Якутские заносы

ЯКУТСКИЕ ЗАНОСЫ

Физика снежных перемётов и защита дорог

1. Почему дорогу заносит без снегопада?

Участки якутских дорог, проходящие через ложбины и долины, нередко полностью заметает снегом - даже в ясную погоду, когда снег давно не шёл. Ответ кажется очевидным: виноват ветер. Но механизм этого явления оказался достаточно сложным, чтобы стать предметом отдельного научного исследования.

В 1936 году английский физик Р. Бэнтольд впервые систематически изучил перенос частиц ветром в аэродинамической трубе. Результаты его экспериментов с песком полностью применимы к снегу - и именно они объясняют, почему занос возникает именно там, где дорога уходит в углубление рельефа.

2. Три режима движения частиц

Бэнтольд обнаружил, что у переноса частиц ветром есть три чётко выраженных режима, определяемых двумя пороговыми скоростями ветра - v₁ и v₂.

[Рисунок: Рис. 1. Траектории частиц при разных скоростях ветра (опыты Бэнтольда). Сверху вниз: единичные прыжки (а), цепная реакция (б), сплошной поток (в).]

3. Ложбина как снежная ловушка

Когда воздушный поток, несущий снег, достигает углубления рельефа, происходит следующее: линии тока расходятся, поток расширяется, и его скорость падает. Равновесие между частицами, поднимаемыми вверх, и частицами, падающими вниз, нарушается: вниз оседает больше снежинок, чем уносится потоком. Ложбина постепенно заполняется.

Обратный процесс происходит на гребне: там поток сжимается, скорость растёт, снег подхватывается интенсивнее и вершины остаются относительно открытыми. Так формируется типичная картина якутской зимы - чистые возвышенности и намертво занесённые низины.

Ключевой принцип: снег движется не там, где ветер сильный, а там, где он резко меняет скорость. Именно расширение потока над ложбиной превращает её в снежную ловушку.

[Рисунок: Рис. 2. Картина линий тока над ложбиной. В месте углубления поток расширяется - скорость падает, снег оседает.]

4. Деревья и препятствия

Аналогичный механизм действует при встрече снежного потока с любым препятствием - деревом, опорой ЛЭП, забором, зданием. Перед стволом дерева со стороны ветра возникает восходящее движение воздуха. Оно выдувает снег с наветренной стороны и по бокам - образуется характерная глубокая выемка. Чуть позади, где скорость ветра меньше, снег нарастает, формируя «шапку» или сугроб.

В масштабах Якутии это означает постоянные перемёты у опор ЛЭП на трассах «Колыма» и «Вилюй», снежные валы за постройками в посёлках, глубокие выемки у отдельно стоящих деревьев на открытых пространствах тундры и лесотундры.

5. Снежные дюны: зима «кочует»

Те же законы управляют движением песчаных дюн в пустынях. Ветер поднимает песок с наветренной стороны и переносит его через гребень. На подветренной стороне скорость меньше, и песок падает вниз. С течением времени дюна медленно перемещается в направлении ветра - «кочует».

В Якутии схожую картину можно наблюдать на открытых пространствах: снежные «дюны» - тастахи - постепенно движутся по тундре, а их форма и размер зависят от преобладающих ветров. Наблюдение за направлением и формой тастахов издавна помогало коренным народам Севера ориентироваться в пространстве при отсутствии видимых ориентиров.

Снег как компас: острый наветренный край и пологий подветренный склон тастаха показывают направление господствующего ветра столь же надёжно, как стрелка компаса - этим пользовались эвены и якуты.

6. Как защищают якутские дороги

Понимание физики заносов напрямую применяется в дорожном строительстве. Главный принцип: создать зону ослабленного ветра перед уязвимым участком, чтобы снег осел там, а не на дороге.

1. Снегозащитные щиты. Ряды дощатых щитов устанавливают перед ложбиной со стороны преобладающего ветра. За щитами образуется спокойная зона - весь переносимый снег оседает здесь, не достигая полотна.

2. Лесозащитные полосы. Посадки деревьев и кустарников создают долговременный аналог щитов. Ширина и плотность рассчитывается исходя из розы ветров конкретного участка.

3. Планировка застройки. При проектировании посёлков и развязок учитывается роза ветров: здания ориентируют так, чтобы снежный поток отводился в безопасные зоны.

4. Профилирование насыпей. Правильно спрофилированная насыпь ускоряет поток над полотном, не давая снегу оседать - в противовес выемке, которая всегда будет притягивать занос.

7. Физика на службе у Севера

Снежный занос - не стихийное бедствие без правил, а строго физический процесс: цепная реакция удара, расширение потока над ложбиной, падение скорости и осаждение частиц. Зная эти законы, инженеры умеют предсказывать, где именно образуется занос, и конструировать эффективную защиту.

Для Якутии - региона с одними из самых суровых зимних условий на планете, с тысячами километров автодорог в условиях открытой тундры и лесотундры - эти знания имеют совершенно практическое значение. Каждый правильно поставленный щит - это сохранённая транспортная связь, доступная медицина и бесперебойное снабжение отдалённых посёлков.