Proč křupe sníh pod nohama? Je za tím jednoduchá fyzika

Sníh je nejen pozoruhodně uklidňující a svým způsobem krásný, ale má také spoustu fyzikálně zajímavých vlastností – a za pomoci fyziky jde vysvětlit i jeho typické křupání pod botami, kdy se o sebe třou jednotlivá ledová zrna. 

Zima se ve své závěrečné třetině rozhodla dopřát většině obyvatel České republiky poměrně bohatou sněhovou pokrývku, minimálně v kontextu posledních dekád. Hlavně ve středních a severozápadních Čechách leží v nížinách ještě často kolem 15 centimetrů sněhu, a protože je mrazivo, sníh zatím netaje.

Asi každý jsme si tak v posledních dnech mohli vyzkoušet onen známý pocit křupání či jistého vrzání nebo skřípotu sněhu pod botami. Na tom samozřejmě není nic překvapivého. Málokdo se ale asi zamýšlí nad tím, proč se křupání vlastně ozývá.

Fyzika křupání

Na úvod je důležité si uvědomit, že se sníh skládá z 90 procent ze vzduchu a je díky své nízké hustotě dokonalým tlumičem zvuku. To je mimochodem i důvod, proč po výraznější nadílce prachového sněhu hluk velkoměst tak výrazně utichne.

Vrstvu sněhu na zemi tvoří mnoho drobných ledových zrn (nebo krystalků) obklopených vzduchem. Když na něj člověk šlápne, zrnka se stlačí. Při tomto stlačení ledová zrna o sebe vzájemně drhnou. Dochází tedy k tření a odporu, přičemž platí, že čím nižší je teplota, tím větší je tření mezi zrnky ledu.

Když tedy šlapeme na sníh, dochází k tření milionů zrnek, což ve finále vytváří onen dobře známý skřípavý nebo křupavý zvuk.

Obecně platí, že nejvíc křupe sníh při nejsilnějších mrazech, pokud ale sněhová pokrývka neleží na zemi ještě příliš dlouho, což byla přesně situace v posledním týdnu. Jakmile sníh začne tát, tření mezi zrnky ledu se sníží, zejména když už se objeví voda – proto při vyšších teplotách křupání už neslyšíme. Rovněž při delším trvání sněhové pokrývky se vzdálenosti mezi ledovými krystalky zmenšují, a klesá tak i možnost pohybu zrnek při dopadu boty.

Není sníh jako sníh

Sníh posledních dnů potěšil určitě nejen děti, snad jen řidiče a zaměstnance v dopravním sektoru poněkud potrápil. Zatím ale letos nemáme problémy s příliš silnou vrstvou sněhu, která dokáže způsobit svou tíhou i značné problémy.

To, jak je sníh těžký, nezávisí jen na výšce sněhu, ale i na řadě dalších faktorů, zejména na obsahu vlhkosti a teplotě vzduchu. Ve velmi studeném vzduchu často padají jednotlivé sněhové hvězdy nebo ledové vločky, což bylo možné na některých místech pozorovat v minulých dnech.

Pokud je teplota poněkud vyšší, ale stále poměrně hluboko pod nulou, mluví se o suchém sněhu, hovorově často o prašanu. Ten je lehký (hustota je jen kolem 50 kilogramů na metr krychlový) a často ho lze z povrchů odstranit pouhým odfouknutím.

Při teplotách blížících se nule stupňů už padá těžší sníh, kdy se sněhové krystaly spojují a vytvářejí větší sněhové vločky, v některých případech doslova podobné chuchvalcům. Čím je teplota vyšší, tím je padající sníh těžší, hovoříme pak o mokrém sněhu, který už je podstatně těžší (oproti prašanu až čtyřnásobně).

Při teplotách kolem 0 °C může někdy padat i takzvaný lepkavý sníh, který je tvořený vlhkými vločkami velkých rozměrů, které se usazují na předmětech na zemi, a zejména na větvích stromů, drátech a podobně. Vytváří pak silnou vrstvu, která svou tíhou může způsobit škody.

I když sníh napadne jako prašan, pokud leží na zemi delší dobu, začne se jeho podoba a tíha měnit. Především opakované tání a mrznutí během střídání dne a noci za slunečného počasí vede k postupnému stlačování sněhové vrstvy a zvyšování její hustoty. Starý sníh se postupně mění ve firn, který může vážit až 800 kilogramů na metr krychlový. Mimochodem slovíčko firn je převzato z němčiny, kde má stejný význam jako v češtině. Je odvozeno z přídavného jména firn znamenajícího loňský (které ale současně souvisí s fern, tedy vzdálený). V oblastech, kde po většinu roku panuje mráz, pak může z firnu vznikat ještě těžší ledovec.

Jak je těžký sníh

Tíha sněhové vrstvy bývá často nejvyšší koncem zimy, když nepřicházejí oblevy a sníh se tak postupně ukládá. V jednotlivých sezonách se ale tíha značně liší. V tomto směru stojí za zmínku zejména zima 2005/2006, kdy v Česku leželo enormní množství sněhu a docházelo i k prolomení a pádům střech (zejména plochých), které nápor sněhu nevydržely.

To mimochodem vedlo ke změně stanovení tzv. sněhových oblastí, které udávají, s jakým zatížením je v jednotlivých částech Česka nutné počítat. Nová norma pak vstoupila v platnost 1. listopadu 2006, kdy byla vypracována nová mapa. V prosinci 2011 pak bylo pro zjednodušení rozhodnuto, že už se bude používat jen interaktivní mapa, která je k dispozici i na webu. Po kliknutí do mapy se objeví příslušné hodnoty charakteristické pro dané místo.

S jakým zatížením je třeba počítat: srovnání Středních Čech a Krkonoš S jakým zatížením je třeba počítat: srovnání Středních Čech a Krkonoš