De Olympische Winterspelen roepen beelden op van besneeuwde bergketens, bevroren ijsbanen en atleten in kleding voor koud weer. En met een goede reden. Winterolympische locaties zijn vaak op plaatsen geweest met een gemiddelde sneeuwval van 300 inch per jaar of meer.

Echter, behoudens enkele extreem afwijkende weerpatronen, zullen de bergen rond de sneeuwevenementen voor de Olympische Winterspelen in Peking bruin en groen zijn en bijna sneeuwvrij. De regio ontvangt doorgaans slechts een paar centimeter sneeuwval in elke wintermaand. Dit betekent dat in principe alle sneeuw waarop de atleten strijden, door mensen is gemaakt.

Ik ben een atmosferische wetenschapper die gespecialiseerd is in bergweer en sneeuw. Ik ben ook de oprichter van een startup voor sneeuwkanonnen en een fervent skiër. Er zijn duidelijke verschillen tussen natuurlijke en kunstmatige sneeuw, en het zal interessant zijn om te zien of deze verschillen enig effect hebben op de concurrentie.

Hoe maak je nepsneeuw

Hoewel kunstmatige sneeuw en natuurlijke sneeuw beide bevroren water zijn, kunnen de meeste skiërs en snowboarders onmiddellijk herkennen dat de twee heel verschillend zijn.

Traditionele sneeuwkanonnen maken gebruik van water onder hoge druk, perslucht en gespecialiseerde sproeiers om kleine vloeistofdruppeltjes in de lucht te blazen die vervolgens bevriezen als ze op de grond vallen. Maar sneeuw maken is niet zo eenvoudig als ervoor zorgen dat de lucht voldoende koud is.

Zuiver water bevriest niet totdat het is afgekoeld tot bijna -40 F (-40 C). Het is alleen de aanwezigheid van microscopisch kleine zwevende deeltjes in water waardoor het kan bevriezen bij de bekende 32 F (0 C). Deze deeltjes, ook wel ijskernen genoemd, fungeren als een soort steiger om ijskristallen te helpen vormen.

Zonder deze deeltjes heeft water moeite om in ijs te veranderen. Verschillende deeltjes kunnen de vriestemperaturen verhogen of verlagen, afhankelijk van hun specifieke moleculaire configuratie.

Twee van de beste ijskernen zijn zilverjodide en een eiwit geproduceerd door de bacterie Pseudomonas syringae . De meeste sneeuwkanonnen voegen een commerciële vorm van het bacteriële eiwit toe aan water om ervoor te zorgen dat de meeste kleine druppeltjes bevriezen voordat ze de grond raken.

Glijden op door mensen gemaakte sneeuw

Natuurlijke sneeuw begint als een klein ijskristal op een ijskern in een wolk. Terwijl het kristal door de lucht valt, groeit het langzaam uit tot de klassieke zeskantige sneeuwvlok.

Ter vergelijking:door de mens gemaakte sneeuw bevriest snel uit een enkele druppel water. De resulterende sneeuw bestaat uit miljarden kleine bolvormige ijsballen. Het kan op een skipiste met het blote oog op natuurlijke sneeuw lijken, maar de natuurlijke en kunstmatige sneeuw "voelen" heel anders.

Vanwege het feit dat de kleine ijsballen vrij dicht op elkaar zijn gepakt - en dat sommige van hen misschien niet zijn bevroren totdat ze de grond hebben geraakt - voelt kunstmatige sneeuw vaak hard en ijzig aan. Verse natuurlijke "poeder" sneeuw daarentegen geeft skiërs en snowboarders een bijna gewichtloos gevoel als ze van de berghelling naar beneden glijden. Dit komt grotendeels omdat de natuurlijke sneeuwkristallen heel losjes op elkaar stapelen - een verse laag poeder is maar liefst 95% of meer lucht.

Terwijl verse poedersneeuw is waar de meeste recreatieve skiërs van dromen, hebben Olympische skiërs verschillende smaken. Racers willen zo snel mogelijk kunnen glijden en hun scherpe randen gebruiken om krachtige, krappe bochten te maken. De dichte, ijzige omstandigheden van kunstmatige sneeuw zijn in deze opzichten eigenlijk beter. In feite voegen raceorganisatoren vaak vloeibaar water toe aan racebanen met natuurlijke sneeuw, die bevriezen en een duurzaam, consistent oppervlak voor racers garanderen.

Een andere overweging is het feit dat natuurlijke sneeuwstormen doffe, vlakke verlichting en slecht zicht produceren - moeilijke omstandigheden om in te racen of in te springen. Zware natuurlijke sneeuwval zal vaak skiraces annuleren, zoals gebeurde tijdens de besneeuwde Nagano Games in 1998. Voor racers bieden heldere luchten en kunstsneeuw ook daar het voordeel.

Maar harde, door mensen gemaakte sneeuw heeft zijn nadelen. Freestyle skiërs en snowboarders die van sprongen vliegen of op rails hoog boven de grond glijden, lijken om veiligheidsredenen de voorkeur te geven aan het zachtere oppervlak van natuurlijke sneeuw. Dit geldt ook voor langlaufers, die onlangs de gevaren van kunstsneeuw bij crashes hebben gemarkeerd, omdat ijzige, harde oppervlakken tot meer verwondingen kunnen leiden.

De natuur nabootsen

Terwijl Olympische atleten gemengde behoeften hebben aan hun sneeuw, is natuurlijke sneeuw voor de overgrote meerderheid van de recreatieve skiërs veel beter. Door de met lucht gevulde kristallen is het veel zachter en prettiger om op te skiën of snowboarden.

Wetenschappers proberen al tientallen jaren om op verzoek meer natuurlijke sneeuw te creëren. De eerste manier waarop mensen probeerden "echte" sneeuw te maken, was door natuurlijke wolken te zaaien met zilverjodide. Het doel was om vocht in wolken te laten veranderen in vallende sneeuwkristallen. Als je dit proces - het Wegener-Bergeron-Findeisen-proces genoemd - gemakkelijker zou kunnen laten plaatsvinden, zou het in theorie de sneeuwval verhogen.

In de praktijk is het historisch moeilijk geweest om de werkzaamheid van zaaien te bewijzen. Recent werk met behulp van grote, nauwkeurig opgestelde sets atmosferische instrumenten heeft echter aangetoond dat - voor een fractie van stormen met de juiste omstandigheden - het zaaien van wolken met zilverjodide inderdaad een bescheiden toename van de totale hoeveelheid sneeuwval oplevert.

Een andere optie - waarvoor in de eerste plaats geen onweerswolken nodig zijn om te zaaien - is het maken van sneeuwkanonnen die pluizige natuurlijke sneeuwkristallen kunnen laten groeien. Wetenschappers kweken al tientallen jaren sneeuwvlokken in laboratoria, maar het proces is delicaat en onderzoekers produceren meestal maar een paar vlokken tegelijk. Omdat ijskristallen meestal langzaam groeien, was het voor onderzoekers lastig om het proces op te schalen met de vele ordes van grootte die nodig zijn om genoeg sneeuw te laten groeien om te skiën. Maar in een zoektocht om pluizig poeder voor skiërs en snowboarders te produceren, ontwikkelden mijn collega Trey Alvey en ik een proces dat sneeuwvlokken in grotere hoeveelheden kan produceren met behulp van een techniek die het natuurlijke kristalvormingsproces nabootst. We commercialiseren het via ons bedrijf Quantum Snow.

De droge, kale bergen waar de Olympische Winterspelen van 2022 plaatsvinden, zijn niet bepaald een skibestemming. Maar dankzij de wetenschap van het maken van sneeuw hebben de atleten betrouwbare, zij het ijzige, runs om op te concurreren. En sportfans kunnen allemaal dankbaar zijn voor de technologie waarmee ze kunnen genieten van het spektakel op hoge snelheid dat wordt opgevoerd door de dappere zielen die deelnemen aan de ski- en snowboardevenementen.