Зимові види спорту можна поділити на два типи — ті, що проводять на снігу, та ті, для яких потрібен лід. На прийдешніх Зимових олімпійських іграх в Італії «льодові» види спорту займають рівно половину списку1 — вісім із загальних шістнадцяти. І для кожного такого змагання потрібен якісний лід: льодові арени для хокею, фігурного катання та керлінгу, ковзанярські доріжки для шорт-треку, швидкісні траси для бобслею, скелетону та санного спорту.
Створення сучасної льодової інфраструктури для змагань рівня Олімпійських ігор потребує чималих зусиль. Якість льоду залежить від багатьох факторів: температури, вологості, твердості поверхні, складу води та навіть місця проведення змагань. У цій статті розглянемо, що наука говорить про лід для спортивних змагань: як він створюється, як витримує навантаження та як забезпечує ідеальне ковзання.
З чого складається льодова арена
Будівництво льодової арени — складний процес2. Парадоксально, але підготовка ковзанки починається не з холоду, а з тепла. У ґрунт під майбутньою льодовою ареною закладається мережа труб, по яких циркулює гаряча вода. Для чого це потрібно? Холод від ковзанки рано чи пізно проникає у землю та проморожує ґрунт. Через це може виникати ефект «здіймання» — земля над мерзлою ділянкою підіймається, утворюючи тріщини та ями, які можуть пошкодити льодове покриття. Тож ґрунт треба тримати теплим і не дати йому перетворитися на мерзлоту.
Наступний шар — ізоляційний «сендвіч», найчастіше з пінополістиролу. Ізоляція не дає холоду проникати у землю, а теплу з-під землі — підійматися до ковзанки та утворювати конденсат. Над ізоляцією вкладається 150-міліметровий шар дуже рівного бетону, в який вмонтовується система охолодження — мережа труб, по яких подають холодоагент. Далі бетон починають заливати водою — дуже повільно, щоразу наливаючи шар води лише у декілька міліметрів.
Після того, як застигнуть кілька тонких шарів води, на лід наносять білу фарбу, а також додають емблему змагань. Цікаво, що близько ста років тому льодові арени не фарбували у білий колір3 — лід заливали поверх бетону, через що ковзанка мала сіруватий відтінок. У 1949–1950 роках американська Національна хокейна ліга (NHL) вирішила пофарбувати арену в білий колір, щоб глядачі та спортсмени краще бачили шайбу. Ідея спрацювала чудово, але, коли у більшості глядачів з’явилися перші кольорові телевізори, від неї довелося тимчасово відмовитися — біла ковзанка була занадто яскравою на екрані та «засвічувала» всю картинку. Певний час льодові арени фарбували у блакитний колір, але щойно технології достатньо розвинулися, щоб балансувати яскравість зображення, ковзанки знову стали білими.
Як роблять лід для змагань
Ми звикли думати, що лід — це просто заморожена вода. Проте професійний спорт потребує особливої підготовки. Спочатку воду потрібно очистити. Зазвичай вона містить певну кількість солей і мінералів. Їх називають Total Dissolved Solids (TDS) та вимірюють у кількості частинок на мільйон, ppm (в Україні — у ммоль/л). Якщо у воді розчинено багато мінералів, її називають «жорсткою» — саме вона лишає білий наліт на нашому посуді та ванній. Якщо ж мінералів і солей мало, то воду називають «м’якою». Для професійного льоду потрібно знаходити тонкий баланс між «жорсткою» та «м’якою» водою. Адже і високий вміст мінералів, і майже повна їх відсутність призводить до утворення неякісного льоду. Дослідження 2025 року4 показує, що вміст солей у воді зворотно пропорційний часу, який потрібен для замерзання ковзанки, і якості льоду. Що більше солей у воді, то швидше замерзатиме лід, але й його якість ставатиме гіршою. При цьому, якщо з води видалити занадто багато мінералів і солей, то льодове полотно просто не замерзне.
Готуючи лід для Олімпійських ігор, воду здебільшого очищують методом зворотного осмосу. Для цього пропускають її під великим тиском через мембрану, що затримує більшу частину солей. Згідно зі стандартами Міжнародної федерації хокею5, мінералізація води не повинна перевищувати 80 ppm (0,8 ммоль/л). Для порівняння, жорсткість водопровідної води у Києві становить приблизно 425 ppm (4,25 ммоль/л)6. Варто зауважити, що наявність солей та мінералів не робить воду непридатною до пиття. Навпаки, Всесвітня організація охорони здоров’я зазначає7, що нормальний вміст TDS у питній воді становить між 300 і 600 ppm. Мінералізація робить воду смачнішою, але, на жаль, не завжди перетворюється на якісний професійний лід.
Воду також очищують від газів, а саме від кисню та азоту8. Так само як і з солями, високий вміст газів у воді призводить до утворення крихкого, м’якого льоду. Найпростіший спосіб очистити воду від газів — нагріти її. Саме тому ковзанки часто заливають водою, підігрітою до 60–70°C. Але такий метод досить дорогий та енергозатратний, тому сучасні льодові арени використовують інші способи деаерації. Наприклад, спеціальні пристрої, які створюють зони низького тиску, що притягують маленькі бульбашки повітря та дозволяють ефективно вилучати їх із води. Лід, утворений у такий спосіб, стає не лише міцнішим, але й прозорішим.
Різним видам спорту — різний лід
Цьогорічні Олімпійські ігри проходитимуть одразу у восьми італійських містах — від Мілану та Верони до Кортіна-д’Ампеццо9. У кожній локації організатори створюють окрему інфраструктуру для конкретних видів спорту. Здавалося б, навіщо так ускладнювати? Чому не провести всі змагання на одному майданчику? Одна з причин полягає в тому, що для різних видів спорту потрібна різна температура та твердість льоду.
Найхолодніший лід потрібен для хокею10 — середня температура льоду на хокейних стадіонах становить -6.2°C. Фігурне катання краще проводити на льодових аренах з температурою льоду близько -5.2°C. А от для керлінгу потрібен найтепліший лід — приблизно -4.6°C.
Температура льоду напряму пов’язана з його структурою: що холодніший лід, то він твердіший та міцніший. Якщо згадати про особливості кожного виду спорту, можна зрозуміти, чому для певних змагань потрібен холодний лід, а для інших — тепліший. Змагання високої інтенсивності, як-от хокей та шорт-трек, потребують надійного, твердого покриття — лід має дозволяти спортсменам розганятися до максимальної швидкості, не кришитися під потужними поштовхами ковзанів хокеїстів та витримувати сильні ударні навантаження. Натомість м’якший лід для фігурного катання дозволяє спортсменам глибше «врізатися» в поверхню й надійніше виконувати піруети та стрибки. Хоча тепліший лід обмежує швидкість спортсменів, він дає їм більше контролю над складними рухами.
Під час великих змагань існує безліч змінних, які можуть впливати на температуру — від погоди на вулиці до великої кількості фанатів, чиї рухи та дихання можуть нагрівати приміщення. У лід зазвичай вмонтовується система сенсорів, які фіксують зміни температури та передають їх льодовому майстру, який може оперативно увімкнути охолодження льодової арени.
Інший важливий фактор, який впливає на стан льоду, — це вологість5. Щоб підтримати оптимальний баланс між температурою льоду та вологістю повітря, при цьому не заморозивши глядачів, потрібно докласти чимало зусиль. При проєктуванні льодових арен зазвичай беруть до уваги показник, який називається «точка роси». Це температура, за якої повітря насичується вологою та починається утворення конденсату. Коли точка роси вища за температуру поверхні льоду, на ній починає накопичуватися волога та, як результат, з’являється іній. Це має протилежні наслідки для виступу спортсменів. Шар конденсату на льоду зменшує тертя та дозволяє спортсменам краще ковзати й розвивати вищу швидкість. Але водночас іній підвищує тертя та сповільнює рухи спортсменів. Тому організатори намагаються підтримувати дуже делікатний баланс — вологість на рівні 40–50%, при якій точка роси варіюється між 1,4°C та 2,1°C, а температура повітря на стадіоні сягає 10°C. Саме за таких умов на льоду не утворюється зайвий конденсат і іній, а спортсмени можуть показувати найкращі результати.
Цікаво, що при цьому на якість льоду та показники спортсменів впливає і те, де саме проводять змагання. Наприклад, шість із семи світових рекордів у шорт-треку були встановлені на льодовому стадіоні у Солт-Лейк Сіті, США11. Дослідження 2022 року12 показало, що одним із визначальних факторів було розташування міста на висоті 1425 метрів над рівнем моря. Там повітря починає розріджуватися та зменшується аеродинамічний опір при русі спортсменів, через що вони можуть розвивати вищу швидкість. Крім того, нижчий атмосферний тиск сприяє додатковому очищенню води від мікроскопічних бульбашок газу, яких не вдається позбутися у «нижчих» локаціях. Так лід у Солт-Лейк Сіті стає твердим, міцним та пристосовним до швидкого руху.
Мікропластик, енергоефективність і екологія
Останнім часом вчені починають звертати увагу на забруднення льодових арен мікропластиком і PFAS (пер- і поліфторалкільними сполуками). Ці забруднювачі не псують якість льоду, але вони можуть впливати на воду, екосистеми та довкілля. Мікропластик — це крихітні частинки пластику (менші за 5 міліметрів), які утворюються прямо під час змагань: від стирання шайб, ковзанів чи захисних бортів навколо арени. Дослідження 2023 року13 показало, що за один хокейний матч «виробляється» до 20 грамів мікропластику. З часом ці частинки осідають на льоду, потрапляють у воду для заливання ковзанки, а звідти — у каналізацію й природні водойми, де можуть накопичуватися та впливати на живі організми.
Інша проблема — PFAS, синтетичні хімічні речовини, відомі як «вічні хімікати». Вони майже не розкладаються у природі. Типове джерело PFAS — це віск, яким полірують лижі. Вже зараз вчені виявляють PFAS у ґрунтах на гірськолижних курортах14. Для льодових арен досліджень поки що немає, але зважаючи на використання схожих матеріалів (гумових покриттів, синтетичних поверхонь, захисного спорядження), ризик наявності токсичних хімікатів цілком реальний. Проблема в тому, що сучасні очисні споруди майже не здатні ефективно вилучати ані мікропластик, ані PFAS із води. Тому в майбутньому організаторам зимових спортивних змагань доведеться шукати екологічніші підходи до обслуговування льоду.
Зимові види спорту загалом дедалі більше орієнтуються на екологічність та ощадливість. Адже підтримка роботи льодового стадіону вимагає величезних витрат енергоресурсів15 — на охолодження, обігрів, вентиляцію, осушення повітря та освітлення. Тож організатори шукають шляхи оптимізації. Наприклад, охолоджувальні системи, які підтримують температуру льоду, виділяють багато тепла — так само робить будь-який холодильник у нас на кухні. Раніше це тепло просто викидалося назовні, на вулицю. Але тепер його перевикористовують для того, щоб підігрівати воду в душових для спортсменів, обігрівати трибуни та хол. Це дозволяє заощадити до 40% витрат на опалення16. Крім того, організатори замінюють синтетичні холодові агенти, що використовувалися раніше для охолодження ковзанок та шкодили озоновому шару планети (наприклад, HFC), на екологічні альтернативи. Так, зимові Олімпійські ігри у Пекіні у 2022 році стали першими, де охолодження повністю здійснювалося за рахунок вуглекислого газу17. За підрахунками організаторів змагань, така альтернатива у 1,2 раза ефективніша за синтетичні холодові агенти.
З кожним новим олімпійським циклом наука про лід стає цікавішою. Вивчають нові способи очищувати воду, створювати міцніший лід і водночас дбати про довкілля. Якщо ви плануєте вболівати за українських спортсменів на прийдешніх Олімпійських іграх в Італії, згадайте, що під поверхнею льодової арени ховаються ретельні наукові дослідження та роки інженерної роботи.
