Проталина у дерева появляется раньше, когда снег возле ствола получает больше энергии для таяния или когда его там изначально накопилось меньше. Тёмная кора поглощает солнечный свет и нагревается, ствол и ветви обмениваются тепловым излучением со снегом, а крона задерживает часть осадков. Но результат зависит от погоды и освещения: густая тень иногда, наоборот, помогает снегу под деревом сохраняться дольше, чем на открытом месте.
Тёмный ствол и белый снег нагреваются неодинаково
Свежий чистый снег отражает большую долю падающего солнечного света. Тёмная кора поглощает больше излучения и в солнечный день может заметно нагреваться относительно окружающего воздуха. Поэтому температура поверхности ствола и температура, которую показывает термометр в тени, не обязаны совпадать. Это обычное следствие разного энергетического баланса поверхностей.
Нагретая кора передаёт энергию окружающей среде, в том числе излучением. Часть этой энергии достигает снега рядом со стволом. На солнечной стороне условия часто отличаются от теневой, поэтому проталина не обязана быть ровным кругом. Её форма зависит от того, какие участки коры освещены, насколько близко находится снег и как менялось положение солнца в течение дня.
Почему снег тает не просто от плюсового воздуха
Для превращения льда в воду нужна энергия. Сначала холодный снег должен прогреться до температуры плавления, а затем получить дополнительное тепло на само изменение состояния. Температура воздуха важна, но не описывает весь процесс. Снег обменивается энергией с солнцем, небом, деревьями, почвой и движущимся воздухом одновременно.
Поэтому два соседних участка могут таять с разной скоростью при одинаковой температуре воздуха. Один находится на солнце рядом с тёмным стволом, другой – в глубокой тени. Различается и отражённый свет: это особенно заметно по синеватому снегу в тени. Цветовой эффект и скорость таяния не тождественны, но оба напоминают, насколько неодинаковыми бывают условия освещения в нескольких шагах друг от друга.
Крона меняет не только освещение
Ветви и хвоя перехватывают часть выпадающего снега. Он может удерживаться наверху, постепенно испаряться с переходом в водяной пар, таять и капать либо сваливаться отдельными комьями. В результате на земле под кроной образуется неодинаковая толщина покрова. Возле ствола иногда оказывается меньше снега, чем на соседней открытой площадке.
Тонкий слой способен исчезнуть раньше даже без особенно сильного нагрева. Поэтому готовая проталина не доказывает, что именно здесь снег таял быстрее каждую минуту. Возможно, исходный запас был меньше. Чтобы различить причины, нужно знать состояние покрова до начала оттепели: сравнение только конечного результата не показывает, сколько снега было в каждой точке первоначально.
Откуда приходит тепловое излучение
Все поверхности обмениваются тепловым излучением. Ствол и крона могут отдавать снегу больше длинноволнового излучения, чем открытое холодное небо в том же направлении. Этот обмен происходит и без яркого свечения: глазами мы не видим соответствующую часть спектра. Поэтому дерево влияет на энергетический баланс снега не только своей видимой тенью.
Влияние самого ствола обычно особенно заметно рядом с ним. Дальше существенной становится роль всей кроны и доли неба, открытой над снегом. Измерения в лесу показывают, что нельзя объяснить распределение таяния одним нагретым цилиндром. Ветви, хвоя, промежутки между деревьями и направление солнечного света создают сложную картину, которая меняется даже в пределах небольшого участка.
Почему под деревом бывает и больше снега
Крона не только задерживает осадки, но и разгружает их. Если снег падает с ветвей комьями, внизу появляются локальные накопления. Ветер переносит снежинки и формирует неровности вокруг препятствий. На одной стороне ствола может образоваться углубление, на другой – небольшой сугроб. Дополнительно снег уплотняется, оседает и меняет структуру в течение зимы.
Свойства свежего сухого снега отличаются от свойств влажного липкого. Причину такого различия рассматривает статья почему мокрый снег прилипает к проводам. На ветвях удержание тоже зависит от состояния снега и погоды. Поэтому даже два дерева одного вида в разные снегопады способны создать на земле неодинаковый рисунок покрова.
При сравнении участков недостаточно измерить только высоту снежного слоя. Свежий рыхлый снег содержит много воздуха, а старый уплотнённый – больше льда в том же объёме. Два слоя одинаковой толщины поэтому могут требовать разного количества энергии для полного таяния. В лесу структура меняется после падения комьев с ветвей, оттепелей и повторного замерзания воды. Для точного объяснения учитывают запас воды в снеге, а не одну видимую глубину. Обычное наблюдение всё равно полезно, если помнить об этом ограничении и не делать вывод о скорости нагрева только по высоте сугроба.
Может ли тень перевесить нагрев
Да. Густая крона способна сильно уменьшить количество прямого солнечного света, достигающего земли. В прохладных условиях это иногда продлевает жизнь снежного покрова. На открытой площадке снег уже исчезает, а в тенистом лесу ещё лежит. Одновременно непосредственно у отдельных стволов могут сохраняться небольшие проталины: разные механизмы действуют на разных расстояниях.
Отсюда следует, что фраза «деревья всегда ускоряют таяние» неверна. Нужно учитывать густоту кроны, породу, склон, время года, облачность и запас снега. Хвойное дерево с плотной зимней кроной и лиственное дерево без листьев по-разному перехватывают осадки и затеняют землю. Даже у одного дерева солнечная и теневая стороны могут представлять две существенно разные ситуации.
Почему проталина расширяется после появления земли
Когда обнажаются тёмная почва, прошлогодние листья или корни, они обычно поглощают больше солнечной энергии, чем чистый белый снег. Это меняет условия у края снежного пятна и может помогать дальнейшему расширению открытого участка. Однако в облачную морозную погоду процесс способен замедлиться или остановиться: наличие тёмной земли не обеспечивает бесконечный источник тепла.
Для объяснения обычной весенней проталины не требуется представлять дерево как живую печку, специально согревающую корни. Основную картину создают доступная энергия и распределение снега. Наблюдать полезно не только сам круг у ствола, но и тень, толщину покрова, ветви над ним и соседние открытые места. Тогда небольшая проталина становится понятным результатом нескольких обычных физических процессов, действующих совместно.
