ОБЖ: «Лавины + лавбез экстремала»

1.3.3. Комплексное влияние погоды на лавиноопасность снежных накоплений

«Погода является творцом снежных лавин, она с помощью метеофакторов создает снежные накопления на горных склонах и влияет на их устойчивость».

В. Якшин

В формировании снежного покрова обычно участвует несколько метеофакторов, имеющих положительное воздействие на рост и стабилизацию снежных накоплений. Но при этом каждый из них может неожиданно нарушить нормальный ход процесса, обеспечивающего устойчивость снега, и инициировать сход лавины.

Фактор – это движущая сила какого-либо процесса, определяющая характер или отдельные его черты и т. д.

(От лат. factor – делающий, производящий).

Метеорологические факторы – это физические свойства атмосферы, формирующие погоду и оказывающие основное влияние на состояние снежного покрова и процесс возникновения лавин.

Примечание: Не следует забывать, что возможных инициаторов схода лавины и без влияния атмосферных явлений достаточно много.

(См. 1. 7. 4. 3 Метеогенные, антропогенные, техногенные, экзогенные, эндогенные, космогенные инициаторы лавин).

К основным метеофакторам влияющим на лавинообразование относятся:

– снегопады и др. осадки (1)

– температура воздуха (2)

– ветер (3)

– солнечная радиация (4) и т. д.

К наиболее значимым параметрам, которые характеризуют степень влияния метеофакторов на лавинопасность снежных накоплений, относят:

– высоту старого снега (1)

– высоту свежевыпавшего и свежеперенесенного снега (1)

– интенсивность снегопада и тип кристаллов нового снега (1)

– скорость оседания, плотность и влажность снега (1)

– температура воздуха и снега (2)

– скорость ветра и его давление на поверхность снежного

покрова (3)

– интенсивность солнечной радиация (4) и т. д.

1. Снегопады и снежные накопления сильно влияют на увеличение лавинной опасности:

– свежие снежные накопления очень лавиноопасны, особенно когда они находятся сверху старого плотного снега, который скрывает все естественные якоря (опасность еще сильнее возрастает, если на пласте образовалась ледяная корка)

– часто во время затяжного интенсивного снегопада сухие лавины сходят самопроизвольно

– увеличение интенсивности снегопада приводит к повышению вероятности схода лавин, поскольку происходит быстрый рост снежного покрова, во время которого снег не успевает оседать и стабилизироваться (считается что прирост свежего сухого снега со скоростью около 30 см/сут создает высокую степень лавинной опасности)

– при выпадении влажного снега лавины возникают редко, потому что он быстро оседает и прилипает к нижележащему слою (но, при последующем его подтаивании появляется излишняя несвязанная вода, поэтому снег становится мокрым и устойчивые связи разрушаются, что приводит к негативным изменениям в снежном покрове, ведущим к стремительному повышению лавинной опасности).

Примечание: Лавины сходящие во время снегопадов или сразу после них называют «лавинами прямого действия».

2. Изменение температуры воздуха влияет на степень лавинной опасности через воздействие на:

– вид и состояние выпадающих осадков

– формирование структуры снежного покрова

– протекание процессов метаморфизма.

Миф №3

«…если на склон выпало мало снега, то лавины не сходят…»

Помните! В морозную безветренную погоду при слое свежего сухого снега толщиной в 10—20 см по гладким поверхностям крутого склона может сойти лавина, а при небольшом ветре около 4—5 м/с даже слой сухого снега в 5—10 см тоже имеет возможность превратиться в снежный поток.

Примечание: Сильное понижение температуры может привести к сжатию пластов, к их разрыву и сходу снежной доски, а сильное ее повышение может привести к появлению несвязанной воды в снежном покрове и образованию мокрых лавин.

3. Действие ветра может привести к сходу лавин из-за:

– интенсивного роста метелевых накоплений

– образования ветровых снежных досок и снежных карнизов

– появления слабых слоев в снежном покрове, образовавшихся в результате влияния воздушных потоков на межпластовую миграцию водяных паров, участвующих в процессе метаморфизма снега

– создания чрезмерного давления движущегося воздуха на заснеженный склон и возбуждения вибрации твердых верхних пластов, приводящих к их разрыву и сходу лавины

– адвекции (горизонтального перемещения теплых или холодных, влажных или сухих масс воздуха в лавиноопасные зоны).

Примечание: Адвекционные лавины – образуются в основном весной в результате перемещения теплых и влажных (а зимой при перемещении холодных и сухих) воздушных масс.

4. Воздействие солнечной радиации приводит к образованию инсоляционных лавин из-за поглощения солнечной энергии верхней частью снежных накоплений, в результате которого в них появляется талая вода, которая разрушает взаимосвязи между частицами снега и создает условия для схода небольших мокрых снежных потоков.

Наиболее благоприятный период для схода инсоляционных лавин – весна и лето. В это время очень опасно на склонах южной экспозиции с 10 часов утра вплоть до самого вечера. Поэтому маршрут надо прокладывать так, чтобы лавиноопасный участок склона был пройден вами ранним утром.

Примечание: Солнечная радиация – это потоки световой и тепловой энергии идущие от Солнца.

Инсоляционные лавины – это небольшие мокрые снежные лавины образовавшиеся в результате поглощения солнечной энергии верхней частью снежного покрова.

Выводы: Нередко из-за совместного действие лавинообразующих метеофакторов напряженная ситуация на заснеженном склоне успевает стабилизироваться до появления нового сильного снегопада. В результате чего в некоторых случаях сход лавины бывает возможен только при появлении человека или животных на склоне. И тем не менее, любой из метеофакторов может неожиданно начать доминировать и стать инициатором схода лавины.

Из этого следует, что развитие сценария возникновения лавинной опасности на изучаемом склоне в основном определяет погода, и поэтому ее влияние на стабильность снежного покрова необходимо постоянно подвергать тщательному анализу. Особенно сильно надо проявлять бдительность к влиянию погодных условий на снежный покров во время их резких изменений.

1.4. МЕХАНИЗМ СХОДА СНЕЖНЫХ НАКОПЛЕНИЙ

1.4.0. Устройство механизма схода снежных накоплений

Наклонная плоскость склона является основной частью простейшего природного лавинного механизма.

В. Якшин

Рис.1. Устройство механизма схода снежных накоплений по наклонной плоскости склона.

Условные обозначения:

– наклонная плоскость склона (𝜀 – эпсилон – греч.)

– угол наклона склона (𝝂 – ню – греч.)

– лавинное тело (𝜐 – ипсилон – греч.)

– сила тяжести (P – пи – англ.).

1.4.1. Наклонная плоскость склона

Наклонная плоскость склона является основной частью лавинного механизма и характеризуется 3 важными параметрами:

– углом наклона склона

– типом профиля склона

– типом подстилающей поверхности.

1.4.1.1. Угол наклона поверхности склона

Угол наклона склона (𝝂) сильно влияет на лавиноопасность расположенных на них снежных накоплений, он входит в число основных лавинообразующих факторов.

Ситуация, когда угол наклона склона находится в промежутке 0—7° показывает, что лавинному телу при малых углах наклона склона очень тяжело двигаться без приложения дополнительной внешней силы. Поэтому в зоне сильного выпалаживания склона происходит торможение снежного потока.

Но, не смотря на это, очень сильные лавины, которые набрали большую скорость, могут далеко выходить за нижнюю границу склона и продолжать движение в долине или взбираться на противоположный склон на высоту 100 м и более. Там разворачиваться и снова устремляться в долину. Это значит, что весьма пологие склоны, не имея условий для самостоятельного старта своих снежных накоплений, все же лавиноопасны, т.к. по ним проходят лавины, сходящие со значительно удаленных крутых склонов.

Для более детального изучения склоновых процессов введено понятие крутизны склонов:

– отвесные (𝝂 = 75°—90°)

– обрывистые (𝝂 = 60°—75°)

– очень крутые (𝝂 = 45°—60°)

– крутые (𝝂 = 30°—45°)

– крутопологие (𝝂 = 15°– 30°)

– пологие (𝝂 =7°—15°)

– очень пологие (𝝂 = 0—7°) .

Миф №4

«…снежные лавины не сходят при малых углах наклона склона…»

Помните! Протяженные участки наклонной плоскости с углом наклона около 0°—7° иногда оказываются далеким продолжением крутых склонов, на которых лавинное тело реализует очень большую кинетическую энергию. Поэтому на значительном расстоянии более 300—1500 м от нижней границы склона и даже на противоположном склоне может возникнуть опасность попадания экстремалов в снежную лавину.

Снежные потоки начинают самопроизвольно сходить при углах наклона склона:

– мокрый снег может стать осовоопасным и лавиноопасным даже при угле наклона склона около 7—15° и более

– при углах около 15—25° могут сходить крупные и совсем небольшие сухие снежные осовы, а иногда и лавины

(Из наблюдений и расчетов следует, что при угле наклона склона менее 25° сход лавин из сухого снега становится затруднительным, маловероятным и невозможным. Но не стоит расслабляться. На таких склонах под воздействием ветра могут стартовать и сходить лавины из рыхлого свежего сухого снега, а также из снежных досок, у которых «подрезали» подпорный вал.

(См. 2.2.2.5 / 19.08.2000 Минилавинная авария на леднике Нагела) Центральный Тянь-Шань район пика Погребецкого.)

– для схода лавин из сухого снега наиболее благоприятны углы наклона склона 25°—30°—45°

(В таких местах сухой снег нередко создает крупные лавиноопасные накопления, которые имеют большую потенциальную энергию и предрасположены к самопроизвольному сходу.)

– при угле наклона склона 45—60° заснеженные участки склонов гораздо менее опасны, потому что во время снегопадов они постоянно разгружаются мини и микро лавинками

(Тем не менее, в таких местах иногда возникают надувные лавиноопасные снежные накопления.)

– при угле наклона более 60°, снег осыпается практически при любом снегопаде

(Но необходимо помнить, что он может задерживаться на скальных выступах и полках, создавая надувные лавиноопасные снежные накопления, которые могут неожиданно сходить при воздействии очень сильных лавинных факторов.)

– случай, когда лавинное тело сходит вертикально вдоль стены, показывает, что идеальный обвал является лавиной, сходящей по склону, угол наклона которого равен 90°

(Так как во время обвала ускорение лавинного тела (а) равно ускорению свободного падения (g).

а = g (sin 𝝂 – µcos 𝝂) = g (sin90° – µcos90°) = g (1 – 0) = g,

Значит, оно движется равноускоренно, как и все лавины. Поэтому выражение «обвальные лавины» имеет вполне реальное обоснованное значение.)

1.4.1.2. Тип профиля склона

Профиль склона – это графическое отображение вертикального разреза склона по заданному направлению.

Рис. 1. Типы профилей лавиноопасных склонов.

По форме профиля горные склоны могут быть:

– прямые (1.1),

– выпуклые (1.2),

– вогнутые (1.3),

– выпукло-вогнутыми (1.4)

– вогнуто-выпуклые (1.5) и т. д.

Примечание: В горах также встречаются склоны с волнистым (1.6) и ступенчатым профилем (1.7). Поверхность всех склонов может быть осложнена различными повышениями и понижениями микрорельефа.

По длине склоны могут быть:

– длинные (l> 500 м),

– средние (l = 500—50 м),

– короткие (l <50 м).

Помните! Все типы склонов при определенных условиях могут быть лавиноопасны!

1.4.1.3. Подстилающая поверхность

Подстилающая поверхность (ε) – это поверхность склона или различных накоплений, лежащих на нем, по которым может сойти лавинный поток.

Существует 5-ть основных видов подстилающих поверхностей:

– скальные коренные породы (ε0)

(крупные и средние выступы скальных коренных пород хорошо удерживают различные накопления снега, а мелкие выступы и гладкие поверхности скальных коренных пород, наклоненные по стоку воды, слабо противостоят сходу снежных накопления)

– грунтовые (ε1)

(скальные крупно и среднеобломочные грунты хорошо удерживают различные накопления снега, а мелкообломочные слабо противостоят возникновению снежных потоков)

– почвенно-растительные (ε2)

(общеизвестно что низкорослый травянистый покров имеет небольшое сцепление со снегом и слабо противостоит возникновению лавинной опасности, а деревья и кустарники обладают высокой задерживающей способностью, так как они за счет своей корневой системы имеют хорошее сцепление с почвой и являются для снежного покрова природными якорями, которые хорошо удерживают различные накопления снега).

– снежные (ε3)

(сход лавин из свежевыпавшего снега часто успешно происходит по подстилающей поверхности плотного старого снега, а сход снежных досок может начаться по слабому слою или по несвязанным поверхностям подстилающих снежных пластов)

– ледовые (ε4)

(на ровной подстилающей поверхности ледников, ледяных линз и ледяных корок создаются исключительно благоприятные условия для схода снежных лавин).

Примечание: Микрорельеф подстилающей поверхности сильно влияет на устойчивость лежащих на ней накоплений снега.

1.4.2. Снежная лавина и ее составные части

Лавина из сухого снега – это совокупность различных потоков, возникающих во время схода неустойчивых сухих снежных накоплений.

При сходе сухого снега образуются три типа лавинных потоков:

– текучие (снежные)

– облачные (снего-воздушные)

– ветровые (воздушные).

1. Текучий снежный поток (он же лавинное тело)

– это основная кучно перемещающаяся по склону часть лавины, которая формируется, под влиянием лавинообразующих факторов, как снежный поток, текущий по склону.

(Лавинное тело обозначается греческой буквой 𝜐 – ипсилон – греч.)

Рис. 1. Монопотоковые лавины: b) «из точки»; c) «от линии»; d) «от карниза».

Примечание: Лавины, имеющие один поток – это текучие (монопотоковые) лавины.

Например, низкоскоростные (не пылящие) сухие или мокрые снежные лавины состоят только из текучего снежного потока.

Снежные текучие потоки делятся на:

– осовы (низкоскоростные снежные потоки, сползающие со скоростью не более 1 м/с)

– лавины (высокоскоростные снежные потоки, сходящие со скоростью более 1—100 м/с).

2. Лавинный снего-воздушный поток

– это естественное равноускоренное турбулентное перемещение снего-воздушных масс, возникших во время движения лавины, способных набирать очень большую скорость и превращаться в стремительно движущееся облако, состоящее из мелкой снежной пыли.

Рис. 2. Лавинный снего-воздушный поток: b) «из точки»; c) «от линии»; d) «от карниза».

Примечание: Сухие снежные лавины, имеющие два потока (снежный текучий и снего-воздушный облачный) называются недоразвитыми комплексными лавинами.

3. Лавинный воздушный поток

– это естественное равноускоренное перемещение воздуха передним фронтом лавинного снего-воздушного потока, во время которого воздух иногда набирает очень большую скорость, сильно уплотняется, превращаясь в «невидимую броню» и наносит сильнейший разрушающий удар (воздушная ударная волна) по препятствиям, встретившимся на его пути.

Рис. 3. Комплексные снежные лавины: b) «из точки»; c) «от линии»; d) «от карниза».

Примечание: Сухие снежные лавины имеющие три потока (снежный текучий, облачный снего-воздушный и воздушный) называются комплексными лавинами.

Условные обозначения устройства снежных лавин:

– 𝜅 – снежный карниз (он же снежный надув)

– 𝜌 – зона старта (а, также точка или линия старта)

– 𝜃 – подпорный вал (место упора снежной доски)

– σ – снего-воздушный поток (облако из снежной пыли)

– 𝜐 – снежный текучий поток (он же лавинное тело)

– о – зона транзита (она же путь перемещения снега)

– ω – воздушный поток (он же воздушная ударная волна)

Помните! Бывают случаи, когда снежные лавины, обладающие одновременно мощными текучим, а также снего-воздушным и воздушным потоками, образовавшиеся в результате схода снежных или снежно-ледовых накоплений, развивают неимоверную скорость и тройным ударом (текучим потоком, а также ударными снего-воздушной и воздушной волной) разрушают горные селения, перемещают локомотивы и т. д.

Примечание: Существует мнение, что снежный и снего-воздушный потоки тоже сильны, но не так как воздушный и приходят они позже, когда уже произошли разрушения нанесенные воздушной волной.

Иногда стремительный текучий снежный поток может к концу схода снежной лавины полностью распылиться, оставив на деревьях и скалах только плотный налет снежной пыли. А вот воздушный поток может после этого пройти не одну сотню метров оставив после себя сильные разрушения или перемещения зданий, ж/д локомотивов и т. д.

Изучая случаи возникновения и протекания комплексных лавинных аварий, ученые пришли к выводу, что виной всем разрушениям стала ударная волна, образовавшаяся под воздействием очень плотного сжатого воздуха.

Появление комплексных лавин зависит от типа склона, микрорельфа, подстилающей поверхности и снежных накоплений, захваченных в районе старта и вовлекаемых по пути, а особенно от их скорости, т.к. она может изменять структуру воздуха и снега в лавине превращая их в «тяжелый лавинный газ», который сжимает впереди себя воздух «до состояния брони».

В. И. Якшин

1.4.3. Уравнение возникновения снежного потока

Работа лавинного механизма основывается на действии силы тяжести P, которая направлена вниз, в сторону центра Земли и выполняет функции основной движущей силы, эффективно влияющей на снежные накопления, а затем и на лавинное тело, заставляя его перемещаться по наклонной плоскости к подножью склона. (Рис. 1.)

На практике величину силы тяжести определяют по упрощенной формуле:

P = mg,

где:

m – масса лавинного тела (кг),

g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения,

Px = P sin 𝝂 – составляющая силы тяжести по оси Х,

Py = Pcos𝝂 – составляющая силы тяжести по оси Y,

𝝂 – угол наклона склона (𝝂°),

F = ma – равнодействующая всех сил, влияющих на лавинное тело

m – масса лавинного тела (кг)

a – ускорение лавинного тела (м/с²)

N = Py = mg cos𝝂 – сила реакции склона (опоры)

Fтр = µN – сила трения

µ – коэффициент трения снега.

Рис. 1. Уравнение (1) возникновения лавинного снежного потока, для тестируемого участка снежных накоплений.

1.4.4. Условия возникновения снежного потока

В первую очередь самопроизвольное образование снежного потока зависит от величины угла наклона склона и коэффициента трения снега с подстилающей поверхностью.

 

Что касается угла наклона склона 𝝂, то он может сильно влиять на появление критического состояния у снежных накоплений, расположенных на нем. Поэтому на крутых склонах время от времени возникает напряженная предаварийная ситуация, заканчивающаяся сходом лавины.

Установлено, что для разных типов снежных накоплений существуют свои критические углы 𝝂* залегания, с помощью которых можно определять степень лавинной опасности.

Критический угол наклона склона 𝝂*

– это угол наклона заснеженных склонов, на которых у снежных накоплений определенного типа периодически возникает критическая ситуация, ведущая к самопроизвольному сходу снежного потока.

Критические углы наклона склонов для:

– лавиноопасного нового сухого снега 𝝂* находятся в диапазоне 25—45° и более

– осовоопасного нового сухого снега 𝝂* располагаются в интервале 15—25°, а иногда и менее

– мокрого лавиноопасного и осовоопасного снега 𝝂* лежат в пределах 12—20°, а иногда и менее

Примечание: Во время таяния снега мокрые лавины сходят на более крутых склонах практически везде, где есть снег.

Помните! Когда угол наклона заснеженного склона является критическим углом для лежащего на нем снега, то даже при незначительном изменении влияния различных лавинообразующих факторов, может образоваться снежный поток. Поэтому только всесторонний и постоянный мониторинг снежного покрова с помощью наблюдений, тестов и расчетов может привести к достаточно продвинутому пониманию его состояния, которое поможет более точно определить вероятность самопроизвольного схода лавины.

Выводы: 1. Уравнение (1) a = g (sin𝝂 – µ cos𝝂) показывает, что ускорение (а) является основным параметром, указывающим на образование лавинного снежного потока.

2. Если ускорение будет больше нуля (а> 0), это значит что возник равноускоренный снежный поток – лавина.

3. При (1) а = 0 снежные накопления могут находиться в состоянии покоя или равномерно сползать. Из чего следует, что снежный оползень (он же осов) – это равномерно двигающийся снежный поток.

1.4.5. Инициированный старт снежных лавин

В большинстве случаев накопления снега могут долго удерживаться на склоне до того момента, когда на них подействует некий внешний раздражитель, способный инициировать сход снежного потока.

(Инициировать – давать импульс, толчок чему-либо, вызывать, возбуждать, раздражать что-либо.)

Старт лавины под воздействием инициирования может произойти в любое время из-за множества причин. Это могут быть: упавший камень или небольшая снежная катышка, громоподобный звук, гравитационное приливное действие Луны, тепловое влияние солнечной радиации, капризы погоды, действия человека и т. д. Причем иногда достаточно одного очень слабого подземного толчка, чтобы нарушить спокойствие огромного дремлющего снежно-ледового склона, который своей безмятежностью десятки лет ослаблял бдительность экстремалов. Неожиданно, в одно мгновение снежно-ледовый склон сорвется с места, и миллионы кубов снега, фирна и льда с грохотом помчатся вниз, перечеркивая все авторитетные утверждения о безопасности спокойного белоснежного гиганта.

Основной закон гор гласит: «Все что в горах находится на верху, когда-то окажется внизу». В. Якшин

В преддверии схода лавины простейший лавинный механизм всегда взведен, потому что в основе его работы лежит постоянное влияние силы тяжести на неустойчивые накопления, находящиеся на наклонной плоскости горного склона. Их потенциальная энергия – это вес лавиноопасного снежного массива. Вес его каждой снежинки, льдинки и камушка…

Необходимо только нажать на спусковой крючок, и все придет в движение. В таких условиях трудно предугадать, что или кто даст старт «снежным драконам» и когда сойдет лавина.

Даже при совсем незначительном воздействии инициатора на неустойчивые накопления может произойти их стремительный сход.

Инициатором лавины, виновником ее старта может стать одно или множество различных происшествий по причине их воздействия на склон или лавиноопасные накопления, а также на то и другое одновременно.

По происхождению инициаторы старта лавин делятся на:

– метеогенные

– антропогенные

– техногенные

– экзогенные

– эндогенные

– космогенные.

Метеогенный инициатор – это воздействие на лавиноопасный склон атмосферных явлений. Например: ветра, дождя, грозы, снегопада, мороза и т. д.

(Метео от греч. meteōra – атмосферные явления.)

Антропогенный инициатор – это воздействие человека на лавиноопасный склон.

Например, проход экстремала по лавиноопасному склону может нарушить его устойчивость и привести к сходу лавины и т. д.

Техногенный инициатор – это прямое или косвенное воздействие человека на лавиноопасный склон техническими и др. средствами. Например, экстремал на снегоходе может перегрузить лавиноопасный склон и вызвать сход лавины…

Экзогенный инициатор – это воздействие на лавиноопасный склон поверхностных геологических процессов выветривания и денудации, которые способствуют разрушению горной породы и образованию обвалов, оползней и различных лавин.

Эндогенный инициатор – это воздействие на лавиноопасный склон геологических процессов, происходящих в глубинах Земли: землетрясений, нагревание горной породы, выбросы горячих газов, а также лавы и т. д.

Космогенный инициатор – это воздействие космических факторов на лавиноопасный склон. Например: действие солнечной радиации, солнечной и лунной гравитации, упавших метеоритов и т. д.