Der folgende Aufsatz wird mit freundlicher Genehmigung von reproduziert Die Unterhaltungeine Online-Publikation mit den neuesten Forschungsergebnissen.
Die Olympischen Winterspiele beschwören Bilder von schneebedeckten Bergketten, gefrorenen Eisbahnen und Athleten in Winterkleidung herauf. Und das aus gutem Grund. Austragungsorte der Olympischen Winterspiele befinden sich oft an Orten, die eine erhalten durchschnittlicher Schneefall von 300 Zoll pro Jahr oder mehr.
Abgesehen von extrem ungewöhnlichen Wetterbedingungen werden die Berge rund um die Schneeereignisse für die Olympischen Winterspiele in Peking in Braun- und Grüntönen gehalten und fast schneefrei sein. Die Region empfängt in der Regel nur ein paar Zentimeter Schnee jeden Wintermonat. Das bedeutet, dass praktisch der gesamte Schnee, auf dem die Athleten antreten werden, künstlich sein wird.
Ich bin ein Atmosphärenwissenschaftler spezialisiert auf Bergwetter und Schnee. Ich bin auch der Gründer eines Beschneiungs-Startups und ein begeisterter Skifahrer. Es gibt deutliche Unterschiede zwischen Natur- und Kunstschnee, und es wird interessant sein zu sehen, ob sich diese Unterschiede auf den Wettbewerb auswirken.
Schneekanonen sprühen winzige Tröpfchen gekühlten Wassers in die Luft.
Wie man Kunstschnee macht
Obwohl sowohl Kunstschnee als auch Naturschnee gefrorenes Wasser sind, können die meisten Skifahrer und Snowboarder sofort erkennen, dass die beiden sehr unterschiedlich sind.
Traditionelle Anwendungen der Beschneiung Hochdruckwasser, Druckluft und Spezialdüsen um winzige Flüssigkeitströpfchen in die Luft zu blasen, die dann gefrieren, wenn sie zu Boden fallen. Aber Schnee zu machen ist nicht so einfach wie dafür zu sorgen, dass die Luft kalt genug ist.
Reines Wasser gefriert nicht, bis es auf fast -40 F (-40 C) abgekühlt ist. Es ist nur das Vorhandensein von mikroskopisch kleinen Partikeln, die im Wasser schweben lassen Sie es bei der bekannten Temperatur von 32 F (0 C) einfrieren. Diese Partikel, Eiskeime genannt, fungieren als eine Art Gerüst, um bei der Bildung von Eiskristallen zu helfen.
Ohne diese Partikel hat Wasser Mühe, sich in Eis zu verwandeln. Verschiedene Partikel können je nach ihrer spezifischen molekularen Konfiguration die Gefriertemperatur erhöhen oder senken.
Zwei der besten Eisbohrkerne sind Silberjodid und ein Protein, das von den Bakterien produziert wird Pseudomonas syringae. Die meisten Beschneiungsanlagen fügen a Handelsform des Bakterienproteins in Wasser, um sicherzustellen, dass die meisten der winzigen Tröpfchen gefrieren, bevor sie auf den Boden treffen.
Rutschen Sie auf Kunstschnee
Natürlicher Schnee beginnt mit einem winzigen Eiskristall auf einem Eiskern in einer Wolke. Wenn der Kristall in die Luft fällt, ist es wächst langsam zur klassischen sechsseitigen Schneeflocke heran.
Im Vergleich dazu gefriert Kunstschnee schnell aus einem einzigen Wassertropfen. Der resultierende Schnee besteht aus Milliarden winziger kugelförmiger Eiskugeln. Auf einer Skipiste mag es mit bloßem Auge wie Naturschnee aussehen, aber Natur- und Kunstschnee „fühlen“ sich sehr unterschiedlich an.
Aufgrund der Tatsache, dass die winzigen Eiskugeln ziemlich dicht zusammenstehen – und einige von ihnen möglicherweise erst gefroren sind, wenn sie den Boden berühren – fühlt sich Kunstschnee oft hart und eisig an. Der frische, natürliche „Pulver“-Schnee verleiht Skifahrern und Snowboardern ein fast schwereloses Gefühl, wenn sie den Berg hinabfahren. Das liegt vor allem daran, dass sich natürliche Schneekristalle sehr locker auftürmen – eine frische Pulverschicht reicht da schon aus 95 % oder mehr Luft.
Während frischer Pulverschnee das ist, wovon die meisten Amateur-Skifahrer träumen, haben olympische Skifahrer einen anderen Geschmack. Rennfahrer wollen so schnell wie möglich gleiten und ihre scharfen Kanten nutzen, um kraftvolle, enge Kurven zu fahren. Die dichten, eisigen Bedingungen von Kunstschnee sind dafür eigentlich besser. In der Tat haben Rennveranstalter oft Rennstrecken in Naturschnee mit flüssigem Wasser bewässern das gefriert und eine dauerhafte und konsistente Oberfläche für Läufer bietet.
Eine weitere Überlegung ist, dass natürliche Schneestürme trübe, flache Beleuchtung und schlechte Sicht erzeugen – schwierige Bedingungen zum Laufen oder Springen. Starker natürlicher Schneefall wird oft Skirennen absagen, da ereignete sich während der Nagano Snow Games 1998. Auch für Läufer bieten klarer Himmel und Kunstschnee Vorteile.
Aber harter Kunstschnee hat seine Nachteile. Freestyle-Skifahrer und Snowboarder scheinen auf Schienen über dem Boden zu springen oder zu gleiten bevorzugen die weichere Oberfläche von Naturschnee Aus Sicherheitsgründen. Dies gilt auch für nordische Skifahrer, die dies kürzlich gemeldet haben Gefahren durch künstliche Beschneiung im Falle eines Unfalls da eisige und harte Oberflächen zu mehr Verletzungen führen können.
Natur nachahmen
Während olympische Athleten unterschiedliche Bedürfnisse an ihren Schnee haben, ist für die überwiegende Mehrheit der Freizeitskifahrer natürlicher Schnee viel besser. Dank der luftgefüllten Kristalle ist es viel weicher und angenehmer beim Skifahren oder Snowboarden.
Wissenschaftler versuchen seit Jahrzehnten, mehr natürlichen Schnee auf Abruf zu erzeugen. Der erste Versuch, „echten“ Schnee zu machen, bestand darin, natürliche Wolken mit Silberjodid zu impfen. Ziel war es, die Umwandlung von Feuchtigkeit in den Wolken in fallende Schneekristalle zu erleichtern. Wenn Sie diesen Prozess machen könnten, nennt man das Wegener-Bergeron-Findeisen Prozess – leichter auftreten, dies würde theoretisch die Schneefallrate erhöhen.
In der Praxis war es immer schwierig, die Wirksamkeit der Aussaat nachzuweisen. Jüngste Arbeiten mit großen Reihen sorgfältig eingesetzter atmosphärischer Instrumente haben jedoch gezeigt, dass – für einen Bruchteil der Stürme unter den entsprechenden Bedingungen – das Impfen von Wolken mit Silberiodid tatsächlich bescheidene Ergebnisse liefert Zunahme der Gesamtschneemenge.
Eine andere Möglichkeit, die keine Gewitterwolken aussäen muss, besteht darin, Schneemaschinen zu bauen, die flockige natürliche Schneekristalle produzieren können. Wissenschaftler züchten seit vielen Jahrzehnten Schneeflocken in Labors, aber der Prozess ist knifflig und normalerweise nur Forschern vorbehalten Produzieren Sie ein paar Flocken auf einmal. Da Eiskristalle normalerweise langsam wachsen, war es für Forscher schwierig, den Prozess auf die vielen Größenordnungen zu skalieren, die erforderlich sind, um genügend Schnee zum Skifahren zu produzieren. Aber in dem Bemühen, flockigen Pulver für Skifahrer und Snowboarder herzustellen, haben mein Kollege Trey Alvey und ich ein Verfahren entwickelt, mit dem größere Mengen an Schneeflocken hergestellt werden können, indem eine Technik verwendet wird, die den Prozess der Kristallbildung nachahmt. Wir vermarkten es über unser Unternehmen namens Quantenschnee.
Die trockenen, trockenen Berge, in denen die Austragungsorte der Olympischen Winterspiele 2022 beheimatet sind, sind nicht gerade ein Skigebiet. Aber dank der Wissenschaft der Beschneiung haben die Athleten zuverlässige, wenn auch eisige Strecken, auf denen sie sich messen können. Und Sportfans können dankbar sein für die Technologie, die es ihnen ermöglicht, das Highspeed-Spektakel zu genießen, das die mutigen Seelen bei Ski- und Snowboard-Events bieten.
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