Когда мы говорим, что «снег хрустит», на самом деле мы слышим, как под ногами разрушается целая кристаллическая архитектура.
Из чего состоит снег
Снег состоит из ледяных кристаллов — снежинок. Между ними много воздуха. Под давлением снег уплотняется, снежинки сталкиваются и ломаются, издавая при этом звуки, которые воспринимаются как скрип.
Снежинка — это кристалл льда с тонкими гранями и карманами воздуха между ними. Лежащий на земле снег — это миллионы кристаллов, соединённых между собой.
Когда мы наступаем на снег, то создаём локальное давление в десятки килопаскалей. Для льда при минусовых температурах этого достаточно, чтобы он перестал выдерживать нагрузку. В отличие от полимера лёд почти не деформируется — он не тянется и не гнётся, а сразу ломается. Одновременное разрушение множества кристаллов даёт серию коротких акустических импульсов, уху это слышится как один сплошной хруст.
Звуки снега
Температура здесь критична.
При значениях около 0 °C на границах кристаллов появляется тонкая плёнка талой воды, и система становится более пластичной: кристаллы могут слегка смещаться, проскальзывать и гасить часть нагрузки — звук получается глухим или почти исчезает.
При −10 °C и ниже вода практически исчезает, связи в кристаллической решётке льда становятся жёстче, а структура — более хрупкой. В этот момент включается то, что условно можно назвать «резонансом хрупкости»: большое количество кристаллов одновременно не выдерживает нагрузки и ломается. Последовательность этих действий и формирует тот самый сухой, «морозный» хруст, по которому мы почти интуитивно узнаём низкую температуру без термометра.
Несколько любопытных деталей
- По характеру хруста снега действительно можно качественно оценить погоду: при лёгком минусе снег «молчит», при −10…−15 °C начинает звучать заметно громче, а в сильные морозы на чистом воздухе шаги слышны на удивительно большом расстоянии.
- У свежевыпавшего снега и слежавшегося старого (наста) спектр звука разный: у наста часть снежинок уже разрушена и перекристаллизована, поэтому он трещит более грубо и «ломко». По сути, мы слышим разрушение уже перестроившегося слоя.
Наст — это плотная, твердая корка на поверхности снега, которая образуется в результате оттаивания и последующего замерзания снега или из-за ветрового уплотнения.
- Для исследователей снега и льда звук — это не только романтика: по тому, как «откликается» снежный покров на нагрузку, косвенно судят о его структуре и стабильности, в том числе при оценке лавинной опасности.
Так что зимний хруст под ногами — это одновременно и рабочий диагноз для физика, и очень человечный маркер: материал перешёл в хрупкий режим, кристаллы треснули, воздух вырвался наружу — значит, зима вступила в свои права всерьёз.
Переходите на нашу платформу polylab.sibur.ru, где собрана информация о деятельности центров, специализациях площадок в разных городах, типах исследований, доступном оборудовании, а также о вебинарах и обучающих курсах.