Skany 3D gigantycznych kamieni gradowych ujawniają zaskakujące odkrycia, które mogą pomóc przewidzieć przyszłe burze

Grad powstaje podczas burzy, kiedy krople deszczu są wrzucane do bardzo zimnych części chmury, gdzie zamarzają. Gdy cząstki staną się wystarczająco ciężkie, grawitacja przyciąga je z powrotem w stronę Ziemi. W miarę opadania zamieniają się w grad, który może spowodować obrażenia u ludzi oraz znaczne zniszczenia domów i samochodów.

Naukowcy badają, jak rosną kamienie gradowe od lat 60. XX wieku, ale oznaczało to konieczność ich rozbijania. Aby lepiej zrozumieć anatomię i rozwój kamieni gradowych, naukowcy z Katalonii wykorzystali tomografię komputerową (CT) do zbadania gigantycznych gradów, które nawiedziły północno-wschodnią część Półwyspu Iberyjskiego podczas wyjątkowo silnej burzy latem 2022 r.

„Pokazujemy, że technika tomografii komputerowej umożliwia obserwację wewnętrznej struktury gradu bez niszczenia próbek” – powiedziała Carme Farnell Barqué, badaczka ze Służby Meteorologicznej Katalonii i główna autorka badania opublikowanego w czasopiśmie Granice w naukach o środowisku.

„Po raz pierwszy mamy bezpośrednią obserwację całej wewnętrznej struktury gradu, co może dostarczyć wskazówek pozwalających ulepszyć prognozowanie powstawania gradu”.

Łowcy burz

Po tym, jak burza nawiedziła Katalonię 30 sierpnia 2022 r., badacze z pomocą lokalnych świadków prześledzili trasę burzy i zebrali kamienie gradowe od obserwatorów, którzy uratowali je w zamrażarkach. Niektóre kamienie osiągały średnicę do 12 cm.

Po powrocie do laboratorium zeskanowano trzy losowo wybrane gradobicia, korzystając ze sprzętu kliniki dentystycznej.

„Chcieliśmy zastosować technikę, która dostarczyłaby więcej informacji na temat wewnętrznych warstw gradu, ale bez niszczenia próbek” – powiedział starszy autor, prof. Xavier Úbeda, badacz z Uniwersytetu w Barcelonie. „Nie spodziewaliśmy się, że otrzymamy tak wyraźne obrazy”.

Dzięki tomografii komputerowej – technologii wykorzystującej obrotowy aparat rentgenowski do tworzenia obrazów 3D, naukowcy dowiedzieli się wiele o zewnętrznej i wewnętrznej strukturze gradu. 512 obrazów – zwanych „plasterkami” – każdego gradu pokazało położenie rdzenia i poszczególnych warstw.

„Tomografia komputerowa dostarcza informacji związanych z gęstością, co pozwala nam zidentyfikować różne warstwy kamieni związane z etapami rozwoju gradobicia. Pomagają nam również zrozumieć procesy, które przyczyniły się do jego powstania” – wyjaśnia współautor prof. Javier Martin -Vide, badacz na Uniwersytecie w Barcelonie.

Anatomia gradobicia

Naukowcy odkryli, że osie i płaszczyzny mogą być nieregularne od wewnątrz, nawet jeśli z zewnątrz kamienie wyglądają jak niemal idealne kule. Dodatkowo rdzenie kamieni nie były zlokalizowane centralnie, zwłaszcza w kamieniach kulistych.

„Pokazujemy, że zarodek może znajdować się daleko od środka. Fakt ten oznacza, że ​​kamienie mogą rosnąć niejednorodnie w trzech kierunkach” – zauważył współautor dr Tomeu Rigo Ribas ze Służby Meteorologicznej Katalonii.

Odkryli również, że różne warstwy miały różny poziom gęstości, a dwie próbki miały grubsze części, co wskazuje, że podczas spadania była to strona kamienia skierowana w dół.

Te spostrzeżenia dotyczące wnętrza kamieni gradowych obaliły wcześniejsze założenia. „Do tej pory uważano, że bardzo duże gradobicia mogą mieć jedynie nieregularne kształty. Zaobserwowaliśmy jednak, że kształty zewnętrzne i wewnętrzne mogą się różnić” – powiedział Farnell Barqué.

„W jednym przypadku wykazaliśmy, że próbka wykazywała niejednorodny wzrost, ale miała regularny kształt zewnętrzny. I odwrotnie, kamienie o nieregularnych kształtach zewnętrznych wykazywały jednorodny wzrost”.

Naukowcy twierdzą jednak, że wykonywanie tomografii komputerowej jest kosztowne, a niektóre z uzyskanych obrazów wykazują anomalie, które muszą jeszcze zrozumieć. Ponieważ w przyszłości należy spodziewać się większej liczby gigantycznych opadów gradu, które będą miały większy wpływ na gospodarkę i ludzi, uważają, że ich praca może dostarczyć nowych informacji, które mogą pomóc złagodzić szkody dla społeczeństwa.