冬奥的冰雪是怎么冻出来的？它竟然有这么玄学的“癖好”？

Maya Wei-Haas/作

锦衣Reload/译

vicko238、Ent/校

luna/编辑

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。图片来源：Wikipedia

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。

“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。图片来源：Patrick Semansky/AP

“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。

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。

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。

图片来源：Merriam-Webster

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。图片来源：Vadym Cherenko / Alamy

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”。

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。图片来源：ellis-brigham.com

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。图片来源：ABC News

幸运的是，平昌冬奥会不用担心这个问题。在2月，平昌的风冷指数常常在个位数上盘旋。事实上，平昌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。

康纳德淡定地看待赛道上可能遭遇的各种雪况。“从一个滑雪者的角度出发，‘最好的’雪是不存在的，只要雪道在那里，并且所有选手的使用时的条件相仿，我们通常就会非常开心了。”她这样说道。

但是只要冬季竞赛存在，一丝不苟的制冰大师们在制造赛场时，就不会漏过任何一个影响比赛的因素和条件。

编译来源

 Smithsonian. The Slick Science of Making Olympic Snow and Ice

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