Снег и лавины

Снег и лавины

Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский

Источник: Штрейер Ф. Снег и лавины. Иллюстрированный журнал «Alpen», №2, 1936 г. Перевод Д.Крыленко

 

1. Снег

            Снег в большинстве случаев выпадает при температуре около 0, причем его хлопья бывают крупными, если воздух сильно насыщен водяными парами, и мелкими при относительно сухом воздухе. При очень низких температурах, ниже минус 10 градусов, снег, как правило, выпадает только в форме тонких ледяных игл. Форма снежных хлопьев и отдельных кристаллов бывает очень разнообразна. В низменных местностях иногда даже зимой атмосферные осадки выпадают в виде снежных мелких крупинок или просто дождя, несмотря на то, что температура вблизи почвы бывает еще ниже 0. Такие случаи наблюдаются чаще всего в конце декабря и начале января месяца, когда нагретый океанический воздух приходит в соприкосновение с холодными слоями воздуха над еще не нагретой землей. Снежные кристаллы из верхнего ряда облаков при падении через теплые слои воздуха сжимаются в крупинки или тают, превращаясь в дождевые капли, которые, попадая в холодный околопочвенный слой воздуха, затвердевают в гладкий пласт льда. И наоборот, можно наблюдать снегопад при температуре значительно выше 0, даже при температуре плюс 10 градусов. У нас это бывает чаще всего в апреле месяце, когда земная поверхность уже сильно нагревается солнечным теплом и над ней образуется тонкий слой теплого воздуха. Если на незначительной высоте пронесется поток холодного воздуха со снегом, то последний, не успевая растаять, кружится в поднимающемся над землей воздухе и, не имея возможности опуститься на нее, быстро превращается в пар.

            В горах легко находит себе подтверждение тот факт, что между верхним слоем облаков и поверхностью земли находится зона сильнейших снегопадов. Летом она лежит на высоте 3500 м, в течение осени она опускается для того, чтобы к концу зимы достичь своего наиболее низкого положения – около 2500 м над землей. Глубокой зимой высятся над облаками 4000 м вершины гор, залитые с утра до вечера солнечным светом, в то время как в более низких слоях воздуха идет снег. Это объясняется очень просто: чем теплее воздух, тем более он в состоянии принять в себя влаги до степени насыщения и тем в большем количестве может выделить ее в форме снега, лишь только достигнет верхних холодных слоев воздуха, низкая температура которых сжимает его.

            Важную роль при снегопадах играет ветер. Поднимающийся склон горы уменьшает поперечное сечение устремленного на него воздушного течения, вследствие чего на гребнях гор и в горных проходах ветер достигает максимальной силы. Дождь, своими тяжелыми каплями легко преодолевающий сопротивление воздуха, обильнее всего выпадает в направлении дующего ветра. Более же легкий снег сильными порывами ветра уносится вверх по горе, и только там, где воздушное течение снова расширяется, вследствие чего сила ветра уменьшается, он опускается в больших количествах на землю. Кроме того, и ранее скопившийся на выветренной стороне горного склона снег переносится ветром на его подветренную сторону. В соответствии с наклоном и рельефом местности здесь образуются различного рода снежные наносы, специальным изучением которых особенно занимались Паульке и Вальценбах. В ровной местности ветер способствует образованию снежных наносов в виде дюн или же, благодаря отклонению напора ветра в сторону стоящими на его пути скалами, он содействует образованию вымоин в форме полумесяца, так называемых «ветреных котловин».

На наветренной стороне склона, вследствие снежных наносов, из сжатого снега образуются так называемые «снежные доски», или пласты; в подветренной стороне с более покатым склоном образуются снежные щиты; на обрывистых склонах – снежные карнизы. Все эти неестественные нагромождения снега могут послужить причиной образования лавин. Для альпинистов имеют большое значение также снежные карнизы, ведущие к образованию мостов через трещины глетчеров. Автор статьи однажды во время одной измерительной работы на самом краю трещины глетчера, шириной приблизительно в 50 см, был застигнут снежной метелью. Он был очевидцем того, как в течение нескольких минут из нанесенного снега образовался мост через трещину глетчера, причем с обоих концов трещины мост рос неравномерно: в направлении дующего ветра в три раза быстрее, чем против ветра.

            Свежевыпавший снег, удельный вес которого колеблется от 0,06 до 0,1, никогда не остается лежать в том виде, как он первоначально выпал. Под действием механического давления верхних пластов снега и вследствие преобразования снежных кристаллов последние плотнее прилегают друг к другу, и снег «оседает».  Уплотнение снега происходит медленно, так как находящийся между кристаллами воздух для своего удаления требует определенного времени. С уплотнением снега удельный вес его увеличивается от 0,1 до 0,5. Более плотный снег, имеющий вес 0,6 и выше называется фирном. Уплотнение снега уже само по себе может обусловить сползание снежной массы со склона. Вследствие уменьшения объема лежащего внизу снежного зерна смежное с ним верхнее зерно под влиянием силы тяжести продвигается вперед, производя давление на снежные зерна, находящиеся под ним и впереди него. Спокойно лежащий на крыше пласт снега вначале бывает у своих краев ограничен вертикальными гранями, которые, постепенно изгибаясь по гиперболе, получают наклон вперед. Или еще пример: пласт снега на каком-нибудь каменном столбе имеет вначале форму куба, ограниченную вертикальными плоскостями, а через несколько дней вдруг принимает форму грибной шляпки. Сползание сухого снега сильно замедляется, благодаря испытываемому им сопротивлению со стороны сцепленных между собой во всех направлениях снежных кристаллов. Наоборот, сползание мокрого снега происходит гораздо быстрее, так как вода, впитанная им во время таяния или дождя, служит при скольжении смазочным средством, уменьшающим как внутреннее, так и внешнее трение и повышающее удельный вес снежной массы. Напряженное сцепление между слоем снега, способного к сползанию, и слоем, задерживаемым в своем движении трением, в большинстве случаев нарушается внезапно под звук глухого или резкого треска. Если движение снега продолжает оставаться медленным, то мы имеем дело с так называемым «ползущим снегом», или, как говорят в Гларусе, со «снегом-мучителем», так как, скопившись большими массами, он в состоянии причинять большой вред, сдвигая с места целые строения, заборы, обломки скал и пр. Каменистая шершавая поверхность горных склонов или горны склоны Альп, изрытые копытами проходящих по ним стад, вызывают трение, способное задержать движение снега даже в местностях с  сильным наклоном, в то время как склоны гор, покрытые дико растущей травой, в прижатыми к земле ранним морозом или ранним снегом стеблями, образуют гладкую и опасную подкладку для сползания снега.

Не менее опасен так называемый «плывущий» снег. Он образуется в связи с преобразованием снежных кристаллов в основании глубокого слоя снега, независимо от того, лежит ли он на относительно нагретой земной поверхности или на пласте более твердого старого снега. Благодаря этому плывущему снегу, уменьшающему трение, верхние слои снега приходят в движение. Спуск снега будет тем быстрее, чем круче склон и чем ровнее грунт. В наших горах, богатых крутыми скатами, такие снежные оползни происходят ежегодно тысячами. В сравнении с громадами гор они нам кажутся ничтожными, и все же как они опасны для нас, людей-пигмеев! Там, где этому скатыванию снега не препятствует характер грунта и покрывающая его растительность, оно может вырасти до размеров лавины, которая своей грандиозностью, оглушительным грохотом и разрушительным действием приковывает к себе тревожное внимание и в то же время часто представляет собой восхитительное зрелище. Не только более свежий или менее свежий снег может послужить материалом для образования лавин, но и снег, годами превращавшийся в фирн или в глетчерный лед, способен образовать лавину. Обвал ледника (серака) по величине соответствует снежным оползням, отрыв больших глетчеров – снежным лавинам.

В зависимости от действия солнечных лучей, ветра или пыли снежная поверхность принимает самый разнообразный внешний вид. Даже свежевыпавшему снегу ветер на выступающих местах снежной поверхности придает волнообразную, ребристую или вафельную форму или вид апельсиновой корки. Разнообразнее всего бывает вид поверхностного слоя тающего снега. Здесь он выступает перед нами покрытый блюдовидными образованиями или так называемыми «сахарными головами», или снежными желобами. Даже если все три фактора: солнечное излучение, ветер и пыль - действуют совместно, то все-таки первопричина разнообразия этих снежных образований лежит в разнородной структуре снега. Блюдовидный снег  с острыми и темными краями и более светлым днищем встречается главным образом на снежных лавинах, и не только на их поверхности, но и на сводах туннелей, выдолбленных горными ручьями; кроме того, у подошв крутых склонов и даже в лесу, где не только солнце, но даже и ветер не может играть какую-либо значительную роль. Надо полагать, что шишкообразная структура снега дает начало образованию «снежных блюд», причем промежутки между шишками превращаются в днища «блюд», а твердые диаметры – в острые приподнятые края «блюд». В противоположность к только что описанному виду снежных образований снег «сахарными головами» со светлыми выпуклостями и сменяющим их темными углублениями причиной своего образования имеет вафельную структуру, являющуюся следствием действия ветра. Первая талая вода просачивается в более глубокие места, а солнечные лучи расширяют и углубляют первоначально незначительные впадины. «Сахарные головы» покрывают поверхность возвышенных местностей, и особенно в летнее время с продолжительно хорошей солнечной погодой, как, например, это было в 1935 году. Снег желобовидный имеет ту же причину образования, как и «сахарные головы». Он встречается на покатых склонах, так как первый талый снег тут же стремится просочиться в глубь снежного пласта, но, встретив на своем пути твердый пласт, стекает по нему, образуя параллельные каналы в направлении своего течения.

 

2. Лавины

В нижеследующем дана краткая характеристика четырех типов лавин.

Пылевая лавина

            Пылевая лавина возникает главным образом при температуре ниже 0. Самое большое количество пылевых лавин мы имеем зимой в первую половину дня после сильных снежных бурь, обуславливающих образование снежных щитов и карнизов. Отрыв карниза обычно сопровождается приглушенным треском; обвал снежного пласта производит резкий треск, после чего сухой снег, тихо шурша, стремительно мчится в долину, окруженный со всех сторон все более разрастающимся снежным облаком, из которого по временам вылетают, точно ракеты, снежные стрелы. Вместе со снежной массой, опережая ее, мчится бушующий вихрь, который иногда скашивает целые леса и сносит постройки. Вся окрестность вокруг спустившейся лавины бывает густо покрыта снежной пылью, и  все же снежная громада, образующая лавину к концу ее спуска, кажется ничтожной по сравнению с причиненным ей вредом. Место отрыва пылевой лавины меняется в зависимости от направления и силы ветра, который позади крутых склонов и гребней гор то тут, то там чрезмерно нагромождает снежные массы. Это обстоятельство делает пылевую лавину непредсказуемой и опасной.

Грунтовая лавина

            Почвенные и грунтовые лавины возникают преимущественно во время весеннего таяния при температуре выше 0. Самое большое количество их бывает весной во второй половине дня. Эти лавины обычно начинаются сползанием пласта мокрого снега с удельным весом от 0,2 до 0,5 или более. При более продолжительном спуске без особенно крутых обрывов снежный пласт превращается в нагромождение отдельных снежных глыб, плотно прижатых друг к другу, которые, беспорядочно наседая и задевая друг друга, обтачиваются в твердые шары и снежные комья. Разрастаясь за счет увлекаемого по пути снега, вся масса с шумом спускается вниз, напоминая собой увеличенную до исполинского размера массу рисовой каши. Если по пути лавина захватывает куски сухого снега с открытых солнцу мест, который при падении с высоких скал рассыпается в мелкую пыль, то и грунтовая лавина бывает окружена облаком снежной пыли. Движение грунтовой лавины бывает медленным, размер лавинного конуса меньше, чем у пылевой лавины, форма ее отличается текучестью, цвет чаще всего грязно-бурый и зависит от количества захваченного с грунта дерна, обломков скал, земли и проч. (отсюда название лавины - грунтовая). Давление воздуха незначительно, и вред, причиняемый лавиной, является главным образом следствием непосредственного давления снега. Своим возникновением грунтовая лавина в первую очередь обязана внешнему виду и наклону грунта (23 градуса), поэтому ее появление характеризуется некоторым постоянством и, кроме того, путь ее следования остается почти всегда одним и тем же – лощины и глубокие ущелья. При отрыве грунтовой лавины раздается глухой треск, после чего шуршащая и скользящая масса с грохотом устремляется через все препятствия вниз, напоминая собой низвергающийся водопад. С шумом остановившись у подошвы горы, она расширяется, принимая дельтообразную форму.

Глетчерная лавина

            Глетчерная лавина может образоваться во всякое время года, но временем ее наиболее частого появления надо считать лето. Главная причина возникновения глетчерной лавины лежит в поступательном движении медленно текущего глетчерного льда или фирновых навесов через край крутого обрыва. Соответственно увеличивающейся крутизне ската растет расщепление верхнего слоя глетчерной ледяной массы. В силу своей тяжести лед принужден растягиваться, чему в известной мере противодействует вязкость (сцепление) льда. Наступает момент, когда сила тяжести берет перевес. От звука резкого треска лед пересекается новой трещиной, постепенно суживающейся книзу. Опора отделяющейся ледяной массы не в состоянии больше выдерживать ее тяжести и, как от взрыва, разлетаются в разные стороны осколки ледяного основания. Тогда тяжелая масса снега внезапно оседает и вслед за тем бурным потоком обломков спускается в долину. Смотря по тому, покрыт ли глетчерный лед сухим снегом или он смешивается с водой горного ручья, глетчерная лавина принимает характер пылевой или грунтовой лавины. Действие ее не всегда бывает разрушительным, потому что редко достигает населенных местностей. Такой случай был при спуске Бизгельглетчера близ деревни Ранда в Валлисе в 1735, 1819 и 1857 годах, когда погибло много людей, животных и были разрушены целые строения. У многих современников, должно быть, еще живо в памяти разрушительное действие обвала фирна около Альтоса 2 сентября 1895 года. Ледниковые лавины ползущего ледника в Багнетале причинили косвенным образом большой ущерб. Запрудив Дранце, они вызвали наводнение 25 мая 1595 года, во время которого погибло 140 человек и много имущества.

Общие выводы и наблюдения

            Некоторые авторы стоят за еще большую классификацию типов лавин, прибавляя новые специальные названия. Я же придерживаюсь того мнения, что вышеуказанное тройное подразделение достаточно, так как решающим для образования лавин является все-таки состояние первоначально скатившегося снега: если он по преимуществу сухой, тогда образуется пылевая лавина, если мокрый – мы имеем дело с грунтовой лавиной. Многочисленные промежуточные формы не допускают возможности их подразделения и обозначения по шаблону, так как каждая лавина индивидуализируется в соответствии с характером местности.

            Бесчисленные снежные и фирновые оползни, которые в высокогорных местностях возникают ежегодно, имеют многообразный вид, отвечающий местности, ветру и состоянию снега. Они представляют собой младенческое состояние лавин, и немногие из них вырастают в законченную лавину.

Кто в непосредственной близости видел импозантное зрелище обрушивающейся лавины или сам попадал в лавину, тот мог произвести интересное наблюдение. Так, например, бросается в глаза твердость остановившейся лавины. В текущей лавинной массе скрыта огромная динамическая сила, которая при внезапном торможении превращается в действие. Последнее выражается в том, что остановившиеся частицы снега и все следующие за ними частицы вследствие вытеснения находящегося между ними воздуха плотно сжимаются. Поэтому лавинный снег становится твердым, как цемент, и погребенное в нем живое существо обречено на моментальную смерть от удушья. Освобожденный воздух еще внутри снежного слоя имеет температуру ниже 0. если такая снежная масса обрушивается во время таяния, то она задерживается на более низко расположенных и более теплых пластах, и вытесненный из нее воздух окажется гораздо холоднее окружающей его атмосферы. Инженер Госсет, который спасся от лавины, стоившей жизни его проводнику Беннену, дал исключительное описание процесса спуска лавины с момента ее отрыва до момента остановки. При этом он тоже обращает внимание на непонятное ему сильное охлаждение воздуха. Лавины, скользящие по более длительному и бугристому пути, приносят с собой снежные шары неправильной формы. Если мы разрежем такой шар, то нам бросится в глаза его луковичное строение, которое могло образоваться благодаря трению и сжиманию снега. Снежные шары на лавинах и на снежных оползнях послужили началом образования снежных блюд, как указывалось выше. Автор основывается на сделанных им в 1929 году наблюдениях. В этом же году глубокий снег выпал также в Цюрихе. С помощью лопаты этому снегу была придана форма правильных кубов, после чего он был погружен на тележку и сложен на одном из ближайших склонов в виде маленького лавинного конуса (лавиненкегель). Во время таянья на нем образовались прекраснейшие снежные блюда, в то время как лежащий рядом никем не тронутый снег таял без подобных образований.

Бросается в глаза различное влияние давления воздуха на различные типы лавин. Кому случилось воочию видеть разрушительное действие пылевой лавины и незначительное количество снега, в которое она превратилась у подошвы горы, после того как она остановилась и рассеялось окутывавшее ее пылевое облако, тот с полным основанием может задать себе вопрос: каким образом грунтовая лавина с ее гораздо более внушительным размером ядра бывает настолько безобидной по сравнению с равной ей по массе снега пылевой лавиной, состоящей из рыхлого и сухого снега. По этому поводу высказывалось много мнений, но из них только немногие кажутся удовлетворительными, почему автор и разрешает себе сделать попытку дальнейшего разъяснения этого своеобразного явления. Вспомним ранее данные характеристики грунтовой и пылевой лавин и примем размер каждой из них равным, например, 50000 куб м = 5000000 кг.

Как показывает фигура 4, вес Г (в нашем примере 5000 тонн) распадается на: силу –А – которая давит на грунт по вертикали, на силу – В – производящую давление лобной стороной лавины. Ф - на воздух в направлении движения лавины. В зависимости от большего или меньшего наклона одна из сил увеличивается, другая одновременно уменьшается. При компактной массе грунтовой лавины внешнее трение о грунт бывает очень значительным, вследствие чего сила движения лавины до известной степени будет уничтожена. Поэтому течение грунтовой лавины медленнее, чем пылевой. Движущаяся масса давит своей лобной поверхностью на противодействующий ей воздух с силой и скоростью, отвечающей наклону. При свободном падении через отвесный склон почти замкнутая форма снежной массы облегчает вытеснение воздуха, благодаря чему движение его держится в определенных границах. Совершенно иначе обстоит дело с пылевой лавиной, состоящей из сухого, рыхлого снега, с богатым содержанием воздуха. В ней каждая отдельная частица снега поддерживается не грунтом, а воздухом. Внутреннее, как и внешнее трение крайне слабо, так как только самая незначительная часть принятого веса (5000 тонн) давит непосредственно на грунт и тяжесть его главным образом переносится на воздух, находящийся под снегом и внутри снега. Поэтому пылевая лавина почти совсем не увлекает с собой земли и снег ее всегда бывает совершенно белым. Вследствие рыхлой структуры пылевой лавины поперечное сечение ее снежного потока бывает, правда, больше, чем у равной ей по тяжести более плотной грунтовой лавины, но, несмотря на это, давление на воздух у первой много сильнее, чем у второй, так как благодаря незначительности трения, скорость ее движения чрезмерно велика. В скатывающейся масса более грубые кристаллы остаются плотно спрессованными друг с другом, и поэтому только по краям лавины воздух находит себе выход и уносит с собой тончайшие ледяные иглы, из которых образуется окутывающее лавину облако снежной пыли. Лобной стороной лавина всей своей тяжестью будет давить на противодействующий ей воздух и сжимать его. При большой скорости движения и сомкнутости снежной пыльной массы, а также вследствие инерции воздуха, находящегося вне пределов движения лавины, позади стремительно спускающейся массы образуется пространство с разреженным воздухом, в которое с силой устремляется внешний воздух, как это предполагается многими наблюдателями.  Мы знаем, что малейшие изменения атмосферного давления, выражающиеся на барометре хотя бы в немногих миллиметрах, даже на расстоянии километров бывают достаточны, чтобы вызвать сильный ветер. Поэтому нас не должно удивлять, что сильное изменение давления на таком незначительном расстоянии, какое мы наблюдаем при пылевой лавине, производит действие ураганного ветра. При спуске упомянутой выше Бизглетчерской лавины был в свое время отмечен следующий интересный факт: воздушный поток, вызванный лавиной, пронесся бушующей бурей через деревню Ранда и, налетев на противоположный склон горы, повернул назад и еще раз промчался вдоль деревни, покрывая снегом все обращенные в его сторону стены строений. Здесь образовавшееся позади лавины безвоздушное пространство явно облегчило и ускорило отражение удара сжатого лавиной воздуха.

Если оторвавшаяся масса сухого снега невелика, то сила ее движения недостаточна для того, чтобы  вывести находящийся перед нею воздух из состояния покоя и привести его в резкое движение. Снежные частички разлетаются в стороны, и маленькая лавинка бесшумно, как снеговое облачко, распадается, как мы это часто можем наблюдать после свежевыпавшего снега. Шпрехер называет эти маленькие лавины «голубями» горных хребтов.

Много человеческих жизней уничтожено лавинами и много материального вреда они причинили. Соответствующими предохранительными сооружениями в районах, подверженных лавинной опасности, было предотвращено много бед. Все же богатая снегопадами зима 1934-35 годов показала, что при исключительно больших массах снега лавины спускаются даже в защищенные от них места. Вначале Шпрехером, а затем Паульке было высказано мнение, что не только подветренные, но и наветренные стороны гор должны одинаково защищаться от лавинной опасности. При помощи противолавинных сооружений, испытанных на основе аэродинамических исследований, можно было бы даже в наветренной стороне удержать значительное количество снега, предотвратив таким образом чрезмерное скопление его на опасных отвесах.

Так как о поведении альпинистов на лавиноопасных местах или на самой лавине уже писалось профессиональными альпинистами, то автор хотел бы ограничиться лишь рассказом об одном случае из своей альпинистской практики. На расстоянии более метра над ним обрушился пласт снега толщиной в 80 см. Он все же успел отскочить в сторону, в то время как его приятель, который случайно в этот момент стоял лицом к долине и спиной к обвалившейся массе, был ею подхвачен и унесен. Только благодаря, быть может, совершенно непроизвольному барахтанью с поднятыми вверх руками и ногами он не оказался засыпанным и погребенным под снегом. Этим мы объясняем тот факт, что он лежал невредим на поверхности лавины несколько сот метров ниже места обвала. Опыт с древних времен учит горного жителя бояться лавинной опасности. Свой дом и прочие хозяйственные постройки альпийский житель строит по возможности вне опасной зоны сползания лавины. Если же по каким-либо причинам ему приходится строиться в лавиноопасном месте, он защищает свои строения каменной кладкой клиновидной формы (лавинный клин). Наиболее рациональной была бы форма плужника. Этим достигалось бы плавное без сильного удара отклонение лавины в сторону здания.

Хроника всех альпийских лавин с разрушительными последствиями могла бы составить объемистую книгу и в то же время послужить для исследователей лавин богатым источником ценнейших сведений.