FEnvS: 3D-сканирование гигантских градин поможет предсказывать бури

Градины образуются во время грозы, когда капли дождя попадают в очень холодные части облака, где они замерзают. Когда частицы становятся достаточно тяжелыми, гравитация тянет их обратно к Земле. Падая, они превращаются в разного размера градины, которые уже вполне могут нанести травмы людям и значительный ущерб домам и автомобилям.

Ученые изучают процесс роста градин с 1960-х годов, но для этого их приходится ломать. Чтобы лучше понять анатомию и рост градин, исследователи из Каталонии использовали компьютерную томографию (КТ) для изучения гигантских градин, которые выпали на северо-востоке Пиренейского полуострова во время исключительно сильной грозы летом 2022 года.

Мы показали, что метод компьютерной томографии позволяет наблюдать внутреннюю структуру градин без разрушения образцов, — говорит Карме Фарнелл Барке, научный сотрудник Метеорологической службы Каталонии и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Frontiers in Environmental Science.

Впервые мы получили возможность непосредственно наблюдать всю внутреннюю структуру градин, что может дать подсказки для улучшения прогнозирования образования града.

Охотники за бурей

После того как 30 августа 2022 года шторм обрушился на Каталонию, исследователи проследили его путь с помощью местных очевидцев и собрали градины у наблюдателей, которые сохранили их в своих морозильных камерах. Некоторые из камней достигали 12 см в диаметре.

В лаборатории три случайно выбранных градины были отсканированы с помощью оборудования стоматологической клиники.

Мы хотели использовать метод, который позволил бы получить больше информации о внутренних слоях градин, но без разрушения образцов, — говорит старший автор исследования профессор Ксавьер Убеда (Xavier Úbeda), исследователь из Университета Барселоны.

Мы не ожидали, что получим настолько четкие изображения.

С помощью компьютерной томографии — технологии, использующей вращающийся рентгеновский аппарат для создания трехмерных изображений, — исследователи узнали много нового о внешней и внутренней структуре градин. 512 изображений — так называемых «срезов» — каждой градины показали расположение ядра и различных слоев.

Томограммы дают информацию о плотности, что позволяет нам идентифицировать различные слои камней, связанные со стадиями роста градины. Они также помогают нам понять процессы, способствовавшие его образованию, — пояснил соавтор исследования профессор Хавьер Мартин-Виде, исследователь из Университета Барселоны.

Анатомия градинного камня

Исследователи обнаружили, что оси и плоскости могут быть неровными внутри, даже если снаружи камни выглядят как почти идеальные сферы. Кроме того, ядра камней располагались не в центрах, особенно в сферических камнях.

Мы показали, что зародыш может располагаться далеко от центра. Этот факт подразумевает, что камни могут расти неоднородно в трех направлениях, — отметил соавтор исследования доктор Томей Риго Рибас из Метеорологической службы Каталонии.

Они также обнаружили, что разные слои имели разную плотность, а два образца имели более толстые части, что указывает на то, что эта сторона камня при падении была обращена вниз.

Эти сведения о внутреннем строении градин перевернули прежние представления.

До сих пор считалось, что очень крупные градины могут иметь только неправильную форму. Однако мы заметили, что внешние и внутренние формы могут отличаться, — говорит Фарнелл Барке.

В одном случае мы продемонстрировали, что образец имел неоднородный рост, но при этом имел правильную внешнюю форму. И наоборот, камни с неправильной внешней формой демонстрировали однородный рост.

Однако проведение компьютерной томографии стоит дорого, и некоторые из полученных изображений показывают аномалии, которые еще предстоит понять, говорят исследователи. Поскольку в будущем ожидается увеличение количества гигантских градов, оказывающих большее влияние на экономику и людей, они считают, что их работа может предоставить новую информацию, которая поможет смягчить ущерб для общества.

Ранее ученые выяснили, как птицы предчувствуют скорую бурю.

06.12.2024