Najlepsze bałwany lepi się z gwiazdek, czyli co warto wiedzieć o śniegu i lodzie
Nie ma dwóch takich samych płatków śniegu, ponieważ każdy powstaje w innych warunkach. Lód może być jak skała, ale może też się topić w ujemnej temperaturze. O różnych zimowych ciekawostkach i cudach rozmawiamy z drem hab. Ireneuszem Sobotą, polarnikiem i profesorem Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu, dyrektorem Centrum Badań Polarnych.
Po pierwszych w tym roku opadach śniegu przez różne fora internetowe przetoczyła się lawina pytań o sanki i buty śniegowe dla dzieci. Faktycznie, kilkuletnie drobnoustroje białej zimy jeszcze nie widziały. Dla nich w takim razie weźmy śnieg pod lupę.
Śnieg to piękne i fascynujące zjawisko. Trzeba jednak wiedzieć, że wcale nie jest mu łatwo zostać śniegiem i do nas dotrzeć. Aby mógł powstać, musi zaistnieć wiele sprzyjających warunków. Przede wszystkim chodzi o przechłodzenie wody w chmurach. Musi się też trafić jakieś jądro krystalizacji, na którym zatrzyma się woda i zamarznie.
To może być np. drobinka lodu?
Jasne, może to być chociażby kropla wody, która zamarzła w atmosferze albo jakiś pyłek, który dostał się do atmosfery.
Śnieg niczym perła…
Tak! Mówi się też, że nie ma dwóch takich samych płatków śniegu. To prawda. Pomimo tego, że są ich niezliczone ilości, nie ma dwóch identycznych, ponieważ każdy powstaje w innych warunkach. W chmurach są różne prądy wznoszące, drobinka śniegu musi więc nabrać odpowiedniego ciężaru, aby z chmury wypaść. Tu ciekawostka, jednym z rodzajów śniegu jest grad. Powstaje w chmurach zwanych cumulonimbusami, które są bardzo wysokie, nawet do 10 km. Wewnątrz nich działają silne prądy konwekcyjne. Drobinka śniegu spada, jednak prądy znów ją wynoszą do góry. Podczas tej podróży lodu wciąż przyrasta. Krąży tak długo, aż stanie się na tyle ciężki, aby mógł wypaść. Jeżeli prądy są naprawdę silne, to później mamy opady gradu rekordowej wielkości.
A co się dzieje ze zwykłym płatkiem śniegu, który wyleci z mniej skomplikowanego obłoku?
Jeżeli opadając trafi na dodatnią temperaturę, dotrze do nas pod postacią deszczu, albo nie doleci wcale. Natomiast gdy dotrze cały, musi wylądować w miejscu, w którym podłoże jest odpowiednio wychłodzone, w przeciwnym razie się natychmiast rozpuści. Niedługo pewnie wielu z nas zacznie na śnieg narzekać, ale jeszcze raz powtórzę – mamy białą zimę dzięki bardzo wielu różnym czynnikom, które wystąpiły w jednym momencie. Naprawdę nie jest łatwo „stać się śniegowi śniegiem”.
Eskimosi mają kilkadziesiąt określeń na śnieg. A naukowcy?
Wyróżniamy dziesięć głównych grup płatków śniegu, w każdej możemy jeszcze wyróżnić podgrupy. Pierwszą z tych grup są blaszki. Powstają w temperaturze – 20 stopni Celsjusza. Drugą są gwiazdki. To jest ten rodzaj śniegu, jaki kojarzy się nam z tym zimowym i świątecznym i najbardziej nadaje się do lepienia bałwana - na ogół pada wtedy, gdy temperatura jest bliska zeru, jest mokry i lepki. Pokrywa śnieżna przeważnie ma wtedy znaczną miąższość, ale nie jest trwała. I tu dają o sobie znać problemy wynikające z ocieplenia klimatu. Śnieg, jeżeli już pada, to coraz częściej właśnie taki. I choć osiąga niekiedy znaczne miąższości, to chwilę poleży i zniknie. Zimy są coraz krótsze. Widzimy to chociażby badając lodowce.
Poza gwiazdkami, które spadając często łączą się ze sobą tworząc duże płatki, mamy jeszcze m.in. pręciki czy słupki, powstają one jednak w bardzo mroźnych warunkach i trudno z nich ulepić cokolwiek. Są też słupki zakończone blaszkami oraz, jak w każdej klasyfikacji, formy przejściowe, dalej mamy krupy śnieżne czy wspomniany już grad.
Przenieśmy się na ziemię. Tutaj także biały puch nie jest białemu puchowi równy. Jak wyglądają badania takiego śniegu?
Zakładamy; kopiemy profil śniegowy, a co badamy? Przede wszystkim temperaturę śniegu, jego twardość, gęstość. Świeży śnieg może mieć ciężar do 70 kilogramów na metr sześcienny, natomiast mokry, zleżały, nawet do 300 i więcej kilogramów na metr sześcienny. Prowadzimy także bardziej skomplikowane badania, które pozwalają określić rodzaj śniegu, rozmiar tworzących go kryształów i to jak z czasem się one zmieniają – gwiazdki na przykład tracą końcówki i stopniowo ulegają degradacji. Pod mikroskopem to bardzo ładnie widać. Niezwykle ważne, szczególnie w rejonach polarnych, są również warstwy lodu jakie się tworzą pod śniegiem. Tu znów wrócę do problemów z ociepleniem klimatu. W rejonach polarnych coraz częściej mamy do czynienia ze zjawiskiem nazywanym „Rain-On-Snow”, czyli deszcz na śniegu. W czasie, gdy powinniśmy mieć prawdziwą zimę, zamiast śniegu pada deszcz, albo – wtedy gdy powinno być 20 stopni mrozu, temperatura wzrasta nawet powyżej zera. W obu przypadkach wierzchnia warstwa śniegu zamienia się w wodę a później, gdy temperatura znów spadnie, zamarza. Jest to ogromnym problemem dla zwierząt. Renifery na przykład, nie mają problemu z wykopaniem jedzenia spod śniegu. Przez pokrywę lodową się jednak nie przebiją i zdarza się, że umierają z głodu. Mogłoby się więc wydawać, że skoro klimat się ociepla, to zwierzętom będzie łatwiej zdobywać pożywienie, okazuje się jednak, że bywa odwrotnie.
Czy śnieg może mieć kolor? Mam na myśli taki śnieg, który powstaje w warunkach naturalnych
.
Bardzo dobre pytanie. Czasami wiatr znosi na przykład pyły znad pustyń, wokół tych drobinek również powstają płatki. Generalnie jednak niczym nie zanieczyszczony śnieg nie ma koloru, ponieważ składa się z lodu. Jest to masa kryształków, w których załamuje się światło i dlatego widzimy biały śnieg. Podobnie w pewnym sensie jest z cukrem. W masie będzie biały, ale proszę go rozsypać i spojrzeć na pojedynczy kryształek.
Swoją drogą, lód również jest czymś niezwykłym. Woda, kiedy zamarza, zwiększa swoją objętość, co jest co jest czymś niesamowitym. Poza tym jest taka zasada, że w miarę wzrostu ciśnienia, obniża się temperatura topnienia. Co to znaczy? Chociażby to, że lód, podobnie jak śnieg, może się topić nawet w ujemnych temperaturach! Na Antarktydzie pokrywa lodu sięga nawet czterech tysięcy metrów. Jego nacisk jest tak duży, że przy gruncie panują warunki zbliżone do temperatury topnienia. Podam jeszcze inny, bliższy przykład. Stoimy zimą na przystanku, a ponieważ jest zimno, przytupujemy sobie. Po pewnym czasie śnieg, który mieliśmy pod butami, zamieni się w wodę. Dlaczego? Przecież tego śniegu nie ogrzaliśmy. Nie, ale naciskając go zwiększyliśmy ciśnienie. Jeszcze jedna rzecz. Na łyżwach można jeździć bardzo szybko, ponieważ pod wpływem nacisku, na lodzie tworzy się warstewka wody. Jasne, mówi się, że lód sam z siebie jest śliski, ale jak każde ciało stałe, ma swoje właściwości, w tym szorstkość. Tymczasem, najlepszym elementem poślizgu jest woda, będąca swego rodzaju smarem. Może zresztą sam pan tego doświadczył, pod koniec zimy trafiają się kałuże, w których pod warstwą wody jest lód…
Oj tak, boleśnie doświadczyłem.
No właśnie! Zresztą jedna z najważniejszych teorii dotyczących ruchu lodowców mówi o tym, że jest on wynikiem występowania wody w jego podłożu. Tworząca się poduszka wodna przyspiesza ruch lodowców. Niekiedy w połączeniu z innymi czynnikami może dojść do zjawiska tzw. szarży lodowcowej, kiedy lodowiec może się poruszać nawet kilkadziesiąt razy szybciej, aniżeli przeciętnie. Jest to niesamowicie ciekawe zjawisko, które często obserwujemy na przykład Spitsbergenie.
Skoro już znaleźliśmy się na lodzie, w gazecie z 1913 roku trafiłem kiedyś na wyliczenia, z których wynikało, że po rzece pokrytej 45-centymetrową warstwą lodu mógłby przejechać pociąg.
Zgadza się. Z geologicznego punktu widzenia niektórzy traktują lód jako skałę osadową. W przypadku lodowców woda, która krąży w obiegu ziemskim, a z której lód się składa, może być zatrzymana nawet na kilka tysięcy lat. A jeśli o Wisłę chodzi, to wszystko wskazuje na to, że w ten weekend będziemy świadkami tego, jak po mroźnych dniach, a zwłaszcza nocach tworzą się na niej krążki śryżowe. Jak zamarza Wisła? Ktoś powie, że stopniowo, poczynając od brzegów. Patrząc na lód tworzący się przy główkach można odnieść takie wrażenie, jednak większość lodu tworzy się właśnie w masie wodnej. Krążki śryżowe zaczynają się łączyć ze sobą, aż wreszcie tworzą pokrywę lodową. Lód gromadzi się też na dnie i później wypływa na powierzchnię. Wielokrotnie prowadziliśmy badania na Wiśle, zdarzało się, że pokrywa lodowa miała nawet 70 centymetrów grubości! O śryżu pod nią nie wspominając.
To nam raczej jednak nie grozi. Jak wielki powinien być mróz i jak długo trzymać, aby rzeka zamarzła powiedzmy na 20 cm?
Nie ma na to prostej odpowiedzi, gdyż zależy to od wielu czynników. Najważniejsza jest długo utrzymująca się ujemna temperatura powietrza, ale też np. to, czy występuje ona przy zachmurzonym niebie czy w czasie bezchmurnej pogody. Od tego zależy m.in. intensywność „produkcji” wspomnianego śryżu, który wypływając na powierzchnię może to wszystko przyspieszyć.
