Odpověď na vaši otázku se skrývá ve fyzikálních procesech vyplývajících z vlastností sněhu. Z běžného života určitě znáte různé druhy sněhu. Někdy máme prašan, který hezky křupe pod chodidly, jindy zase napadne těžký, mokrý sníh, který po ušlapání klouže… V čerstvě napadaném sněhu jsou okamžitě viditelné stopy chodce, který šel před vámi. A tyto stopy jsou mnohdy dobře patrné ještě během oblevy, kdy už okolní sníh začal tát. Jak je to tedy možné?

Fyzika zašlapávání stop

Sníh je tvořen sněhovými vločkami, které se skládají z ledu a malého množství vzduchu [1]. Vločky jsou velmi pórovité a mají velkou povrchovou plochu (používá se pro to odborný termín velký specifický povrch). Velký povrch vločky může za to, že čerstvě napadaný sníh snáze taje. 

Tání je děj, při kterém látka přechází ze skupenství pevného do skupenství kapalného. Pokud začneme pevné látce dodávat teplo, bude se její teplota zvyšovat, až dosáhne určité teploty, které říkáme teplota tání (značíme T_t). Teplota tání je pro každou látku specifická. U ledu je za běžných podmínek (tj. za předpokladu, že v něm nejsou žádné příměsi jako třeba sůl, a za předpokladu normálního atmosférického tlaku cca 1013,25 hPa) teplota tání 0 °C. Pokud budeme led dále zahřívat i po dosažení teploty tání, teplota látky se již dále nezvyšuje, ale dodané teplo se teď spotřebovává na rozbití krystalové mřížky ledu a přeměnu pevné látky na kapalnou. Led tedy taje. Až po úplném roztátí a přeměně na vodu je teprve další dodávané teplo použito na zvyšování teploty vzniklé vody a její ohřívání. Celý proces tání je znázorněn na grafu níže.

Obrázek 1: Zjednodušený graf tání ledu vytvořený šlápotou.

Vliv zašlapávání na vlastnosti sněhu

Když se sníh zašlápne, stlačí se, a tak zmenší svůj objem. To má několik důsledků:

• Sešlapaný sníh je méně pórovitý, má větší hustotu a vytváří kompaktní vrstvu.
• Vločky po sešlápnutí ztrácí svůj velký specifický povrch, který je v kontaktu s okolním vzduchem. Sešlápnutý sníh je schopen pohltit méně slunečního záření, což je hlavní zdroj tepla, které způsobuje tání sněhu.
• Na povrchu stopy se po sešlápnutí vytvoří vlivem většího tlaku vrstva vody, která poté znovu zmrzne a dělá stopě jakýsi štít, který ji ještě více chrání před roztátím.

Vliv vlastností sněhu na rychlost tání

Když je sníh zašlapaný, dochází k jeho zhutnění a vytvoření pevnější vrstvy. Tato vrstva má menší specifický povrch než okolní sníh, což způsobuje, že pohlcuje méně tepla a taje pomaleji [2]. Celé je to ale ještě trošku složitější. Z fyzikálního hlediska má totiž sešlápnutý sníh vyšší tepelnou vodivost než prašan. Je to proto, že jsou molekuly vody tvořící sníh a led blíže u sebe a mohou si tepelnou energii ze sluníčka snáze předávat. Z toho by se mohlo zdát, že sníh ve stopách bude tát rychleji. Jenže tuto výhodu mají ve skutečnosti jen molekuly na povrchu, ne v celém objemu stopy. Naopak prašan má sice dost vzduchových pórů, které by měly teplo izolovat, ale tepelný přenos je v jeho celém objemu mnohem efektivnější než u sešlápnuté stopy (svůj podíl na tom má právě velký specifický povrch nestlačených vloček). Pokud k tomu ještě přidáme vliv izolační vrstvy ledu na povrchu stopy, která vzniká zmrznutím tenké vrstvičky vody vzniklé na stopě, bude stopa opravdu tát výrazně pomaleji než okolní sníh.

Závěr

Zašlapané stopy roztají později než okolní sníh, neboť zašlapáváním se mění vlastnosti sněhu (hustota, pórovitost a specifický povrch vloček). To vede k tomu, že jsou zašlapané stopy chladnější a vlhčí, a jsou tím pádem odolnější vůči tání než okolní nesešlapaný sníh.

Pro Zeptej se vědce odpovídal Jakub

Zdroje:

[1] https://doi.org/10.1088/0034-4885/68/4/R03 

[2] Arenson, L., Colgan, W., & Marshall, H. P. (2021). Physical, thermal, and mechanical properties of snow, ice, and permafrost. V knize Snow and ice-related hazards, risks, and disasters (str. 35–71).