Come si formano le valanghe ¶
Nelle montagne innevate, le valanghe rappresentano un pericolo naturale significativo. Possono minacciare insediamenti, strade e persone che si trovano in montagna d'inverno. Il nostro istituto si occupa di studiare le proprietà della neve e i processi che causano la formazione delle valanghe, aiutandoci così a migliorare la loro prevedibilità.
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Una valanga di neve a lastroni può formarsi esclusivamente se il manto nevoso è costituito da strati di neve diversi tra di loro. Se i cristalli di ghiaccio presenti all’interno di uno strato sono scarsamente e debolmente legati tra di loro, siamo in presenza di uno strato fragile. In caso di sovraccarico (ad es. durante una nevicata), a partire da un punto particolarmente debole all’interno dello strato fragile possono spezzarsi prima singoli legami, poi localmente sempre di più. Una volta che la zona danneggiata è abbastanza grande, la frattura inizia a propagarsi in modo improvviso e rapido all’interno dello strato fragile parallelamente al pendio: esattamente come un castello di carte che crolla su se stesso partendo da un punto. Se il pendio è più inclinato di 30° circa, il lastrone di neve scivola sempre più velocemente a valle sullo strato fragile che ha ceduto formando una valanga di neve a lastroni.
Nella maggior parte dei casi, le valanghe bagnate si staccano spontaneamente e soprattutto in caso di forte rialzo termico. Le infiltrazioni nel manto nevoso di acqua da disgelo (o eccezionalmente di acqua piovana) indeboliscono i legami tra i cristalli di neve e destabilizzano gli strati in cui tale acqua si accumula. Sia le valanghe di neve a debole coesione che le valanghe di neve a lastroni possono essere formate da neve bagnata.
Esperimenti e modelli
La nostra ricerca punta a comprendere meglio i processi che si verificano prima, durante e dopo il distacco di una valanga. Per farlo ricorriamo a rilevamenti sul campo, esperimenti di laboratorio e modelli numerici.
Negli esperimenti sul campo misuriamo le proprietà del manto nevoso naturale e del suolo, ad esempio:
- misuriamo la stratificazione e la variabilità dei singoli strati del manto nevoso con la SnowMicroPen, una sonda da neve ad alta risoluzione
- misuriamo l'umidità del suolo e della neve per comprendere meglio la formazione di valanghe di neve scorrevole.
- filmiamo la frattura che si propaga in uno strato fragile con l’aiuto di telecamere ad alta velocità,
- determiniamo il tenore in acqua del manto nevoso dal suolo con l’aiuto di futuristici sistemi radar,
I risultati delle misure e degli esperimenti fungono, tra le altre cose, da input per le simulazioni numeriche che a loro volta ci servono per ricostruire meglio i processi fisici, oppure per ottimizzare il modello del manto nevoso SNOWPACK, che in numerosi paesi aiuta i servizi di avviso valanghe nella valutazione del pericolo di valanghe.
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Esperimenti relativi alla propagazione della frattura in uno strato debole. Immagine: Alec van Herwijnen, SLF
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Strato fragile formato da cristalli di brina superficiale innevati. A destra dell’immagine lo strato è intatto, a sinistra si vede chiaramente che ha ceduto. La frattura si è propagata nello strato fragile partendo da sinistra. Al centro dell’immagine il lastrone di neve ha provocato una rottura per trazione, causando l’arresto della frattura che si stava propagando nello strato fragile. Immagine: ASARC / University of Calgary
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Bocche di balena e valanghe da slittamento a Dorfberg, Davos. Immagine: telecamera SLF
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Sensori del suolo che misurano il potenziale matriciale (a sinistra) e il contenuto d'acqua (a destra) a diverse profondità. Immagine: Amelie Fees, SLF
Il laboratorio del freddo ci permette di condurre esperimenti in condizioni controllate. Qui abbiamo la possibilità di:
- Produrre neve identica alla natura e far crescere degli strati deboli, in modo da lavorare sempre con lo stesso materiale di partenza.
- Effettuare prove di carico che forniscono informazioni sulle proprietà meccaniche della neve.
- Usare la tomografia computerizzata per studiare la microstruttura degli strati deboli e ricavare risultati per la previsione delle valanghe.
- Studiare l'assorbimento dell'acqua dal suolo in condizioni controllate.
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In una scatola per metamorfosi è possibile ricreare le condizioni naturali per la formazione di brina di profondità. Immagine: Jakob Schöttner, SLF
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Uno strato debole prodotto artificialmente, visualizzato con la tomografia computerizzata. Immagine: Jakob Schöttner, SLF
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All'interno di uno strato debole, i cristalli di brina di profondità possono formare "catene" particolarmente fragili. Immagine: Jakob Schöttner, SLF