PowderPeople | SLF snow researcher Jürg Trachsel

Frontální systém tlačí vlhký vzduch od severozápadu k Alpám. Molekuly vody, které kdysi plavaly v Atlantiku, jsou vířeny spolu s jemným prachem, pylem a dalšími drobnými částicemi, které vítr a turbulence vynášejí vzhůru.

Vzduch proudící k nám naráží na okraj Alp a musí se pohybovat vzhůru, přičemž se ochlazuje. To způsobuje, že relativní vlhkost vzduchu stoupá až k bodu nasycení. Jednotlivé molekuly vody začnou přimrzat k existujícím prachovým částicím a postupně vytvoří velký, šedý, prachový poplach spouštějící oblak severní zácpy.

Částice ledu nejsou uspořádány náhodně, ale tvoří pravidelnou mřížku. Za normálního tlaku má tato mřížka hexagonální strukturu. Ve sloučenině reagují atomy molekuly vody na náboj atomů sousedních molekul a uspořádávají se energeticky nejvýhodnějším možným způsobem. Šest molekul vody tak vytvoří malý šestiboký hranol - základní stavební prvek každé sněhové vločky.

Vlivem podmínek v mraku (přesycení) mají molekuly, které ještě volně poletují, tendenci spojovat se do šestibokých minikrystalů. To znamená, že z rohů hexagonálního základního hranolu postupně vyrůstají ramena (dendritický růst), z nichž se zase mohou vyvíjet větve. V závislosti na teplotě a vlhkosti tak vznikají klasické hvězdičky sněhových vloček z obrázkové knížky nebo jiné hexagonální struktury, například malé destičky nebo jehličky.

Příslovečná i skutečná jedinečnost sněhových vloček vyplývá z minimálních rozdílů v podmínkách prostředí v mraku a velkých výkyvů teploty, tlaku a vlhkosti, kterými krystal na své cestě mrakem prochází. I ty nejmenší změny mají za následek různě tvarované krystaly a každá vločka prochází mrakem jinou cestou - turbulence způsobují, že jednotlivé vločky opět stoupají a vedou je různými vrstvami vzduchu.

Sníh jako předmět výzkumu

Mnoho otázek o vzniku sněhových vloček a fyzice sněhu již bylo v posledních desetiletích zodpovězeno. Ne vše se však podařilo objasnit. Dnes se pozornost soustřeďuje na specifické vlastnosti materiálu, jako je lomová mechanika a mechanika proudění, které hrají důležitou roli například při předpovědi lavin, nebo na procesy výměny mezi sněhovou pokrývkou a atmosférou, které jsou důležité při výzkumu klimatu.

Jedním ze způsobů ochrany těchto struktur během přepravy je zalití vzorku sněhu v terénu chemickou látkou diethylftalátem. Ten vyplní dutiny mezi sněhovými krystaly a tím je podpoří. Chemikálie ztvrdne, a když se led v laboratoři odpaří, zůstane negativní obraz struktury, který lze dále analyzovat. Tato metoda je však vhodná pouze pro analýzu fyzikální struktury sněhu. Jakmile je třeba analyzovat chemické látky, je třeba zabránit jakékoli vnější kontaminaci.

Přeprava jeho vzorků je výzvou i pro Jürga Trachsela. Část svých měření a experimentů provádí na měřicím místě SLF na Weissfluhjoch (2550 m n. m.). Jeho velkou výhodou je, že je vybaveno velkým množstvím senzorů. Údaje o počasí, radiační bilanci, povrchových a přízemních teplotách tak má on i další výzkumníci k dispozici, aniž by je museli sbírat individuálně.

Jürg každý měsíc zaznamenává na měřicím poli celý sněhový profil, který je v jeho případě poněkud komplexnější než "profil lyžaře". Oblečen v bílém ochranném obleku plní každou vrstvu sněhu zvlášť do plastové trubice. Trubice jsou vzduchotěsně uzavřeny a musí být co nejdříve a bez tání odeslány do PSI ve vzdáleném Villigenu AG. Za tímto účelem jsou pečlivě zabaleny s chladicími prvky a několika vrstvami izolace. Bedna se pak sjíždí na lyžích do údolí. A díky (obvykle) vynikajícímu systému veřejné dopravy se do společnosti PSI pokračuje vlakem.

Prášek z laboratoře

Přírodní sníh však není vhodný pro všechny pokusy! Zejména v základním výzkumu může být výhodné mít jako výchozí materiál co nejlépe definovaný a homogenní sníh. Ne všechen sníh pro Jürgovy experimenty v laboratoři proto pochází z divoce rostoucích severských sněhových mraků. Některé vzorky pocházejí z přesně nastavitelného umělého "mraku", který trvale žije v jedné ze studených laboratoří SLF - takzvaného SnowMakeru. V klimatické komoře s regulovanou teplotou, v níž se SnowMaker nachází, je v létě i v zimě -24 °C. Místo laboratorního pláště nosí Jürg tlustý péřový expediční oblek.

První, co upoutá pozornost za těžkými izolovanými dveřmi, jsou bílé polystyrenové krabice se vzorky sněhu z celého světa. Zbytek místnosti zabírá přístroj SnowMaker. Umělý mrak hučí v chladu a vypadá spíš jako objemná skříň než jako mrak. Koncept původně vymyslel japonský výzkumník sněhu v 70. letech 20. století. Výzkumný pracovník SLF v oblasti sněhu Martin Schneebeli pak umělý oblak v průběhu let optimalizoval. Základní princip je stále stejný - studený vzduch proudí nad teplou vodou a přitom se přesycuje.

Stejně jako polární vzduch, který se při průchodu nad relativně teplejším severním Atlantikem obohacuje o vlhkost, i vzduch z dmychadla SnowMaker absorbuje vlhkost při průchodu nad nádrží s teplou vodou: voda se ohřeje na teplotu kolem 30 °C a vzduch, který dmychadlo nasává, má stejnou teplotu jako okolní vzduch v chladné laboratoři, tedy -24 °C. Silný teplotní rozdíl podporuje proces odpařování.

Laboratorní sníh pomáhá pochopit přírodu

Vyrobený vzorek se umístí do menší klimatické komory. Spolu se vzorky z měřicího pole je vystaven teplotnímu gradientu. To znamená, že teplota pod vzorkem je o několik stupňů vyšší než na povrchu. Přesně stejné podmínky se vyskytují i v přírodě: zatímco půda pod sněhovou pokrývkou má po celou zimu trvale nula stupňů, na povrchu je vlivem počasí chladněji. Tento teplotní rozdíl způsobuje, že se sněhové krystaly proměňují a zcela mění svůj tvar, aniž by roztály. Tato rekrystalizace může vést nejen ke vzniku slabých vrstev, které mohou být pro lyžaře problematické, ale ovlivňuje také rozložení nečistot obsažených ve sněhu - což je oblast Jürgova výzkumu. Některé látky jsou transportovány na povrch, jiné jsou pevně zachyceny v krystalech sněhu. Pomocí pokusů v laboratoři lze ověřit pozorování z přírody a jednotlivé procesy podrobně prozkoumat.

Umělý prašan i pro lyžování?

Jürgovo nadšení pro sníh se projevuje i mimo práci: ve volném čase ho lze na sněhu potkat stejně často, ať už soukromě na lyžařských túrách, jako vedoucího s JO Brugg nebo prostě jen na sjezdovce. Jeho náklonnost k "bílému zlatu" samozřejmě hraje roli i při výběru jeho zaměstnání a práce v SLF, kde se téměř vše točí kolem sněhu, je dvakrát tak vzrušující, pokud si pobyt na sněhu sám užíváte.

Na otázku, zda bude jednou možné vyrábět na sjezdovkách prašan, Jürg mávne rukou. Kapacita je příliš malá a energetická náročnost umělého mraku příliš vysoká. Ale ve skutečnosti ho to docela těší: Přírodu není tak snadné oklamat! O to víc mu záleží na tom, abychom všichni pokračovali v práci na ochraně životního prostředí. Protože jen pokud bude v příštích desetiletích dostatečně chladno, může nám severní tající mrak přinést nejen déšť, ale i skutečný prašan.