Kodėl sniegas baltas, nors ledas skaidrus? Atsakymas slypi reiškinyje, kurio kasdien net nepastebime

Paimkite iš šaldiklio ledo kubelį ir pabandykite pro jį pažvelgti į kokį nors daiktą. Jei ledas pakankamai skaidrus, daikto kontūrus nesunkiai įžiūrėsite. O dabar prisiminkite sniegą – net plonas jo sluoksnis atrodo visiškai baltas ir nepermatomas. Keisčiausia tai, kad tiek sniegas, tiek ledas sudaryti iš tos pačios medžiagos – užšalusio vandens. Kodėl tuomet jų išvaizda taip stipriai skiriasi?

Atsakymas susijęs ne su vandens sudėtimi ar ypatinga sniego spalva, o su tuo, kaip šviesa keliauja per skirtingos struktūros medžiagas. Šis fizikos reiškinys paaiškina ne tik sniego baltumą, bet ir tai, kodėl cukraus pudra atrodo balta, ledynai kartais švyti mėlynai, o po kelių dienų mieste gulintis sniegas tampa pilkas. Be to, sniego sandara turi ir visai praktinę reikšmę – ji padeda augalams ištverti žiemos šalčius.

Sniegas sudarytas iš tūkstančių mažyčių kristalų, kurie išsklaido šviesą

Skaidrus ledo gabalas yra gana vientisa medžiaga. Kai į jį patenka šviesa, didžioji matomos šviesos dalis gali pereiti kiaurai, nors dalis atsispindi nuo paviršiaus ar pakeičia kryptį. Dėl to pro skaidrų ledą galime matyti už jo esančius objektus.

Su sniegu viskas vyksta kitaip. Jį sudaro nesuskaičiuojama daugybė mažų ledo kristalų, tarp kurių yra oro tarpelių. Kiekvieną kartą šviesai pereinant iš oro į ledą arba iš ledo į orą, dalis jos atsispindi, o kita dalis lūžta ir pakeičia kryptį. Sniego pusnyje toks procesas gali pasikartoti daugybę kartų, kol šviesa galiausiai iškeliauja atgal į aplinką.

Kadangi sniegas apytikriai vienodai išsklaido skirtingų matomos šviesos spalvų spindulius, žmogaus akys jų mišinį suvokia kaip baltą spalvą. Tai reiškia, kad pats atskiras ledo kristalas nėra baltas taip, kaip baltai nudažyta siena. Baltą sniego išvaizdą sukuria daugybė kristalų ir oro tarpelių.

Šveicarijos sniego ir lavinų tyrimų instituto duomenimis, šviežiai iškritęs sniegas gali atspindėti net iki 95 procentų matomos šviesos. Būtent todėl saulėtą žiemos dieną apsnigtas laukas atrodo toks ryškus, kad kartais net norisi prisimerkti.

Įdomiausia, jog šį reiškinį galima pamatyti net neišėjus iš virtuvės. Paprasto cukraus kristalai gali būti beveik permatomi, tačiau juos susmulkinus į pudrą gaunami balti milteliai. Taip nutinka todėl, kad smulkiose dalelėse šviesa nuolat keičia kryptį. Panašiai atrodo ir smulkiai sudužusio skaidraus stiklo krūvelė – nors atskiros šukės skaidrios, jų sankaupa gali atrodyti balkšva.

Kodėl ledynai kartais būna ryškiai mėlyni, o gilus sniegas įgauna melsvą atspalvį?

Nuotraukose iš Grenlandijos, Antarktidos ar Alpių galima pamatyti įspūdingų ledynų, kurių ledas atrodo ne baltas, o sodriai mėlynas. Kartais toks atspalvis pastebimas ir giliai sniege iškastose duobėse. Nors iš pirmo žvilgsnio gali atrodyti, kad mėlynumą sukelia atsispindintis dangus, tikroji priežastis slypi pačiame lede.

Ledas nėra visiškai bespalvis. Kai šviesa per jį keliauja pakankamai ilgą atstumą, raudonos matomos šviesos bangos sugeriamos šiek tiek stipriau nei mėlynos. Dėl to po ilgesnės kelionės per ledą likusioje šviesoje santykinai daugiau mėlynų atspalvių.

Paprastame ledo kubelyje šis skirtumas beveik nepastebimas, nes šviesa nukeliauja labai nedidelį atstumą. Tačiau storame ledyno sluoksnyje situacija kitokia. Per daugelį metų susikaupęs sniegas veikiamas didžiulio slėgio sutankėja, o oro tarpelių jame mažėja. Susidaro tankus ledas, pro kurį šviesa gali prasiskverbti giliau.

Būtent todėl kai kurios ledynų sienos ar įtrūkimai atrodo stulbinamai mėlyni. Tai natūrali ledo optinė savybė, o ne neįprastos cheminės medžiagos požymis.

Sniegas ir ledasNuotrauka: David Stanley iš Nanaimo, Kanada / Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Kodėl sniegas mieste taip greitai papilkėja ir pradeda tirpti?

Kiekvieną žiemą Lietuvos miestuose galima stebėti tą patį vaizdą. Vos iškritęs sniegas būna akinamai baltas, tačiau po kelių dienų šalia gatvių susikaupusios pusnys tampa pilkos, rusvos, o kartais beveik juodos. Tokį pasikeitimą daugiausia lemia ant sniego nusėdančios dulkės, suodžiai, kelių purvas ir kitos dalelės.

Šios priemaišos pakeičia sniego gebėjimą atspindėti saulės spindulius. Švarus sniegas didelę dalį saulės energijos grąžina į aplinką, o tamsesnis paviršius daugiau jos sugeria ir įšyla. Dėl to nešvarus sniegas saulėtomis dienomis gali tirpti greičiau nei švarus, net kai oro temperatūra abiejose vietose panaši.

Šis reiškinys vadinamas albedo poveikiu. Albedas parodo, kokią dalį į paviršių patenkančios saulės spinduliuotės tas paviršius atspindi. Šviežio sniego albedas gali siekti maždaug 0,8–0,9 ar daugiau, o senstant ir užsiteršiant sniegui jis mažėja.

Tai svarbu ne tik miesto šaligatviams. Sniego ir ledo dangos atspindžio pokyčiai turi įtakos ir Žemės klimatui. Kai šviesus paviršius ištirpsta ir atidengia tamsesnę žemę ar vandenį, sugeriama daugiau saulės energijos, todėl paviršius gali šilti dar sparčiau.

Sniegas gali išgelbėti jūsų sodo augalus nuo stipraus šalčio

Nors iš pirmo žvilgsnio sniegas atrodo šaltas ir negyvas, sodininkams jis gali būti tikra dovana. Storas, purus sniego sluoksnis veikia panašiai kaip šilta antklodė – tiksliau, kaip šilumos izoliacija, sauganti dirvožemį nuo staigių temperatūros pokyčių.

Taip yra todėl, kad tarp sniego kristalų įkalinta daug oro. O nejudantis oras prastai praleidžia šilumą. Dėl to po pakankamai stora sniego danga dirvožemio temperatūra gali išlikti gerokai aukštesnė nei lauko oro temperatūra.

Tai ypač svarbu daugiametėms gėlėms, braškėms, žiemojantiems svogūniniams augalams ir kitoms kultūroms, kurių šaknys ar augimo pumpurai jautrūs stipriam šalčiui. Besniegę žiemą, kai temperatūra nukrinta iki 15 ar 20 laipsnių šalčio, žemė gali įšalti giliau, o augalai patirti didesnę žalą.

Todėl sode ne visada verta nuvalyti sniegą nuo kiekvieno žemės lopinėlio. Jei sniegas švarus, jį galima palikti ant augalų lysvių ar aplink daugiamečius augalus. Tirpdamas jis taip pat pamažu papildys dirvožemio drėgmės atsargas.

Tačiau yra viena svarbi išimtis. Nuo druska barstytų takų ar važiuojamosios dalies nukasto sniego nereikėtų pilti prie augalų šaknų. Kartu su tirpsmo vandeniu į dirvą patekusios druskos gali pakenkti augalams ir pabloginti dirvožemio savybes. Taip pat būtina atsargiai nukratyti sunkų, šlapią sniegą nuo trapių medžių ir krūmų šakų, kad jos nelūžtų.

Taigi baltas sniegas ir skaidrus ledas nėra joks gamtos prieštaravimas. Juos sudaro ta pati medžiaga, tačiau skirtinga sandara lemia visiškai kitokį šviesos elgesį. Tūkstančiai mažų ledo kristalų ir tarp jų esantys oro tarpeliai sukuria baltą sniego spalvą, o vientisas, pakankamai skaidrus ledas leidžia šviesai keliauti kiaurai. Ir nors šis skirtumas atrodo tik įdomus fizikos faktas, nuo jo priklauso kur kas daugiau – nuo žiemos peizažų ryškumo iki sniego tirpimo ir augalų apsaugos šaltuoju metų laiku.