Как и всякая отрасль науки о природе, гляциология имеет ин­женерные проблемы, своими кор­нями уходящие в глубокую древ­ность. Строительство из снега и льда издавна практиковалось на­родами Севера и Сибири, а в аль­пийских странах еще в средние века строили сооружения для за­щиты от снежных лавин. С разви­тием техники под силу решение все более сложных прикладных задач, но оно требует детального знания законов развития снега и льда и порождаемых ими явлений.

Сейчас самостоятельное значе­ние приобрела инженерная гля­циология, объектами которой слу­жат существенно преобразован­ные или целиком искусственно созданные системы, в которых лед определяет их свойства, ди­намику и полезность. Инженерная гляциология разрабатывает эф­фективные и рациональные сред­ства воздействия на снег и лед, учитывающие специфику природ­ных процессов, а также выясняет степень необходимого вмешатель­ства в природный процесс, выбор средств и объем воздействия. При этом особая задача заключа­ется в сохранении сложившихся связей в природе, обеспечиваю­щих ее гармоническое развитие.

Активные воздействия на нивально-гляциальные явления раз­вернулись с 30-х гг. нашего века. С тех пор в Канаде, США, некото­рых странах Европы и главным образом в нашей стране проведены большие работы, имевшие целью обуздать снежно-ледовые стихии и поставить их на службу человеку. Посмотрим кратко, ка­ковы основные направления и за­дачи инженерно-гляциологических исследований по каждому из пере­численных на рис. 1 видов льдов.

С помощью специально распы­ляемых в неустойчивых облачных системах реагентов, таких, как йодистое серебро, твердая угле­кислота и др., можно вызывать или усиливать твердые атмосфер­ные осадки, а иногда, как в слу­чае борьбы с градом, изменять их характер. Такие воздействия уже вышли за рамки опытов; на Северном Кавказе, например, ре­гулярно «расстреливают» облака и предупреждают градобития.

Особенности ветрового перено­са снега в конце прошлого ве­ка использовались для снегозадер­жания на полях, а также при раз­работке средств защиты от снеж­ных заносов на дорогах. Сейчас изобретено, главным образом в нашей стране, много методов и конструкций для снегозадержа­ния и снегоборьбы, в том числе создание искусственной метели для очистки объектов от уже вы­павшего снега. Много усилий тре­бует очистка от снега взлетно-посадочных полос на аэродромах, и для этого применяют струи газа из реактивного двигателя, а же­лезнодорожные стрелки, напри­мер, освобождают от снега с по­мощью пневматики. Важное значение для нашей страны имеет комп­лексный план снегозадержания, учитывающий одновременную возможность сохранять снег на полях, не допуская переноса его к сооружениям и дорогам.

Главной практической задачей в изучении снежных лавин служит их прогноз и предупреждение. Сейчас успешно прогнозируется возникновение периода лавинной опасности, скорости движения и сила удара лавины, дальность вы­броса лавинного снега и зона дей­ствия лавинной воздушной волны. Во многих странах разработаны различные виды противолавинных сооружений: снегозадерживаю­щие щиты, отбойные дамбы, ла­винорезы, лавинные галереи на дорогах. С 30-х гг. в Хибинах, а позднее и в других горных райо­нах в СССР и за рубежом приме­няется искусственный (профилак­тический) спуск лавин с помощью обстрела из артиллерийских ору­дий и минометов, подпиливание тросом или подрыв опасных снеж­ных козырьков на склонах. Задача ближайшего будущего — автома­тический (с помощью ЭВМ) прог­ноз опасных лавинных ситуаций.

На территориях с мощным снежным покровом снег исполь­зуется для строительства зимних дорог, так называемых автозимни­ков, прокладываемых по рекам и болотам, где передвижение ле­том практически невозможно. Разрабатываются методы искусст­венного замедления таяния для удлинения сроков работы авто­зимников, при этом уплотнение или удаление снежного покрова используется для усиления про­мерзания грунтов или нарастания льда на водоеме. Снежный покров выступает хорошим союзником в освоении крупнейших нефтяных месторождений Сибири.

Сложность строения и подвиж­ность ледников создают дополни­тельные трудности их освоения. Гренландский и антарктический опыт показал возможность строи­тельства помещений внутри по­кровных ледников, однако из-за деформаций льда их сохранение в течение длительного времени требует больших усилий. Нужно разрабатывать методы быстрой проходки туннелей в толще лед­ников как для создания помеще­ний во льду, так и для срочного спуска опасных ледниково-подпрудных озер. Помимо уже рас­смотренного опыта по искусствен­ному усилению таяния ледников, существует задача замедления таяния льда, этого можно добить­ся посредством сброса на поверх­ность ледника обломочного мате­риала со склонов. Образовавшийся слой искусственной морены будет играть роль термоизолятора и препятствовать дальнейшему тая­нию ледника.

Задачи продления периода на­вигации и создания незамерзаю­щих участков акватории, с одной стороны, и увеличения толщины льда для создания ледовых пере­прав — с другой, требуют, прежде всего, расчета процесса нараста­ния льда, для чего используются данные о температуре воздуха и толщине снежного покрова на льду. Если уплотнить или удалить снег со льда, можно усилить про­цесс нарастания ледяного покрова.

Менее разработаны способы ослабления или прекращения на­растания льда на поверхности водоема. На одном из шведских озер была уложена перфориро­ванная труба, по которой пода­вался воздух, затем пузырьками поднимавшийся вверх. Это усиливало поток тепла из глубины воды к поверхности и оставляло неза­мерзающей узкую полосу длиной около 100 км, по которой в зим­нее время могли свободно прохо­дить небольшие суда. Замерзание рек замедляется попусками из водохранилищ, расположенных выше по течению, сбросом теп­лых промышленных вод, работой ледоколов. Ледоколы, ледорез­ные устройства, взрывы, попуски из водохранилищ применяют и для ускорения вскрытия рек.

Большие неудобства для гидро­технических сооружений создает образование шуги (внутриводного льда), которая возникает на не­замерзающих нижних бьефах гид­роэлектростанций, а затем за­бивает водоприемные отверстия и нарастает на металлических де­талях. Для борьбы с шугой раз­рабатываются способы обогрева деталей и нанесения на них поли­мерных покрытий, не подвержен­ных обмерзанию.

Самые грозные ледовые явле­ния на реках — это заторы льда. Заклинившееся в узком месте ле­дяное поле или еще невскрывшая­ся ледяная перемычка служат пло­тиной, за которой накапливаются вода и поступающий сверху лед. Очень скоро затор прорывается, на реке возникает водно-ледовый паводок, приносящий большие разрушения. Несмотря на серьез­ные усилия по прогнозированию и предупреждению речных зато­ров, проблема эта в полной мере не разрешена, как и весь комп­лекс вопросов, связанных с воз­действием речного льда на гидро­технические сооружения.

Строгий учет количества и усло­вий залегания различных типов подземных льдов сопровождает любое строительство в области вечной мерзлоты. Он ведется дву­мя противоположными путями. С одной стороны, посредством постройки на свайном фундаменте и зимней вентиляции подвалов усиливается промораживание грунта под сооружениями, а с другой — путем искусственного протаивания создается и в даль­нейшем сохраняется под строени­ем талый грунт. Любое строитель­ство в области вечной мерзлоты требует прежде всего обнаруже­ния подземных льдов. В этой связи важное значение имеет составлен­ная советским исследователем Б. И. Втюриным серия карт, на которых нанесены границы много-летнемерзлых пород с разной льдистостью и по ним определены примерные запасы подземных льдов на территории СССР.

Поскольку подземные льды существуют длительное время, их можно использовать как хра­нилища со стабильной температу­рой для продуктов питания и ма­териалов. Особенно удобны в этом отношении ледяные пещеры, которые можно найти почти во всех горных районах. Физико-ме­ханические свойства льда для строительства можно улучшить путем армирования его волокни­стыми материалами.

В областях с суровым климатом вредным ледовым явлением часто оказываются наледи, возникаю­щие при замерзании изливающей­ся воды. Меры борьбы с наледя­ми направляются на смещение грунтового или поверхностного источника воды, питающего на­ледь, и на сокращение площади затопления. В то же время в ря­де случаев бывает полезным ис­пользовать наледи для водной и тепловой мелиорации почв и грун­тов.

Важное прикладное значение имеет проблема искусственного намораживания льда. Имеющийся опыт послойного намораживания показывает, что при непрерывной подаче воды тонкой пленкой ско­рость намораживания равна в среднем 1 г/см2 в сутки на 1° отрицательной средней суточной температуры воздуха. Исходя из этого показателя, сотрудник Ин­ститута географии АН СССР В. Г. Ходаков построил карту «потенциального намораживания», показывающую, сколько можно наморозить льда при существую­щих климатических условиях (рис. 8). Противоположный пока­затель — «потенциальная абля­ция» — представляет собой удель­ную массу льда, которая может стаять и испаряться за год в дан­ном климате. Знание этой расчет­ной величины необходимо в прак­тических вопросах использования льда и при изучении темпов дегра­дации древних ледников.

Карты возможного искусственного намораживания льда...

Карты возможного искусственного намораживания льда…

Сравнение обоих показателей дает потенциальный ледовый ба­ланс территории, т. е. массу льда, которую можно ежегодно нара­щивать без теплоизоляции. Линия нулевого потенциального баланса проходит через Карелию, Пермь, Барнаул, Улан-Батор (см. рис. 8); к северу от нее лежит 2/3 территории СССР, где намораживание льда легко осуществимо. Приме­нение современной водометной техники позволяет вести намора­живание значительно более интен­сивно за счет включения в тепло­обмен приземного холодного слоя воздуха. При этом появляется воз­можность улучшения резко конти­нентального климата в местах на­мораживания льда, поскольку про­исходит выделение скрытой теп­лоты льдообразования зимой и ее поглощение летом.

Наращивание крупных массивов льда может преследовать ряд це­лей: проведение почвенных и климатических мелиорации, соз­дание хладагента в теплотехни­ческих системах, автозимников и платформ многолетнего действия в заболоченных районах, искусст­венной суши в мелких водоемах, временных гидротехнических и других сооружений в районах с суровой зимой, для спортивных, рекреационных и иных целей.

Последние 20 лет — период ста­новления инженерной гляциоло­гии и создания предпосылок для решения комплексных проблем освоения суровых и труднодоступ­ных территорий, которые таят большие потенциальные природ­ные богатства.