Причины возникновения лавин

Большинство катастрофических лавин возникало после многодневных обильных снегопадов, перегружавших склоны. Уже при интенсивности снегопада 2 см/ч, длящемся до 10 часов подряд, возникает лавинная опасность. Свежеотложенный снег нередко бывает несвязанным и сыпучим, как песок. Такой снег легко порождает лавины. Лавинная опасность многократно возрастает, когда снегопады сопровождаются ветром. При сильном ветре на поверхности снега формируется ветровая, или снежная, доска — пласт мелкозернистого снега большой плотности, который может достигать в толщину несколько десятков сантиметров. Обручев назвал такие лавины «сухими»: «Они срываются зимой после сильного снегопада без оттепели, когда надувы снега на гребнях и крутых склонах достигают такого размера, что сотрясение воздуха от порыва ветра, выстрела, даже громкого крика вызывает их отрыв. Последний очень облегчается, если свежий снег ложится на гладкую, схваченную после оттепели морозом поверхность старого снега. Эти лавины летят вниз и одновременно наполняют воздух снеговой пылью, образующей целую тучу» [6].

В отсутствии снегопадов снег постепенно «созревает» для порождения лавин. С течением времени снежная толща постепенно оседает, что приводит к ее уплотнению. Источниками лавинной опасности служат ослабленные слои, в которых формируются слабо связанные кристаллы глубинной изморози. Она-то и разъедает нижний слой снежного покрова, подвешивая верхнюю толщу.

Состояние снежного покрова резко изменяется, когда в нем появляется вода, которая значительно ослабляет прочность снега. При резком таянии или интенсивном дожде структура толщи быстро разрушается, и тогда формируются грандиозные «мокрые» лавины. Они сходят весной на обширных территориях, иногда захватывая весь снег, накопившийся за зиму. Их еще называют грунтовыми, потому что они движутся прямо по грунту и сдирают почвенный слой, камни, куски дерна, кусты и деревья. Это очень тяжелые лавины.

Снег, лежащий на склоне, приходит в движение под действием силы тяжести. До поры до времени силы сопротивления сдвигу (сцепление снега с нижними его слоями или грунтом и сила трения) удерживают снег на склоне. Кроме того, смещению пласта мешает снежный покров, расположенный ниже, и удерживает тот, который лежит выше. Снегопад или метель, перекристаллизация снежной толщи, появление в толще жидкой воды ведет к перераспределению сил, действующих на снег.

Снегопад перегружает склоны снегом, и силы, удерживающие снег, не поспевают за нарастанием силы тяжести, стремящейся его сдвинуть. Перекристаллизация ослабляет отдельные горизонты, уменьшая удерживающие силы. Быстрое таяние снега из-за повышения температуры или промачивание снега дождем резко ослабляет связи между снежными зернами, тоже снижая действие удерживающих сил[1].

Чтобы лавина стронулась с места, ей нужен первый импульс. Таким спусковым механизмом выступают обильные снегопады или сильные метели, потепление, теплый дождь, срезание снега лыжами, вибрация от звуковой или ударной волны, землетрясения.

Лавины начинают свое движение или «из точки» (при нарушении устойчивости очень малого объема снега), или «от линии» (при нарушении устойчивости сразу значительного пласта снега). Чем снег рыхлее, тем меньше его надо для начала лавины. Движение начинается буквально с нескольких частиц. Лавина из снежной доски начинается с растрескивания снежного покрова. Узкая трещина быстро разрастается, от нее рождаются боковые расщелины, и вскоре снежная масса отрывается и несется вниз.

Длительное время лавину представляли в виде снежного кома, который летит вниз по склону и увеличивается за счет налипания новых порций снега (так изображали лавину почти все древние гравюры). Шаром лавину представляли вплоть до XIX в. Многообразие снежных лавин и многоликость форм ее движения затрудняли понимание физики лавин. Лавина относится к многокомпонентным потокам, т. к. состоит из снега, воздуха и твердых включений. Физика таких потоков очень сложна. Формы движения лавины разнообразны. В ней могут катиться снежные катыши, скользить и вращаться снежные комья и обломки снежной доски, может течь, как вода, сплошная масса снега или подниматься в воздух снегопылевое облако. Разные виды движения дополняют друг друга, переходят один в другой на разных участках той же самой лавины. Фронт лавины движется быстрее ее основного тела из-за обрушения снежного покрова перед фронтом от удара лавины. Так в лавину включаются все новые порции снега, в то время как в хвостовой части скорости падают. На гребнях волн, возникающих на поверхности движущейся лавины, то и дело появляются каменные обломки, что говорит о сильном турбулентном перемешивании в теле лавины[6].

По мере выполаживания склона тело лавины замедляет свое движение. Тело лавины растекается по поверхности конуса. Останавливающийся снег быстро отвердевает, но продолжает еще некоторое время двигаться под напором хвостовой части лавины, пока лавина окончательно не успокоится.

Распознать лавиноопасную территорию — это первый шаг при оценке лавинного риска. Многие люди, попадавшие в лавины, не замечали опасности до тех пор, пока не становилось уже слишком поздно. Наиболее распространенной ошибкой является мнение, что лавины сходят только в больших четко выраженных очагах. Поэтому люди не обращают внимания на маленькие ловушки рельефа. Другая ошибка — предполагать, что безопасно путешествовать по дну долины, не учитывая при этом возможности быть захваченным лавиной, сошедшей с вышележащих склонов. Описанные ниже особенности рельефа влияют на возникновение снежных лавин, поэтому они помогут вам распознать лавиноопасную территорию.

Угол наклона склона — это важная переменная величина, определяющая вероятность схода лавин. Поэтому этот фактор в оценке и разработке маршрута играет важную роль.

Нарушение устойчивости и образование лавин наблюдается на склонах крутизной от 15^° до 60^°, хотя не редки случаи, когда лавины зарождались и на более пологих склонах.

На крутых склонах снег плохо удерживается, большинство снежинок во время снегопада скатывается вниз и большие массы снега откладываются относительно редко. При уклоне ниже 25^° нагрузка недостаточно велика для возникновения снежных лавин (исключения составляют — сверхмокрые-гидронапорные лавины и водоснежные потоки, сход которых отмечается на склонах крутизной < 15^°). Поэтому наиболее лавиноопасными считаются склоны крутизной от 25 до 50^° (рис. 6).

Рис. 6. Вероятность схода лавин

Крутизна склона важна потому, что одновременно с ее ростом увеличивается давление на снежную толщу и на все участки, примыкающие к снежной плите. Важно помнить, что вы можете спровоцировать лавину снизу, даже когда пересекаете 15-градусный склон, если верхняя часть склона имеет крутизну, по крайней мере, 25^° и существует нестабильность.

На неровных склонах возникают дополнительные напряжения сжатия или растяжения, обусловленные изменчивостью скоростей течения снежного покрова в зависимости от угла наклона и пространственной неоднородности высоты, плотности и вязкости снега.

На выпуклых склонах снежные плиты чаше всего разрушаются прямо на перегибе, в том месте, где создаются условия для возникновения растягивающих усилий. Вогнутые склоны обеспечивают определенную подпорку за счет сжатия в основании. В результате этого, плотность снега на вогнутых участках склона зачастую бывает больше, чем на вблизи расположенных гладких склонах и участках выпуклой формы рельефа. И по ним тоже может проходить линия отрыва лавин, особенно в период нестабильности снежного покрова. На широких и гладких склонах лавины могут сойти где угодно. Валуны, деревья на склоне и выступы рельефа играют роль «якорей» и помогают удерживать снег на месте до тех пор, пока их не засыпает. Такие склоны менее лавиноопасны, чем открытые склоны, но подобные якоря должны располагаться очень близко друг от друга, чтобы по ним можно было пройти, не вызвав схода лавины. Более того, подобные якоря могут оказаться участками повышенной нагрузки, потому что снег выше них по склону держится на месте, а по бокам от них сползает под действием гравитации. Таким образом, давление на толщу может быть самым сильным около якорей. В результате чего, они могут оказаться начальными точками отрыва лавин.