Dlaczego trasa robi się mokra po południu? Fizyka topnienia śniegu na stoku

1. Słońce – główny „piec” wiosną

W bezchmurne południe w marcu na stok wystawiony na południe pada w Alpach rzędu 800–1000 W/m² promieniowania słonecznego. Ile z tego trafia do śniegu, zależy od albedo, czyli tego, jaką część światła śnieg odbija:

• świeży, suchy śnieg odbija 80–90% światła,
• stary, mokry lub zabrudzony śnieg odbija tylko 40–60%.

Przy tym samym słońcu stary śnieg pochłania więc nawet trzy razy więcej energii niż świeży. W uproszczeniu, bez strat ciepła, 400 W/m² pochłoniętej energii to ok. 4 mm wody na godzinę, czyli rząd centymetra ubitego śniegu. To dlatego ostatnie dni marca bywają dla tras tak niszczące.

Albedo obniżają też zanieczyszczenia. Pył saharyjski, który kilka razy w sezonie barwi śnieg w Alpach na pomarańczowo, wyraźnie przyspiesza topnienie, a z nim sadza, igliwie i ziemia nawiewana z krawędzi tras.

Ogromne znaczenie ma ekspozycja stoku. Stok północny dostaje wiosną kilka razy mniej energii słonecznej niż południowy, a stoki wschodnie i zachodnie dostają słońce w innych porach dnia. Na tym opiera się cała taktyka wiosennej jazdy, którą opisujemy w poradniku o wyborze stoków wiosną.

2. Temperatura i wilgotność powietrza – liczy się punkt rosy

Ciepłe powietrze ogrzewa śnieg, ale sam termometr to za mało. Równie ważna jest wilgotność, bo para wodna przenosi ogromne ilości energii:

• Para skrapla się na śniegu, gdy punkt rosy jest powyżej 0°C. Skroplenie 1 g pary oddaje tyle ciepła, że topi ok. 7,5 g śniegu. Ciepły, parny dzień niszczy trasę nawet bez słońca.
• Suche powietrze działa odwrotnie. Śnieg paruje i sublimuje, a to go chłodzi. Przy +5°C i niskiej wilgotności powierzchnia może pozostać zaskakująco twarda.

Temperatura spada z wysokością średnio o ok. 0,6°C na każde 100 m. Jeśli w dolinie na 1200 m jest +8°C, na 2400 m może być ok. +1°C. Stąd ogromna różnica między dolnymi a górnymi trasami po południu.

3. Wiatr

Wiatr „miesza” powietrze przy powierzchni śniegu i przyspiesza wymianę ciepła i pary wodnej. Ciepły, wilgotny wiatr, np. fen w Alpach czy halny w Tatrach, potrafi w ciągu doby zniszczyć dobrze przygotowaną trasę. Zimny i suchy wiatr może z kolei śnieg chłodzić i utwardzać.

4. Deszcz – szkodzi bardziej pośrednio niż bezpośrednio

Ciepło samego deszczu jest małe. 10 mm deszczu o temperaturze +5°C topi tylko ok. 0,6 mm wody w śniegu. Deszcz niszczy trasę, bo zwykle towarzyszy mu ciepłe powietrze o wysokim punkcie rosy i pochmurne niebo. Woda przesiąka też w głąb pokrywy, rozluźnia jej strukturę i szybko zamienia twardą trasę w mokrą breję.

5. Noc decyduje o następnym dniu

Śnieg nocą wypromieniowuje ciepło w niebo. Przy bezchmurnym niebie traci go dużo i szybko zamarza, nawet gdy powietrze ma lekko powyżej zera. Chmury działają jak koc: oddają ciepło z powrotem w stronę śniegu, więc pokrywa nie zamarza.

• Bezchmurna, mroźna noc – rano trasa twarda, a w ciągu dnia mięknie stopniowo. To warunek dobrego wiosennego firnu.
• Pochmurna, ciepła noc – rano trasa już miękka. Dzień zaczyna się od wilgotnego śniegu, a po południu jest jeszcze gorzej.

Nocne przemarzanie obejmuje zwykle tylko wierzchnią warstwę, od kilku do kilkunastu centymetrów. Żeby ogrzać do 0°C 10 cm ubitego śniegu o temperaturze −5°C, wystarczy mniej niż godzina pełnego wiosennego słońca. Dlatego trasa, na którą wyszło słońce, mięknie bardzo szybko.

Dlaczego właśnie po południu?

Połączmy te elementy w typowy słoneczny dzień w marcu:

1. Rano powierzchnia jest zamarznięta po nocy. Śnieg jest suchy i twardy, w cieniu bywa lodowo.
2. Przed południem słońce ogrzewa wierzchnią warstwę do 0°C. Na powierzchni pojawia się odrobina wody. Śnieg robi się przyczepny i „aksamitny” – to najlepszy moment dnia.
3. Po południu energia od słońca i coraz cieplejszego powietrza (najcieplej jest zwykle ok. 14–15) gromadzi się już kilka godzin. Woda przesiąka coraz głębiej, a ziarna śniegu tracą wiązania. Śnieg jest mokry i ciężki.
4. Tysiące przejazdów rozgarniają mokry śnieg na boki i w muldy. Narty hamują, bo woda w śniegu działa jak przyssawka na ślizgu.
5. Wieczorem słońce znika, a śnieg zaczyna oddawać ciepło. Jeśli noc będzie bezchmurna, cykl się powtórzy.

Według międzynarodowej klasyfikacji pokrywy śnieżnej śnieg „wilgotny” ma do ok. 3% wody, „mokry” 3–8%, a „bardzo mokry” 8–15%. Popołudniowa „ciapa” na dolnych trasach to właśnie te ostatnie kategorie.

Gdzie trasa topnieje najszybciej

• Na stokach południowych i zachodnich, zwłaszcza na niskich wysokościach.
• Przy skałach, budynkach, podporach wyciągów i krawędziach lasu. Ciemne powierzchnie nagrzewają się i oddają ciepło, dlatego śnieg najpierw znika właśnie tam.
• Na płaskich odcinkach na dole tras, gdzie zjeżdża się najwięcej narciarzy, a mokry śnieg zatrzymuje się i zbiera.
• Na cienkiej pokrywie. Mniej śniegu oznacza mniejszy zapas „zimna” i szybsze przebicie do gruntu.

Najdłużej trzymają się trasy z grubą warstwą śniegu technicznego. Jest on gęstszy od naturalnego i składa się z drobnych, okrągłych ziaren, więc topnieje wolniej i jest mniej podatny na zniszczenie.

Co mogą zrobić ośrodki

• Ratrakowanie we właściwym czasie. Trasy przygotowuje się zwykle wieczorem lub w nocy, gdy śnieg zaczyna przemarzać. Ubity i wyrównany śnieg zamarza w twardą, jednolitą warstwę.
• Gruba warstwa śniegu technicznego robiona zimą „na zapas” i przesuwana ratrakami z miejsc, gdzie śniegu jest dużo, na wytopione odcinki.
• Utwardzanie tras zawodniczych solą lub nawozami (np. mocznikiem) przy zawodach w mokrych warunkach. To rozwiązanie doraźne, nie dla zwykłych tras.
• Snow farming – przechowywanie hałd śniegu przez lato pod warstwą trocin, żeby jesienią otworzyć trasę wcześniej.

Nasze wskazówki

• W słoneczne wiosenne dni jeździmy rano i w południe, a dolne trasy kończymy przed 13–14.
• Patrzymy na prognozę zachmurzenia w nocy, nie tylko na temperaturę w dzień. Ciepła, pochmurna noc oznacza miękki śnieg od rana.
• Po południu wybieramy trasy wysoko położone i wystawione na północ.
• Do mokrego śniegu smarujemy narty smarem na ciepłe, mokre warunki.

Bibliografia

• Armstrong R.L., Brun E. (red.), Snow and Climate: Physical Processes, Surface Energy Exchange and Modeling, Cambridge University Press, Cambridge 2008.
• Male D.H., Granger R.J., Snow surface energy exchange, „Water Resources Research” 1981, 17(3), s. 609–627.
• Mitterer C., Schweizer J., Analysis of the snow-atmosphere energy balance during wet-snow instabilities and implications for avalanche prediction, „The Cryosphere” 2013, 7, s. 205–216.
• Warren S.G., Wiscombe W.J., A model for the spectral albedo of snow. II: Snow containing atmospheric aerosols, „Journal of the Atmospheric Sciences” 1980, 37, s. 2734–2745.
• Di Mauro B. i in., Mineral dust impact on snow radiative properties in the European Alps combining ground, UAV, and satellite observations, „Journal of Geophysical Research: Atmospheres” 2015, 120, s. 6080–6097.
• Fierz C. i in., The International Classification for Seasonal Snow on the Ground, IHP-VII Technical Documents in Hydrology No. 83, IACS Contribution No. 1, UNESCO-IHP, Paryż 2009.
• Keller T., Pielmeier C., Rixen C., Gadient F., Gustafsson D., Stähli M., Impact of artificial snow and ski-slope grooming on snowpack properties and soil thermal regime in a sub-alpine ski area, „Annals of Glaciology” 2004, 38, s. 314–318.
• Spandre P., Morin S., Lafaysse M., Lejeune Y., François H., George-Marcelpoil E., Integration of snow management processes into a detailed snowpack model, „Cold Regions Science and Technology” 2016, 125, s. 48–64.
• Fauve M., Rhyner H., Schneebeli M., Pistenpräparation und Pistenpflege. Das Handbuch für den Praktiker, Eidg. Institut für Schnee- und Lawinenforschung SLF, Davos 2002.
• Grünewald T., Wolfsperger F., Lehning M., Snow farming: conserving snow over the summer season, „The Cryosphere” 2018, 12, s. 385–400.