: Ежегодник. 2015. С. 78-94.

tanical mapping: Yearbook. 2015: 78-94. [In Russian].

26. Казаков Н.А. Стратиграфия снежной толщи в до

26. Kazakov N.A. Stratigraphy of the snow pack in the val

линах рек Кунийок, Вудъяврйок (Хибины). Тез.

leys of the Kuniyok and Vudyavryok rivers (Khibiny).

докл. XIV гляциол. симпозиума «Гляциология от

Tezisy dokladov XIV Glyaciologicheskogo simpoziuma

Международного геофизического года до Между

«Glyaciologiya from Mezhdunarodnogo geofizicheskogo

goda do mezhdunarodnogo Polyarnogo goda». Thesis of

народного полярного года». Иркутск: изд. Ин-та

the XIV Glaciological Symposium «Glaciology from

географии СО РАН, 2008. С. 45.

the International Geophysical Year to the International

27. Музыченко А.А., Волков А.В., Рябчиков М.В. Погре

Polar Year». Irkutsk: Institut geografii SO RAN, 2008:

бённая в снежной толще зернистая изморозь как

45. [In Russian].

27. Muzychenko A.A., Volkov A.V., Ryabchikov M.V. Hard

один из факторов формирования лавиноопасных

rime buried in snow as following one of the factors of

слоев в Хибинах // Сб. трудов III Междунар. сим

avalanche formation in hibins. Sb. tr. III Mezhdunar.

позиума «Физика, химия и механика снега». Ч. I.

simp. «Fizika, himiya i mekhanika snega». 3th Intern.

ДВГИ ДВО РАН. Южно-Сахалинск: Типография

Symposium «Physics, chemistry and mechanics of

КАНО, 2017. С. 80-86.

snow». Yuzhno-Sakhalinsk, 2017: 80-86. [In Russian].

 419 