Was würde auf dem Bürgersteig schneller schmelzen, gleiche Mengen Schnee oder Eis?

Als ich vom Unterricht zurückging, bemerkte ich, dass der aufgehäufte Schnee an den Seiten der Straße nach einer Woche immer noch nicht geschmolzen war, obwohl es sonnig und im Allgemeinen warm war ( fünfzehn ° C − 18 ° C ) . "Wenn dieser Schnee Eis wäre, wäre er jetzt sicher weggeschmolzen", dachte ich. Ich konnte mir nicht vorstellen, was auf dem Bürgersteig schneller schmelzen würde; der angehäufte Schnee, der etwas aufgeprallt war, oder das gleiche Volumen, das mit festem Eis bei der gleichen Temperatur gefüllt war.

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Mein Denkprozess war, dass der Schnee Lufteinschlüsse hatte, die als sehr gute Isolatoren wirkten, die die Wärmeübertragung verlangsamen würden, obwohl das feste Eis einen "größeren Tank" für Wärme hat und mehr davon benötigt, um vollständig zu schmelzen. Eis ist jedoch eine viel festere Struktur, die eine weitaus bessere Wärmeleitung (über mikroskopische Vibrationen) ermöglicht und mehr von sich selbst in Kontakt mit dem Boden hat. Schnee ist auch glänzender als Eis und reflektiert mehr Sonnenlicht. Ich weiß, dass es mehrere Arten von Schnee gibt, und dieser ist gepackter Pulverschnee mit einer Kruste, die jemanden beim Gehen unterstützen kann, aber zerbröckelt, wenn man darauf tritt. Die inneren Teile sind pudrig und die Ränder sind grob, knusprig und nass. Auch die Verschmutzung des Schnees spielt eine Rolle (da Schmutz eine viel geringere Wärmekapazität als Eis hat und Strahlung besser absorbiert).

Dies ist eine Nahaufnahme des Schnees.Dies ist eine Nahaufnahme

Würde das Ersetzen dieses Volumens durch festes Eis bei der gleichen Temperatur länger dauern als der Schnee? Meine Intuition sagt, dass der Schnee länger dauern würde, aber ich weiß nicht, welcher beitragende Faktor dominiert.

Die Antwort ist, dass es aus den Gründen, die Sie identifiziert haben, kompliziert ist: Menschen, die das Klima studieren (zu denen ich irgendwie gehöre), verbringen viel Zeit damit, dies zu verstehen, und es hängt von vielen Faktoren ab, wie der Albedo, ob es ist schmutzig ('Ruß auf Schnee' ist ein Kunstbegriff), wie voll es ist, ob es teilweise geschmolzen und wieder gefroren ist &c &c. Also ich denke, es gibt keine einzige Antwort auf diese Frage, denke ich. Es ist aber eine gute Frage.
Vielen Dank. Gibt es eine "perfekte" Kombination von Faktoren (Packung, Luftmenge, Rußmenge usw.), die Schnee definitiv langsamer schmelzen lässt als festes Eis?
Eine Woche nach dem Schneefall wird das Zeug, das am Straßenrand zurückbleibt, genauer als Eis und nicht als Schnee beschrieben. Es wird höchstwahrscheinlich mehrmals mit dem Tag / Nacht-Zyklus geschmolzen / wieder eingefroren.
Es ist definitiv näher an porösem Eis als an Schnee, aber ich würde nicht sagen, dass es mehr Eis als Schnee ist. Ist schließlich nicht der Hauptunterschied zwischen Schnee und Eis die kristalline, belüftete Struktur gegenüber massiven Platten und Blöcken?
@HsMjstyMstdn Ich weiß nicht, ich habe Angst. Wie Joshua sagte, ist der Übergang zwischen Eis und gepacktem Schnee in der Praxis nicht ganz klar definiert: Gletscher und Eisschilde werden normalerweise als Eis betrachtet, sind aber in Wirklichkeit natürlich gepackter Schnee.

Antworten (4)

Die Dichte von Schnee ist viel geringer als die Dichte von Eis – daher ist die gesamte Schmelzwärme, die zum Schmelzen eines Schneevolumens benötigt wird, viel geringer. Das bedeutet, dass der Schnee schneller schmilzt als das Eis.

Die Luft im Schnee senkt zwar die Wärmeleitfähigkeit - aber das bedeutet nur, dass die geringe Wärme der Luft die äußere Schneeschicht zum Schmelzen bringen kann, ohne dass man sich Gedanken über die Wirkung von Schnee "tiefer im Inneren" machen muss.

Meiner Erfahrung nach ist ein wesentlicher Faktor für das Schmelzen von Schnee das Vorhandensein von Schmutz - kleine dunkle Partikel, die Energie aus dem Sonnenlicht absorbieren. „Sauberer“ Schnee reflektiert einen Großteil der Sonnenenergie, während sauberes (festes) Eis einen größeren Teil davon absorbiert. Dies ist ein Faktor, der für Schnee in Gegenwart von Sonnenlicht von größerer Bedeutung ist - er wirkt sich nicht auf Schnee im Schatten aus, wo nur die Wärme aus der Luft eine Rolle spielt - und ich glaube, danach haben Sie gefragt.

Aber kommt die Hitze nicht langsamer in den Schnee?
Diese Antwort geht nicht auf die Frage ein.
Danke für das Update. Ich sehe Ihren Punkt in den Lufttaschen (obwohl ausgezeichnete Isolatoren), die nicht zum Auffüllen des "Tanks" zum Auffüllen von Wärme beitragen, aber wenn sauberer Schnee den Strahlungskampf von der Sonne "gewinnt", "verliert" Eis nicht den Leitungskampf von den Boden, weil der Schnee nur eine kleinere Fläche berührt und sich über Lufteinschlüsse vom Boden abdichtet ? Und ist der Kampf vom Boden aus nicht wichtiger als die Luft oder das Sonnenlicht?
Ich glaube nicht, dass die Leitung vom Boden eine Hauptursache für das Schmelzen ist - meiner Erfahrung nach "klebt" Eis fest am Boden, was bedeutet, dass nicht genügend Wärme vom Boden nach oben fließt, um den Schnee zu schmelzen. Iran Ich verstehe Ihren Punkt falsch?
Wenn wir davon ausgehen, dass sich Schnee und Eis mit einer höheren Temperatur auf dem Boden befinden, und davon ausgehen, dass die vom Boden gelieferte Wärme mehr als genug ist, um das Ganze zu schmelzen (idk, wenn dies der Fall ist), verdunkelt dieser Effekt nichts Sonnenlicht oder Wind könnten dazu beitragen (weil Leitung nicht schneller ist als Strahlung und Konvektion)? Und Schnee steht "auf kleineren Füßen" auf dem Boden, ein Teil davon ist Luft und gibt dem Boden somit eine kleinere Kontaktfläche.
Verdichteter Schnee wie der im OP gezeigte kann viel dichter sein als frisch gefallenes Pulver, und es ist überhaupt nicht offensichtlich, dass er wesentlich weniger dicht ist als Eis.

Die von Eis und Schnee absorbierte Gesamtenergie wird die Energie der Sonne nicht erschöpfen oder ihre Abgabe verlangsamen. Die Rate der Wärmeübertragung durch die Oberfläche und durch Eis und Schnee ist das Problem.

Zu berücksichtigende Faktoren:

(1) Ein bestimmtes Volumen Eis enthält eine größere Anzahl von Wassermolekülen als das gleiche Volumen Schnee. Summieren Sie alle Energie, die erforderlich ist, um jedes Molekül zum Schmelzpunkt zu bringen, und Sie finden eine größere Gesamtenergie, die erforderlich ist, um das Eis zu schmelzen als den Schnee, wie Floris in seiner Antwort sagte. ABER da die auf die Oberfläche auftreffende Sonnenenergie sowohl für Eis als auch für Schnee gleich ist und (aus praktischen Gründen) nicht erschöpft wird, wird die Geschwindigkeit der Energieübertragung zu und durch Eis und Schnee unabhängig von der absorbierten Gesamtmenge wichtig Faktor. Damit Eis schneller schmilzt als Schnee, muss mehr Energie pro Zeiteinheit in das Eis übertragen werden.

(2) Die Oberfläche befindet sich am Tripelpunkt von Wasser . Ein Teil des Wassers schmilzt und ein Teil verdunstet. Wasser, das verdunstet, verbraucht Energie, die sonst für die Leitung durch Eis und Schnee verfügbar wäre. Aber weder Sublimation noch Verdunstung verringern die Energie, die die Sonne pro Zeiteinheit an die Oberfläche liefert. Da die pro Zeiteinheit gelieferte Energie nicht abnimmt, sollten Verdampfungswärme und latente Sublimationswärme die Wärmeübertragungsrate in Eis und Schnee nicht beeinflussen. Aber die Verdunstungsrate pro Volumeneinheit Schnee ist größer als bei Eis, da pro Mol eine größere Oberfläche vorhanden ist.

(3) Schnee hat eine größere Oberfläche pro Mol als Eis. Aber Eis hat eine größere Anzahl von Molen pro Volumeneinheit. Die verfügbare Energie pro Zeiteinheit ist für beide gleich, daher scheint mir die Oberfläche pro Mol ein wichtiger Faktor zu sein.

(4) Luftkonvektion durch Schnee ist wahrscheinlich unbedeutend, da Schnee ein Isolator ist. Strahlungsenergie, die an und durch die Oberfläche abgegeben wird, und Wasserkonvektion über Oberflächenwasser, das ins Innere sickert, können die dominierenden Methoden der Wärmeübertragung in Eis und Schnee sein. Da Schnee poröser ist, gehe ich davon aus, dass die Konvektion durch Wassereinsickern in Schnee schneller ist als in Eis.

(5) Die Albedo von blankem Eis beträgt 0,5 und die Albedo von Eis mit Schnee 0,9. Da die Albedo von Eis geringer ist als die von Schnee, reflektiert eine Schneeoberfläche mehr Energie als Eis. Auf blankem Eis dringt mehr Strahlungsenergie pro Zeiteinheit ein als auf Schnee.

Für eine schnellere Schneeschmelze: a) Größere Oberfläche pro Mol für die Verdunstung, b) Größere Porosität pro Mol für das Versickern von Wasser, um Wärme in das Innere des Schnees zu übertragen.

Für eine schnellere Eisschmelze: a) Strahlungsenergie kann durch die klare Eisoberfläche direkt ins Innere dringen.

Ich würde vermuten, dass Eis an einem sonnigen Tag schneller schmilzt, während Schnee an einem bewölkten Tag schneller schmilzt, wenn (a) die Umgebungsluft- und Bodentemperaturen an beiden Tagen gleich sind, (b) die relative Luftfeuchtigkeit an beiden Tagen gleich ist .

Ihr 4. "Tropfpunkt" scheint mir ausgezeichnet, aber ist die Wärmeleitung vom Boden ins Eis von Bedeutung? Ich kenne die Berechnungen nicht, aber in meinem Kopf scheint das eine starke Methode zum Schmelzen von Eis zu sein (vorausgesetzt, die Wärme vom Boden ist signifikant und konstant).
@HsMjstyMstdn: Je nachdem, wie warm der Boden ist, erwarte ich, dass sowohl Eis als auch Schnee auf einem dünnen Wasserfilm sitzen. Es scheint mir, dass die Wärmeübertragungsrate vom Boden für beide gleich wäre. Aber Wärme im Boden ist nicht unbegrenzt wie Wärme von der Sonne. Es hängt vom Temperaturgradienten des Bodens ab: nsidc.org/cryosphere/frozenground/how_fg_forms.html . Die Erdoberfläche kann ihre Wärme verlieren und keine Ursache mehr zum Schmelzen sein.
"Für praktische Zwecke steht eine unbegrenzte Energiemenge pro Zeiteinheit (Wärme von der Sonne) zur Übertragung sowohl in den Schnee als auch in das Eis zur Verfügung" ist einfach falsch und obendrein absurd.
Ich denke, er meinte eine unbegrenzte Versorgung mit konstanter, strahlender Wärmeenergie von der Sonne.
@JackAidley: Die von Eis und Schnee absorbierte Gesamtenergie wird die Energie der Sonne nicht erschöpfen oder ihre Abgabe verlangsamen. Die Rate der Wärmeübertragung durch die Oberfläche und durch Eis und Schnee ist das Problem. Damit Eis schneller schmilzt als Schnee, muss mehr Energie pro Zeiteinheit in das Eis übertragen werden. Ich habe die Antwort bearbeitet. Bitte teilen Sie mir mit, wenn dies keinen Sinn ergibt oder falsch ist. Vielen Dank für Ihren Kommentar.
Ja, das ist viel klarer. Obwohl Albedo-Effekte die Lieferung beeinflussen könnten?
@JackAidley: Ja, Schnee hat eine höhere Albedo als Eis. Ich habe Albedo-Effekte in Punkt (5) bearbeitet.

Als Experimentalphysiker ist mein erster Vorschlag natürlich, einen Gefrierschrank mit Reif an den Wänden zu finden und ihn durch Reinigen zu testen, aber ansonsten:

Die Hauptsache, an die ich denken kann, ist, dass sobald der Oberflächenschnee schmilzt, er durchtropfen und Wärme weiter nach unten übertragen kann. Aus diesem Grund sehen Sie schmelzenden Schnee, der wie Türme aus Eiszapfen aussieht - etwas Dunkles wird auf den Schnee geweht, es absorbiert Sonnenlicht und erwärmt sich, schmilzt etwas Schnee um ihn herum, der dann heruntertropft und Schnee darunter schmilzt und den Ein Stück dunkles Zeug fällt herunter und der Prozess geht weiter. Dies ist bei Eis nicht möglich, zumal der Brocken in einer Wasserpfütze landet, die ihn auch vom Eis isoliert. Ich denke, dieser Prozess, kombiniert mit der viel kleineren Masse, wird den Schnee viel schneller schmelzen lassen.

Interessante Punkte, obwohl ich denke, dass dieser Schmutzfleck vom Eis rutschen würde, wenn wir annehmen, dass die Form des Eises ungefähr ein halber Zylinder auf seiner Seite ist.

Schon mal einen Schneemann gebaut? Ziemlich einfach, diesen Schneeball für den Oberkörper aufzuheben, nicht wahr. Können Sie sich vorstellen, wie schwer eine feste Eiskugel gleicher Größe wäre?

Also, gleiches Volumen, aber viel festeres Wasser. Wenn alle Dinge gleich sind, ist viel mehr Wärmeenergie erforderlich, um eine Eiskugel zu schmelzen, verglichen mit einer Schneekugel. Daher schmilzt der Schnee schneller. Aber nicht alle Dinge sind gleich, Schnee sieht anders aus als Eis, viel weißer. Wenn also Sonnenlicht (Strahlung) viel zum Schmelzen beiträgt, absorbiert sauberer Schnee weniger Wärme pro Oberfläche als sauberes Eis. Wir haben auch eine Leitung vom Boden, eine Eisschicht hat wirklich guten Bodenkontakt, Schnee weniger. Können wir uns einigen ? Vielleicht, aber es wird kompliziert, Wärmequelle, Wärmeart (Leitung, Strahlung), Reflexionsvermögen der Oberfläche usw. berücksichtigen.

Mein Geld ist auf dem Schnee, der für das GLEICHE Volumen am schnellsten geht.

Diese Antwort scheint tatsächlich genau den gleichen Inhalt wie die Frage zu haben.
Was würde auf dem Bürgersteig schneller schmelzen, gleiche Mengen Schnee oder Eis?
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