Ζωή στους -50οC

«Στις όμορφες Πολιτείες της μεσοδυτικής ζώνης οι θερμοκρασίες φθάνουν τους -50 βαθμούς Κελσίου, οι χαμηλότερες που καταγράφηκαν ποτέ. Και οι επόμενες ημέρες αναμένονται ακόμα πιο κρύες. Οι άνθρωποι δεν μπορούν να μείνουν έξω ούτε καν για λίγα λεπτά. Τι στο διάβολο γίνεται με αυτή την παγκόσμια υπερθέρμανση; Σε παρακαλώ, έλα πίσω, σε χρειαζόμαστε!».

Υποθέτει κανείς ότι αυτό το κείμενο, αναρτημένο πριν από μία εβδομάδα περίπου στο Twitter, γράφτηκε από έναν κάτοικο της περιοχής, με όχι ιδιαίτερη μόρφωση, με τα χέρια του να τρέμουν και το μυαλό κάπως πειραγμένο από το κρύο. Τότε που οι ειδήσεις για τη ζωή και τα βάσανα όσων ζούσαν τις υπερβολικά χαμηλές θερμοκρασίες σε ένα μεγάλο τμήμα των Ηνωμένων Πολιτειών είχαν απλωθεί σε ολόκληρο τον κόσμο.

Πολλά από όσα γράφτηκαν τότε, κάπως βιαστικά, πρόδιδαν και το μπέρδεμα που υπάρχει για θέματα σχετικά με τα όσα μπορούν να συμβούν όταν η θερμοκρασία σε μια περιοχή πέσει ασυνήθιστα πολύ, εννοείται κάτω από τους 0 βαθμούς Κελσίου.

Ενας λοιπόν από τους… μπερδεμένους με τα καιρικά φαινόμενα στο Midwest, δηλαδή σε Πολιτείες όπως η Μοντάνα στα ανατολικά έως το Μίσιγκαν δυτικά, φαίνεται πως ήταν και ο «συγγραφέας» του γεμάτου ειρωνεία βέβαια μηνύματος, που έβαλε μαζί κρύο σε ένα μέρος και παγκόσμια υπερθέρμανση να συνυπάρξουν και να αλληλοεξοντωθούν, κατά τη γνώμη του. Συγχέοντας το κλίμα με τον καιρό, αν και πρόεδρος των Ηνωμένων Πολιτειών, με τόσους συμβούλους στη διάθεσή του.

Ενα μικρό βιβλίο Φυσικής μπορείς να γεμίσεις με τις εξηγήσεις για τα όσα, έστω και από μακριά, είδαμε και ακούσαμε να συμβαίνουν με τον καιρό και βασικούς πρωταγωνιστές τους κατοίκους στο Σικάγο και στις γύρω περιοχές. Με αρχή βέβαια τη δήθεν απορία του ίδιου του μάλλον αστοιχείωτου προέδρου. Διότι το κλίμα ενός τόπου προκύπτει από μακροχρόνιες παρατηρήσεις για το πώς είναι ο καιρός εκεί σε μεγάλες χρονικές περιόδους. Ο καιρός όμως είναι που μέσα σε μικρά χρονικά διαστήματα μπορεί να παρουσιάζει ακραίες συμπεριφορές.

Η κλιματική αλλαγή έχει σχέση με την παρατήρηση της ατμόσφαιρας σε ολόκληρη τη Γη για πολλά χρόνια, ενώ ο καιρός, που ακόμα και αυτή την εβδομάδα ήταν ακραία ψυχρός σε κάποιες αμερικανικές Πολιτείες, μπορεί να εμφανίζει για κάποιες ημέρες και θερμοκρασίες κοντά στους -40 και -50 βαθμούς Κελσίου χωρίς αυτό να είναι παράδοξο ή να αντιβαίνει στη θεωρία της πλανητικής υπερθέρμανσης.

Ο άγριος Βόρειος Πόλος

Στην Αρκτική ζώνη μαίνεται αυτή την εποχή ο Πολικός Ανεμοστρόβιλος (Polar Vortex). Οπως δηλώνει και το όνομά του, σε μια αέρια περιοχή με χαμηλή πίεση και θερμοκρασία, σε ύψος από 11 έως και περίπου 50 χιλιόμετρα, έχουμε ισχυρότατους ανέμους με κυκλική κίνηση και φορά αντίθετη ως προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού. Πολλές φορές αυτό το σκηνικό εμποδίζει σαν ένας περιστρεφόμενος τοίχος τη διάχυση προς άλλες περιοχές της Γης του πραγματικά πολύ ψυχρού αέρα επάνω από έναν πόλο (διότι το ίδιο συμβαίνει και στην Ανταρκτική).

Οπως όμως λέει μια θεωρία, η οποία έχει βασιστεί και στις παρατηρήσεις για την κλιματική αλλαγή, το λιώσιμο των πάγων σε μεγάλη επιφάνεια στην αρκτική περιοχή (με την αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου) ελευθερώνει και εκθέτει στις ηλιακές ακτίνες την πολύ πιο σκούρα, σε σχέση με το λευκό των πάγων, επιφάνεια του νερού. Τα καλοκαίρια λοιπόν έχουμε μεγαλύτερη απορρόφηση θερμότητας και σε κάποιες χρονιές, όπως το 2014 και τώρα το 2019, τον χειμώνα η θερμότητα από την επιφάνεια της θάλασσας φθάνει στη στρατόσφαιρα (11-50 χιλιόμετρα ύψος) και κάνει λιγότερο βίαιη την περιστροφική κίνηση των πολικών ανέμων. Ετσι δημιουργούνται οι προϋποθέσεις να «σπάσει» ο κλοιός και οι πολύ ψυχροί άνεμοι επάνω από τον Βόρειο Πόλο να διαχυθούν είτε προς τη Βόρεια Ευρώπη και τη Σιβηρία είτε, όπως έγινε πριν από λίγες ημέρες, προς τις μεσοδυτικές αμερικανικές Πολιτείες. Κάτι που βέβαια δεν μπορεί να κρατήσει για πολύ. Αυτή τη φορά η διάρκειά του ήταν περίπου δέκα ημέρες αλλά ταλαιπώρησε πολύ τους κατοίκους στις Πολιτείες αυτές όχι μόνο λόγω του κρύου και των πάγων αλλά και εξαιτίας ενός άλλου, σχετικά σπάνιου φαινομένου.

Ενα έργο που παίζεται μόνο όταν έχει κρύο

Οποιος έχει παρακολουθήσει κάποια από εκείνα τα μάλλον εφιαλτικά στιγμιότυπα που δείχνουν την απειλητική κάθοδο των παγετώνων ή τους τεράστιους όγκους πάγου στους πόλους της Γης να καταρρέουν μέσα στη θάλασσα τα έχουν συνδέσει και με τους χαρακτηριστικούς «βρυχηθμούς» σαν να πρόκειται για κάποιο πληγωμένο θηρίο όταν τύχει να πέσει βίαια σε κάποιο βάραθρο. Αυτό το σύνθετο φαινόμενο ήχου και κατακρήμνισης του πάγου είναι η μια μορφή «κρυοσεισμού». Ενός φαινομένου μετακίνησης τεράστιων μαζών που συνοδεύεται και από υπόκωφο θόρυβο χωρίς όμως να είναι προϊόν μετατόπισης τεκτονικής, δηλαδή στρωμάτων με μαζική και συντεταγμένη κίνηση στο εσωτερικό της Γης.

Αυτό που προκάλεσε ανησυχία κάποια βράδια στους κατοίκους του Σικάγου και των γύρω περιοχών ήταν επίσης κρυοσεισμός αλλά με άλλη γενεσιουργό αιτία. Πρέπει να έχουν προηγηθεί είτε έντονες βροχοπτώσεις είτε κάποιο ποτάμι που έχει ξεχειλίσει και έχει ποτίσει το έδαφος μέχρι κορεσμού. Αν ύστερα από αυτό τύχει να έχουμε το σπάσιμο του πολικού στροβίλου και αέριες μάζες να βρίσκουν διάδρομο διαφυγής φέρνοντας θερμοκρασίες μικρότερες και από -20 βαθμούς Κελσίου, τότε τα βράδια κυρίως, όταν οι θόρυβοι της πόλης καταλαγιάζουν και οι θερμοκρασίες είναι ακόμα πιο χαμηλές, οι κάτοικοι ακούν κάτι που μοιάζει περισσότερο με υπόγειες εκρήξεις. Καθώς το νερό έχει ψυχθεί απότομα, έχει διασταλεί και προκαλεί μικρές ανατινάξεις του εδάφους, ακόμα και εκεί όπου επικρατεί βραχώδης σύσταση. Μόνο που η τοπικότητα του φαινομένου δεν επιτρέπει την καταγραφή του από τους συμβατικούς σεισμογράφους.

Σύμφωνα με εργασία που έγινε για τους κρυοσεισμούς στον Νοτιοανατολικό Καναδά, που βρίσκεται στον ίδιο διάδρομο περίπου με τον Βόρειο Πόλο και το Σικάγο, είχαμε αυξημένα περιστατικά κρυοσεισμών κοντά σε πυκνά κατοικημένες πόλεις, όπως το Τορόντο, η Οτάβα, το Μόντρεαλ, και το 2014 και το 2015, ενώ οι αναφορές από τον Ιανουάριο του 2019 για το Σικάγο έκαναν συχνά λόγο για τους θορύβους από κρυοσεισμούς, τους οποίους ανέφεραν οι κάπως τρομαγμένοι κάτοικοι κυρίως στα μέσα κοινωνικής δικτύωσης. Διότι πολλοί μάλιστα δεν γνώριζαν περί τίνος πρόκειται και πίστεψαν πως είχαν συμβεί εκρήξεις σωλήνων διακίνησης υγρών λόγω του κρύου. Φτιάχνοντας ένα κάπως σκοτεινό σκηνικό έργου που το συμπληρώνει όπως του πρέπει το ότι για πρώτη φορά το φαινόμενο εξετάστηκε επιστημονικά πριν από δύο αιώνες ακριβώς από έναν αμερικανό γεωλόγο με το επίθετο… Χίτσκοκ!

Σώμα μου…

Σκηνικό τρόμου έστηναν και τα μέσα ενημέρωσης στις Ηνωμένες Πολιτείες τις προηγούμενες ημέρες για όποιον θα έβγαινε έξω από το σπίτι του, αλλά όχι άδικα αυτή την φορά. Οταν οι θερμοκρασίες φθάνουν πιο κάτω από τους -20 βαθμούς Κελσίου, οι άνθρωποι καλό είναι να φοβούνται και λίγο σχετικά με το πόσο αντέχει ο οργανισμός τους την έκθεση στο κρύο.

Ναι, το ανθρώπινο σώμα μπορεί να ζει στους +50 βαθμούς Κελσίου για κάποιο διάστημα λειτουργώντας αρκετά καλά, όχι όμως και στους -50 βαθμούς. Ηδη στους -45 βαθμούς Κελσίου έχει παρατηρηθεί η εμφάνιση κρυοπαγημάτων σχεδόν ακαριαία (επειδή δεν φθάνει το αίμα στα κύτταρα της περιφέρειας του σώματος, σε μύτη. άκρα, αφτιά). Συγκεκριμένα, σε εκτεθειμένα τμήματα του σώματος στον αέρα σε μόλις 5 λεπτά, ενώ στους -27 με μισή ώρα έκθεσης έχει γίνει η ζημιά! Γι’ αυτό υπήρχε η προειδοποίηση από τους αμερικανικούς σταθμούς προς τους κατοίκους να μη βγαίνουν καν έξω διότι υπάρχει κίνδυνος να σχηματιστούν ακόμα και παγοκρύσταλλοι στα εκτεθειμένα δερματικά κύτταρα.

Οι κίνδυνοι που παραμονεύουν είναι πολλοί και απροσδόκητοι. Μπορείς να πάθεις στιγμιαία κρυοπάγημα αν στη διάρκεια της οδήγησης στους -27 βαθμούς κατεβάσεις το τζάμι και προσπαθήσεις να ρυθμίσεις τον μεταλλικό καθρέφτη ή αγγίξεις το πόμολο της πόρτας με γυμνό χέρι.

Οταν φυσάει και αέρας, οι ειδικοί δεν αρκούνται να κοιτάζουν την ένδειξη του θερμομέτρου αλλά πολλαπλασιάζουν και με έναν συντελεστή μια και η πραγματική θερμοκρασία του δέρματος θεωρείται πως είναι ακόμα χαμηλότερη, διότι ο αέρας απάγει συνεχώς θερμότητα από τα εκτεθειμένα μέρη του σώματος. Και γι’ αυτό συνιστάται στο πολύ κρύο να μην τρέχεις, να μην παίζεις ποδόσφαιρο και να μην κάνεις ποδήλατο.

Εννοείται πως το σώμα σε αυτές τις θερμοκρασιακές δοκιμασίες πρέπει να μένει στεγνό, διότι το νερό, είτε με τη μορφή ιδρώτα είτε από χιόνι που έχει εισχωρήσει στα παπούτσια, βοηθάει να απάγεται η θερμότητα με ρυθμό 25 φορές μεγαλύτερο από ό,τι με το σώμα στεγνό.

Και σε αρκετά λιγότερους βαθμούς η έκθεση στο κρύο είναι επώδυνη και οι βλάβες είναι και εσωτερικές και εξωτερικές. Κάθε γραμμή στο εσωτερικό μας θερμόμετρο κάτω από τους 37 βαθμούς βάζει το σώμα μας σε αλλεπάλληλες δοκιμασίες. Αλλωστε όσο περισσότερο πέφτει η σωματική θερμοκρασία τόσο επιβραδύνεται η δράση των ενζύμων και των νευρικών σημάτων, που χρειάζονται συγκεκριμένες θερμοκρασίες για να είναι αποτελεσματικά.

Εχουμε τρία στάδια υποθερμίας. Μέχρι και τους 35,5 βαθμούς αρχίζουμε να τρέμουμε και να μην ελέγχουμε όλες τις κινήσεις μας. Ο οργανισμός αρχίζει να αποσύρει το αίμα από τα άκρα για να κρατήσει ζεστά τα ζωτικά όργανα: καρδιά, πνεύμονες, νεφρά. Η γνωστή σε όλους πίεση να πάει κάποιος προς νερού του στο πολύ κρύο οφείλεται ακριβώς στο ότι τα νεφρά δέχονται περισσότερο αίμα πλέον και υπερλειτουργούν. Από 35 έως και 33,5 βαθμούς χάνεται και η αίσθηση της αφής, δεν μπορείς ούτε το φερμουάρ να κλείσεις, η ομιλία γίνεται ακατάληπτη, το σώμα τρέμει ακόμα πιο έντονα καίγοντας μέρος από τα αποθέματα γλυκογόνου που διαθέτει. Κάτω από τους 33 βαθμούς πια το σώμα συσπάται έντονα αλλά κάποια στιγμή σταματά και αυτό δεν είναι για καλό. Σημαίνει πως αποφάσισε ότι πρέπει να διατηρηθούν τα τελευταία αποθέματα γλυκογόνου ενώ τα πόδια δεν αντέχουν πλέον το βάρος του σώματος.

Η άμυνα του οργανισμού τού επιβάλλει, χωρίς δικό μας έλεγχο, στην αρχή να τρέμει. Αν η θερμοκρασία του περιβάλλοντος συνεχίσει να μην ανεβαίνει, το σώμα σταματά να τρέμει και η θερμοκρασία του πέφτει. Και επειδή οι αντιδράσεις αρχίζουν να θυμίζουν αντιδράσεις μηχανής που παγώνει, έχουμε αργότερες κινήσεις, το μυαλό παρουσιάζει βραδύτερη λειτουργία, η καρδιά χτυπάει με πιο αργό ρυθμό, η πίεση πέφτει και μπορεί ο οργανισμός τελικά να καταλήξει σε κώμα.

Πριν από αυτό όμως μπορεί να συμβεί και κάτι παράδοξο, σε πρώτη προσέγγιση βέβαια. Δεν είναι απλώς μια διήγηση αλλά διαπιστώθηκε ακόμα και στο πλαίσιο επίσημης έρευνας από το Ελεύθερο Πανεπιστήμιο του Βερολίνου. Σε 69 θανάτους από υποθερμία μεταξύ 1978 και 1994, σε ποσοστό 25% τα θύματα είχαν βγάλει τα ρούχα τους λίγο προτού πεθάνουν. Πρόκειται για το λεγόμενο «paradoxical undressing». Το σώμα, σε μια τελευταία απελπισμένη προσπάθεια, από εκεί που είχε κάνει συστολή των αγγείων τα ανοίγει απότομα και η θερμοκρασία ανεβαίνει περιστασιακά ξεγελώντας το θύμα της υποθερμίας και κάνοντάς το να θέλει να πετάξει τα ρούχα του νομίζοντας ότι πλέον κατάφερε να ζεσταθεί. Αλλά δυστυχώς συμβαίνει το αντίθετο…

Νερό κι αλάτι

Από τα πράγματα που έχουν υμνηθεί περισσότερο στο ανθρώπινο σώμα μάλλον είναι και τα δάκρυα. Που για ανεξήγητο λόγο, σε πρώτη προσέγγιση, οι ποιητές τα συνοδεύουν με το επίθετο «πικρά», ενώ όλοι γνωρίζουμε πως η πραγματικότητα είναι διαφορετική.

Σε τι όμως χρησιμεύει το να υπάρχει και λίγο αλάτι διαλυμένο στα δάκρυά μας; Είναι κάτι που ίσως σπάνια να το σκεπτόμαστε αλλά όταν έχει πολύ κρύο βρίσκει κάπως αυτόματα και μία ακόμα εξήγηση. Ενα αλατούχο διάλυμα δρα βέβαια αντιβακτηριδιακά και τα δάκρυα έχουν και αυτή την αποστολή. Αλλά όταν στο νερό διαλυθεί και αλάτι γνωρίζουμε πως συμβαίνει και κάτι άλλο. Κατεβάζει το σημείο που το νερό γίνεται πάγος αρκετούς βαθμούς. Αυτό μάς βοηθάει να παραμένει υγρό το περιβάλλον γύρω από τον κερατοειδή χιτώνα όταν βρεθούμε έξω, στο πολύ κρύο. Αρκεί βέβαια και εδώ να μην εκτεθούμε για πολλή ώρα στις πολύ χαμηλές θερμοκρασίες και στον άνεμο χωρίς προστατευτικά γυαλιά ή να μην τρέχουμε φορώντας τους φακούς επαφής χωρίς προστατευτικό γυαλί.

Το γιατί μπορεί το νερό να μην παγώνει και σε θερμοκρασίες που είναι κάτω από το μηδέν όταν έχει διαλυθεί αλάτι σε αυτό είναι μια παλιά και πολύ χρήσιμη γνώση. Φθάνοντας στους 0 βαθμούς Κελσίου τα μόρια του νερού έχουν επιβραδυνθεί αρκετά ώστε να είναι πιο εύκολο να συνδεθούν με ασθενείς δεσμούς μεταξύ τους και να αρχίσουν να σχηματίζουν κρυστάλλους πάγου. Οταν όμως αλάτι βρεθεί στο νερό, διασπάται κατά μεγάλο ποσοστό στα δύο συστατικά του άτομα, το χλώριο (Cl-) και το νάτριο (Na+). Οι δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ ατόμων και μορίων νερού μαζί με τη θερμική κίνηση που ακόμη υπάρχει δεν επιτρέπουν τη δημιουργία των κρυστάλλων πάγου. Θα πρέπει η θερμοκρασία να πέσει ακόμα περισσότερο και για να δημιουργηθεί πάγος να αποβληθούν και τα φορτισμένα συστατικά του αλατιού, το χλώριο και το νάτριο.

Ετσι, η προσθήκη χλωριούχου νατρίου στο νερό μπορεί να υποβιβάσει τη θερμοκρασία πήξης μέχρι τους -21,2 βαθμούς Κελσίου (ευτηκτικό σημείο) ή αντίστοιχα η ανάμειξη πάγου με στερεό NaCl θα προκαλέσει τήξη του πάγου αν η θερμοκρασία του είναι μεγαλύτερη από εκείνη του ευτηκτικού σημείου. Οπότε, όπως αυτό εξηγείται πολύ εύστοχα στο σχετικό με το αλάτι λήμμα του Χημικού Τμήματος στο Πανεπιστήμιο της Αθήνας: «Χάρη στην ιδιότητα αυτή (σχηματισμός ευτηκτικού μείγματος) μεγάλο ποσοστό της ετήσιας παραγωγής χλωριούχου νατρίου διατίθεται για την αποπάγωση (de-icing) του οδικού δικτύου, των πεζοδρομίων και των αεροδρομίων στις ψυχρές ημέρες του χειμώνα. Για ταχύτερη και αποτελεσματικότερη αποπάγωση, το αλάτι θα πρέπει να είναι ελαφρώς υγρό. Θεωρητικά 1 μέρος βάρους αλατιού λιώνει 46,3 μέρη βάρους πάγου θερμοκρασίας -1°C. Ωστόσο, στην πράξη δεν είναι απαραίτητη η πλήρης τήξη του πάγου. Αυτό που χρειάζεται είναι να προληφθεί ή να καταστραφεί η πρόσφυση του πάγου ή του χιονιού με την επιφάνεια του δρόμου και για τον σκοπό αυτόν αρκεί το 2% ή και λιγότερο από τη θεωρητικά απαιτούμενη ποσότητα για την πλήρη τήξη. Για θερμοκρασίες χαμηλότερες από τους -21,2°C, αντί NaCl χρησιμοποιείται το ακριβότερο CaCl2, του οποίου το ευτηκτικό διάλυμα (31% w/w) εμφανίζει θερμοκρασία πήξης -49,8°C. Θα πρέπει πάντως να σημειωθεί ότι η αποπαγωτική ικανότητα του αλατιού στην πράξη μειώνεται εξαιρετικά για θερμοκρασίες ακόμα πιο χαμηλές από τους -9°C».

Eρωτήσεις και απαντήσεις

Είναι αλήθεια ότι σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες κουτάκια μπίρας ή αναψυκτικού ξεχασμένα στο αυτοκίνητο μπορούν να εκραγούν;

Ναι. Μειώνεται η διαλυτότητα του διοξειδίου του άνθρακα όσο πέφτει η θερμοκρασία, η φυσαλίδα που δημιουργείται πιέζεται από το υπόλοιπο υγρό και τελικά μπορεί να εκραγεί το περίβλημα.

Εχει νόημα να ρίχνουν αλάτι επάνω στον πάγο;

Οχι και πολύ, αν είναι νύχτα, έχει πολύ κρύο και ο πάγος έχει ήδη σκληρύνει. Εκεί η άμμος βοηθάει περισσότερο. Το πιο αποτελεσματικό είναι όταν προτού χιονίσει ρίξουν άλμη, δηλαδή διαλυμένο αλάτι σε νερό, ώστε να μη δημιουργηθεί πάγος.

Το αλάτι δεν βλάπτει το περιβάλλον;

Ναι. Και το έδαφος και τους τοίχους των κτιρίων, ακόμη και τα ζώα που θα περπατήσουν επάνω του. Γι’ αυτό μετά τον περίπατο πρέπει να φροντίζουμε να τους σκουπίζουμε καλά τα πόδια και το κάτω μέρος του σώματός τους.

Γιατί κοκκινίζουν αφτιά και μύτη στο κρύο, αφού η κυκλοφορία περιορίζεται προς τα ζωτικά όργανα του σώματος;

Διότι το σώμα δεν τα έχει… ξεχάσει. Και κάθε τόσο επιτρέπει μια σύντομη διαστολή των αγγείων ώστε μικρές ποσότητες απότομα στέλνονται προς την περιφέρεια για να μην παγώσει τελείως ό,τι υπάρχει και εκεί.

Κάνει το κρύο φυλετικές διακρίσεις;

Ναι. Και μεταξύ φύλων και μεταξύ φυλών και ηλικιών! Στους ηλικιωμένους παρουσιάζεται μειωμένη η αντίδραση ως προς τη συγκέντρωση του αίματος στην περιφέρεια. Οι γυναίκες παρουσιάζουν μεγαλύτερη διαφορά θερμοκρασίας από το δέρμα έως το κέντρο του σώματος. Εχουν κατά μέσον όρο πιο κρύα χέρια και πιο ζεστό κέντρο. Αντέχουν περισσότερο αλλά είναι πιο ευπρόσβλητες στα κρυοπαγήματα. Λαοί όπως οι Εσκιμώοι έχουν γονιδιακά και από πολύ παλιά προσαρμοστεί στις θερμοκρασίες των τόπων όπου διάλεξαν να ζήσουν.