Теплоизоляционные свойства снега или почему спать в нём холодно.
Автор — Филимонов Фил, Благовещенск
Снег – это атмосферные осадки, состоящие из мелких кристаллов льда. Существует устойчивое мнение, что снег является хорошим теплоизолятором и в связи с этим может обладать едва ли не волшебными свойствами на маршруте. Особенно хороши эти теоретические изыскания дома в тепле. Давайте рассмотрим более внимательно аспекты использования снега на маршруте.
Как правило, снег выпадает на поверхность земли в форме снежинок примерно 5 мм в диаметре и массой 0,004 гр. При этом снежинки на 95 процентов состоят из воздуха и как раз именно это обеспечивает показатель теплоизоляции в 0,1–0,15 вт\м*гр, при плотности 100–200 кг\м3. Показатель теплоизоляции достаточно высок и сравним с хорошими строительными утеплителями. Судя по этому, можно просто выйти на улицу, упасть в сугроб и спокойно спать – будет тепло. Тем не менее, если бы всё было так, то бомжей на улицах нашей страны было бы больше, чем любой другом государстве мира.
Выйдем на улицу и пройдёмся по снегу. Да, он хрустит. За счёт чего? За счёт того, что кристаллики льда ломаются и снег уплотняется. Как частный случай, при температуре от минус двух и теплее снег не скрипит, так как кристаллы льда не ломаются, а тают. Конечного результата это не меняет – снег становится более плотным и его показатели теплоизоляции падают. Кроме этого, снег не имеет свойства лежать на поверхности именно в том состоянии, в котором упал. Он постоянно меняется, с течением времени, изменения температуры, влияния ветров, из-за переноса и дрейфа по склонам. В горах снег постепенно может превратиться в фирн, а затем в лёд. Существует большое количество состояний снега, но наилучшими теплоизоляционными свойствами обладает только свежевыпавший. Увы, обладает он этими свойствами только до тех пор, пока его не сжать. В целом, в процессе изменения свойств снега его плотность может значительно увеличиться, а теплоизоляция ухудшиться почти на порядок.
Почему тогда рекомендуются снежные норы при аварийных зимних ночёвках? Можно ли переночевать в сугробе в одежде, просто закопавшись в снег? Почему северные народы строят хижины из снега? Если, казалось бы, всё так плохо с теплоизоляцией у снега?
По поводу ночлега в сугробе всё просто – всё зависит от одежды. В принципе, каждый из трёх вышеозначенных вопросов завязан на второй закон термодинамики, как и почти всё, связанное с теплом. Человек, полностью зарывшийся в снег, составляет со снегом систему, которая должна уравновеситься в отношении температуры.
Так как температура человека выше, чем у снега, то тепло должно интенсивно уходить от него в толщу снега. Одежда как раз должна эти потери предотвращать. Хорошим моментом является уже само то, что температура снега выше, чем воздуха и выше, чем грунта. Это уменьшает потери тепла. Плохим моментом мы получаем то, что снег может таять и, во-первых, превращаясь в лёд, значительно терять в теплоизоляции, а во-вторых, проникая в мокром виде в нашу одежду, может снижать её теплоизоляцию.
Отсюда вывод – одежда должна быть такой толщины и обладать такими свойствами, чтобы тепло, выделяемое человеком, почти полностью сохранялось в пакете одежды, при этом температура поверхностного слоя этого пакета должна всегда быть равной температуре снега, в который мы улеглись.
Вот два условия, при которых ночёвка в слое снега будет безопасной. Многие животные за счёт этого и переживают зиму – шкура позволяет и жир под ней. Естественно, для всего этого нужно быть здоровым и сытым, потому что потери тепла в принципе неизбежны, и оно должно генерироваться организмом.
Также соответствующим пакетом одежды должно обеспечиваться всё тело полностью, включая все лапы. Другими словами, если в хорошем тельнике, бушлате на меху, толстых ватных штанах, валенках на тёплые носки, меховых рукавицах и шапке на меху залезть в снег, то можно там вполне удобно устроиться. Или подобрать для этого более современную одежду – что не так уж и просто, впрочем. Тем не менее, ночёвка в правильной одежде в толще снежного покрова практикуется до сих пор в некоторых войсках специального назначения.
О строительстве снежных нор и особенностях ночёвок в них я уже писал. Зачастую для норы приходиться искать специальное место, например, надув, где её можно вырыть, или же самому нагребать кучу снега и ждать некоторое время, пока она смёрзнется.
В отличие от просто ночёвки в сугробе, задачей норы может ставиться как раз изоляция поверхности одежды от снега. То есть, одежда слишком неподходящая, для того, чтобы просто завалиться в снег. Кроме того, в горах при непогоде другого варианта может не быть. Да, теплоизоляция снега в таких случаях невысока, но она есть в принципе.
В норе нет потерь от конвекции, если нора правильно сделана, конечно. Это особенно важно, когда снаружи ветер. Если мы роем снежную нору и у нас недостаточно плотный пакет одежды, чтобы предотвратить потери тепла через тепловое излучение, то немаловажным в успехе дальнейшего бытия будет играть коврик или импровизированная подстилка. Если её не будет, то замерзание в таком случае станет неизбежным. Если она есть, то воздух между вашим телом и стенами норы, благодаря тепловому излучению от вашего тела, немного прогреется. Чем теплее и безветреннее будет снаружи, чем толще стены у вашей норы, тем выше будет температура внутри. Ненамного, конечно, но выше. Бывает, перепада температур достаточно для выживания. Что такое перепад температуры в десять градусов? Это очень много для аварийной ночёвки, но при минус сорока градусах снаружи это может уже не помочь. Плюс к этому, одежда может отсыреть и если к следующей ночи она не высохнет, выжить станет сложнее.
Отсюда вывод – при неизбежной ночёвке в толще снега, чем хуже одежда, тем более чаша выбора между убежищами должна склоняться в сторону норы, при прочих равных условиях, конечно.
Теперь о снежных хижинах эскимосов – иглу. Почему свои дома они строят из снега? Ответ очевиден и прост донельзя – а больше строить не из чего. Больше там ничего нет. Это, во-первых. Во-вторых, хижины отапливаются жировками – горелками на жире. Тут всё просто – можно построить самый технологичный и тёплый дом на свете, потом прийти в него среди суровой зимы и обнаружить, что там холодно. Логично – тёплый дом, спальный мешок, одежда и прочее, они должны удерживать уже существующее тепло, а сами по себе они греть не могут, так как для этого нужен источник энергии. Также и иглу эскимосов – они теплы, пока в них топят. Также, как туристическая палатка с печкой – на улице может быть минус тридцать, а внутри плюс тридцать. Разница только в том, что палатка теплоизоляции вообще никакой не имеет и стоит только прекратить топить печку, как температура в течение короткого промежутка времени сравняется с уличной. У иглу теплоизоляция какая-никакая, а присутствует. По сравнению с палаткой, она просто отличная. Грамотная конструкция, плюс в долговременных посёлках шкурами укрываются и стены жилища, существенно повышая степень удерживания тепла.
В походах с палаткой снег может являться защитой от ветра. Палатку вкапывают, юбку засыпают снегом, строят ветрозащитные стены из блоков. В долговременных лагерях выше уровня леса и при наличии толстого снежного покрова, кухни и отхожие места часто делаются в виде пещер, а переходы между палатками и пещерами выполняются траншеями.
Вывод: снег хороший теплоизолятор в том случае, если ничего другого нет, и при том условии, если с умом подходить к его использованию. Тем не менее, его свойства не спасут человека, который уже замёрз, устал, голоден или просто его снаряжение и одежда не позволяют достичь цели выживания при помощи только лишь укрытий из снега.
Резюме:
1. Любое снежное укрытие защищает от ветра. Иногда это важно, иногда- нет.
2. Любое снежное укрытие не даст температуры внутри существенно выше 0 градусов. Но при грамотном исполнении (минимум вентиляции) и достаточном количестве снега (толщине стенок) почти всегда позволяет к 0 приблизиться. Просто нужно понимать, что при сильных морозах на прогрев снега прилегающего к одежде или снега внутренних стен может потребоваться изрядное время, ибо массовая теплоёмкость снега (Дж/градус*кг)довольно велика- в 5 раз больше, чем у железа. (Сравните с банькой из толстенных брёвен- на поддержание тепла нужно мало энергии, но на первоначальный прогрев- много.) Однако, при наличии дополнительного источника тепла (свеча, газовая горелка, котелок с углями) прогреть воздух можно довольно быстро. Т.е. температура воздуха может опережать температуру стен.
3. Зарываться в снег можно только при изрядном минусе и достаточно тёплой одежде, чтоб снег не начал таять на её поверхности.
4. Норы и иглу.
Плюсы:
а. нет контакта одежды и снега- и при нуле, и при плюсе, и в лёгкой одежде она (одежда) может сохраниться сухой.
б. есть возможность использовать дополнительный источник тепла.
Минусы:
а. имеют большую поверхность, большую массу стен и обычно более интенсивную вентиляцию- т. е. больше энергии нужно на первоначальный прогрев до нуля и на поддержание этой температуры.
б. требуют больше времени на возведение, нежели закапывание.