SLF研究所3D 打印积雪模型，研究雪崩发生机理

2023年8月9日，南极熊获悉，为了更好地了解雪崩是如何引发的，瑞士阿尔卑斯山度假小镇达沃斯一个独特的寒冷实验室的研究科学家正在扫描和3D打印雪的横截面。全球领先的雪崩研究所（WSL-Institut fürSchnee- und Lawinenforschung SLF）研究团队创建的模型是为了模拟风对新落雪的影响，从而了解容易发生雪崩的雪层是如何工作的。这只是一系列利用3D打印来研究天气事件和小行星、地震、火山、山体滑坡等自然灾害的研究项目中的最新项目。

据《国家地理》报道，积雪是在山坡等区域堆积的雪、冰和其他物质层，当这些层滑落时，就会发生雪崩。积雪可达数十米厚，具体取决于降雪量，并且积雪层具有不同的纹理和厚度。当这个不稳定的物体脱离斜坡时，雪崩就会开始。当雪滚下山时，雪会变得更快，在移动过程中会卷起更多的雪，并产生一条快速移动的雪河和上升到空中的冰粒云。一场完全发展的雪崩速度可以超过每小时320公里，重量可达一百万吨，这可能会导致相当致命的情况。

SLF是瑞士联邦研究所WSL的一部分，因此属于苏黎世联邦理工学院范畴，成立于1936年，拥有员工180名，由瑞士政府和与项目相关的第三方基金资助。这个跨学科研究机构和服务中心帮助解决紧迫的社会问题，例如分析山区的环境和气候变化，并在每日两次的雪崩公告中向人们发出自然灾害警告。它还监测和研究自然灾害、山区生态系统、雪和永久冻土的起源、演变和状况，并进行基础和高级雪崩研究，包括雪崩如何发生和在地形上移动。

他们在积雪研究中的主要目标之一是确定积雪在各种条件下如何积聚和变化，以便了解滑雪板等材料如何最好地在积雪上滑行，以及积雪中的薄弱层如何形成和破裂，从而导致雪崩。这项工作大部分发生在 SLF 的寒冷实验室中，该实验室的温度保持在-20°C，需要研究人员在进入内部之前穿好衣服。SLF 媒体官员 Martin Heggli表示他们可以在实验室中储存积雪样本。

研究人员还在实验室的一间冷室中自己制造雪，在尼龙线上生长雪晶。他们通过风洞了解风如何输送雪。当风卷起雪并将其沉积在其他地方时，可能会导致雪崩，正如黑格利解释的那样，他们想更好地了解这一点，它是如何工作的以及雪是如何移动的。他们使用 X 射线机检查雪的微观结构，在扫描样本的同时，样本也会被旋转以生成 3D 图像，然后用于创建大型 3D 打印件。

Heggli解释道：“在这里我们看到有非常不同类型的雪，就像这一场。这里非常紧凑，这实际上是冰，然后还有非常细的雪。我们试图了解雪层形成时如何变化。我们称其为弱层，因为它的力学不是很稳定。只需要一点点，例如滑雪者越过它，负载就可以穿过雪。然后这一层就会破裂，雪崩就会滑落。”

SLF阿尔卑斯群众运动研究单位负责人Johan Gaume 教授也有需要 3D 打印的计划。他的团队使用基于称为 MPM（质点法）的混合数值技术的 3D 模型，对山区环境中发生的质量运动（包括落石和雪崩）进行建模。当被问及他最令人惊讶的科学结果时，他解释说，这与“雪板雪崩释放中的裂纹扩展”有关。

Gaume教授继续说道：“在比平常更大的规模进行模拟之后，我们感到惊讶：薄弱层的断裂速度比迄今为止进行的任何测量都要快，我们认为我们的代码有问题！但我们没有这样做，最终我们明白了发生了什么。令人高兴的是，这一结果将相互矛盾的理论统一起来，具有重要的实际影响。”

他所在的单位计划使用大型 3D 打印机来制造复杂的 3D 地形，这将使他们能够完成颗粒流实验，收集数据以进行模型验证，并更多地了解颗粒流以及它们如何与各种地形特征相互作用。