Skany CT ujawniają wewnętrzną strukturę gradu, pomagając w lepszym zrozumieniu i prognozowaniu powstawania gradu.
Grad powstaje podczas burzy, gdy krople deszczu są wypychane do zimniejszych obszarów chmury, gdzie zamarzają. Gdy cząstki staną się wystarczająco ciężkie, grawitacja przyciąga je z powrotem w stronę Ziemi. Kiedy spadają, zamieniają się w grad, który może zranić ludzi i spowodować znaczne szkody w domach i samochodach.
Od lat 60. XX wieku naukowcy badają, jak rosną kamienie gradowe, ale badania te często wymagały ich rozbijania. Teraz badacze z Katalonii wykorzystali tomografię komputerową (CT) do zbadania gigantycznego gradu, który nawiedził północno-wschodnią część Półwyspu Iberyjskiego podczas potężnej burzy latem 2022 r. Wyniki ich badań, opublikowane niedawno w czasopiśmie Granice w naukach o środowiskuzapewnia nowy wgląd w anatomię i wzrost gradu.
„Pokazujemy, że technika tomografii komputerowej umożliwia obserwację wewnętrznej struktury kamieni gradowych bez niszczenia próbek” – powiedziała Carme Farnell Barqué, badaczka ze Służby Meteorologicznej Katalonii i główna autorka badania. „Po raz pierwszy mamy bezpośrednią obserwację całej wewnętrznej struktury gradu, co może dostarczyć wskazówek pozwalających ulepszyć prognozowanie powstawania gradu”.
Łowcy burz i zbieranie danych
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 przy użyciu sprzętu kliniki dentystycznej. Badania zostały sfinansowane przez Institut de Recerca de l’Aigua oraz grant od Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca.
„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 uzyskamy 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 zdjęć – 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 wzrostu gradobicia. Pomagają nam również zrozumieć procesy, które przyczyniły się do jego powstania” – wyjaśnił współautor, prof. Javier Martin-Vide, badacz z Uniwersytetu w Barcelonie.
Odkrywanie wewnętrznej struktury gradu
Naukowcy odkryli, że osie i płaszczyzny mogą być nieregularne od wewnątrz, nawet jeśli kamienie wyglądają jak niemal idealne kule z zewnątrz. Dodatkowo rdzenie kamieni nie były zlokalizowane centralnie, zwłaszcza w kamieniach kulistych. „Pokazujemy, że zarodek może być zlokalizowany daleko od centrum. 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.
Odniesienie: „Wewnętrzna struktura gigantycznego gradu podczas katastrofalnego zdarzenia w Katalonii (NE Półwysep Iberyjski)”, autorzy: Carme Farnell Barqué, Tomeu Rigo, Javier Martin-Vide i Xavier Úbeda, 11 października 2024 r., Granice w naukach o środowisku.
DOI: 10.3389/fenvs.2024.1479824
