Πώς μια νιφάδα χιονιού μετατρέπεται σε χιονοστιβάδα
Αναπαραγωγή βίντεο Για να προβάλετε το βίντεο, κάντε κλικ στο εικονίδιο "αναπαραγωγή" παραπάνω.
Ήταν απλώς μια συνηθισμένη μέρα στο Yellowstone Club στη Μοντάνα, όσον αφορά τον καιρό. Καμία έντονη χιονόπτωση ή φαύλοι άνεμοι δεν εμπόδιζαν τον μηχανικό του χιονιού Ντέιβιντ Γουόλτερς και πέντε από τους συναδέλφους του να κάνουν τις εργασίες πεδίου. Ο ακαδημαϊκός σύμβουλος του Walters είχε μάλιστα επιλέξει να κάνει σκι κοντά. Αλλά τη στιγμή που η ομάδα επρόκειτο να φύγει, ο Walters άκουσε μια κραυγή. Μια χιονοστιβάδα είχε αρχίσει να πέφτει γύρω από τον σύμβουλό του, Ντάνιελ Μίλερ.
Ευτυχώς, ήταν μικρό και γλίστρησε μόνο περίπου 30 πόδια κάτω από το βουνό. Αλλά αυτό που ήταν αξιοσημείωτο ήταν ότι είχε συμβεί καθόλου. Η πλαγιά Miller είχε μια ήπια κλίση 22 μοιρών. Σύμφωνα με το Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Έρευνας Χιονιού και Χιονοστιβάδων, ένα από τα μεγαλύτερα ερευνητικά ινστιτούτα του είδους του, οι κλίσεις μικρότερες από 30 μοίρες θεωρούνται ασφαλείς. «Έχουμε πάντα αυτόν τον αριθμό 30 μοιρών στο κεφάλι μας», μου είπε ο Walters. "Μια κλίση 22 μοιρών - σχεδόν το θεωρούμε γήπεδο γκολφ!"
Ο εμπειρικός κανόνας των 30 μοιρών είναι μόνο ένας από τους πολλούς ποιοτικούς χαρακτηρισμούς του απόλυτου ντόμινο στο χιόνι. Η πρόβλεψη χιονοστιβάδων βασίζεται σε υποκειμενική ερμηνεία, τόσο των δεδομένων πεδίου από τους δασοφύλακες όσο και από τους σκιέρ των πέντε κατηγοριών κινδύνου που εμφανίζονται στις αμερικανικές προβλέψεις:χαμηλός, μέτριος, σημαντικός, υψηλός και ακραίος. Ωστόσο, νέες προσεγγίσεις στην επιστήμη του χιονιού υπόσχονται να αυξήσουν δραματικά την ακρίβεια των προβλέψεων.
Στην κορυφή αυτής της σελίδας, η κινηματογραφίστρια Άμπι Κεντ αφηγείται την ιστορία δύο επιστημόνων που εργάζονται σε αυτόν τον τομέα στο μικρού μήκους ντοκιμαντέρ της, Avalanche Engineers . Ο David Walters και ο Tony Lebaron εργάζονται σε δύο πολύ διαφορετικά εργαστήρια:στις πλαγιές των αμερικανικών βραχωδών βουνών, όπου τα εργαλεία είναι στύλοι του σκι και μπαστούνια μέτρησης και στο "subzero lab" στο Πανεπιστήμιο της Μοντάνα, όπου τα εργαλεία είναι αισθητήρες πίεσης και τρία διαστάσεων αξονικοί τομογράφοι. Στο ντοκιμαντέρ, όπως και στη συνέντευξή μου με τον Walters, παρακάτω, ανακαλύπτουμε πόσο βαθιά μπορεί να φτάσει η επιστήμη στις χιονοστιβάδες.
Τι προκαλεί τις χιονοστιβάδες;
Πρώτον, η δομή του χιονιού πρέπει να είναι κατάλληλη. Αυτό σημαίνει ότι έχετε κάποιο είδος αδύναμου στρώματος ή αδύναμης διεπαφής στο χιόνι. Όταν έχουμε αυτές τις αρκετά ζεστές, ηλιόλουστες μέρες στα βουνά - κάτω από το μηδέν, αλλά το είδος των ημερών που αρέσει σε όλους να κάνουν σκι - η ηλιακή ενέργεια βραχέων κυμάτων που εκπέμπει ο ήλιος μπορεί στην πραγματικότητα να διεισδύσει και να ζεστάνει το χιόνι. εκατοστά βάθος. Ταυτόχρονα, υπάρχει ένα ψυκτικό αποτέλεσμα που δρα ακριβώς στην επιφάνεια του χιονιού, που βρίσκεται δίπλα στον κρύο αέρα. Φανταστείτε την επιφάνεια του χιονιού να προσπαθεί να γίνει πιο κρύα, ενώ μερικά εκατοστά πιο κάτω, το χιόνι προσπαθεί να ζεσταθεί. Έτσι παίρνουμε αυτή τη διαφορά θερμοκρασίας. Η φύση προσπαθεί συνεχώς να εξομαλύνει τις διαφορές στη θερμοκρασία. Δεδομένου ότι η αρχική, ισχυρή διαμόρφωση των κόκκων χιονιού είναι τόσο μονωτική, η κίνηση της θερμότητας από το ζεστό σημείο στην ψυχρή επιφάνεια είναι αργή αλλά συνεχής. Αυτή η κίνηση της θερμότητας μέσα στο χιόνι παίρνει επίσης υδρατμούς από τους κρυστάλλους στο ζεστό σημείο. Οι υδρατμοί ρέουν μέχρι να χτυπήσουν το κρύο σημείο και μετά συμπυκνώνονται, αλλά ως πάγος, σε έναν νέο κόκκο χιονιού.
Αυτό αναδιατάσσει τους κρυστάλλους του χιονιού σε μια ζώνη 2 εκατοστών. Δεν προσθέτουμε καθόλου χιόνι. δεν αφαιρούμε κανένα χιόνι. αλλά παίρνουμε τη δομή που υπάρχει και χρησιμοποιούμε την κίνηση των ατμών που προκύπτει από αυτή τη διαφορά στις θερμοκρασίες για να αναδιατάξουμε τη μικροδομή του χιονιού σε ένα πιο αποτελεσματικό μονοπάτι για την κίνηση της θερμότητας. Δυστυχώς, αυτό παράγει επίσης μια μηχανικά ασθενέστερη δομή. Στη συνέχεια, αυτό το αδύναμο στρώμα θαφτεί τελικά από κάποιο ισχυρότερο στρώμα, το οποίο ονομάζουμε πλάκα. Η πλάκα είναι ένα σκληρό, συνεκτικό στρώμα χιονιού που μπορεί να είναι πολύ μεγάλο και εκτείνεται σε ολόκληρη την όψη ενός βουνού. Και τώρα στηρίζεται πάνω σε μια αδύναμη βάση. Είναι σαν να χτίζεις ένα σπίτι πάνω σε μια βάση από πατατάκια.
Τέλος, κάποια σκανδάλη, όπως ένας σκιέρ ή ένας σνόουμπορντ ή ένας οδηγός χιονιού, ασκεί αρκετή δύναμη ή πίεση στη συσκευασία του χιονιού για να σπάσει το αδύναμο στρώμα και κάνει αυτή την πλάκα να αρχίσει να οδηγεί πάνω από την κορυφή καθώς κατηφορίζει. Μερικές φορές μια χιονοστιβάδα πλάκας μπορεί να σπάσει αρκετές εκατοντάδες μέτρα σε πλάτος.
Είναι απαραίτητη μια πλάκα για μια χιονοστιβάδα;
Οι περισσότερες από τις θανατηφόρες χιονοστιβάδες που βλέπουμε είναι χιονοστιβάδες από πλάκες. Εάν το χιόνι στο αδύναμο στρώμα δεν έχει γίνει αρκετά συνεκτικό, μπορούμε ακόμα να έχουμε χαλαρές χιονοστιβάδες. Μπορούν ακόμα να παράγουν πολλή ενέργεια, αλλά επειδή δεν κολλάνε μεταξύ τους, δεν πρόκειται να κάνετε τόσο μεγάλη βόλτα μαζί τους.
Πώς ξεκινάτε την έρευνα για τις χιονοστιβάδες;
Ουσιαστικά ξεκινάμε πολλή δουλειά στο χωράφι, παρατηρώντας τις συνθήκες που σχηματίζουν αδύναμα στρώματα. Έχουμε μερικούς σταθμούς κοντά στο Big Sky, στη Μοντάνα, σε μια από τις ιδιωτικές περιοχές σκι, που ονομάζεται Yellowstone Club. Η περίπολος του σκι εκεί είναι αρκετά ευγενική ώστε να βγαίνει έξω σε καθημερινή βάση και βασικά, να συλλέγει σημειώσεις για εμάς για το τι συμβαίνει με το χιονοκύστη. Μόλις καταλάβουμε τις ημέρες που δημιουργούν τα αδύναμα στρώματα, μπορούμε να λάβουμε αυτά τα σύνολα συνθηκών και να επιστρέψουμε στο εργαστήριό μας.
Τι κάνετε στο εργαστήριο;
Αναδημιουργούμε τις συνθήκες που βλέπουμε έξω. Μπορούμε να ελέγξουμε την ποσότητα του ηλιακού φωτός που έχουμε στο εργαστήριο με μια λάμπα μεταλλικών αλογονιδίων και να αναδημιουργήσουμε τις συνθήκες του ουρανού ελέγχοντας τη θερμοκρασία της οροφής του εργαστηρίου και τη θερμοκρασία του αέρα. Από εκεί, απλώς κολλάμε ένα δείγμα χιονιού κάτω από τη λάμπα και τρέχουμε πάνω σε ήλιο όσο μια ολόκληρη μέρα. Ενώ αυτό συμβαίνει, θα πάρουμε μικρά δείγματα του χιονιού και θα αναλύσουμε τη μικροδομή του στον μικροαξονικό σαρωτή μας, ο οποίος παράγει μια τρισδιάστατη εικόνα της δομής του χιονιού. Αφού σβήσει η λάμπα και καθίσει το χιόνι, προσομοιάζουμε ίσως μια νέα καταιγίδα που μπαίνει ή κάποιο χιόνι που φυσάει από τον άνεμο που έρχεται, δημιουργώντας μια πλάκα.
Για να προσομοιώσουμε μια χιονοστιβάδα, ενσωματώσαμε ένα μεταλλικό πλαίσιο μέσα στο επάνω στρώμα χιονιού, έτσι ώστε να έχουμε κάτι να πιέσουμε και απομονώσαμε μια στήλη ώστε να γνωρίζουμε ακριβώς με πόσο χιόνι έχουμε να κάνουμε. Στη συνέχεια πιέζουμε το χιόνι μέχρι να αστοχήσει. Αυτό μας λέει ποιες ήταν οι αποτελεσματικές μηχανικές ιδιότητες τόσο του στρώματος πλάκας όσο και του ασθενούς στρώματος.
Τότε είναι που μπορώ να κάθομαι μπροστά στο γραφείο μου για πάρα πολλές ώρες, κοιτάζοντας σαρώσεις μικροαξονικής τομογραφίας ή τρισδιάστατες εικόνες της μικροδομής. Χρησιμοποιούμε διάφορα μοντέλα για να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε πώς και γιατί αποκτήσαμε τις αποτελεσματικές ιδιότητες που κάναμε.
Γιατί είναι σημαντικοί οι δεσμοί μεταξύ των κόκκων χιονιού;
Οι δεσμοί είναι αυτά που ενώνουν δύο ή περισσότερες μεμονωμένες νιφάδες χιονιού ή κόκκους χιονιού μεταξύ τους. Αν έχουμε δύο κόκκους χιονιού με διάμετρο μισού χιλιοστού ο καθένας, θα μπορούσα να ονομάσω την περιοχή που ενώνει αυτούς τους δύο κόκκους μαζί, ίσως ένα τέταρτο του χιλιοστού σε διάμετρο, ένα είδος γέφυρας ή δεσμού. Είναι όλο ένα συνεχές κομμάτι πάγου, αλλά υπάρχει αυτός ο περιορισμός ή το στένωση που είναι μια συνδεδεμένη περιοχή. Οι στρογγυλεμένοι κόκκοι τείνουν να σχηματίζουν μια συνεκτική χιονοκύστη και συνήθως συνδέονται με πλάκες. Ο προσανατολισμός των δεσμών είναι τυχαίος σε αυτήν την περίπτωση, χωρίς προτιμώμενο προσανατολισμό. Όταν μπαίνουμε σε πολύπλευρα στρώματα χιονιού, οι δεσμοί μπορούν να αρχίσουν να διατάσσονται σε ένα συγκεκριμένο σχέδιο. Πιστεύουμε ότι όταν οι δεσμοί μεταξύ των κόκκων του χιονιού προσανατολίζονται τυχαία, είναι δύσκολο να διαδοθεί ένα κάταγμα μέσω του χιονιού - δεν υπάρχει σαφής, προφανής διαδρομή μέσα στη μικροδομή. Ωστόσο, σε ένα αδύναμο, πολύπλευρο στρώμα χιονιού, η διαμορφωμένη ευθυγράμμιση των δεσμών μπορεί να παρέχει μια γρήγορη, ευθεία και εύκολη διαδρομή για τη διάδοση των θραυσμάτων, οδηγώντας έτσι σε πλήρη αστοχία του στρώματος με πολύ λιγότερη ενέργεια. Όταν το χιόνι είναι πιο εύκολο να σπάσει, είναι πολύ πιο πιθανό να εμφανιστούν χιονοστιβάδες με ελαφρύτερα και πιο ευαίσθητα ερεθίσματα.
Τι επίδραση θα έχει η εργασία σας στις προβλέψεις;
Εάν μπορούμε να προβλέψουμε τις μηχανικές ιδιότητες του χιονιού και πόσο πιο αδύναμο ή πιο δυνατό έχει γίνει το χιόνι από την αρχική του κατάσταση, μπορεί να βοηθήσει στην πρόβλεψη. Μία από τις συναδέλφους μου, η μεταπτυχιακή φοιτήτρια μηχανολόγου μηχανικού Patricia Curley, εργάζεται σε ένα πολύ ωραίο μοντέλο που παίρνει έναν ψηφιακό χάρτη εδάφους, όπως το Google Earth, και τις καιρικές συνθήκες για να μοντελοποιήσει ένα χιόνι. Σε αυτό το μοντέλο, μπορούμε να παρακολουθούμε τον ήλιο που κινείται στον ουρανό, να δούμε πώς οι σκιές επηρεάζουν ορισμένες πλαγιές και να γνωρίζουμε ποιες είναι οι θερμοκρασίες, τόσο στην επιφάνεια του χιονιού όσο και κάτω από την επιφάνεια. Το μοντέλο της μπορεί να χαρτογραφήσει τις τοποθεσίες όπου έχουμε αυτές τις κρίσιμες θερμοκρασίες ή τις κλίσεις θερμοκρασίας που σχηματίζουν αδύναμα στρώματα. Στη συνέχεια, μπορούμε να αρχίσουμε να προβλέπουμε αδύναμα στρώματα για συγκεκριμένα βουνά - όχι απλώς να μαντέψουμε πόσο αδύναμα είναι αυτά τα στρώματα, αλλά να μπορούμε να βάλουμε έναν αριθμό σε αυτά. Είναι ίσως 50 χρόνια αργότερα, ή 100 χρόνια, αλλά νομίζω ότι μπορούμε να φτάσουμε εκεί. Μπορούμε να πούμε, «Θυμάστε αυτό το αδύναμο στρώμα που σχηματίστηκε πριν από μια εβδομάδα και μετά την καταιγίδα που μπήκε; Λοιπόν, αυτή η καταιγίδα φόρτωσε αυτό το αδύναμο στρώμα στο 50 τοις εκατό της δύναμής του». Έτσι, ίσως το βάρος ενός σκιέρ να μην πυροδοτήσει αυτή τη χιονοστιβάδα, αλλά ένα snowmobiler μπορεί.
Η Yvonne Bang είναι Βοηθός Συντάκτη και Υπεύθυνη Παραγωγής Βίντεο στο Ναυτίλος.
Η Abby Kent είναι ανεξάρτητη σκηνοθέτις και animator. @AbbyKentMedia
