冬奥的冰雪是怎么冻出来的？它竟然有这么玄学的“癖好”？
原标题：冬奥的冰雪是怎么冻出来的？它竟然有这么玄学的“癖好”？
在本次北京冬奥会中有一个可能让不少人感到奇怪的现象： 很多雪上项目反而“怕下雪”。这是因为天然雪的松软质地会 增大赛道的摩擦力，下雪天的升温则会 影响赛道的雪温和雪质，同时，降雪天气造成的能见度降低也会 影响运动员和裁判的视线。今天，我国选手谷爱凌参加的自由式滑雪坡面障碍技巧比赛就因大雪而延迟。
为了克服天然雪的阻碍，人工雪成为冬奥赛事的选择。本次北京冬奥会的冰雪正是采取了人工造雪技术制造出来的。 根据含水量不同，造雪机可以制作出九种雪，“越野场地使用较干燥的5号雪，而跳台着陆坡造雪则使用6、7号雪。”张家口古杨树场馆群造雪负责人魏庆华说。
“ 通过改变粒径、含水量和硬度，人造雪能够满足不同赛事的需求，形成更加稳定、状态一致的雪道，有力地保障了比赛的公平。”北京冬奥组委新闻发言人严家蓉说。
在制冰界，有一个流传已久的传说——音乐可以帮助冰结晶。
2014年索契冬奥会上，制冰大师迪米特里•格里戈里耶夫（Dimitri Grigoriev）在铺设冰道的时候就播放了维尔瓦第的《四季》：“这样冰会用更合适、更硬实的方式结晶化。”他告诉美国公共广播电视台（NPR）。
等一下！如果这事儿是真的， 那在听到《四季》里《夏》乐章的时候，冰不会融化吗？
NPR的记者可能也有同样的疑惑，所以他们回去后仔细查阅了资料。结果他们 没找到任何科学依据，只能把这事归结为制冰界的民间传说。
维瓦尔第：我就静静地看着你们瞎折腾 | Wikipedia
奥运用冰，没那么简单
同为制冰大师的特雷西·塞茨（Tracy Seitz）就对这种迷信嗤之以鼻。“如果我们要做些什么，那我们很可能会播点重金属音乐。”这样，他的员工就可以在艰苦的工作时间里“保持清醒并且努力工作”。
塞茨之所以用艰苦来形容这项工作，是因为 制造冰块需要做的事情比人们想的要复杂得多。
在分子水平上，奥运会项目上的冰雪和用来堆雪人的、堵在你门前的和让没准备的人在车道上打滑的东西完全一样。但是，所有制冰的水，都是在 比赛前经过几个月精心调整的，以使这些结冰形态的水达到最优状态。
中国选手金博洋在比赛中 | 新华社
“这不仅仅是一块巨大的冰，跟你通常想到的，比如家里冰箱中冰块的那种不一样。”在犹他大学研究冰结构的数学家肯尼思•戈尔登（Kenneth Golden）说，“这是一种比人们通常以为的要 有趣、复杂得多的物质。”
制冰，水的纯度超重要
制作任何滑冰场或冰道需要的冰的第一步是 提纯水， 去除溶解在其中的固体，比如盐和矿物质。在滑冰场或者冰道中，杂质会聚集在晶体之间或者被挤到表面，造成冰中的多处微小脆弱点。 水越纯净，冰面就越平滑稳固。
制冰大师们把冰塑造成了地球上最了不起的结构之一。在距奥运会 至少一年前，他们就在混凝土赛道或者滑冰场上 喷了上百层极薄的超纯水，再用一个内置的快速冰冻系统进行冷冻。供有舵雪橇比赛使用的冰道，需要花费 大约5天的连续作业才能铺好，塞茨说。
湿润的空气冻结在冰面时，会形成霜层，而这个过程可以防止霜层的形成。霜层会捕捉冰里的空气泡，而这些气泡向外移动时会形成小凹痕。
一位制冰大师在检查冰面 | Patrick Semansky/AP
冰是固体，但也在“流动”
“我们不把冰当成液体，但是 它们的流动性非常好，无时无刻不在流动。”塞茨说，“这些冰里的 空气层会造成薄弱点，可以逃出去让冰面变得不再稳定。”对于有舵雪橇比赛来说，一个小小的凹痕就可能导致颠簸，加深事故风险。“一次撞击变成两次撞击，两次撞击再变成三次撞击，然后一直持续下去。”
其他冰上项目比如像冰球、滑冰以及冰壶使用了相似的精细构层法。但是 对于每一项运动来说，理想的冰的温度和厚度是不一样的。比如滑冰需要最厚和最暖的冰：大约5厘米的冰面及温和的-4℃的温度。这让滑冰者们可以将冰鞋钩在冰上，完成对抗重力的跳跃、旋转。
中国花滑运动员金博洋在本次冬奥上的短节目《卧虎藏龙》
这些魔力并不仅仅来自于人的改造，还来自于冰本身的性能。在冰的边缘，冰中的水分子不是像中心部分的水分子一样牢牢固定成蜂巢状，而是形成了类似于液体的层。 这种“预融层”可以润滑冰面，同时赋予冰独特的溜滑质地。冰鞋或冰刀施加在一道冰面上的尖锐压力，可以略微降低冰的融点，有助于光滑水层的形成。冰面上因为冰刀摩擦力造成的轻微融化，也为这种冰水混合物添加了液体。
雪花，会减缓运动员速度
在冰雪运动中让速度 最慢的环境，也是休闲滑雪爱好者们最喜欢的东西： 刚落下来的雪末。
与因水冻结而形成的冰不同， 雪是在“过冷”或是刚好在冰点以下时候，由大气中的水分或者水蒸气结晶形成的。水蒸气必须与其他物体相接触，才能开始结晶，比如说一些灰尘的微粒。否则，造雪就需要极度的寒冷——在-30℃以下，冰晶体才能单独形成雪花。
一旦成雪开始，晶体就会吸引其他过冷的水蒸气组成错综复杂的雪花。但 雪花美丽的棱角对滑雪板来说太过粗糙，会减缓奥运选手的速度。“它的表面 不均匀，即使在显微层面上讲也是如此。”萨拉•康纳德（Sarah Konrad）说。她是冰川学博士，也是美国历史上首个获得两项不同冬季赛事参赛资格的女性。
图 | Merriam-Webster
变形的雪花，更加圆润
一旦雪花触碰到地面，这些雪花的结构就开始变化。除了风和其他物理作用力的影响之外， 雪花本身也会随着时间而慢慢变形，变得越来越紧凑圆润。“它从这种羽毛状的精巧晶体变成了一种像滚珠轴承的东西，”康纳德说，“这样速度就可以变快很多，因为雪花的边缘已经不那么粗糙了。”
有些赛道建造专家甚至更喜欢人工雪花。他们说人工雪花有一种“旧雪”感，不需要像自然雪花一样等待时间的流逝来获得这种特质。
这种雪花是通过 在场馆内喷射细水雾和压缩空气制造的。空气的膨胀能使雾气冷却并让它们保持在高处，确保有足够的冷冻时间。这样晶体就缺乏形成复杂六翼状雪花的条件和时间，康纳德说，所以 最终的形状是可预测的，这让场馆建设变得更容易。
微观雪花 | Vadym Cherenko / Alamy
赛道维护：细致的长期工作
然而对于高山赛道的建设，需要做很多工作来保证赛道能达高速且耐用。工程师常常 弄湿表层让赛道重新冷冻。但是如果雪太湿或者空气过于温暖，那么赛道会很快变得满是划痕、七零八碎。在奥运会到来之前，负责维护雪道的人 花费数月的时间照看赛道的运行效果——不间断地塑形、重塑赛道的每个坡道、角落，以达到稳固、高速的赛道和冰层的完美平衡。
当然，有时候 突如其来的坏天气是无法避免的。2014年索契冬奥会就遭遇过这件事，那时过于温暖的环境导致赛道变得崎岖坑洼，雪呈粒状或者说像“糖”一样了。在单板滑雪U形池的比赛中，有超过一半的选手在资格赛时摔落。两届奥运会奖牌得主汉纳•泰特（Hannah Teter）说这个赛道 “危险”又“糟糕”。
成功的和扑街的单板滑雪
对于越野滑雪比赛，康纳德说，“在温暖的环境下， 你上的蜡和蜡的结构，会变得非常重要。”各种各样的组合蜡会用在滑雪板的底部，有助于它们在雪上顺畅滑动。如果你用了错误的蜡，“你真的能搞砸一切。”
滑雪队会在滑雪蜡技师身上，花费非常多的金钱和时间。这些技师会在距离奥运会开幕两年前就被派去赛道，掌握环境变动的范围，和针对每种条件的最佳滑雪蜡选择。
熨烫滑板蜡 | ellis-brigham.com
雪上项目的窘境：气候变暖降雪少
随着气候变暖和部分地区的降雪越来越少，冬季户外运动面临威胁。在索契，组织者制造的雪足够去覆盖1000个足球场，人们用瑜伽垫般的隔热毯子盖住这些大量成堆的雪花。随着人工造雪技术和存雪技术一年年的进步，这样的修复方案也许会在未来的冬奥会中变得越来越重要。
索契冬奥会，用隔热毯覆盖保存的雪 | ABC News
有时冬奥会的温度甚至降到某些运动的最佳温度之下。塞茨说，对于有舵雪橇运动当温度低于-5℃时，冰会特别容易碎。康纳德说，越野滑雪的“快乐温度”大约是-4℃， 更冷的温度会让雪变得干燥、速度也会被减缓。
作者：Maya Wei-Haas
翻译：锦衣Reload
校对：vicko238、Fangorn
编辑：luna
编译来源：Smithsonian. The Slick Science of Making Olympic Snow and Ice
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标签： 特雷西·塞茨
