World of Science | Review ISSW2018: Sessione Neve e dinamica delle valanghe

La prima sessione dell'ISSW2018 affronta il tema della dinamica delle valanghe, che esamina il comportamento del flusso delle valanghe in senso lato. La ricerca attuale è multidisciplinare: alcuni scienziati studiano le valanghe di grandi dimensioni in modo sperimentale, altri cercano di simulare e misurare gli effetti in laboratorio, altri ancora sviluppano e cercano di utilizzare modelli al computer. Al giorno d'oggi, la modellazione computerizzata sta diventando sempre più importante, quindi non sorprende che abbia avuto il primo intervento alla conferenza:

Che cosa ha a che fare la dinamica delle valanghe con gli studi di animazione della Disney?

Da qualche tempo, una situazione win-win sta alimentando la scienza della neve. Durante un soggiorno a Los Angeles, il giovane professore e snowboarder professionista Johan Gaume ha sviluppato insieme alla Disney un modello di neve che non solo è bello da vedere, ma funziona anche in modo eccezionale (O1.1). Se volete sapere che aspetto ha, potete visitare l'attuale film cinematografico "La regina di ghiaccio 2". Se volete seguire la portata scientifica del modello, vi consigliamo il canale Twitter di Johan o il sito web dello SLAB (snow and avalanche simulation laboratory) dell'EPFL di Losanna.

L'aspetto affascinante del modello è che simula le proprietà della neve e tutte le applicazioni come la meccanica della frattura e la dinamica del flusso derivano da questo. Tecnicamente, il modello si basa sul "Metodo dei punti materiali" (breve video esplicativo). Invece di basarsi su una griglia di calcolo rigida, vengono definiti i "Material Points" (quasi singoli grani di neve o granuli/palle di neve), che portano con sé proprietà come la massa, la quantità di moto e la deformazione. Ciò consente di simulare diversi ordini di grandezza, ad esempio dallo strato debole nell'ordine dei centimetri al flusso della valanga nell'ordine delle centinaia di metri. Inoltre, proprio questo metodo di simulazione è adatto a modellare le transizioni dalla meccanica dei solidi alla dinamica dei flussi: Il manto nevoso stazionario si comporta come un solido deformabile, mentre la valanga si comporta più come un fluido granulare.

Oltre alla già citata statistica attraverso la validazione del modello basata su molte valanghe, la probabilistica è un altro modo di approcciare l'incertezza dei parametri del modello. Da un lato, il "poor man's ensemble" può essere effettuato applicando diversi modelli di flusso; oppure la sensibilità di un parametro del modello al risultato è considerata come incertezza nei risultati stessi. Di conseguenza, l'articolo O1.4 definisce il cosiddetto "gradiente di deflusso", ovvero la variazione di un parametro che aumenta di 100 m la lunghezza di deflusso simulata. In pratica, raddoppiando l'ampiezza della fessura o riducendo l'attrito del 5%, la lunghezza del runout aumenta di 100 metri. Questo concetto probabilistico consente quindi di confrontare i diversi errori dei parametri di input e di trasferire l'incertezza dei parametri al risultato della simulazione.

Per ulteriori informazioni sulla modellazione delle valanghe e sul calcolo a ritroso delle singole valanghe, visitare il sito articolo O1.2 sull'incidente da valanga a Rigopiano (Italia centrale), in cui è stato distrutto un intero albergo.

Continua alla pagina successiva -->

15 kg di esplosivo, 100.000 m³ di neve e tanti dati

La dinamica sperimentale delle valanghe è assolutamente fantastica. È una delle poche discipline geofisiche sperimentali in cui ha ancora un impatto reale - e quando i media sono coinvolti, non ci sono solo immagini spettacolari, ma anche un'auto completa nella valanga. Naturalmente, l'auto non era dotata solo di telecamere, ma anche di sensori di accelerazione e rotazione per misurare l'interazione con la valanga.

Misure di scorrimento: Due articoli descrivono sfere stampate in 3D, dotate di sensori di movimento e posizionamento per registrare le condizioni della valanga. In linea di principio, la ricerca sulle valanghe si sovrappone con la ricerca sulle frane, dove sensori simili sono collocati nelle pietre. Le singole pietre colorate possono essere localizzate abbastanza facilmente utilizzando le immagini delle telecamere, ma in una valanga è più difficile e rimangono solo le direzioni di accelerazione per calcolare la posizione delle sfere (P1.2). In risposta, il contributo P1.3 sta sviluppando un sistema di posizionamento basato su WLAN, che potrebbe essere integrato da un rilevamento radar nel prossimo futuro.

I grandi siti di prova delle valanghe dotati di molti sensori diversi si contano sulle dita di una mano. Questo rende ancora più piacevole l'articolo P1.8, che riferisce di un nuovo sito a Niseko, in Giappone. In altre parole, proprio nella nota località sciistica di Hokkaido - misurare e sciare in neve fresca allo stesso tempo è un vantaggio assoluto per i ricercatori di valanghe. Anche se le piste di prova hanno un dislivello di soli 200 metri, è possibile studiare valanghe che altrimenti verrebbero etichettate come "piccoli scivoli dinamicamente poco interessanti". Si tratta ovviamente di un'assurdità, perché queste valanghe si trovano al confine tra valanghe di flusso e valanghe di polvere. Naturalmente, ci sono anche contributi dal più importante sito di prova di valanghe "Vallée de la Sionne" nel Vallese. I due contributi riguardano le misurazioni della pressione su un pilone d'acciaio alto 20 metri, che si trova nel percorso della valanga ed è direttamente circondato dall'acqua. L'articolo O1.5 tratta della pressione e del momento flettente dovuti a diversi regimi di flusso sul pilone d'acciaio. Gli autori rilevano che le valanghe di polvere causano principalmente pressioni dinamiche impulsive, di breve durata e molto elevate, fino a 1000kPa. Al contrario, le valanghe di neve bagnata lenta causano pressioni continue di circa 400kPa a causa della loro elevata densità. Per fare un paragone tra le zone a rischio valanghe, il confine tra la zona rossa e quella gialla è di circa 10kPa, mentre il confine con le zone non classificate è di 1kPa. Più descrittivamente: una colonna d'acqua di 1 m di altezza provoca una pressione statica di circa 10kPa.

Un altro articolo di laboratorio ripropone un esperimento quasi scientificamente corretto di 3 anni fa, in cui la neve di diverse temperature veniva spalata in una miscelatrice di cemento per osservare la formazione di palle di neve granulare. È emerso che a temperature più calde di -2°C, la neve si trasforma rapidamente da granelli fini a palline grandi come un pugno^TM: un risultato banale per gli alunni delle scuole elementari bavaresi, complesso per gli accademici. Anche questo contributo P1.16 utilizza un tamburo rotante con un diametro di 2,5 metri. Il miglioramento rispetto alla betoniera consiste nel controllo della velocità e nella misurazione diretta della temperatura, del contenuto di acqua liquida e del profilo di flusso. È stato inoltre determinato il valore limite tra -2°C e -1°C, in corrispondenza del quale la granulometria cambia bruscamente.

Neve bagnata vs. neve calda

Dopo gli esperimenti con la betoniera, la temperatura della neve è stata oggetto di attenzione da parte di diversi esperti di dinamica delle valanghe. A differenza del contenuto di acqua liquida, la temperatura è una variabile misurabile in modo classico, che può essere simulata abbastanza bene con i modelli del manto nevoso e può anche essere stimata approssimativamente dai dati storici. L'articolo P1.14 riporta una possibile parametrizzazione della temperatura della neve nei modelli valanghe. Anche l'articolo sull'incidente dell'hotel di Rigopiano citato in precedenza giunge alla conclusione che la neve calda nella parte inferiore del percorso della valanga è stata determinante per la lunga durata del run-out. Anche se il termine valanga di neve bagnata potrebbe non essere ottimale, personalmente trovo il termine valanga di neve calda altrettanto debole.

Conclusioni

È sempre difficile mostrare lo stato attuale della ricerca in un campo dai contributi a una conferenza. Di certo, al momento, la dinamica delle valanghe è in piena evoluzione e sarà emozionante vedere come sarà la scienza delle valanghe tra 10 anni. Le innovazioni di spicco dell'ISSW 2018 sono state sicuramente il modello Disney, i nodi di sensori che scorrono e il fatto che diversi contributi parlano ora di neve calda anziché bagnata.