صناعة الثلج

صناعة الثلج (Snowmaking) هي إنتاج الثلج عن طريق دفع الماء والهواء المضغوط عبر "مدفع الثلج" (Snow gun)، المعروف أيضاً باسم "مدفع الثلج الاصطناعي" (Snow cannon). تُستخدم صناعة الثلج بشكل أساسي في منتجعات التزلج لتعويض نقص الثلج الطبيعي، مما يسمح لهذه المنتجعات بتحسين موثوقية غطائها الثلجي وتمديد مواسم التزلج من أواخر الخريف إلى أوائل الربيع. كما تستخدم منحدرات التزلج الداخلية صناعة الثلج، حيث يمكنها القيام بذلك بشكل عام طوال العام بفضل بيئاتها التي يتم التحكم في مناخها.

أصبح استخدام آلات صناعة الثلج أكثر شيوعاً مع تغير أنماط الطقس وزيادة شعبية منتجعات التزلج الداخلية، مما خلق طلباً على الثلج يتجاوز ما توفره الطبيعة. وقد عالجت هذه الآلات النقص في إمدادات الثلج؛ ومع ذلك، هناك تكاليف بيئية كبيرة مرتبطة بإنتاج الثلج الاصطناعي.

وفقاً لـ وكالة البيئة الأوروبية، انخفض طول مواسم الثلج في نصف الكرة الشمالي بمقدار خمسة أيام كل عقد منذ السبعينيات، مما زاد من الطلب على إنتاج الثلج الاصطناعي. تستخدم بعض المنتجعات الثلج الاصطناعي لتمديد مواسمها وزيادة تساقط الثلوج الطبيعي، بينما تعتمد بعض المنتجعات كلياً تقريباً على إنتاج الثلج الاصطناعي. استُخدم الثلج الاصطناعي على نطاق واسع في الألعاب الأولمبية الشتوية 2014 في سوتشي، والألعاب الأولمبية الشتوية 2018 في بيونغ تشانغ، والألعاب الأولمبية الشتوية 2022 في بكين لتكملة الثلوج الطبيعية وتوفير أفضل الظروف الممكنة للمنافسة.

يتطلب إنتاج الثلج درجات حرارة منخفضة. وتزداد عتبة درجة الحرارة المطلوبة لصناعة الثلج كلما انخفضت الرطوبة. تُستخدم درجة الحرارة الرطبة (Wet-bulb temperature) كمقياس لأنها تأخذ في الاعتبار درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية. وتكون درجة الحرارة الرطبة دائماً أقل من درجة الحرارة الخارجية. فكلما زاد رطوبة الهواء، قلّت كمية الرطوبة التي يمكنه امتصاصها. وكلما ارتفعت الرطوبة الجوية، وجب أن يكون الجو أكثر برودة لتحويل قطرات الماء الصغيرة إلى بلورات ثلجية.

إذا كانت رطوبة الهواء عالية، يلزم توفر درجات حرارة أكثر برودة. وتُعرف درجات الحرارة القريبة من نقطة التجمد بالدرجات الحدية. وإذا انخفضت درجة الحرارة الرطبة، يمكن إنتاج المزيد من الثلج بشكل أسرع وأكثر كفاءة.

تعد صناعة الثلج عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة، ولها آثار بيئية، وكلاهما يحد بطبيعته من استخدامها.

 التاريخ 
أُنشئت أول ندفة ثلج اصطناعية بواسطة أوكيتشيرو ناكايا في عام 1936، بعد ثلاث سنوات من محاولته الأولى.

اخترع الأمريكيون آرت هانت، وديف ريتشي، وواين بيرس مدفع الثلج في عام 1950، وحصلوا على براءة اختراع لاحقاً. وفي عام 1952، أصبح فندق "جروسينجر كاتسكيل ريزورت" أول منتجع في العالم يستخدم الثلج الاصطناعي.On This Day: March 25, بي بي سي نيوز, accessed December 20, 2006. "The first artificial snow was made two years later, in 1952, at Grossinger's resort in New York, USA. "  بدأ استخدام صناعة الثلج على نطاق واسع في أوائل السبعينيات. واليوم، تعتمد العديد من منتجعات التزلج بشكل كبير على صناعة الثلج.

حققت صناعة الثلج كفاءة أكبر مع زيادة التعقيد التقني. تقليدياً، كانت جودة صناعة الثلج تعتمد على مهارة مشغل المعدات، أما اليوم، فيكمل التحكم الحاسوبي تلك المهارة بدقة أكبر. وتعد أتمتة صناعة الثلج أحدث التطورات في هذا المجال، حيث تعد شركات مثل SMI وHKD وRatnik Industries من الشركات الرائدة في هذه الصناعة.

 التشغيل 
تصغير|يسار|رسم بياني يوضح درجة حرارة الهواء مقابل الرطوبة النسبية: إذا كانت الظروف تحت المنحنى، يمكن صنع الثلج.

الاعتبارات الرئيسية في إنتاج الثلج هي زيادة كفاءة المياه والطاقة وتوسيع النافذة البيئية التي يمكن صنع الثلج فيها.

تتطلب محطات صناعة الثلج مضخات مياهوأحياناً ضواغط هواء عند استخدام "الرماح"وهي معدات ضخمة ومكلفة للغاية. تبلغ الطاقة المطلوبة لصنع الثلج الاصطناعي حوالي 0.6-0.7 كيلو واط ساعة/متر مكعب للرماح و1-2 كيلو واط ساعة/متر مكعب للمدافع المروحية. وتتراوح كثافة الثلج الاصطناعي بين 400 و500 كجم/متر مكعب، واستهلاك المياه لإنتاج الثلج يساوي تقريباً هذا الرقم.

تبدأ صناعة الثلج بإمدادات المياه مثل نهر أو خزان. يتم ضخ المياه عبر خط أنابيب في الجبل باستخدام مضخات كهربائية ضخمة في غرفة المضخات. يتم توزيع هذه المياه من خلال سلسلة معقدة من الصمامات والأنابيب إلى أي ممرات تتطلب صناعة الثلج. تضيف معظم المنتجعات أيضاً عامل تنوي لضمان تجميد أكبر قدر ممكن من الماء وتحويله إلى ثلج. هذه المنتجات هي مواد عضوية أو غير عضوية تسهل لجزيئات الماء تكوين الشكل المناسب للتجمد إلى بلورات جليدية. هذه المنتجات غير سامة وقابلة للتحلل الحيوي.

الخطوة التالية في العملية هي إضافة الهواء باستخدام محطة هواء، وهي مبنى يحتوي على ضواغط هواء صناعية كهربائية أو تعمل بالديزل. تحتوي العديد من مدافع الثلج من النوع المروحي على ضواغط هواء كهربائية مدمجة، مما يسمح بتشغيل أرخص وأكثر إحكاماً.

 بروتينات التنوي الثلجي النشطة 
يتم أحياناً خلط الماء مع بروتينات التنوي الثلجي النشطة (ina) المستخلصة من بكتيريا Pseudomonas syringae. تعمل هذه البروتينات كـ نوى فعالة لبدء تكوين بلورات الثلج عند درجات حرارة مرتفعة نسبياً، بحيث تتحول القطرات إلى جليد قبل سقوطها على الأرض.

 مدافع صناعة الثلج 
توجد أشكال عديدة لمدافع صناعة الثلج؛ ومع ذلك، فهي جميعاً تشترك في المبدأ الأساسي المتمثل في دمج الهواء والماء لتكوين الثلج. وبشكل عام، هناك ثلاثة أنواع من مدافع صناعة الثلج: مدافع الخلط الداخلي، ومدافع الخلط الخارجي، والمدافع المروحية.

تتكون مروحة الثلج الحديثة عادةً من حلقة واحدة أو أكثر من الفوهات التي تحقن الماء في تيار هواء المروحة. يتم تغذية فوهة منفصلة أو مجموعة صغيرة من الفوهات بمزيج من الماء والهواء المضغوط لإنتاج نقاط التنوي لبلورات الثلج. يتم بعد ذلك خلط قطرات الماء الصغيرة وبلورات الجليد الدقيقة ودفعها للخارج بواسطة مروحة قوية، وبعد ذلك تبرد أكثر من خلال التبخر في الهواء المحيط أثناء سقوطها على الأرض.

تعتبر مدافع الثلج الحديثة محوسبة بالكامل ويمكنها العمل بشكل مستقل أو التحكم فيها عن بُعد من موقع مركزي.

مدافع الخلط الداخلي: تحتوي على حجرة حيث يتم خلط الماء والهواء معاً ودفعهما عبر الفتحات لتسقط على الأرض كثلج.

مدافع الخلط الخارجي: تحتوي على فوهة ترش الماء كتيار وفوهات هواء تطلق الهواء عبر تيار الماء هذا لتفتيته إلى جزيئات ماء أصغر بكثير.

المدافع المروحية: تختلف عن المدافع الأخرى لأنها تتطلب الكهرباء لتشغيل مروحة بالإضافة إلى ضاغط هواء مدمج؛ المدافع المروحية الحديثة لا تتطلب هواءً مضغوطاً من مصدر خارجي.

رماح الثلج: هي أنابيب ألمنيوم مائلة عمودياً يصل طولها إلى 12 متراً، توضع في رأسها نوايات الماء و/أو الهواء. يستهلك هذا النوع طاقة أقل من المدافع المروحية، لكنه يمتلك مدى أصغر وجودة ثلج أقل، كما أنه أكثر حساسية للرياح.

 مدى الاستخدام 
تصغير|يسار|منتجع "بارسين" للتزلج قرب دابوس، سويسرا، يعوض نقص الثلج بإنتاج ثلج اصطناعي.

بحلول موسم التزلج 2009-2010، قُدر أن حوالي 88% من منتجعات التزلج التابعة للجمعية الوطنية لمناطق التزلج في الولايات المتحدة كانت تستخدم الثلج الاصطناعي لتكملة الثلوج الطبيعية. وفي جبال الألب الأوروبية، تختلف نسبة منحدرات التزلج التي يمكن تغطيتها بالثلج الاصطناعي حسب الدول (ألمانيا 25%، فرنسا 37%، سويسرا 53%، النمسا 70%، إيطاليا 90%).

مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية، سيزداد ذوبان الثلوج وينخفض تساقطها، مما يضطر منتجعات التزلج إلى الاعتماد بشكل أكبر على الثلج الاصطناعي. ومع ذلك، بمجرد أن تقترب درجات الحرارة من43، تصبح صناعة الثلج غير قابلة للتطبيق بالتقنية الحالية.
 الأثر البيئي 
تتطلب تقنيات صناعة الثلج الاصطناعي القيام بمشاريع بنية تحتية كبرى تؤدي إلى اضطرابات كبيرة في الأنظمة البيئية المحلية.

 استهلاك المياه والطاقة 
تتطلب آلات صناعة الثلج عموماً ما بين 3000 و4000 متر مكعب من المياه لكل هكتار من المنحدرات المغطاة. وبناءً على ذلك، يلزم حوالي 400 لتر من الماء لإنتاج متر مكعب واحد من الثلج. وتُفقد كمية كبيرة من هذه المياه بسبب التبخر، وبالتالي لا تعود إلى منسوب المياه الجوفية.

 التأثيرات على المياه الجوفية ومياه الشرب 
غالباً ما تستخدم منتجعات التزلج مياه معدنية في إنتاج الثلج الاصطناعي، مما له آثار سلبية على الأنظمة البيئية المحيطة ومناسيب المياه الجوفية. تؤثر المياه الجارية من الخزانات الجبلية على التركيب المعدني والكيميائي للمياه الجوفية، مما قد يؤدي بدوره إلى تلوث مياه الشرب.

 المراجع 

 وصلات خارجية 

تصنيف:اختراعات يابانية
تصنيف:ثلج
تصنيف:ثلوج