Cientistas da EPFL e do WSL Institute for Snow and Avalanche Research SLF obtiveram uma visão mais profunda de como as avalanches de neve se formam, abrindo caminho para medidas de avaliação de risco mais eficazes para esses eventos catastróficos que induzem mais acidentes e mortes por avalanche todos os anos do que outros tipos de avalanches.
A equipe de cientistas da EPFL e da SLF fez uma descoberta que representa uma mudança de paradigma que pode influenciar significativamente seu nicho de pesquisa. Ao expandir a escala para simulações de avalanches de placas de neve de um metro para cem metros, eles obtiveram uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes a esses eventos. Sua descoberta também ilustra os benefícios que os avanços no poder de processamento do computador podem trazer para os métodos usados ​​para observar fenômenos físicos complexos. As descobertas da equipe aparecem em Nature Physics .

Seu trabalho se baseia em um estudo de 2018 do professor da EPFL Johan Gaume e cientistas da Universidade da Califórnia em Los Angeles. Esse estudo inicial, publicado na Nature Communications , descreve um método de simulação 3D que os pesquisadores desenvolveram para modelar avalanches de placas de neve com precisão incomparável. Hoje Gaume é o chefe do Laboratório de Simulação de Neve e Avalanche (SLAB) da EPFL, dentro da Escola de Arquitetura, Engenharia Civil e Ambiental (ENAC) da EPFL, e é afiliado ao Instituto SLF; ele e seu Ph.D. O estudante Bertil Trottet levou o estudo adiante ao aplicá-lo em uma escala maior – e fez uma descoberta surpreendente. Eles descobriram que a maneira pela qual as rachaduras se propagam muda durante o processo de liberação da avalanche de laje. Por exemplo, eles observaram velocidades de propagação de trincas superiores a 100 metros por segundo, o que está muito além das velocidades de cerca de 30 metros por segundo normalmente medidas em experimentos. A princípio, os dois cientistas pensaram que haviam cometido um erro.

Propagação de trincas de supercisalhamento

As avalanches de placas de neve são caracterizadas por uma linha de fratura acentuada e ampla que ocorre no topo da massa de neve liberada. Tal avalanche se forma quando uma densa camada de neve (a laje) fica em cima de uma camada de neve fraca com pouca coesão. Quando uma avalanche é desencadeada, por exemplo, por um esquiador, a camada fraca desmorona e a laje perde sua estrutura de suporte subjacente. A flexão subsequente da laje é um dos principais impulsionadores da propagação de fissuras. Pelo menos esse foi o mecanismo sugerido por experimentos e modelos numéricos até agora, baseados em lajes testadas e simuladas com menos de dois metros de comprimento.

Mas, ao modelar lajes medindo cerca de 100 metros, os cientistas da EPFL e SLF descobriram que, uma vez que a propagação de trincas se estende além de cerca de três a cinco metros, a tensão da laje se torna o único fator do processo de liberação, fazendo com que a camada fraca falhe sob cisalhamento. Este fenômeno é semelhante ao chamado mecanismo de ruptura "supercisalhamento" observado nos raros terremotos de alta magnitude que foram relatados até agora. "Sentimos que estávamos em algo importante, mas precisávamos de dados experimentais para confirmá-lo", diz Gaume.

Análises de vídeo

Então, uma série de coincidências deu a Trottet e Gaume a oportunidade de confirmar sua descoberta. Primeiro, Gaume participou de uma apresentação em uma conferência na qual Ron Simenhois, do Colorado Avalanche Information Center, descreveu um método de análise de vídeo de alta tecnologia no qual está trabalhando. Por volta da mesma época, Mathieu Schaer - um ex-estudante de engenharia ambiental da EPFL que agora é snowboarder profissional e engenheiro da MétéoSuisse - enviou a Gaume um vídeo mostrando como ele escapou por pouco de uma grande avalanche de lajes de neve.

"A avalanche ocorreu em Col du Cou, nos Alpes suíços", diz Gaume. "Tínhamos dados de neve sobre o evento, e o vídeo de Schaer era de excelente qualidade porque ele estava filmando para um filme de snowboard. Analisando o vídeo e examinando os vários parâmetros, pudemos confirmar os resultados do nosso modelo pela primeira vez. " No total, quatro avalanches do mundo real permitiram aos cientistas confirmar uma transição de um modo de propagação "anticrack" para o modo "supershear" relatado durante alguns grandes terremotos. Com base nessas descobertas, o Instituto SLF está agora desenvolvendo instalações experimentais em maior escala em Davos, a fim de obter mais informações sobre o processo de liberação de avalanches de placas de neve.

Para melhorar a avaliação de perigos

O trabalho deles ajudará os pesquisadores da neve a criar novas suposições que podem simplificar os modelos de computador de avalanches e reduzir consideravelmente o tempo de computação necessário – de vários dias para apenas alguns minutos. Os modelos aprimorados podem ser usados ​​para determinar o tamanho das avalanches, por exemplo, que são informações cruciais para a previsão e gerenciamento de riscos eficazes. + Explorar mais

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