Субнивийский климат (от латинского «под» ( sub- ) и «снега» ( niveus ) и английского -an.) [1] — это среда между выпавшим снегом и местностью. Это среда обитания многих животных, впадающих в спячку , поскольку она обеспечивает изоляцию и защиту от хищников. Субнивийский климат формируется тремя различными типами метаморфозы снега: деструктивной метаморфозой, которая начинается с выпадением снега; конструктивной метаморфозой, перемещением водяного пара на поверхность снежного покрова; и метаморфозой таяния, таянием / сублимацией снега в водяной пар и его повторным замерзанием в снежном покрове. Эти три типа метаморфозы превращают отдельные снежинки в ледяные кристаллы и создают пространства под снегом, где могут перемещаться мелкие животные.
Фауна субнивийской зоны включает в себя мелких млекопитающих, таких как мыши , полевки , землеройки и лемминги , которые должны полагаться на зимний снежный покров для выживания. Эти млекопитающие перемещаются под снегом для защиты от потери тепла и некоторых хищников. В зимних регионах, где нет вечной мерзлоты , субнивийская зона поддерживает температуру, близкую к 32 °F (0 °C) независимо от температуры над снежным покровом, как только снежный покров достигает глубины шести дюймов (15 см) или более. Извилистые туннели, оставленные этими мелкими млекопитающими, можно увидеть сверху, когда снег тает до последнего дюйма или около того.
Некоторые зимние хищники, такие как лисы и большие совы , могут услышать свою добычу сквозь снег и наброситься сверху. Горностаи (горностаи) могут проникать и охотиться под снежный покров. Снегоходы и квадроциклы могут обрушить субнивское пространство. Лыжи и снегоступы с меньшей вероятностью обрушат субнивское пространство, если снежный покров достаточно глубокий.
Более крупные животные также используют субнивальное пространство. В Арктике кольчатые нерпы имеют закрытые пространства под снегом и над отверстиями во льду. Помимо отдыха и сна там, самки тюленей рожают своих детенышей на льду. Самки белых медведей также роют логова в снежных пещерах, чтобы рожать детенышей. Оба типа логов защищены от внешних температур. Формирование этих больших пространств происходит из-за активности животных, а не из-за тепла земли.
Деструктивная метаморфоза начинается, когда снег попадает на землю, часто тает, снова замерзает и оседает. Молекулы воды переупорядочиваются, в результате чего снежинки становятся более сферическими по внешнему виду. [2] Эти тающие снежинки сливаются с другими вокруг них, становясь больше, пока все не станут одинаковыми по размеру. Пока снег лежит на земле, таяние и соединение снежинок уменьшает высоту снежного покрова за счет сокращения воздушных пространств, в результате чего плотность и механическая прочность снежного покрова увеличиваются. Свежевыпавший снег с плотностью 0,1 г/см3 обладает очень хорошими изоляционными свойствами; однако со временем из-за деструктивной метаморфозы изоляционные свойства снежного покрова уменьшаются, поскольку воздушные пространства между снежинками исчезают. Снег, который лежал на земле в течение длительного периода времени, имеет среднюю плотность 0,40 г/см3 и хорошо проводит тепло; Однако, как только основание в 50 см снега с плотностью около 0,3 г/см3 накопилось , температура под снегом остается относительно постоянной, поскольку большая глубина снега компенсирует его плотность. Деструктивная метаморфоза является функцией времени, местоположения и погоды. Она происходит быстрее при более высоких температурах, в присутствии воды, при больших температурных градиентах (например, теплые дни сменяются холодными ночами), на более низких высотах и на склонах, которые получают большое количество солнечной радиации . Со временем снег оседает, уплотняя воздушные пространства, процесс, ускоряемый уплотняющей силой ветра. [3]
Уплотнение снега уменьшает проникновение длинноволновой и коротковолновой радиации за счет отражения большего количества излучения от снега. Это ограничение пропускания света через снежный покров уменьшает доступность света под снегом. Только 3% света может проникнуть на глубину 20 см снега, когда плотность составляет 0,21 г/см3 . На глубине 40 см менее 0,2% света передается от поверхности снега к земле под ним. Это уменьшение пропускания света происходит до точки, в которой достигается критическое уплотнение. Это происходит из-за того, что площадь поверхности ледяного кристалла уменьшается, и это вызывает меньшее преломление и рассеивание света. Как только плотность достигает 0,5 г/см3 , общая площадь поверхности уменьшается, что, в свою очередь, уменьшает внутреннюю рефракцию и позволяет свету проникать глубже в снежный покров. [3]
Конструктивная метаморфоза вызвана восходящим движением водяного пара внутри снежного покрова. Более высокие температуры обнаруживаются ближе к земле, поскольку он получает тепло от ядра земли. Снег имеет низкую теплопроводность , поэтому это тепло сохраняется, создавая температурный градиент между воздухом под снежным покровом и воздухом над ним. Более теплый воздух удерживает больше водяного пара. Благодаря процессу сублимации вновь образованный водяной пар перемещается вертикально путем диффузии от более высокой концентрации (рядом с землей) к более низкой концентрации (вблизи поверхности снежного покрова), проходя через воздушные пространства между ледяными кристаллами. [4] Когда водяной пар достигает вершины снежного покрова, он подвергается воздействию гораздо более холодного воздуха, заставляя его конденсироваться и снова замерзать, образуя ледяные кристаллы на вершине снежного покрова, которые можно увидеть как слой корки поверх снега.
Метаморфизм таяния — это ухудшение состояния снега в результате таяния. Таяние может быть вызвано более высокой температурой окружающей среды , дождем и туманом. Когда снег тает, образуется вода, и сила тяжести тянет эти молекулы вниз. По пути к земле они снова замерзают, уплотняясь в среднем слое. Во время этого процесса повторного замерзания энергия высвобождается в виде скрытого тепла. По мере того, как больше воды спускается с поверхности, она создает больше тепла и доводит всю толщу снежного покрова до примерно одинаковой температуры. Фирнификация снега укрепляет снежный покров из-за связывания зерен снега. Снег вокруг деревьев и под пологом деревьев тает быстрее из-за повторного излучения длинноволновой радиации. По мере того, как снег становится старше, в снегу накапливаются частицы примесей (например, сосновые иголки, почва и листья). Эти затемненные объекты поглощают больше коротковолновой радиации, заставляя их повышаться в температуре, а также отражая больше длинноволновой радиации.
{{cite book}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )