Hoe luchtiger de sneeuw, hoe stiller de straat

Alledaagse wetenschap

De wereld is doodstil als het heeft gesneeuwd. Hoe komt dat eigenlijk?

Besneeuwde straat in het Italiaanse Santeramo in Colle, in de buurt van Bari, tijdens de koudegolf begin 2017. Foto AFP

Waarom is het zo stil op straat als het net gesneeuwd heeft, wilden lezers weten, al vóór het vorige week sneeuwen ging. Het was een uit eerdere winters overgeschoten waarneming of een recente wintersportimpressie. Zit je in zo’n leuk wintersportresort tussen wintersporters barstend van de après-ski-pret en is het toch raar stil buiten.

De verleiding was groot hier te herhalen wat de vermaarde Minnaert er een halve eeuw geleden over schreef in De natuurkunde van ’t vrije veld, maar vreemd genoeg schreef hij er bijna niets over. Een sneeuwdek absorbeert geluidsgolven, noteerde hij. En: bovendien wijzigt zich bij sneeuw de voortbrenging der geluiden van de straat – in het midden latend of dat kwam doordat auto’s dan langzamer reden of dat het wiel-weg-contact veranderde. Dat het bij mist ook zo stil is, besliste Minnaert, komt uitsluitend doordat dan een deel van het verkeer wegvalt.

De wetenschap was een halve eeuw geleden nog niet aan relevant mist- en sneeuwonderzoek toegekomen, moet je achteraf constateren. Inmiddels staat vast dat mist, kleine waterdruppels zwevend in een mengsel van stikstof en zuurstof, wel degelijk geluid afzwakt. Er zijn theoretische modellen voor opgesteld en experimenten in nevelvaten bleken de theorie mooi te bevestigen. Veldonderzoek aan de invloed van echte mist is moeilijk omdat bij het ontstaan van mist ook de temperatuur-opbouw van de onderste luchtlagen verandert. Bovendien maakt een beetje meer of minder wind ook veel uit.

Het knerpen van de sneeuw wordt voortgebracht door het langs elkaar schuiven van sneeuwkorrels

Voor de invloed van een natuurlijk sneeuwdek op het geluidveld erboven gelden in principe dezelfde beperkingen, maar de geluidabsorptie van verse, luchtige sneeuw met een dichtheid van minder dan 350 kg per m3 is zó groot dat veldwerk hier toch veel heeft opgeleverd. In 1965 verrichtte meteoroloog Tamotsu Ishida op Hokkaido zijn klassieke onderzoek aan de geluidweerkaatsing van een sneeuwdek van anderhalve meter dik dat aan de oppervlakte een dichtheid had van nog geen 150 kg per m3. Een luidspreker die 35 cm boven het sneeuwdek uit stak produceerde ‘white noise’ (gaf alle frequenties even luid weer) en op 2 tot 10 meter afstand maten microfoons hoe hard het lawaai daar binnen kwam.

Het bleek dat het sneeuwdek vooral trillingen met frequenties van 400 tot 700 hertz slecht weerkaatste (dus absorbeerde.) En de menselijke stem klinkt vooral in dit gebied, zoals een ‘Frequency Analyzer’, als app te downloaden, laat zien. Hoe luchtiger de sneeuw hoe sterker de absorptie.

Geofysicus Donald G. Albert deed in 1986 soortgelijk onderzoek boven een sneeuwdek in Vermont dat 25 cm dik was en een dichtheid had van 190 à 290 kg/m3. Albert schoot vanaf heuphoogte een .45 pistool af in de richting van microfoons die tot op 160 meter afstand waren opgesteld en een halve meter boven de sneeuw uit staken. De sneeuw dempte de sterkte van de knal overtuigend maar deed hem ook langer duren. Een deel van de energie van het schot reisde overigens via de bodem naar de microfoons.

In beide gevallen lag de geluidsbron dicht bij het sneeuwoppervlak en bleek de demping ook het sterkst voor de waarnemer die zijn oor dicht bij het dek te luisteren had gelegd, hoe zeg je dat. ‘Naar boven toe’ is er minder demping, stelde Ishida vast. Maar in urbane omgeving ontstaat het meeste gerucht op laag niveau. Mensen steken er niet ver bovenuit.

Veel van het moderne akoestisch onderzoek aan sneeuw is bedoeld om inzicht in de structuur en textuur daarvan te krijgen. Los hiervan staat het luisteren naar sneeuwlagen op skihellingen waar zich geregeld lawines voordoen. Een sneeuwmassa die begint los te laten van zijn ondergrond gaat, zoals elke bezwijkende constructie, karakteristiek geluid produceren. Voor sneeuw bestaat dat uit zwakke pulsen van lage frequentie die nog het makkelijkst door ‘geofoons’ (trillingsmeters) worden geregistreerd. De amateuronderzoeker zal dit wel nooit te horen krijgen.

Wel signaleert hij makkelijk het geluid dat een ander soort bezwijken opwekt: het inzakken van sneeuw als hij er boven op gaat staan. Wij noemen dat tegenwoordig altijd ‘knerpen’ maar Minnaert gebruikt er het woord ‘knarsen’ voor. Het knerpen is een stick-slip geluid, zegt de literatuur, het wordt voortgebracht door het hortend en stotend langs elkaar schuiven van sneeuwkorrels of -kristallen. De zetmeelkorrels van aardappel- en maiszetmeel kunnen ook mooi knerpen, maar die van tarwebloem juist weer niet omdat er zoveel gemalen troep door de bloem zit. Een microscoop laat dat zien.

Wetenschappers houden hardnekkig vol dat sneeuw pas goed knerpen wil als ze erg koud is en dat het knerpen met het dalen van de temperatuur in sterkte toeneemt. Maar de verse, luchtige sneeuw van vorig weekend knerpte uitstekend en toch was die niet kouder dan -1ºC. Hier is behoefte aan precisering. Misschien zelfs: correctie.

Sneeuw kan ook zelf geluid voortbrengen, dat is de take home message van vandaag. In 1985 stelde Joseph A. Scrimger met behulp van een gevoelige onderwater-microfoon vast dat niet alleen regendruppels en hagelkorrels, maar ook sneeuwvlokken meetbaar en karakteristiek hoog geluid produceren als ze in het water vallen (Nature, 19 december 1985). Niet hoorbaar voor de mens, maar wel voor dolfijnen en wie-weet-wat voor waterdieren. Niemand weet nog hoe erg ‘white noise’ voor ze is.