 |
Τα μετεωρολογικά αρχεία των τελευταίων ετών, δείχνουν ότι ακραία φυσικά φαινόμενα όπως η ξηρασία, αλλά και οι έντονες βροχοπτώσεις και οι χαλαζοθύελλες, είναι πιθανό να συμβαίνουν ακόμη πιο συχνά, ως αποτέλεσμα της κλιματικής αλλαγής. Και οι συνέπειές τους θα μπορούσαν να γίνουν ακόμη πιο καταστροφικές.
Το χαλάζι, για παράδειγμα, μπορεί να προκαλέσει ζημιά σε καλλιέργειες, οχήματα και κτίρια και μπορεί να είναι επικίνδυνα και για εκτεθειμένους ανθρώπους και ζώα.
Είναι επομένως ακόμη πιο σημαντικό τα καιρικά μοντέλα να είναι σε θέση να προβλέψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια την πιθανότητα και την έκταση οποιασδήποτε τέτοιας βροχόπτωσης.
Η κατακόρυφη αεροδυναμική σήραγγα στο Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Mainz (JGU), που είναι η μοναδική στο είδος της στον κόσμο, παρέχει ουσιαστικές πληροφορίες σχετικά με αυτή τη σύνδεση μέσω νέων πειραμάτων που διεξάγονται με χρήση τεχνητών χαλαζόλιθων κατασκευασμένων από 3D εκτυπωτή.
Χαλάζι, είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα κατακρημνισμένα μικρά, μαλακά σφαιρίδια πάγου, σχηματίζονται όταν σταγονίδια νερού παγώνουν μέσα στα σύννεφα καταιγίδας. Η διαδικασία παγώματος προωθείται από αναταράξεις και πολύπλοκες φυσικές διεργασίες στα σύννεφα, σε πολύ μεγάλα υψόμετρα.
Η κατακόρυφη αεροδυναμική σήραγγα στο Πανεπιστήμιο Johannes Gutenberg του Mainz (JGU), που είναι η μοναδική στο είδος της στον κόσμο, παρέχει ουσιαστικές πληροφορίες σχετικά με αυτή τη σύνδεση μέσω νέων πειραμάτων που διεξάγονται με χρήση τεχνητών χαλαζόλιθων κατασκευασμένων από 3D εκτυπωτή.
 |
| Φωτογραφία/©: Αλέξανδρος Θέης Ένα τεχνητό χαλάζι που δημιουργήθηκε με χρήση τρισδιάστατου εκτυπωτή. Η πυκνότητά του αντιστοιχεί σε αυτή ενός φυσικού χαλαζιού. |
Χαλάζι, είναι ο όρος που χρησιμοποιείται για να περιγράψει τα κατακρημνισμένα μικρά, μαλακά σφαιρίδια πάγου, σχηματίζονται όταν σταγονίδια νερού παγώνουν μέσα στα σύννεφα καταιγίδας. Η διαδικασία παγώματος προωθείται από αναταράξεις και πολύπλοκες φυσικές διεργασίες στα σύννεφα, σε πολύ μεγάλα υψόμετρα.
Αυτά τα σωματίδια πάγου λιώνουν εάν περάσουν από θερμότερα στρώματα αέρα στο δρόμο προς τα κάτω.
Το αποτέλεσμα είναι μεγάλες, κρύες σταγόνες βροχής οι οποίες είναι συχνά οι ένοχοι πίσω από τις ακραίες βροχοπτώσεις.
Αν τα σωματίδια του πάγου δεν προλάβουν να λιώσουν πριν φτάσουν στο έδαφος, φτάνουν με τη μορφή χαλαζιού.
Πειράματα με φυσικό και τεχνητό χαλάζι
Οι συνθήκες στο εσωτερικό των νεφών καθορίζουν τη χαρακτηριστική μορφή, το μέγεθος και τη μάζα αυτών των παγωμένων σταγονιδίων. «Στα πειράματά μας με φυσικούς χαλάζι, είδαμε ότι λιώνουν για να σχηματίσουν σταγόνες βροχής που μπορεί να έχουν διάμετρο πολλών χιλιοστών.
Πειράματα με φυσικό και τεχνητό χαλάζι
 |
| Φωτογραφία/©: Αλέξανδρος Θέης Σωματίδια παγωμένου πάγου, τα λεγόμενα Graupel, που παράγονται για τα πειράματα στο εργαστήριο κάθετης αεροδυναμικής σήραγγας του Mainz |
Οι συνθήκες στο εσωτερικό των νεφών καθορίζουν τη χαρακτηριστική μορφή, το μέγεθος και τη μάζα αυτών των παγωμένων σταγονιδίων. «Στα πειράματά μας με φυσικούς χαλάζι, είδαμε ότι λιώνουν για να σχηματίσουν σταγόνες βροχής που μπορεί να έχουν διάμετρο πολλών χιλιοστών.
Οι μεγάλες πέτρες χαλαζιού μπορούν επίσης να σκάσουν κατά τη διαδικασία τήξης, σχηματίζοντας πολλές μικρές σταγόνες νερού», πρόσθεσε ο Szakáll.
Από τις καταγεγραμμένες μετρήσεις, η ομάδα του μπόρεσε να εξάγει παραμέτρους που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν ως κύρια στοιχεία για την αριθμητική προσομοίωση των νεφών και της βροχόπτωσης σε υπολογιστικά μοντέλα.
Η ερευνητική ομάδα στο Μάιντς παρήγαγε χαλάζι από παγωμένο νερό στο εργαστήριο.
Η ερευνητική ομάδα στο Μάιντς παρήγαγε χαλάζι από παγωμένο νερό στο εργαστήριο.
Χρησιμοποιώντας ρεαλιστικές συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας, οι ερευνητές εξέτασαν προσεκτικά πώς έπεσαν ή έλιωσαν στην κατακόρυφη αεροδυναμική σήραγγα.
Επιπλέον, χρησιμοποίησαν έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή για να δημιουργήσουν τεχνητά σφαιρίδια χαλαζιού, σύμφωνα με τα αντίστοιχα φυσικά – ακόμη και η πυκνότητα του υλικού αντιστοιχούσε με αυτή του πάγου.
Τα τεχνητά σφαιρίδια χαλαζιού, τα χρησιμοποίησαν για να μετρήσουν τις ιδιότητες ελεύθερης πτώσης των αντικειμένων που κατεβαίνουν, παράγοντες που σχετίζονται ιδιαίτερα με τις μικροφυσικές διεργασίες σε ακραία γεγονότα βροχοπτώσεων.
Τα τεχνητά σφαιρίδια χαλαζιού, τα χρησιμοποίησαν για να μετρήσουν τις ιδιότητες ελεύθερης πτώσης των αντικειμένων που κατεβαίνουν, παράγοντες που σχετίζονται ιδιαίτερα με τις μικροφυσικές διεργασίες σε ακραία γεγονότα βροχοπτώσεων.
Η συμπεριφορά τους καταγράφηκε χρησιμοποιώντας κάμερες υψηλής ταχύτητας και υπέρυθρες και ένα ειδικά ανεπτυγμένο σύστημα ολογραφικής απεικόνισης.
Τα πειράματα στο Mainz πραγματοποιήθηκαν υπό την αιγίδα του έργου HydroCOMET που χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG). « Αν εφαρμόσουμε τις γνώσεις που έχουμε αποκτήσει μέσω αυτών των πειραμάτων, μπορούμε να προβλέψουμε καλύτερα τον καιρό», εξήγησε ο καθηγητής Stephan Borrmann του IPA και διευθυντής στο Max Planck. Ινστιτούτο Χημείας.
Τα πειράματα στο Mainz πραγματοποιήθηκαν υπό την αιγίδα του έργου HydroCOMET που χρηματοδοτείται από το Γερμανικό Ίδρυμα Ερευνών (DFG). « Αν εφαρμόσουμε τις γνώσεις που έχουμε αποκτήσει μέσω αυτών των πειραμάτων, μπορούμε να προβλέψουμε καλύτερα τον καιρό», εξήγησε ο καθηγητής Stephan Borrmann του IPA και διευθυντής στο Max Planck. Ινστιτούτο Χημείας.
