স্কেটিং রিঙ্কে কৃত্রিম বরফের গঠন প্রাকৃতিক বরফ থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন কেন?

এই ব্লগ পোস্টে পিয়ংচ্যাং শীতকালীন অলিম্পিকে প্রদর্শিত বরফের অসাধারণ মানের পেছনের রহস্য উন্মোচন করা হয়েছে। এতে সেই বৈজ্ঞানিক নীতিগুলো বিশদভাবে বর্ণনা করা হয়েছে যা কৃত্রিম বরফকে প্রাকৃতিক বরফ থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন একটি কাঠামো প্রদান করে এবং প্রতিটি খেলার জন্য প্রয়োজনীয় অবস্থার ভিন্নতা ব্যাখ্যা করা হয়েছে।

অনেক দিন আগে, ২০১৮ সালের ৯ থেকে ২৫ ফেব্রুয়ারি পর্যন্ত দক্ষিণ কোরিয়ায় অনুষ্ঠিত পিয়ংচ্যাং শীতকালীন অলিম্পিক অসংখ্য আন্তর্জাতিক গণমাধ্যমের ব্যাপক প্রশংসার মধ্যে সফলভাবে সমাপ্ত হয়েছিল। উদ্বোধনী অনুষ্ঠানে ইন্টেল ১,২১৮টি ড্রোন ব্যবহার করে সোয়ার্ম ফ্লাইট প্রযুক্তির মাধ্যমে আকাশে একটি ড্রোন অলিম্পিক পতাকা তৈরি করেছিল। পিয়ংচ্যাং শীতকালীন অলিম্পিকের মাসকট, 'সুহোরাং', বিশ্বব্যাপী জনপ্রিয়তা অর্জন করেছিল এবং এর প্লাশ খেলনাগুলো অফিসিয়াল মার্চেন্ডাইজ শপগুলোতে সম্পূর্ণরূপে বিক্রি হয়ে গিয়েছিল। এছাড়াও, এই অলিম্পিক শুধুমাত্র তার জনপ্রিয়তার জন্যই নয়, বরং তার রেকর্ডগুলোর জন্যও সর্বোচ্চ নম্বর পেয়েছিল। ২০১৮ সালের পিয়ংচ্যাং শীতকালীন অলিম্পিকের সময়, আইস স্পোর্টসে পরপর তিনটি নতুন বিশ্ব রেকর্ড এবং ২৫টি নতুন অলিম্পিক রেকর্ড ভাঙা হয়েছিল। এটি ২০১০ সালের ভ্যাঙ্কুভার শীতকালীন অলিম্পিকের (২টি নতুন বিশ্ব রেকর্ড, ২১টি নতুন অলিম্পিক রেকর্ড) পর থেকে সর্বোচ্চ সংখ্যক নতুন রেকর্ড, যা এমনকি ২০১৪ সালের সোচি শীতকালীন অলিম্পিককেও (১১টি নতুন অলিম্পিক রেকর্ড) ছাড়িয়ে গেছে। প্রতিদিন নতুন রেকর্ডের এই ধারার প্রধান কারণ নিঃসন্দেহে ছিল ভেন্যুগুলোর চমৎকার বরফের গুণমান। ব্রিটিশ স্কেটার এলিস ক্রিস্টি এবং জাপানি স্কেটার নাও কোদাইরা, যারা গ্যাংনুং আইস এরিনা এবং স্পিড স্কেটিং ওভালে প্রশিক্ষণ নিয়েছেন, তারাও সন্তুষ্টি প্রকাশ করে বলেছেন, “বরফের মান সত্যিই খুব ভালো। মনে হচ্ছে যেন বিশ্ব রেকর্ডের বন্যা বয়ে যাবে।” তাহলে পিয়ংচ্যাং-এ সর্বজনীনভাবে প্রশংসিত এই বরফটি কীভাবে তৈরি করা হয়েছিল?
হ্রদ বা নদীতে প্রাকৃতিকভাবে যে বরফ জমে, আইস রিঙ্কের বরফ তার ঠিক বিপরীত দিকে গঠিত হয়। প্রথমে, আমাদের পদার্থের দশা পরিবর্তন এবং ঘনত্বের মধ্যে সম্পর্কটি পরীক্ষা করতে হবে। বেশিরভাগ পদার্থের ক্ষেত্রে, যখন তাপমাত্রা কমে যায় এবং অবস্থা তরল থেকে কঠিনে পরিবর্তিত হয়, তখন কণাগুলোর মধ্যে দূরত্ব কমে যায়, ফলে ঘনত্ব বেড়ে যায়। তবে, যখন জল তরল থেকে কঠিনে পরিণত হয়, তখন মুক্তভাবে চলাচলকারী জলের অণুগুলো একটি ষড়ভুজাকার কাঠামো তৈরি করে, যা ফাঁকা স্থান সৃষ্টি করে। এটি আসলে আয়তন বাড়িয়ে দেয় এবং ঘনত্ব কমিয়ে দেয়। যখন বরফের তাপমাত্রা বেড়ে যায় এবং এটি আবার গলতে শুরু করে, তখন গলনাঙ্কে এই ফাঁকা স্থানগুলোর বেশিরভাগই পূর্ণ হয়ে যায়। অবশিষ্ট ফাঁকা স্থানগুলো কেবল তখনই পূর্ণ হয় যখন জলের তাপমাত্রা ৪° সেলসিয়াসে পৌঁছায়, এবং ৪° সেলসিয়াসের পরে ঘনত্ব আবার কমে যায়। সুতরাং, বেশিরভাগ পদার্থের মতো নয়, জলের ঘনত্ব ৪° সেলসিয়াসে সর্বোচ্চ থাকে।
জল ঠান্ডা হলে, নিচের স্তরের তাপমাত্রা ৪° সেলসিয়াসে না পৌঁছানো পর্যন্ত পরিচলন ঘটে। নিচের স্তরের তাপমাত্রা ৪° সেলসিয়াসে পৌঁছালে পরিচলন থেমে যায়। এরপর যদি উপরিভাগের জলের তাপমাত্রা ০° সেলসিয়াসে নেমে গিয়ে জমেও যায়, তবুও বরফ জলের উপরে ভেসে থাকে। এই নীতিটি ব্যাখ্যা করে কেন প্রাকৃতিক বরফ উপর থেকে নিচের দিকে তৈরি হয়। এই নীতিটি প্রয়োগ করে আমরা দেখতে পাই যে, একটি খুব পুরু আইস রিঙ্ককে একবারে মেঝে পর্যন্ত পুরোপুরি জমাট বাঁধিয়ে ফেলতে হলে, ভেতরের তাপমাত্রা অবশ্যই অত্যন্ত কম হতে হবে।
তবে, প্রকৃতির নিয়মের বিপরীতে, স্কেটিং রিঙ্কের জন্য বরফ নিচ থেকে ওপরের দিকে জমাট বাঁধাতে হয়। প্রথমে, কংক্রিটের মেঝেতে নির্দিষ্ট ব্যবধানে শীতলীকরণ পাইপ বসানো হয়। এরপর, মেঝের তাপমাত্রা -১৫ থেকে -১০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে নামিয়ে আনার জন্য এই পাইপগুলোর মধ্যে দিয়ে ইথিলিন গ্লাইকোল নামক একটি শীতলকারক পদার্থ সঞ্চালন করা হয়। তারপর, বরফের একটি পাতলা স্তর তৈরি করার জন্য পৃষ্ঠের উপর হালকাভাবে জল স্প্রে করা হয়। ময়লা এবং বাতাসের বুদবুদগুলো পৃষ্ঠে উঠে আসে, যেখানে একটি রিসারফেসার দিয়ে সেগুলোকে চেঁছে ফেলা হয়। একটি পাতলা স্তর জমাট বাঁধানো, চেঁছে ফেলা এবং পুনরায় জমাট বাঁধানোর এই প্রক্রিয়াটি বারবার পুনরাবৃত্তি করা হয়। একবার ১ মিমি পুরু বরফের স্তর তৈরি হয়ে গেলে, তার উপরে সাদা রঙ করা হয়। ইভেন্টের উপর নির্ভর করে, হাউস লাইন বা স্টার্টিং লাইন চিহ্নিত করা হয়। এরপর, একটি সমতল, কঠিন পৃষ্ঠ তৈরি করার জন্য রঙের উপর বরফের একটি পাতলা স্তর প্রয়োগ করতে হয়। প্রায় ১০ মিনিট ধরে বৃষ্টির মতো হালকাভাবে জল স্প্রে করে প্রায় ০.২ মিমি পুরু একটি পাতলা বরফের স্তর তৈরি করা হয়। যদিও প্রয়োজনীয় বরফের পুরুত্ব খেলাভেদে ভিন্ন হয়, সাধারণত একটি আইস রিঙ্ক সম্পূর্ণ করতে এই পাতলা বরফের স্তরগুলো তৈরির শত শত পুনরাবৃত্তির প্রয়োজন হয়।
পাতলা বরফের একাধিক স্তর প্রয়োগ করার কারণ হলো এমন কঠিন বরফ তৈরি করা যা সহজে ফাটবে না। উদাহরণস্বরূপ, যদি ৩-৪ সেমি জল একবারে ঢেলে জমিয়ে ফেলা হয়, তবে বরফ গঠনকারী জলের অণুগুলি একটি ষড়ভুজাকার কাঠামোতে সংযুক্ত হবে। এর ফলে সামান্য আঘাতেও বরফ ফেটে যাওয়ার প্রবণতা দেখা দেয়, যা পুরো রিঙ্কটি ভেঙে পড়ার ঝুঁকি তৈরি করে। তাই, স্তরে স্তরে বরফ তৈরির এই সূক্ষ্ম প্রক্রিয়াটি অপরিহার্য। এই পদ্ধতিটি অশুদ্ধি এবং অক্সিজেনের বুদবুদমুক্ত বিশুদ্ধ বরফ তৈরি করতেও সাহায্য করে। বরফের মধ্যে অক্সিজেনের ঘনত্ব বেড়ে গেলে, এটি অস্বচ্ছ হয়ে যায়, এর শক্তি কমে যায় এবং তাপ পরিবাহিতা হ্রাস পায়, যা ফ্লোর কুলিং পাইপ থেকে ঠান্ডা সঠিকভাবে সঞ্চারিত হতে বাধা দেয়। তাই, অক্সিজেন-মুক্ত বরফ তৈরি করা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ।
বরফের পৃষ্ঠ তৈরি হয়ে গেলে, এরিনার ভেতরের আর্দ্রতা ও তাপমাত্রার পাশাপাশি বরফের পৃষ্ঠের সর্বোত্তম তাপমাত্রা বজায় রাখাও অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। প্রতিটি খেলার—শর্ট ট্র্যাক, স্পিড স্কেটিং, ফিগার স্কেটিং, কার্লিং—জন্য প্রয়োজনীয় বরফের গুণমান ভিন্ন হয় এবং বরফের অবস্থা পারফরম্যান্সের ওপর উল্লেখযোগ্যভাবে প্রভাব ফেলে, যেখানে প্রতিটি খেলার জন্য কঠোর নির্দিষ্টকরণ রয়েছে। প্রথমত, বরফের পৃষ্ঠের তাপমাত্রা এর শক্তি নির্ধারণ করে। -৮.৩°C থেকে ৫.০°C তাপমাত্রার মধ্যে রাখা বরফকে শক্ত বরফ হিসেবে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়। এই ধরনের বরফ দ্রুততর এবং মসৃণ স্কেটিং করতে সক্ষম করে। তবে, এই 'কঠিনতা'-র মানদণ্ডটি একটি অত্যন্ত সূক্ষ্ম এবং কঠিন শর্তের সাথে জড়িত: এটি অবশ্যই যথেষ্ট শক্ত হতে হবে যাতে ক্রীড়াবিদরা শুরুর লাইন থেকে ধাক্কা দেওয়ার সময় যে শক্তি প্রয়োগ করে তা সহ্য করতে পারে, কিন্তু এতটাও অনমনীয় হওয়া চলবে না যে স্কেটের ব্লেড পিছলে যায়। অন্যদিকে, প্রায় -৪.৪°C থেকে ১.৭°C তাপমাত্রার মধ্যে রাখা বরফকে নরম বরফ হিসেবে বিবেচনা করা হয়। যদিও নরম, নমনীয় বরফের অসুবিধা হলো এর পৃষ্ঠ অসমতল হয়, তবে এটি ফিগার স্কেটিংয়ে উঁচু লাফের পর অবতরণের সময় আঘাত শোষণ করতে পারে। স্কেটের ব্লেড শক্ত বরফের চেয়ে নরম বরফে বেশি গভীরে প্রবেশ করে, যার ফলে ঘর্ষণ ও প্রতিরোধ বেড়ে যায় এবং গতি কমে আসে।
দ্বিতীয়ত, এরিনার ভেতরের আর্দ্রতার মাত্রাও স্কেটারদের গতিকে প্রভাবিত করতে পারে। বরফের খেলাধুলায় উচ্চ আর্দ্রতার কারণে বরফের পৃষ্ঠে তুষার জমে উঁচু-নিচু অংশ তৈরি হয়। এই উঁচু-নিচু অংশগুলোতে স্কেট আটকে যায়, ফলে স্কেটারদের পক্ষে তাদের গতি নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন হয়ে পড়ে। অন্যদিকে, এরিনার ভেতরটা যদি অতিরিক্ত শুষ্ক হয়, তবে বরফকে পিচ্ছিল করে এমন সমস্ত আর্দ্রতা বাষ্পীভূত হয়ে যায়, যা প্রতিযোগিতায় ব্যাঘাত ঘটাতে পারে। তাই, ভেতরের আর্দ্রতা একটি উপযুক্ত মাত্রায় বজায় রাখা অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ। এটি করার জন্য, এরিনার ভেতরে ডিহিউমিডিফায়ার স্থাপন করা হয়, যা আর্দ্র বাতাস এবং জলীয় বাষ্প শোষণ করে।
এখন, প্রতিটি স্কেটিং ডিসিপ্লিনের জন্য প্রয়োজনীয় বরফের অবস্থা পরীক্ষা করা যাক। শর্ট ট্র্যাক প্রতিযোগিতার বরফকে অবশ্যই প্রায় ৩.৫ সেমি পুরু একটি কঠিন পৃষ্ঠ হতে হবে এবং এর তাপমাত্রা প্রায় -৫.৫° সেলসিয়াসে বজায় রাখতে হবে। যদি শর্ট ট্র্যাক রিঙ্কের বরফ খুব নরম হয়, তবে বাঁক নেওয়ার সময় স্কেটারদের ব্লেড বরফের মধ্যে খুব গভীরভাবে ঢুকে যায়, যা তাদের পূর্ণ গতিতে পৌঁছাতে বাধা দেয় এবং পড়ে যাওয়ার ঝুঁকি উল্লেখযোগ্যভাবে বাড়িয়ে দেয়। বরফের মান ব্যবস্থাপক বে কি-তে ব্যাখ্যা করেছেন, “শর্ট ট্র্যাক রেসের সময়, বরফের পৃষ্ঠ মেরামত করার জন্য ক্রমাগত জল স্প্রে করা হয়, যার ফলে এটি ধীরে ধীরে পুরু হয়। তবে, খুব পুরু বরফের তাপমাত্রা নিয়ন্ত্রণ করা কঠিন, তাই আমরা প্রাথমিকভাবে এটিকে পাতলা করে তৈরি করি।” স্পিড স্কেটিং প্রতিযোগিতার জন্য বরফের পুরুত্ব প্রায় ২.৫ সেমি থেকে ৩.০ সেমি এবং তাপমাত্রা অবশ্যই -৯° সেলসিয়াস থেকে -৫° সেলসিয়াসের মধ্যে বজায় রাখতে হবে। স্পিড স্কেটিংয়ে, ভালো বরফ মানে দ্রুতগতির বরফ। স্কেটারদের ধাক্কা দেওয়ার শক্তি সহ্য করার জন্য এটি যথেষ্ট শক্ত হতে হবে, আবার স্কেটের ব্লেড মসৃণভাবে চলার জন্য এর পৃষ্ঠটি খুব সূক্ষ্মভাবে গলানো থাকতে হবে। যদিও উভয় বিভাগই রেকর্ড-নির্ভর প্রতিযোগিতা, স্পিড স্কেটিং রিঙ্কের বরফ বেশি কঠিন, কারণ এর সোজা ট্র্যাকগুলো দীর্ঘতর হয়, উচ্চতর গতির প্রয়োজন হয় এবং দৌড়ের সময় গতি নিয়ন্ত্রণের প্রয়োজন হয় এমন পরিস্থিতি তুলনামূলকভাবে কম থাকে।
ফিগার স্কেটিং রিঙ্কের বরফ তুলনামূলকভাবে পুরু, প্রায় ৪.৫ সেমি থেকে ৫ সেমি, এবং এর জন্য -৩° সেলসিয়াস তাপমাত্রার নরম বরফ প্রয়োজন। যদি কোনো ফিগার স্কেটিং রিঙ্কের বরফের তাপমাত্রা অতিরিক্ত কম থাকে, যার ফলে তা এতটাই শক্ত হয়ে যায় যে স্কেটের ব্লেডের চাপে সহজে গলে না, তাহলে কোনো স্কেটার যখন সজোরে লাফ দিয়ে নামে, তখন বরফের উপরিভাগে ফাটল ধরতে পারে। ফিগার স্কেটিংয়ে নরম বরফ অপরিহার্য, কারণ এই ধরনের আঘাত শোষণ করার জন্য এটিকে কুশন হিসেবে কাজ করতে হয়।
কার্লিং এরিনার বরফের পৃষ্ঠকে 'কার্লিং শিট' বলা হয় এবং এর বৈশিষ্ট্য স্কেটিং রিঙ্কের থেকে সম্পূর্ণ ভিন্ন। যেখানে একটি স্কেটিং রিঙ্কের বরফের পৃষ্ঠ সাধারণত প্রায় দুই দিনে তৈরি হয়ে যায়, সেখানে একটি কার্লিং শিট তৈরি করতে চার থেকে দশ দিন পর্যন্ত সময় লাগে। এর কারণ হলো, অন্য যেকোনো খেলার চেয়ে কার্লিং-এ বরফের পৃষ্ঠের সমতলতা অনেক বেশি গুরুত্বপূর্ণ। তাই, বরফকে ৪ থেকে ৫টি পৃথক পর্যায়ে স্তরে স্তরে জমাট বাঁধানো হয়। এছাড়াও, 'পেবলিং' নামক একটি প্রক্রিয়া সম্পন্ন করা হয়, যেখানে 'পেবল' নামক ছোট ছোট বরফের কণা বরফের পৃষ্ঠের উপর ছিটিয়ে দেওয়া হয়। এই পেবলগুলো কার্লিং স্টোনগুলোকে বরফের উপর দিয়ে মসৃণভাবে চলতে এবং স্বাভাবিকভাবে ভেতরের বা বাইরের দিকে বাঁকতে সাহায্য করে।
শীতকালীন অলিম্পিক প্রতিযোগিতায় বরফের গুণমান একটি প্রধান নির্ধারক হয়ে ওঠে। ২০১৪ সালের সোচি শীতকালীন অলিম্পিকে বরফ ছিল অতিরিক্ত নরম ও অসমতল এবং এতে অসংখ্য গর্ত ছিল, যার ফলে ক্রীড়াবিদদের মধ্যে ঘন ঘন পতন ঘটছিল। উল্লেখযোগ্যভাবে, ফিগার স্কেটার ইউজুরু হানিয়ু এবং শর্ট ট্র্যাক স্পিড স্কেটার পার্ক সেউং-হুই-এর মতো শীর্ষ প্রতিযোগীদের বরফের উপর হোঁচট খাওয়ার দৃশ্য একাধিকবার ক্যামেরাবন্দী হয়েছিল। পিয়ংচ্যাং অলিম্পিক সোচি গেমসের এই অভিজ্ঞতা থেকে শিক্ষা নিয়েছিল, যেখানে বিপুল বিনিয়োগ সত্ত্বেও বরফের গুণমানের সমস্যার কারণে মূল্যায়ন খারাপ হয়েছিল। পুরো প্রক্রিয়া জুড়ে সতর্ক বরফ ব্যবস্থাপনার মাধ্যমে—যার মধ্যে কেবল নিখুঁতভাবে তৈরি বরফের পৃষ্ঠই নয়, বরং রিয়েল-টাইমে বরফের অবস্থা পর্যবেক্ষণের জন্য উন্নত বরফ তৈরির সুবিধা এবং তাপ কমাতে এলইডি আলো স্থাপনও অন্তর্ভুক্ত ছিল—আয়োজকরা এমন একটি ভেন্যু তৈরি করতে সফল হয়েছিলেন যা ক্রীড়াবিদদের কাছ থেকে বিশ্বব্যাপী প্রশংসা অর্জন করে। যেহেতু বরফের বৈশিষ্ট্য প্রতিযোগিতার ফলাফল নির্ধারণ করতে পারে, তাই ভবিষ্যতের শীতকালীন অলিম্পিকের জন্য এই ধরনের উচ্চ স্তরের কঠোর বরফ গুণমান ব্যবস্থাপনা অবশ্যই বজায় রাখতে হবে।