夏天,到北极圈去欣赏北极风光的旅游者,他们的飞机不是降落在平坦的水泥跑道上,他们的旅游车也不是行驶在光滑的沥青路面止。那里是一片白茫茫的冰雪世界,飞机就降落在辗压结实的积雪上,旅游车就行驶在无垠的雪原上。降落飞机和行驶车辆,要求积雪具有一定的硬度,否则会陷进雪坑,不能自拔。
所谓积雪的硬度,指的是积雪对于贯穿力的阻力。虽然对于积雪硬度比较严谨的物理意义不太容易确定,但由于积雪硬度指标与雪的工程性质关系密切,因此,它引起了冰雪工程学者和滑雪家们的普遍注意。
各种类型的积雪,硬度状况差异很大。人们凭直觉,就知道刚下的新雪硬度很小,轻巧的小甲虫爬过,也会留下细微的痕迹。而经过暴风吹袭搬运后的雪堆硬度很高,人行走在它的上面也不会留下脚印。
各种类型的雪中,雪崩雪由于在崩塌过程中互相撞击压缩密实,它的硬度远远居于首位。在这种积雪上,每平方米的面积能承受30吨的重量。人们从中得到启示,用重型压路机碾压积雪,也能大大增加积雪的硬度.南北极雪原上的机扬和道路,就是这样开辟出来的。
积雪的硬度与气温的关系非常密切,特别是气温上升到融点左右时,雪粒间的雪键被迅速破坏,从而硬度一落千丈。例如有一次,科学家们在上午1l点钟气温为-2.3℃时,实测到一种积雪的硬度在1107~1667克/厘米2之间;但到中午13点钟气温上升到4℃时,此时雪层的硬度下降到141~144克/厘米2之间了。因此,在气温高于0℃时,雪原上的机场和道路应停止使用。
测量积雪硬度有专门的仪器.一般常用的是冲力硬度计。这种硬度计的上端有活动的金属砝码,根据砝码的重量和下降高度,以及硬度计被打入雪层的深度,就可以计算出雪层的硬度。也有人用落锤式圆盘硬度计来测量积雪的硬度。
如果你手头没有仪器,所需数据又不要求十分精确的话,可以凭经验把自然积雪的硬度分为四级。第一级叫做松雪,大姆指除外的四个手指并拢,不费劲就能够插入雪层。第二级叫做稍硬雪,一个指头可以插入。第三级叫做坚雪,铅笔能够插入。第四级叫做坚实雪,小刀才能插入。
不知你冬天玩雪球堆雪人时留意过没有,有的雪好象潮湿的面粉,很容易把它们捏揉成团,有的雪却象一盘干沙,怎么也捏揉不到一起。这里面涉及到积雪的湿度间题。
所谓积雪的湿度,指的是雪粒孔隙间的含水状态。与土壤的含水情况一样,雪层里所包含的水,有雪晶表面的薄膜水,有毛细管水,还有重力水。雪层薄膜水和毛细管水的最大限度,叫做该雪层的最大持水能力。雪层的最大持水能力,与雪的密度、雪晶的形状以及雪层的排列情况有关。一般来说,雪的密度越小,它的最大持水能力也越大。比如说新雪,它的最大持水能力可以达到0.55~0.35克/厘米3;细雪可以达到0.35~0.25克/厘米3;细粒雪可以达到0.30~0.20克/厘米3;粗粒雪可以达到0.20~0.10克/厘米3;而陈旧的密度在0.50克/厘米3左右的老粒雪,只能达到0.10~0.05克/厘米3。
至于积雪里的重力水,不管哪种雪型,重力水最大时可以把雪层的孔隙全部充满。春天融雪阶段的后期,常常出现这种情况。
为了简便易行,一般把积雪的含水状态分为四个等级。第一种叫干雪,完全无水,捏不成团,有些与干燥的白砂糖相似。第二种潮雪,雪晶表面有潮气,能握成团块,但雪中分离不出水来。第三种叫湿雪,雪粒间能看出有液态水滴存在。第四种叫水湿雪,稍微用一嗲点力,就能挤压出水来。
不同湿度的积雪,在工程上的使用价值各不相同。干雪抗压强度比较低,它酥松脆弱,很难应用到工程上。只有人工增加它的湿度,才有利用的可能。潮雪的应用价值最大。暴风雪后形成的雪堆,如果具有一定的潮度,则是非常理想的临时建筑材料。它能切成雪砖,也可以直接在其中挖雪窟,供登山者或者猎人临时过夜。湿雪只有在气湿较低、雪粒间液态水滴冻结的情况下,有利用价值。水湿雪很不稳定,工程上不能利用。