Odborně osvětová kniha Voda a krajina, kterou napsal Václav Cílek spolu s kolektivem autorů, proběhne 9. ledna 2018 odpoledne v návštěvnickém středisku Vodní dům v Hulicích. Publikace obsahuje také pasáž o ledu a sněhu, kterou jako aperitiv potenciálním čtenářům představujeme.

Led je třetím běžným skupenstvím, ve kterém se voda vyskytuje. Jedná se o látku krystalickou, známou v několika krystalových modifikacích. Jednotlivé modifikace se odlišující uspořádáním molekul vody v krystalu, tedy krystalovou strukturou. Nejběžnější modifikací ledu, tou, která se tvoří na rybníce, je led Ih, tzv. hexagonální neboli šesterečný. Teplota tání hexagonálního ledu, tedy teplota, při které je za normálního tlaku v rovnováze s kapalnou vodou, byla definována jako bod 0 °C stupnice Celsiovy.

Hexagonální modifikace ledu vzniká jako stabilní modifikace při teplotách nikoli nižších nežli cca -200 °C a tlaku nikoli vyšším nežli cca dva tisíce atmosfér. Lze jistě nahlédnout, že běžné přírodní podmínky na Zemi pohodlně těmto limitům vyhovují. Krystalová struktura hexagonálního ledu je tvořena molekulami vody, které jsou vzájemně poutány důmyslným síťovím vodíkových můstků. Struktura obsahuje poměrně velké prázdné prostory, neobsazené molekulami vody. Proto je hustota hexagonálního, přírodního ledu také nižší, než hustota vody, a led tudíž na vodě plave.

Změnou teplotních/tlakových parametrů mimo výše uvedené rozmezí bylo dosaženo tvorby dalších forem ledu v odlišných krystalových modifikacích. Příkladně se jedná o led v modifikacích kubické, klencové či čtverečné. Dosud je rozpoznáno šestnáct modifikací ledu a čile přibývají další. Některé z těchto forem jsou známy jako raritní výskyty ledu z pozemské přírody (led XI z hlubokých partií antarktického ledovce, kubická forma ledu v nejsvrchnějších vrstvách atmosféry), či jsou v podezření jako možné modifikace ledu vyskytujícího se ve vesmíru. Jakéhokoli praktického významu však nemají. Spíš ukazují na bohatost a složitost všeho, co je nějak svázáno s vodou.

Krystalizace ledu nemusí probíhat pouze z vody sladké. Při dostatečném ochlazení led krystaluje i z vody mořské. Při tom dochází k vybudování struktury ledu pouze z molekul vody, a sůl kuchyňská, jež je normálně přítomna v mořské vodě, se koncentruje ve zbytkovém roztoku po krystalisaci. Protože do struktury ledu nevstupuje sůl kuchyňská, získáváme po roztavení ledu sladkou vodu vhodnou k pití. Důvodem, proč nedochází ke vstupu soli kuchyňské do struktury ledu, jsou iontové poloměry hydratovaných iontů sodných a chloridových.

Běžný hexagonální led Ih  známe nejen ve formě kompaktní vrstvy na rybníce, ale též v podobě sněhových vloček. Sněhové vločky vždy dokázaly upoutat pozorné lidi svým pravidelným tvarem a tajemnou krásou, staly se námětem známé pohádky Hanse Christiana Andersena. Méně známá je skutečnost, že dávno před vznikem pohádky, kolem roku 1610, bylo v Praze rukou slavného astronoma Johannese Keplera, tou dobou ve službě u císaře Rudolfa II, sepsáno pojednání zabývající se tvarem, pravidelnou strukturou a souměrností sněhových vloček. Možná, snad, kdesi na Karlově mostě nastavoval za studených nocí cíp pláště, chytal vločky sněhu a prohlížel si je ve světle lucerny. Neušlo mu, že všechny vločky jsou si symetricky podobné, vykazují přítomnost šestičlenné osy souměrnosti, středu souměrnosti a mnoha rovin souměrnosti. Z pozorování vyvodil průkopnický závěr, že pravidelnost vnější pozorovatelné stavby je společná všem sněhovým vločkám a musí mít základ v pravidelnosti stavby vnitřní. Ke stejnému závěru vedla pozorování i dalších badatelů, jako byl Blaise Pascal a další. Zde se počíná krystalografie.

Sněhové vločky vznikají v atmosféře kondensací vodních par, nikoli kapek vody. Detaily mechanismu, kterým vločka vzniká, který určuje přesný tvar, rozvětvení ramen a velikost ramen, počet a typ větvení, jsou dosud neznámé. Sníh se po dopadu na zem stává obětí klasifikace, meteorologického zpravodajství, lyžařů a silničářů.

Přírodní sníh na Zemi leží ve velkých plochách, pokrývá celé rozsáhlé oblasti, ba i kontinent. V globálním pohledu představuje významnou zásobárnu sladké vody, která je v něm v rámci koloběhu vody v přírodě vázána. Navíc díky své bílé barvě funguje jako zrcadlo, kdy účinně odráží sluneční záření, jež na zasněženou oblast dopadá. Díky tomu se energie záření nepředává na povrch Země a zasněžená oblast se nepřehřívá. V prostorech mezi vločkami v čerstvě napadaném sněhu zůstává přítomno poměrně velké množství vzduchu, který se jen nesnadno vyměňuje proti vzduchu atmosférickému. Sníh má tedy tepelně isolační vlastnosti, vytvořené na stejném principu jako péřová bunda lyžaře. Sněhová vrstva chrání před promrznutím. Své o tom vědí Eskymáci, lední medvědi i zahrádkáři. Stává se, že si z hor přinesete alpínku a ona vám v Praze vymrzne, protože v horách přežije zimu pod sněhovou peřinou.

Technický sníh jest umělou náhražkou, ke které se uchylujeme u teplot blízkých bodu mrazu vody za nedostatku sněhu přírodního. Vyrábí se rozprašováním jemných kapek vody do proudu stlačeného vzduchu expandujícího úzkou tryskou. Při expansi dochází k ochlazení proudu, a vodní kapky počínají krystalovat na sníh. Doba zdržení vodní kapky v prochlazeném proudu vzduchu je však poměrně krátká, činí přibližně 10 sekund, a proto krystalizace vločky sněhu z vodní kapky není dokonalá, na vločce zbývají ještě zřetelné zbytky kapalné vody. Technický sníh po svém vytvoření je pro obsah vody těžký, ulehlý a podobný spíše tři dny starému sněhu přírodnímu.  Výroba a použití technického sněhu čelí kritice, neboť je založena na spotřebě povrchové vody a elektrické energie nutné ke stlačení vzduchu. Pro zlepšení vlastností sněhu se do vody přidávají pomocné látky, jako například močovina či dusičnan amonný. Na plochy zasněžené technickým sněhem proniká v důsledku toho daleko více živin, než by se na ně dostalo se sněhem přírodním, což vede ke změnám biologických společenstev na plochách.

Zdroj: Publikace Voda a krajina, Václav Cílek a kol., nakladatelství Dokořán, ilustrační foto Naše voda – Nina Havlová