Eldsjälarnas känsla för snö

Vid Luleå tekniska universitet finns en grupp forskare som snöat in – på snö. Just nu bygger de landets första snölaboratorium. Med olika tekniker ska de tränga in i snökristallens innersta väsen. Det främsta syftet är att rädda liv.
– Jag har världens roligaste jobb, säger Johan Casselgren, biträdande professor och forskare som leder gruppen av snöforskare.

Hade det inte varit för en pappa som var meteorolog kanske det aldrig hade blivit något snölaboratorium i Luleå. Tillsammans med Johan Casselgrens stora kärlek till matte, naturvetenskap, friluftsliv – och snö – var nämligen pappa Tomas arbete bidragande till sonens eget yrkesval.
– Eftersom pappa visste hur vädret skulle bli nästa dag, kunde jag förbereda mig och valla mina skidor redan dagen innan, säger Johan Casselgren, biträdande professor och forskare i experimentell mekanik, som leder gruppen.

Målande och muntert beskriver han hur underbart det känns i kroppen efter en hel dag ute i pisten. Han älskar att skotta snö. Upplevelsen av tyngden av snön på skoveln och ljudet av snön sitter i hans kropp.

Avhandlingen handlade om klassificering av väglag med hjälp av infrarött ljus.
– Det är spännande att utveckla nya tekniker och lösa problem. När varje pusselbit samverkar och ger resultat upplever jag en väldig glädje och tillfredsställelse. Hittills har det kanske hänt fem, sex gånger i mitt forskarliv.

Ett exempel är att han deltagit i utvecklingen av ett halkvarningssystem som sedan förra året finns i de nyaste bilarna, som tillverkas av ett stort företag i Göteborg.

Förvånansvärt lite snöforskning
Johan Casselgren räknar snön som en av Norrbottens främsta råvaror jämte malmen och skogen. Det gäller att förvalta och förädla nederbörden av snö på bästa sätt och skaffa så stor kunskap som möjligt om den.
– Förvånansvärt är att det hittills inte finns mycket forskning på snö i Sverige. Mycket praktisk kunskap finns, men lite är vetenskapligt belagt.
– Mitt mål är att sätta snölabbet på den internationella snökartan. Vi ligger i framkant men ska ta täten.

Under resan till Luleå den näst sista dagen i oktober är min vision att snart kliva in i ett iskallt snölabb, kanske som i en igloo eller snöhydda, där varmt klädda forskare jobbar.
Men nej. Ett samlat snölaboratorium finns inte.
En handfull forskare utspridda inom universitetet arbetar i stället på 20 till 30 procent av sin tid med snöforskningen.

Teamet fokuserar på tre mätmetoder: holografi, spektrometri samt mikrotomografi, för att in i minsta kristall kunna se och karaktärisera snöflingans inre och därmed dess beteende, något som enligt Johan Casselgren nu görs för första gången.

Avbildar snökornets inre
Forskarna kan studera snökristallers innersta såväl i den unika kristallen, som när de sitter tillsammans i en klump eller driva.

Ingen snöflinga är den andra lik.
– När vi förstår hur snöflingorna beter sig när de packas, till exempel på en väg, vet vi också om det ska skickas ut en plog- eller sandbil, säger Johan Casselgren.

Via holografi – en helt ny röntgenmetod i sammanhanget – avbildar forskarna snökornens inre för att förstå mer om kornstorleken.
Genom att lysa genom snökorn med laserljus får forskarna fram tredimensionella bilder av strukturen och de kan undersöka snöns täthet, fuktighet, kornstorlek och hur dessa egenskaper förändras vid olika belastning och temperaturer, detta för att kunna räkna ut hur exempelvis en testbana för vinterkörning förändras och slits under användning.
På Norrbottens rätt öde vägar är det gott om däck- och bilföretag som testar sina varor.

Vart ska forskningen leda?
– Främsta syftet är att rädda liv genom att utveckla säkrare bildäck i nya material med bättre styr- och bromsförmåga, men också att kunna anpassa snöiga körbanor så de blir säkrare, säger Johan Casselgren.
– Tänk om vi i framtiden kan bearbeta snön så att underlaget blir halkfritt. Både för väg- och gångtrafikanter.

Han pratar också om nedisade vindkraftverk och flygplansvingar och menar att den dagen vi kan ta herraväldet över isen och snön då kan vi spara mycket pengar på att slippa av-isning.
Han har också visioner om en ”puck”, som när den släpps ner i snön direkt visar underlag och hur skidor ska vallas, något som förstås skulle vara till nytta för skidsporten.
– I framtiden kanske skidanläggningar, som i många fall tillverkar sin egen snö, kan skräddarsy sin snö utefter behov.

Stora pengar att spara
Vi talar också om halkskydd.
Varje år bryter tusentals människor ben, höfter, armar och liknande, något som innebär stora kostnader för vården.
Uppgifter från KPP-databasen (KPP=kostnad per patient) från Sveriges kommuner och landsting visar att exempelvis en svår höftledsfraktur kan kosta vården runt en kvarts miljon kronor, en enklare 90 000 kronor.

Motsvarande siffror för en fotledsfraktur kan röra sig om 50 000 kronor upp till 200 000 kronor.
Jag föreslår ett slags framtida ”snöskor” med sulor som värms av någon värmeteknik, som bums smälter all snö och is där personen går fram och gör promenaden eller joggingturen halkfri.
Johan Casselgren ler.

Snöteamet har börjat samarbeta med Institutionen för hälsovetenskap vid LTU. De ska slå sina kloka huvuden ihop i hopp om att minska antalet frakturer vållade av snö och is.
Även samarbete med snörika länder som Norge och Schweiz, där stort fokus är på laviner, ligger i snöteamets pipeline.

Jämför sig med Linné
I augusti i år fattade regeringen beslut om att det statliga Polarforskningssekretariatet ska flytta från Stockholm till Luleå, något som Johan Casselgren välkomnar.
Till årsskiftet hoppas han få en doktorand på heltid

Någon viskar i mitt öra att Johan Casselgren ibland jämför sitt team med Carl von Linnés gärning. Linné, Sveriges kanske mest kände vetenskapsman genom tiderna, delade in naturens organismer i olika arter och gav dem namn. På samma sätt har Johan Casselgren visionen om att på ett vetenskapligt plan kunna artbestämma olika snösorter utifrån deras olika egenskaper som friktion, vidhäftning och hållfasthet.

Med en avancerad mikrotomografi­utrustning kan Fredrik Forsberg ta 3D-bilder av snö och se detaljer som är tusendelar av en millimeter. Många av bilderna blir som rena konstverk.

Materialprov i stället för patienter
Några korridorer längre bort jobbar Fredrik Forsberg, en gång student här, i dag forskare inom strömningslära och experimentell mekanik. Hans arbetsplats består av ett antal stora dataskärmar samt en mikrotomografi­utrustning nyligen inköpt av universitetet för runt tio miljoner kronor med bidrag från såväl LKAB som Kempe­stiftelserna.

Tack vare utrustningen kan han ta tredimensionella bilder av exempelvis trä-, mineral-, metall- och biologiska material. Samt snö. Bilderna visar hur dessa materialprov ser ut på insidan.
Tekniken som också kallas mikrodatortomografi (µCT), bygger på samma principer som datortomografi, som främst används kliniskt på sjukhus.

Skillnaden är att skalan här är mycket mindre.
– I stället för patienter tittar vi på små materialprov med en upplösning som är omkring tusen gånger högre, säger Fredrik Forsberg.

Bara början
Fredrik Forsberg talar om sitt väldiga arbetsverktyg som andra pratar om sin mobil eller köksmaskin.
– Vid en avbildning tas det omkring 2 000 röntgen­bilder av provet från olika vinklar, samtidigt som det roterar ett varv. Bilderna används sedan för att rekonstruera hela 3D-geometrin utifrån densitets­fördelningen i materialet.

Med den här tekniken kan forskarna göra mätningar som tidigare varit i princip omöjliga att utföra, exempelvis snömätningarna.
– Vi kan nu studera snökristallernas komplexa 3D-geometri med mikrometerupplösning, som betyder att vi kan se detaljer som är tusendelar av en millimeter, säger Fredrik Forsberg.
– När det gäller 3D-mätningar på snö har vi bara börjat. Detta är en förstudie som verkligen fallit väl ut! Vi arbetar för fullt med att ta fram de sista resultaten inför publicering i internationella tidskrifter.

Vilken är skillnaden mellan mikrotomografi och holografi?
– Mikrotomografi utgår från genomlysning – transmission – med röntgen, där projektionsbilder tas från olika vinklar och rekonstrueras till en komplett 3D-avbildning av materialet utifrån densitetsfördelningen inuti provet. Vid holografi används laserljus – koherent ljus – och provets tredimensionella struktur närmast ytan skannas interferometriskt.

Interferometriskt?
– Så vitt jag vet finns ingen enkel synonym. Vågor med samma egenskaper kan samspela och växelverka genom så kallad interferens. Det går att utnyttja för att få mer information från vågen än bara dess ljusstyrka, vilket är det man exempelvis ser i ett vanligt foto. Man kan också mäta ljusets fas, vilket bland annat ger information om hur långt ljuset har färdats, vilket kan användas till att exempelvis mäta form och liknande.

Vad gör du här?

Eynas Amer

Eynas Amer, biträdande universitetslektor och forskare i strömningslära och experimentell mekanik.
– Jag undersöker snökorn med en för snö ny och unik metod – holografi – för att karaktärisera snökristaller.

Vad är holografi?
– En optisk metod med vilken en tredimensionell bild av olika föremål kan lagras fotografiskt eller elektroniskt. På ett vanligt foto av ett tredimensionellt föremål, som en snökristall, försvinner djupdimensionen.

Du forskar även på annat än snö? Vad?
– Ja, jag jobbar med att utveckla en ny metod för att karaktärisera olika typer av gaser, som produceras vid förbränning och förgasning av biomassa.

Hur kommer det sig att du som är född och uppvuxen utanför Kairo i Egypten nu bor i Sverige sedan många år?
– Jag tycker om att bo och arbeta i Sverige. Jag doktorerade vid LTU i november 2009, flyttade därefter tillbaka till Egypten, men kom tillbaka till Sverige 2012. Nu arbetar jag som biträdande lektor vid LTU.

Hur trivs du?
– Jag stortrivs och föredrar det här klimatet framför sol och hetta. Alla är vänliga och hjälpsamma, här är lugnt och fridfullt. Jag gillar snö, det är så vackert när allting är vitt och stilla.


Kategorier: Artiklar, Forskning, Samverkan
Lärosäten: Luleå universitet