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La fisica delle valanghe di neve a lastroni è simile a quella dei terremoti

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Gli scienziati dell’EPFL e dell’Istituto WSL per lo studio della neve e delle valanghe SLF hanno perfezionato la comprensione delle valanghe di neve a lastroni, che ogni anno sono le più mortali. I loro risultati aprono la strada a una previsione del rischio più efficace.

 

Estendendo la scala di simulazione delle valanghe di neve a lastroni dai metri alle centinaia di metri, alcuni scienziati dell’EPFL e dell’Istituto WSL per lo studio della neve e delle valanghe (SLF) hanno fatto una scoperta che cambia la nostra comprensione del loro funzionamento. Tale scoperta potrebbe sembrare una piccola rivoluzione in un settore di nicchia, ma rivela il contributo delle attuali elevate capacità di calcolo a una migliore osservazione dei fenomeni fisici complessi. I risultati della loro ricerca sono stati appena pubblicati su Nature Physics.

Nel 2018, il ricercatore Johan Gaume – in collaborazione con scienziati dell’Università della California a Los Angeles – ha pubblicato il primo studio su Nature Communications dopo aver riprodotto una valanga di neve a lastroni in tre dimensioni con una precisione senza precedenti. In seguito a questo notevole risultato, Gaume – oggi direttore del Laboratorio di simulazione delle valanghe (SLAB) dell’EPFL e affiliato all’Istituto WSL per lo studio della neve e delle valanghe SLF – e il suo dottorando Bertil Trottet hanno proseguito la ricerca su scala più ampia e hanno osservato un sorprendente cambiamento nel comportamento della frattura in fase di distacco della valanga. La velocità di propagazione della frattura supera i 100 metri al secondo, una velocità che va ben oltre le misure sperimentali, che sono dell’ordine di 30 metri al secondo. Inizialmente i due ricercatori hanno pensato a un errore.

 

Cedimento al taglio

La valanga di neve a lastroni è caratterizzata da un margine di distacco lineare molto netto nella parte superiore del distacco di massa nevosa. Può verificarsi quando uno strato denso, «il lastrone», poggia su uno strato fragile, poco coeso. Durante la valanga, ad esempio al passaggio di uno sciatore, lo strato fragile cede e il lastrone perde il suo sostegno. La flessione del lastrone è quindi una delle forze trainanti della propagazione della frattura, o perlomeno questo è ciò che era stato dimostrato a livello sperimentale e numerico fino ad ora con lastroni testati e simulati di lunghezza inferiore a 2 metri.

Modellizzando sistemi di lastroni dell’ordine di un centinaio di metri, i ricercatori osservano che, quando la distanza di propagazione supera una certa lunghezza (dell’ordine di 3-5 metri), la trazione del lastrone diventa l’unico motore del processo, inducendo la rottura per taglio dello strato fragile in modo simile alla rottura osservata durante rari terremoti di grande magnitudine. «Sentivamo di avere scoperto qualcosa di importante, ma avevamo bisogno di dati sperimentali per confermarlo», dichiara Gaume.

 

Analisi video

Varie coincidenze hanno aiutato gli scienziati a confermare la loro scoperta. Durante una conferenza, Gaume è venuto a sapere che un collega del centro informazioni valanghe del Colorado, Ron Simenhois, sta lavorando a una tecnica di analisi video all’avanguardia. Nello stesso periodo, Mathieu Schaer, ex studente di scienze ambientali e ingegneria all’EPFL, ora snowboarder professionista e ingegnere presso MeteoSvizzera, gli ha inviato un video di sé stesso scampato per un soffio a una valanga di neve a lastroni di grandi dimensioni.

«Avevamo i dati sulla neve di questa valanga al Col de Cou, nelle Alpi svizzere, e il video era di alta qualità, in quanto destinato a un film sullo snowboard. Grazie all’analisi video e a questi parametri, siamo stati in grado di convalidare il nostro modello per la prima volta», spiega il ricercatore, che è affiliato alla Facoltà di Costruzione, Architettura e Ambiente (ENAC). In tutto, quattro valanghe reali sono state in grado di confermare la transizione dalla modalità «anticrack» alla modalità di propagazione chiamata «supershear» osservata in alcuni terremoti. Sulla base di questi risultati, l’SLF sta attualmente sviluppando un dispositivo sperimentale su larga scala a Davos per comprendere ulteriormente il processo.

 

Analisi video di una valanga di neve a lastroni. Video: Titouan Bessire

 

Prevenzione dei rischi

Questi risultati consentiranno di formulare nuove ipotesi che aiuteranno a semplificare i modelli numerici e a ridurre significativamente i tempi di calcolo per la modellazione delle valanghe portandoli da diversi giorni a pochi minuti. Questi nuovi modelli potranno essere utilizzati per valutare le dimensioni delle valanghe, un parametro cruciale per la gestione e la previsione del rischio.

 

Lo snowboarder Mathieu Schaer sfugge per un pelo a una valanga di neve a lastroni Video: Titouan Bessire

 

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