Nikt nie sądził, że Brian Shimer ma szansę. W dwa miesiące po czterdziestce amerykański bobslej przybył na Igrzyska Olimpijskie w Salt Lake City w 2002 roku z czterema zimowymi meczami pod swoim pasem, ale bez medali olimpijskich. Kiedy więc jego zespół prześlizgnął się przez kręty tor i zdobył ten długo wyczekiwany brąz, wszyscy byli zaskoczeni - nie tylko Shimer. „Nie wiem, co tak szybko sprowadziło nas ze wzgórza” - powiedział The New York Times . „Elektryczność w powietrzu, tłum macha i krzyczy”.
powiązana zawartość
- Dlaczego Curling Ice jest inny niż inny lód
Z pewnością wsparcie tłumu - wraz z intensywnym treningiem drużyny i precyzyjnymi zwrotami Shimera - było kluczowe. Ale jeden nieuczciwy bohater sportów zimowych odegrał także główną rolę w triumfie zespołu: lód.
W sporcie, w którym zwycięzcy i przegrani dzielą zaledwie setne sekundy, każdy wstrząs lub rowek wywołujący tarcie ma znaczenie. A lód zużywa się w miarę upływu czasu, więc Shimer i jego 17. pozycja początkowa jego drużyny mogli z łatwością być wadą. Ale sanie zajęły piąte miejsce, ustawiając je na brąz. „Nie można tego zrobić, jeśli lód nie jest spójny” - mówi Tracy Seitz, dyrektor zarządzający kanadyjskiego toru lodowego znanego jako Whistler Sliding Centre, który reklamuje „najszybszy tor lodowy na świecie”. Seitz wiedziałby: był także jednym z tak zwanych „mistrzów lodu” w Salt Lake City, a eksperci mieli za zadanie stworzyć idealne trasy lodowe dla światowej klasy sportowców.
Wytwarzanie lodu to znacznie więcej niż na pierwszy rzut oka. Na poziomie molekularnym śnieg i lód na polach olimpijskich to dokładnie to samo, co tworzy bałwanki, blokuje drzwi i wysyła niczego nie podejrzewających przechodniów podjeżdżających podjazdami. Cała zamrożona woda składa się z cząsteczek ułożonych w sześciokątną strukturę podobną do plastra miodu. Ale lód pokrywający faliste tory ślizgowe dla bobslejów, sanek i szkieletów lub twardy, spłaszczony śnieg na polu narciarskim są precyzyjnie ukształtowane i kondycjonowane przez miesiące poprzedzające igrzyska, optymalizując właściwości tych mroźnych form wody.
„To nie jest tylko kawałek lodu, jak zwykle się wydaje, jak kostki lodu siedzące w zamrażarce” - mówi Kenneth Golden, matematyk z University of Utah, który bada struktury lodu. „Jest to o wiele bardziej fascynująca i złożona substancja, niż ludzie normalnie by myśleli”.
Shimer (przód), Mike Kohn, Doug Sharp i hamulcowy Dan Steele zatrzymali się po zakończeniu trzeciego biegu na torze Olympic Park w Utah w Park City w stanie Utah podczas Zimowych Igrzysk Olimpijskich w 2002 roku. (Obrazy US Army / Wikimedia commons) Lód, lód, może
Pierwszym krokiem do budowy lodowiska lub toru jest oczyszczenie wody w celu usunięcia rozpuszczonych ciał stałych, takich jak sole i minerały. Takie zanieczyszczenia nie mieszczą się w regularnej heksagonalnej strukturze lodu, która tworzy się w miarę zamarzania wody. Tę samą właściwość można zobaczyć w lodzie morskim, wyjaśnia Golden, co wyklucza sól wody oceanicznej, gdy zamarza, tworząc pod lodem pióropusz słonej cieczy. Ale na lodowisku lub torze zanieczyszczenia gromadzą się między kryształami lub są wypychane na powierzchnię, powodując niewielkie słabości lodu. Jak mówi Seitz: „im czystsza woda, tym bardziej gęsta byłaby płyta lodowa”, co przekłada się na bardziej spójną powierzchnię.
Jakość i czystość lodu jest tak ważna, że stworzono specjalną pozycję - Ice Master - w celu zapewnienia jej żywotności. Zapomnij rzeźbiarzy, którzy wykonują skomplikowane rzeźby lodowe; Ice Masters kształtują lód w jedne z najbardziej imponujących budowli na ziemi. Co najmniej rok przed rozpoczęciem Igrzysk , natryskują setki cienkich jak papier cienkich warstw tej ultraczystej wody na betonowy tor lub lodowisko, które jest chłodzone przez wbudowany system chłodzenia w celu szybkiego zamrożenia. Seitz twierdzi, że ułożenie zamarzniętego toru na bobslejowym biegu zajmuje około pięciu dni.
Proces ten zapobiega tworzeniu się warstw szronu, które powstają, gdy wilgotne powietrze zamarza na oblodzonej powierzchni. Warstwy mrozu mogą uwięzić pęcherzyki powietrza w lodzie, które mogą się wydostać jako małe dziury. „Nie uważamy tego [lodu] za płyn, ale jest on bardzo płynny i cały czas się porusza” - mówi Seitz. „Te warstwy powietrza w lodzie stworzą słabości, które mogą się wybuchnąć i powodować niespójności na powierzchni lodu”. W przypadku bobslejów jeden drobny kłopot może spowodować odbijanie sań, utrwalając problem. „Jeden guz tworzy dwa guzki, tworzy trzy guzki, i tak dalej, i tak dalej, i tak dalej” - mówi.
Inne sporty oparte na lodzie, takie jak hokej, łyżwiarstwo i curling, używają podobnie drobiazgowych warstw. Ale dla każdego sportu idealna temperatura i grubość lodu jest inna. Na przykład jazda na łyżwach reklamuje najgrubszy i najcieplejszy lód: z grubsza dwucalowa powierzchnia jest utrzymywana wokół balsamicznej 25 stopni Fahrenheita, co pozwala łyżwiarzom zaczepić łyżwy w lodzie, co jest konieczne do wykonania skoków i obrotów wbrew grawitacji .
Część magii jest nie tylko w inżynierii - jest w naturze samego lodu. Na krawędziach cząsteczki wody w lodzie nie są tak mocno zablokowane w strukturze plastra miodu, jak w jego środku, tworząc warstwę podobną do cieczy znaną jako stopienie wstępne, która smaruje powierzchnię i uważa się, że nadaje lodowi wyjątkową śliskość. Intensywny nacisk łyżwy lub ostrza wywierany na niewielki kawałek lodu może nieznacznie obniżyć jego temperaturę topnienia, co prawdopodobnie przyczynia się do powstania tej śliskiej warstwy wody. Uważa się również, że lekkie stopienie na skutek tarcia przesuwnego ostrza na powierzchni powoduje dodanie płynu do mieszanki.
Niektórzy mistrzowie lodu próbują twórczych środków, aby osiągnąć idealną powierzchnię. Wśród miłośników lodu istnieje od dawna mit, że muzyka może pomóc w krystalizacji lodu. Podczas Igrzysk Olimpijskich w Soczi 2014 mistrz lodu Dimitri Grigoriew grał muzykę klasyczną - a dokładnie „Cztery pory roku” Vivaldiego - jednocześnie układając lodowaty utwór. „Mieliśmy tutaj klasyczną grę, aby lód krystalizował się we właściwy, twardy sposób, nie w muzyce rockowej, nie w ciszy”, powiedział NPR, dodając: „Mówię poważnie, spójrz!” (NPR spojrzał w górę, i nie ma renomowanej nauki, która poparłaby to twierdzenie).
Seitz nie jest pod wrażeniem takich przesądów. „Jeśli zamierzamy coś zrobić, prawdopodobnie wybuchamy muzyką heavy metal” - mówi - dla załogi, a nie lodu. Mówi, że dzięki temu jego załoga „nie śpi i nie poddaje się” podczas wyczerpujących godzin pracy na torze.
Karolina Kostner z Włoch po występach w łyżwiarstwie figurowym kobiet podczas Zimowych Igrzysk Olimpijskich 2014 w Soczi w Rosji. (Tribune Content Agency LLC / Alamy) The More You Snow
Jako doktor glacjolog Sarah Konrad spędzała sporo czasu na myśleniu o śniegu. Ale jej związek z białymi rzeczami jest również bardziej osobisty: brała udział w zawodach biathlonowych i biegowych podczas zimowych igrzysk olimpijskich 2006 w Turynie we Włoszech w wieku 38 lat - pierwsza kobieta z USA, która zakwalifikowała się do dwóch dyscyplin sportowych podczas zimowych igrzysk.
Zaskakujące, że najwolniejsze warunki do uprawiania sportów śnieżnych to te, których najbardziej poszukują narciarze rekreacyjni: świeżo opadły proszek.
W przeciwieństwie do lodu, który powstaje z zamarzniętej wody, śnieg powstaje w wyniku krystalizacji wilgoci lub oparów wody w atmosferze, gdy jest „przechłodzony” lub schłodzony tuż poniżej swojej temperatury zamarzania. Aby faktycznie utworzyć kryształ, para wodna musi napotkać coś, na przykład drobinkę pyłu, aby uruchomić jego krystalizację. Dokładnie dlaczego te cząstki są potrzebne i jak pomagają w tworzeniu się śniegu, wciąż jest przedmiotem dyskusji, ale bez nich musi być zadziwiająco zimno - znacznie poniżej -20 stopni Fahrenheita - aby kryształy lodu powstały same.
Gdy się zacznie, kryształ przyciąga inne przechłodzone opary wodne, które gromadzą się w skomplikowane wzory. Wspólne sześć „skrzydlatych” płatków śniegu, jak je nazywa Konrad, odzwierciedla heksagonalny układ samych zamrożonych cząsteczek wody. Te wspaniałe płatki, choć wspaniałe, nie są optymalne dla sportu. Krawędzie i kąty, które sprawiają, że płatki śniegu są tak atrakcyjne wizualnie, oznaczają również szorstkość podczas jazdy na nartach na szczycie i powolną jazdę dla olimpijczyków. „Jest to nierówna powierzchnia, nawet na poziomie mikroskopowym”, mówi Konrad, który jest obecnie dyrektorem projektu na University of Wyoming.
Ale gdy śnieg dotknie ziemi, kształt płatka śniegu zaczyna się zmieniać. Oprócz działania wiatru i innych sił fizycznych, płatek śniegu powoli zmienia się w czasie, stając się bardziej zwarty i zaokrąglony. „Przechodzisz z tego pierzastego, misternego kryształu na coś bardziej przypominającego łożysko kulkowe” - mówi Konrad. „Jest to o wiele szybsze, ponieważ ma mniej szorstkie krawędzie”.
Niektórzy eksperci budujący kursy wolą nawet sztuczny śnieg - który, jak mówią, ma wrażenie „starego śniegu” bez wysiłku starzenia się - od naturalnych płatków. Ten śnieg powstaje przez rozpylanie drobnej mgły wody i sprężonego powietrza na trasie. Rozszerzanie się powietrza chłodzi wilgoć i utrzymuje ją w powietrzu, zapewniając odpowiedni czas zamrażania. Konradom brakuje kryształów i warunków niezbędnych do utworzenia skomplikowanych płatków sześcioskrzydłowych, mówi Konrad, więc uzyskany kształt jest przewidywalny, co ułatwia pracę przy budowie kursu. „Ale to zabiera trochę zabawy” - dodaje Konrad.
Jednak w przypadku tras alpejskich dużo pracy wymaga zapewnienia, aby trasa była szybka i trwała. Inżynierowie często zwilżają powierzchnię, a następnie pozwalają jej ponownie się ochłodzić, tworząc ciasno upakowany, szybki kurs. Ale jeśli śnieg będzie zbyt mokry lub powietrze zbyt ciepłe, kurs szybko się rozpadnie i rozpadnie. Ludzie odpowiedzialni za trasy śnieżne spędzają miesiące, przygotowując się do biegów prowadzących do gier - nieustannie kształtując i zmieniając każdy zakręt i boisko, aby osiągnąć idealną równowagę między twardym, szybkim kursem a lodem.
Oczywiście czasami kaprysów pogody nie da się skorygować. Był to problem podczas igrzysk w Soczi w 2014 r., W których niezwykle ciepłe warunki prowadziły do wyboistych tras i ziarnistego lub „słodkiego” śniegu. W przypadku half-pipe ponad połowa zawodników spadła podczas rund kwalifikacyjnych. Dwukrotna medalistka olimpijska Hannah Teter nazwała fajkę „niebezpieczną” i „gównianą”.
Jak mówi Konrad, w przypadku narciarstwa biegowego „w cieplejszych warunkach wasze woski i struktura stają się niezwykle ważne”. Różne kombinacje wosków są nakładane na dna nart - często dosłownie przez prasowanie - aby pomóc im łatwo przesuwać się po śniegu. A jeśli użyjesz niewłaściwego wosku, Konrad wyjaśnia: „naprawdę możesz go wysadzić”. Zespoły wydają nadmiernie dużo pieniędzy i czasu na woskowych techników, którzy podejmują te decyzje, technicy udają się na kursy w ciągu dwóch lat poprzedzających wydarzenie, aby dowiedzieć się o zakresie warunków, jakie mogą napotkać i co działa najlepiej w każdym z nich.
…
Sporty zimowe polegają - i istnieją dzięki - wyjątkowym właściwościom zamarzniętej wody. W końcu Golden podkreśla, że jazda na łyżwach rozpoczęła się z powodu prostego faktu, że lód unosi się na szczycie ciekłego stawu. W szerszym sensie różnorodność życia na biegunach północnym i południowym wynika z faktu, że lód tworzy półkę, która podtrzymuje życie na górze i chroni ciekłe królestwo poniżej. Złote cuda: „Wszystko z powodu tej jednej drobnej rzeczy: ponieważ stała postać wody jest mniej gęsta niż ciekła”.
Jednak wraz z ociepleniem klimatu i opadami śniegu w niektórych lokalizacjach, sporty zimowe na świeżym powietrzu są zagrożone. W Soczi organizatorzy stworzyli wystarczająco dużo śniegu, aby pokryć 1000 boisk piłkarskich, pokrywając obszerne stosy izolowaną matą do jogi jak koce. Wraz z technologią tworzenia sztucznego śniegu i zachowania śniegu z roku na rok, tego rodzaju poprawki mogą stać się coraz ważniejsze dla Olimpiady w nadchodzących latach.
Na szczęście nie jest to zmartwieniem w PyeongChang, gdzie lutowy chłód zwykle unosi się na pojedynczych cyfrach. W rzeczywistości niektóre sporty mogą nawet spaść poniżej optymalnych warunków: w przypadku bobslejów Seitz twierdzi, że w temperaturach znacznie poniżej 23 stopni Farenheita lód jest wyjątkowo kruchy. Jak mówi Konrad, w przypadku narciarstwa biegowego „szczęśliwa temperatura” wynosi około 25 stopni Fahrenheita; każdy zimniejszy i śnieg staje się suchy i powolny.
Konrad bez trudu spełnia wszystkie warunki. „Z perspektywy narciarza naprawdę nie ma„ najlepszego ”śniegu, dopóki jest tam i jest porównywalny dla wszystkich zawodników, zazwyczaj jesteśmy bardzo szczęśliwi” - mówi.
Ale dopóki będą rozgrywki zimowe, nie zabraknie czynników i warunków, które drobiazgowi mistrzowie lodu biorą pod uwagę, tworząc swoje medium. Po 45 minutach rozmawiania o lodzie poprosiłem Seitza o przemyślenia na temat zamarzniętej wody. „Prawdopodobnie mógłbym trwać wiecznie” - mówi.
