Образование снежных карнизов в горах
Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский
Источник: G.Seligman. Snow Structure And Ski Fields. Macmillan and Co, Ltd. London, 1936 г. Г.Селигман. Структура снега и снежные районы. С приложением «Погода в Альпах» С.К.М. Дугласа. Изд. Макмиллан и Ко, Лондон, 1936 г.
перевод с английского Ю.Гернгроса
СНЕЖНЫЕ КАРНИЗЫ
В качестве введения к этой главе я хочу выразить свою признательность ученому и альпинисту Вилли Вельценбаху, который несколько лет тому назад передал мне оригинал своей диссертации о горных карнизах, которая должна была служить ему для получения докторской степени. Доктор Б.Паульке, большой авторитет по вопросам снега, позднее сообщил мне содержание другой диссертации Вельценбаха, которая была прежде опубликована под фамилиями Вельценбаха и Паульке.
Труды, которые доктор Вельценбах посвятил вопросам снега, открыли мне глаза на широкое поле деятельности, открывающееся перед научным исследователем, занятым вопросами снега в связи с занятиями спортом. С помощью Вельценбаха и с разрешения германского и австрийского альпинистских клубов я дал в «Британском Лыжном Ежегоднике» большой обзор работ Вилли Вельценбаха, и на основе этих работ я написал нижеследующие страницы. Но кроме того, мною лично был произведен ряд опытов и исследований природы и структуры ветра, дующего через гребни, и в течение 1933, 1934, 1935 годов я провел немало опытов, которые, однако, привели меня к иным результатам, чем Вельценбаха.
Карниз можно определить как отложение снега, выступающее над гребнем ледяной или скальной вершины. Рис. 188 представляет карниз того типа, который обычно встречается над летней линией снега. Рисунок является иллюстрацией номенклатуры, которую я принял при описании карниза.
Терминология:
Корень – соединение между отложениями снега, образующими карниз, и снега, лежащего на гребне или склоне горы.
Лицо – передняя часть карниза, наиболее далеко отстоящая от корня.
Откос – крутой снежный склон (обычно 52,5 градуса), расположенный непосредственно под лицом карниза.
Крыша – снежная поверхность между корнем и лицом (в закругленных карнизах подобно тому, который изображен на рис. 188, крыша закруглена до самого дальнего нависающего края карниза. В этом месте начинается лицо карниза).
Загибание – процесс закругления или завертывания, который наблюдается у лица карниза.
Ледяное ядро – лед, лежащий под фирновым полем, которое обычно покрывает скалу или гребень.
Звено карниза – отдельное звено карниза засасывания или спрессовывания.
Карнизное соединение – соединение нескольких карнизных звеньев, обычно называемых «карнизом».
СТРОЕНИЕ ПОТОКОВ ВЕТРА, ДУЮЩИХ ЧЕРЕЗ ГРЕБНИ
Карнизы формируются с подветренной стороны. Они возникают вследствие потока ветра, дующего через гребень. Поэтому первой задачей при изучении образования карнизов является исследование пути, проходимого потоками ветра, когда они переходят через гребень. Это нелегкая задача, так как, какими бы стабильными не были аэродинамические законы на ровных или правильных поверхностях, потоки ветра легко поддаются влиянию шероховатых или неровных поверхностей гребня, и поэтому по своей природе они нередко представляют собой неожиданную и, можно даже сказать, эксцентрическую картину. Однако при тщательной комбинации теории и практических наблюдений мы можем достичь более или менее точных общих заключений. Для этой цели необходимо исследовать несколько фактов.
Морганс очень тщательно исследовал структуру ветра в горах в отношении больших завихрений, и диаграммы и описания, которые он составил, показывают, что при нормальных условиях колебания температуры между долиной и вершиной в условиях средних скоростей ветра за гребнем образуется завихрение, форма которого может быть изображена следующим образом. (дан рисунок). Естественно, такие большие завихрения имеют отношение к рассматриваемому нами вопросу лишь постольку, поскольку они влияют на состояние воздуха на расстоянии одного или двух футов от гребня. При скоростях ветра, превышающих 22 мили в час, говорит Морганс, цитируя Георгии: «Эти локализованные завихрения исчезают, и атмосферный поток принимает общее направление в зависимости от обычных изменений». Эти общие колебания воздуха имеют свое противоречие, которое будет описано ниже и иллюстрировано рисунком 197.
Рис. 190, взятый из статьи о завихрениях на скалах, написанной в свое время Дайнс, изображает, как образуется обратный поток воздуха, после того как ветер прошел через гребень. (дан рисунок).
Рис. 189. Потоки ветра, дующего через гребень
Рис. 190. Образование обратного потока воздуха при скорости ветра 15-20 миль в час. Здание 15 футов высотой и 15 футов шириной.
Приведенное объяснение подтверждается так же следующими тремя рисунками №№ 191-193, которые изображают дым, проходящий через искусственный гребень со скоростью приблизительно 11 миль в час. Сперва мы видим основной поток воздуха, проходящий через гребень и понемногу получающий типичное направление в сторону земли; от времени до времени, как показано на следующих двух фотографиях, отделяются самостоятельные массы дыма, толкаемые порывами, и эти массы дыма подхватываются медленным обратным потоком, поднимающимся снизу вверх к гребню.
Рис.191
Рис.192
Рисю193
Рис.194
Иногда приблизительно на таком же расстоянии от гребня образуется великолепное закругленное завихрение, вращающееся в течение нескольких секунд, затем продвигающееся вперед и рассеивающееся.
Все время, пока мы вели эти опыты, имелся непрерывный устойчивый поток воздуха, шедший вверх вдоль самой стенки гребня, как показано на рисунке 195. Фотографии не дают ясного представления об этом потоке, но он мог наблюдаться нами в силу того, что он двигал дым вверх и поднимал частицы золы, причем его движение было подтверждено показаниями анемометра, стрелки которого показывали направление вверх гребня. Отмеченная скорость этого поднимающегося потока обычно составляла одну треть главного потока, в данном случае равнялась приблизительно 1 и 1/3 мили в час.
Серией опытов, поставленных на острове Сарк, было полностью подтверждено, как это видно из фотографии и диаграммы 196, направление потока воздуха при силе ветра в 35 миль в час, то есть почти при урагане.
Наконец, серией широко поставленных лабораторных опытов, выполненных мистером Добсом и мной, было достигнуто полное повторение результатов опытов на открытом воздухе, которые описаны выше. Поднимающийся поток был совершенно ясно зафиксирован, хотя он не был особенно силен, и точно так же было подтверждено его отклонение почти под прямым углом, когда он встречался с основным потоком воздуха. Точно так же мы установили наличие целого ряда небольших перемещающихся вихрей в точке соединения обоих потоков воздуха – главного и обратного, и это показано на рис. 197.
Рис. 195. Непрерывный устойчивый поток воздуха идет вверх вдоль искусственного гребня
Рис. 196. Диаграмма показывает направление потока воздуха при силе ветра в 35 миль в час
В наших лабораторных опытах мистер Добс нашел, как он и ожидал, что если слабый обратный и поднимающийся поток воздуха будет усилен (что могло иметь место, если по какой-либо причине обратный подветренный поток получит достаточную силу или если основной поток резко изменит свое направление), то непосредственно под карнизом образуется сильный, стоящий на одном месте вихрь, как это указано на рис. 198. Направление его вращения будет обратным движению ветра в его основном потоке (в данном случае против часовой стрелки). Это тоже приводит к предположению, что если бы сильное давление ветра вызвало бы быстрое понижение линии потока воздуха на подветренной стороне, то образовался бы вихрь в противоположном направлении, а именно, в данном случае, по часовой стрелке. Это завихрение указано на чертежах Вельценбаха, где он описывает образование карнизов, но мне никогда не удавалось обнаружить его во время своих опытов. Образуются ли подобные завихрения в действительности в природе, трудно сказать, но во всяком случае, если бы они образовывались, они должны были бы влиять на форму карниза и создавать непосредственно под карнизом большую пустоту, выдувая часть снега с нижней части лица. Подобные пустоты показаны на рис. 213, однако они отнюдь не всегда имеются налицо и по существу даже они довольно редки, что соответствует моему предположению, что самое завихрение подобного рода очень редко встречается.
В связи с опытами, имеющими целью показать структуру ветра на открытых местах, исследователи обычно пользовались целым рядом различных приспособлений, в частности воздушными змеями, хлопком и воздушными шарами. Я обычно применял дымовые свечи, которые горят интенсивным темным дымом в течение полутора минут. Эти свечи вполне удовлетворительны при сильном ветре, но я думаю, что все же лучше пользоваться газетной бумагой, смоченной азотно-кислым калием и загрязненной сажей в порошке. Такая газета тлеет медленным огнем, давая густой дым и частицы золы, которые, увлекаясь потоком ветра, дают хорошее представление о поведении снежинок во время снегопада. Применение для этой цели конфетти оказалось непрактичным, так как конфетти имеют удельный вес по крайней мере 0,94, а иногда даже больше. С другой стороны, один лишь дым слишком легок, и поэтому комбинация дыма и бумажной золы кажется наиболее подходящей, так как приблизительно соответствует строению и плотности ветра и движению снега.
Рис. 197. Схема завихрения
Рис. 198. Завихрение за искусственным гребнем
ПЕРВОНАЧАЛЬНАЯ ГИПОТЕЗА ОБ ОБРАЗОВАНИИ КАРНИЗОВ
Пользуясь основными данными, приведенными выше, мы можем построить с некоторой долей вероятности гипотезу о структуре ветра на той части гребня, где образуется карниз. Это изображено на рис. 199.
Естественно, точная форма будет очень сильно меняться в зависимости от формы гребня и от скорости ветра, но основными образующими факторами являются ветер, двигающийся через гребень, и встречный поток, поднимающийся вдоль подветренной стороны склона и резко поворачивающий под прямым углом параллельно основному потоку. Между этими двумя потоками сразу за прямоугольным поворотом образуется небольшое треугольное поле, находящееся в спокойном состоянии и называемое «пространством мертвого воздуха».
Частицы снега, наносимые на гребень и выносимые за гребень, откладываются в этом пространстве снежинка за снежинкой и образуют карниз.
Вельценбах и Паульке объясняли образование карниза именно таким путем, но они описывали другие движения ветра, а не те, которые я установил в своих опытах. Моя аргументация приводится ниже.
(Теоретически следует ожидать, что если наветренный склон около гребня теряет угол падения и даже, быть может, несколько опускается перед тем, как резко падает в сторону подветренного склона, то карниз должен образоваться более просто, так как эта форма гребня увеличит размеры «пространства мертвого воздуха» и даст карнизу более твердый устой на самом гребне. Фотография 202 дает довольно резкое подтверждение тому, что исключительно большой карниз образовался на крыше хижины, где условия выравнивания гребня облегчали образование карниза).
Рис. 199. Структура ветра на той части гребня, где образуется карниз
Рис. 200. Воздушные потоки через гребень и образование карниза
Рис. 201. Гребень с плоской вершиной. Образующийся карниз крупнее по сравнению с рис.200.
КАРНИЗЫ ЗАСАСЫВАНИЯ И КАРНИЗЫ СПРЕССОВАНИЯ
Исследователи описали две формы карнизов, так как, когда они делали разрезы через карнизное соединение, они часто обнаруживали перемежающиеся слои более плотного и менее плотного снега, причем удельный вес их колебался, как это указано в следующей таблице.
|
Номер слоя
|
Удельный вес менее плотного снега
|
Удельный вес более плотного снега
|
|
1 и 2 верхние слои карниза
|
0,220
|
-
|
|
3 слой карниза
|
-
|
0,420
|
|
4 слой карниза
|
0,352
|
-
|
|
5 слой карниза
|
-
|
0,466
|
|
6 слой карниза
|
0,400
|
-
|
|
7 слой карниза
|
-
|
0,480
|
|
8 слой карниза
|
0,425
|
-
|
|
9 слой карниза
|
-
|
0,490
|
|
10 слой карниза
|
0,440
|
-
|
|
11 слой карниза
|
-
|
0,500
|
|
12 нижний слой карниза
|
0,450
|
-
|
В нижних слоях удельный вес снега обоих типов почти одинаков вследствие образования фирна и давления верхних слоев, но вверху, там, где эти факторы еще не оказывают своего влияния, можно отметить, что более плотный снег почти в два раза тяжелее менее плотного.
Более легкие звенья карниза получили наименование карнизов засасывания, а более тяжелые - карнизов спрессовывания, и образование слоев, насколько я понимаю, было объяснено следующим образом. Звенья засасывания образуются вследствие выпадения снега из потока воздуха и его собирания в «пространстве мертвого воздуха». Понемногу «пространство мертвого воздуха» совершенно заполняется и поверхность карниза достигает линии потока воздуха. После этого дальнейшая аккумуляция снега прорывается в поток воздуха, и поэтому свободное сцепление частиц сменяется более плотной связью, вызванной тем, что снежинки спрессовываются ветром. Вследствие этого более плотный снег образует «карниз спрессовывания».
Это различие между двумя типами карнизов образования и утверждение, что они являются результатом двух отличных факторов воздействия, принято исследователями как базис, на котором строится гипотеза карнизообразования. Однако я сомневаюсь, чтобы предположение такого рода процесса могло давать удовлетворительное объяснение образованию карниза. Не доказательно, что форма, которую принимает карниз засасывания, соответствует форме потока воздуха, и точно так же я не думаю, что воздух, стремящийся по линии потока, имел бы достаточную силу для придания плотности снегу посредством спрессовывания.
Кроме того, рассматривая всю проблему в свете наших теперешних знаний процесса уплотнения снега ветром (процесса запластования), мне кажется, что, поскольку снег был сильно уплотнен в случае образования карниза спрессовывания и гораздо менее уплотнен при образовании карниза засасывания, можно предположить более простые условия, которые могли бы вызвать такое развитие в плотности снега.
Рис.202. Карниз на шале в Фалдуме, Валэ. Образование карниза произошло по схеме на рис.201
Рис. 203. Карнизы засасывания и карнизы спрессования
Рис. 204. Схема, иллюстрирующая альтернативную гипотезу образования карниза
АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ГИПОТЕЗА ОБРАЗОВАНИЯ КАРНИЗА
Во время опытов мы имели возможность наблюдать траекторию полета частиц бумажной золы, когда зола сбрасывалась потоком воздуха в мертвое воздушное пространство, и мы заметили, что форма карниза засасывания близко соответствовала форме верхнего края параболы, которую описывали частицы, выпадающие из потока; эта форма не соответствовала, как это утверждал Вельценбах, форме потока воздуха. Мы поэтому пришли к выводу, что карниз принимает форму потока ветра, как это первоначально предполагалось, но что он принимает форму траектории частиц. Разъясним: частицы, которые по той или иной причине имеют замедленное движение при достижении и прохождении гребня, сцепляются и образуют карниз, в то время как те, которые сдуваются дальше, падают за гребнем и образуют нижний откос карниза, принимая траекторию параболы, указанной на рис. 204, которая, однако, будет изменять свою форму в зависимости от условий движения основного потока ветра и от поднимающегося потока подветренной стороны. Карниз, образованный таким образом, явится либо карнизом спрессовывания, либо карнизом засасывания, в зависимости от изменения условий отложения частиц, как будет объяснено дальше.
Исходя из этой новой точки зрения, мы имеем возможность объяснить образование пустот, о которых мы говорили на стр. 245 (см. рис. 213), в которых снег не откладывается; при этом нам не нужно будет привлекать помощь неподвижного завихрения, упоминаемого первоначальным исследованием. Этим так же объясняется часто наблюдающееся явление, а именно, что карнизы образуются полностью лишь в том случае, если подветренная сторона достаточно крута, и что карнизы носят более и более зачаточный вид, если склон достаточно полог. Диаграмма на рис. 205, сознательно преувеличенная, показывает, как в случае крутого заветренного склона возникает заметное пространство между карнизом и верхней частью откоса в то время, как на наиболее плоских склонах образуется лишь маленькое расстояние, которое легко заполняется выпадающим снегом. Очень часто встречаются плоские подветренные склоны гребней с небольшими выемками, являющиеся, несомненно, результатом этого рудиментарного карнизообразования. Рис. 206 является именно изображением такого карниза, где подветренный склон значительно более полог, чем это даже видно на фотографии.
Рис. 205. Схема, показывающая разные типы формирования карнизов в зависимости от угла наклона поверхности
Как эта гипотеза объясняет образование звеньев карниза засасывания или спрессования
Поэтому в качестве процесса, который я противопоставляю процессу, предложенному Вельценбахом, и который может объяснить образование двух форм карнизов, я предлагаю утверждение, что карнизы засасывания образуются, пока снег находится еще в состоянии отдельных снежинок, то есть немедленно после снегопада, пока снежинки еще в состоянии отцепляться одна от другой вследствие перистости своей конструкции.
С другой стороны, я полагаю, что карнизы спрессовывания образуются из старого снега, который потерял свою способность цепляться и который соединяется лишь в результате спрессовывания ветром (запластования). Поэтому этот снег никогда не мог бы нависать над «пространством мертвого воздуха» (что отмечается и первыми исследователями проблемы), так как зерна падали бы до того, как они сцепились; они могли лишь накапливаться, как карниз спрессовывания на крыше карнизного соединения.
Рис. 206. Карниз, где подветренный склон значительно более полог, чем это даже видно на фотографии.
Рис. 207. Карниз в Татрах. Сравните с рис. 208 и 209.
Рис. 208
Рис. 209
Скорости ветра, отмеченные на рис. 196, показывают, что на гребне они настолько уменьшаются, что вполне возможно отложение частиц в условиях, которые необходимы для запластования снега ветром.
Мое предположение подтверждается двумя соображениями. Во-первых, я часто замечал при проламывании карнизов, что лишь некоторая часть снега представляет собой запластованный ветром снег, обычно представляя собой подлинный пласт (в отличие от образованного ветром наста); поэтому, согласно данному выше объяснению, очевидно, этот снег был вынесен, отложен и запластован, но не спрессован, как полагает Вельценбах. Это довольно ясно показано на рис.210, который показывает разломанный карниз, упавший с Дуканфурка (Гризон), и изображает твердый спрессованный ветром пласт сверху и гораздо более мягкий снежный пласт внизу, хотя и являющийся довольно вязким, но образованным скорее сцеплением, как можно видеть по линии разлома. Наиболее легкие слои, несомненно, являются слоями сцепления. Кроме того, эти слои обычно толще, что может быть объяснено большей силой аккумуляции снега во время снегопада и немедленно после него вследствие перистого состояния снежинок и их быстрого падения.
Конечно, можно ожидать, что если слой возник во время снегопада, так что он остается рыхлым, то его верхний слой, более долгое время подверженный действию ветра, затвердеет и даже превратится в твердый пласт в условиях влажного ветра, словом, обратится в наст. Это нисколько не меняет моего предположения. Если поверхность станет тверже, чем нижние слои, то сильный поток воздуха, идущий снизу вверх с подветренной стороны, или любая перемена ветра могут привести к образованию в результате эрозии пустоты под карнизом и к заостренной форме карниза по принципу самоточки.
Суммируя сказанное, можно утверждать, что мое предположение заключается в следующем: карнизы засасывания образуются во время снегопада вследствие сцепления снежинок и при отсутствии запластования снега ветром. Карнизы спрессовывания являются преимущественно карнизами запластования снега ветром, являясь даже почти всегда пластами, и они образуются отложением и запластованием старого снега.
Конечно, мы выдвигаем эти предположения, зная, что они не могут пока быть окончательно доказанными без дальнейших исследований и наблюдений; поэтому теперь необходимо отметить действительные условия (в частности, условия температуры, относительной влажности и структуры снега), которые существуют в момент образования карниза; точно так же надо выяснить взаимоотношения между типом карниза и данными условиями, наблюдения, представляющие большую трудность, однако, совершенно необходимые, так как незнание этих условий является большим пробелом, лишающим нас возможности принять то или иное окончательное предположение.
СКОРОСТЬ ВЕТРА
Вельценбах указал, что форма карниза изменяется в зависимости от скорости ветра, но что во всяком случае карниз может образоваться лишь при довольно больших относительно скоростях ветра. Было бы очень важно получить информацию по этому пункту, так как она бросила бы свет на структурные различия завихрений на подветренной стороне.
Рис. 210. Разломанный карниз, упавший с Дуканфурка (Гризон). Твердый спрессованный ветром пласт сверху и гораздо более мягкий снежный пласт снизу.
ОПУСКАНИЕ И СВЕРТЫВАНИЕ КАРНИЗОВ
Первые исследователи этой проблемы указывали, что лишь только карниз образовался, а иногда даже и во время образования, он начинает опускаться под давлением собственного веса, причем заостренный конец карниза опускается первым, так как он является наиболее слабой и наиболее острой его частью. Этим подчеркивается и объясняется закругленная форма, которой часто обладают карнизы. Я предлагаю для этого процесса название «свертывание» (involution), которое является переводом немецкого слова «einrollen». После того как свертывание имело место в течение некоторого времени, край карниза может коснуться снега внизу, как это видно на чертеже 211, в результате под карнизом образуется пустота серповидной формы, которая может сохраняться на долгие периоды, нередко засыпанной новыми карнизообразованиями.
Рис. 211
Мэндей отметил существование таких пустот исключительно большого размера под карнизами на большом гребне гор близь Ванкувера. Эти пустоты, глубоко зарытые в карнизном соединении, представляют собой довольно частое явление, причем иногда можно отметить присутствие целого ряда таких пустот, соответствующих образованию карнизов в течение долгого времени.
ОТКОС КАРНИЗА
Откосом карниза является та его часть, которая лежит непосредственно под лицом. Она образуется из того, что мы могли бы назвать излишками строительного материала при карнизообразовании. Частицы снега, которые падают в «пространство мертвого воздуха» или сквозь него, падают ниже, не сцепляясь с самим карнизом, укрепляются на подветренном склоне и, постепенно накапливаясь, образуют откос.
Как и можно ожидать от единообразного способа образования откосов, все они за небольшим исключением, имеют почти один и тот же угол наклона, в среднем равный 52,5 градуса. Вельценбах измерил множество карнизов в хребте Хоэ-Тауэр и получил следующие результаты:
|
№
|
Наименование карниза
|
Угол наклона
в градусах
|
|
1.
|
Секция №1 на Кайндельграт
|
50
|
|
2.
|
Секция №2 на Кайндельграт
|
54
|
|
3.
|
Секция №3 на Кайндельграт
|
52
|
|
4.
|
Секция №4 на Кайндельграт
|
53
|
|
5.
|
Карниз вершины Глокерин
|
54
|
|
6.
|
Карниз №1 вершины Висбахорн
|
52
|
|
7.
|
Карниз №2 вершины Висбахорн
|
51
|
|
8.
|
Карниз вершины Гроссвенедигер
|
55
|
|
Средний уклон
|
52,5
|
Снег откладывается в условиях ветра и нередко спрессовывается, и поэтому он может лежать под более крутым уклоном, чем если бы он падал свободно, и этот угол может рассматриваться довольно близким к пределу угла, под которым может лежать снег. Вельценбах, обращая внимание на этот вопрос, отметил, что он наблюдал склоны, по крутости превышающие 55 градусов и даже 60 градусов, но лишь на очень небольшом пространстве.
Исключением в отношении откосов, имеющих угол 52 градуса, являются те карнизы, которые возникают над пропастями, как это было указано на рис. 212, или над более или менее покатыми склонами (рис. 206, 208).
Вследствие большой крутизны и того факта, что откос постоянно образуется при каждом ветре, соединенном со снегопадом, откос находится всегда в состоянии неустойчивого равновесия и вследствие этого чрезвычайно опасен, особенно в своей верхней части, где снег лежит всегда толстым слоем. Очень часто откос спрессовывается ветром. В горах Флунзер Вальценбах и Паульке выпилили 100 куб. м карниза при помощи проволоки и этим вызвали лавину откоса в 25 тысяч куб. м снега. Много лавин с тяжелыми последствиями были вызваны либо разламыванием карниза вследствие таяния или по другим причинам, или альпинистами, прокладывающими себе дорогу и этим нарушающими равновесие откоса.
Подробнее мы будем касаться этой проблемы ниже, когда будем говорить об образовании лавин.
Рис. 212. Карниз, нависающий с утеса. Вершина ледника Дукан.
ВРЕМЕННЫЕ И ПОСТОЯННЫЕ КАРНИЗЫ
Исследователи называли временными карнизами такие карнизы, которые расположены ниже летней снеговой линии, и название постоянных - таким, которые расположены над ней.
Они установили, что временные, или зимние карнизы состоят либо из звеньев засасывания, либо из звеньев засасывания и спрессовывания, в то время как постоянные карнизы состоят из одних лишь звеньев спрессовывания. Несомненно, что у постоянных карнизов никогда не наблюдается характерная искривленная форма карнизов засасывания.
ФОРМА НАВЕТРЕННОЙ СТОРОНЫ СКЛОНА С КАРНИЗАМИ
Мы видели, что необходимо достаточное накопление материала, чтобы могло возникнуть карнизообразование. Исследователи доказали, что склон с наветренной стороны должен иметь такую форму, чтобы снег мог легко доставляться к гребню в достаточных количествах. Наиболее удобным является длинный и не слишком крутой склон. Если склон слишком крут, то ветер не может надувать снег по нему, а если он слишком короток, то на нем не накопится достаточное количество снега. Отсюда возникает интересное практическое явление. Если имеется скальный гребень, или жандарм, или что-либо подобное, что мешает движению снежного потока по наветренному склону гребня с карнизами, то можно сказать почти наверняка, что часть карниза, обращенная к подветренной стороне, будет значительно меньшая, чем у других карнизов. Если группа альпинистов должна спускаться с карниза, то можно заранее сказать, что это будет наиболее удобным местом спуска.
Чтобы доказать влияние наклона наветренной части карнизного гребня на размер карниза, исследователи сконструировали ряд искусственных гребней.
Когда один из этих гребней с довольно покатыми склонами был подвергнут действию снега, наносимого ветром, то немедленно образовался карниз на подветренной стороне и много снега было отложено под карнизом в виде откоса. Когда миниатюрная гора была повернута в другую сторону, карниз, несмотря на наличие ветра, не образовывался. Однако большие массы снега сконцентрировались на выветренной стороне и в них быстро образовалась пустота выдувания (рис. 217). Это подало мысль, что ветер потерял свою силу и способность наносить снег вследствие крутизны склонов, то есть наблюдалась точная параллель с тем явлением, которое мы наблюдаем, когда ветер дует прямо против какого-либо препятствия.
Рис.213. Зимний временный карниз
Рис. 214. Временный карниз
Возник интересный вопрос: при каком наклоне наветренного склона прекращается выдувание и начинается карнизообразование.
Вельценбах выбрал плато на Ханенкам, близь Китцбюэл и построил там снежный склон в полтора метра высотой и 10 метров длиной под прямым углом к основному направлению ветра. Наветренный склон колебался в крутизне от 30° до 60°. На почти 60-градусном конце образовался большой карниз с отслоениями откоса на подветренной стороне. По мере того как увеличивался угол наклона, карниз и откос уменьшались. При 42° совершенно прекратилось карнизообразование. При 40° появились первые признаки выдувания на наветренной стороне, а при 60° выдувание было очень сильное.
Вельценбах точно так же измерил множество карнизов выше летней снеговой линии и, выработав из них кривую, получил параболу, которая показала, что карнизы могут образоваться только в том случае, если подветренная сторона – при прочих благоприятных условиях – имела наклон между 42° и 18°20’. Причем последняя цифра указывала уклон, направленный в сторону подветренную. Он так же показала, что наиболее благоприятным уклоном является 16°40’.
Рис. 215 изображает 4 карниза, выбранных из большого числа иллюстрированных Вельценбахом. Он исчислил «интенсивность карнизообразования» посредством такого отношения «h» к «a» (h:а), которое представляет собой длину от крыши до откоса, измеряемую вдоль воображаемой линии, продолжающей линию откоса, и где h является перпендикуляром от этой линии к крайней точке лица. В диаграмме карнизов наименьшая интенсивность была отмечена буквами А и Д, а наибольшая интенсивность буквой С.
Итог. Было найдено, что интенсивность карнизообразования зависит от формы, размера и угла наклона наветренной стороны, а также от направления и силы ветра.
Может быть еще один фактор, имеющий значение в доставке материала на гребень, о котором Вельценбах не упоминает. Мы видели, что ветер дует по наветренным склонам, а также до некоторой степени и по подветренным склонам. Этот ветер заносит водяные пары, которые остывают по мере занесения их выше. В плохую погоду, когда влажность велика, условия окажутся благоприятными для образования осадков, которые и были мной найдены в больших количествах на поверхностях высоких хребтов в плохую погоду.
Рис. 215. Рисунки иллюстрируют интенсивность излома карниза.
Рис. 216. Двусторонние карнизы, образовавшиеся на соединяющем ребре между Вейсфрау и Моргенхорн
ДВУСТОРОННИЕ И ДВОЙНЫЕ КАРНИЗЫ
Когда дальнейшее доказательство того факта, что карнизы не могут образовываться, если наветренные склоны не имеют подходящей конфигурации, исследователи указывали на случай, изображенный на рис. 216, где возникли двусторонние карнизы, образовавшиеся на соединяющем ребре между Вейсфрау и Моргенхорн. Это ребро сперва имеет меньший наклон на одной стороне, а в дальнейшем на другой, и по этим склонам передвигается снег, который образует карнизы таким образом, что они располагаются сперва по линии более покатого склона в одну сторону, а затем – по линии более покатого – в другую. Такие карнизы, конечно, могут образовываться только в очень открытых местах, где можно ожидать более или менее непрерывных ветров, дующих с различных сторон.
Эти карнизы именуются двусторонними (переменными). Они представляют собой довольно редкое явление, но еще более редко встречаются так называемые двойные карнизы, которые часто смешиваются с предыдущими.
Двойной карниз состоит из двух карнизов, один непосредственно над другим, направленных в противоположные стороны.
Я думаю, что эти карнизы образуются не вследствие перемены направления ветра, как это имеет место при переменных карнизах, но одновременно одним ветром, надувающим снег вдоль ребра. Если ребро или гребень становится более крутым (кажется, двойные карнизы всегда образуются только на крутых частях гребня), то можно себе представить, что поток ветра разделяется на два, и оба потока будут дуть с двух сторон гребня и образовывать карнизы в обоих направлениях.
Я слышал лишь о двух или трех случаях таких истинных двойных карнизов в Альпах, но насколько я знаю, огромные двойные карнизы имеются в Гималаях.
НАПРАВЛЕНИЕ КАРНИЗОВ
Хотя наветренный склон должен быть приблизительно направлен прямо против страны света, откуда дует наносящий снег ветер, для того чтобы могло возникнуть обычное карнизообразование, все же не является совершенно необходимым, чтобы ветер дул постоянно и неизменно в одном направлении, притом непосредственно вверх по склону. Даже если он дует под острым углом к оси ребра, то, как указал Аракава, он проявляет тенденцию изменить направление так, чтобы дуть почти или совершенно под прямым углом к гребню, который он пересекает (рис. 217).
Рис. 217.Схематичное изображение ветра, дующего через гребень.
Рис. 218. Теоретический набросок излома карниза.
Поскольку основными снегонесущими ветрами в Альпах являются ветры западные и юго-западные, постольку можно ожидать, что карнизы будут образовываться главным образом на восточных и северо-восточных склонах. Однако иногда бывает, что несущие снег ветры дуют с севера или чаще с северо-северо-запада, и в таком случае нередко оказывается, что карнизы расположены на южных склонах, конечно, при том условии, что наветренные склоны удовлетворяют условиям карнизообразования.
Мы в данном случае не занимаемся всем комплексом практических вопросов и затруднений, возникающих в результате карнизообразования, и отсылаем тех, кто интересуется этой частью вопроса, к книге Юнга «Об альпинизме».
ЛИНИЯ РАЗЛОМА КАРНИЗА
Нередко утверждают, что карниз, вероятнее всего, разломится по той линии, где продолжение линии откоса пересекло бы линию крыши, то есть по линии АХ на рис. 218. Вельценбах полагает, однако, что для типичного карниза линия разлома, вероятно, лежала бы по кратчайшей линии между крышей и откосом, что соответствует перпендикуляру, поставленному из линии крыши в верхнюю точку откоса, то есть по линии YА. Я думаю, что теоретически это, вероятно, правильно, но все же карниз недостаточно крепок и монолитен, чтобы можно было точно определить границу между опасностью и безопасностью, и поэтому я предпочитаю пользоваться старомодной пословицей: «Дайте карнизу возможную широту».
КАРНИЗЫ НАД ТРЕЩИНАМИ
Райт и Пристли были первыми, которые указали, что снежные мосты над трещинами могут быть карнизами, но они утверждали, что наиболее слабая точка лежит на подветренной стороне трещины. Это довольно удивительно. Паульке нашел, что в отношении узких трещин ветер, дующий лишь в одном направлении, может совершенно их закрыть, делая их абсолютно невидимыми, поскольку частицы снега, надуваемые с наветренной стороны, могут зацепиться на подветренном крае площадки. Карниз подветренной стороны был бы тоньше и слабее. Даже и в широких трещинах, посредством меняющихся ветров, могут быть образованы сплошные снежные мосты. Паульке и Вельценбах указали, что вследствие типично острой формы карниза в его конце, наиболее слабая часть этих мостов лежала бы в той точке, где они соприкасаются.
Как указано в моей первоначальной статье–обзоре, необходимо сделать тщательное исследование, чтобы получить практическую информацию по каждому вопросу. До какой степени карнизы являются снежными мостами, или до какой степени мосты возникают вследствие сцепления снега - остается вопросом. Можно предположить, что мосты, образованные сцеплением снега, будут более слабыми, чем мосты-карнизы, особенно в первое время их возникновения, пока сцепившийся снег лежит еще свободно и недостаточно сцементирован.
ОБРАЗОВАНИЕ ФИРНОВЫХ ГРЕБНЕЙ
Исследование, которое произвел Вельценбах, чтобы обследовать карнизы вершин на высоких гребнях, дали возможность пролить свет на их историю. В основном его замечание сводиться к следующему.
Рис. 220, который показывает участок карниза на Кайндельграт, поддается чтению, как книга, потому что имеется очень много остатков старых наносов, собравшихся на карнизе в хорошую погоду. Старый откос под древнейшим видимым гребнем хребта еще не достиг максимума своей крутизны, так что он мог еще накапливать материал. По мере того как продолжалось дальнейшее образование, вершина понемножку передвигалась к точке В, то есть к подветренной стороне. Затем, когда максимум крутизны был достигнут, дальнейший рост мог иметь место лишь в сторону наветренную, и вершина соответственно передвинулась назад к С.
Рис. 219. Карниз над трещиной. А - новый слой снега, В - наветренный карниз, С - карниз, сформированный под воздействием изменения ветра, D - ледник, E,F - снег, нападавший в трещину, Y - «слабая» точка.
Рис. 220. Фрагмент карниза на Кайндельграт на Вайсбаххорне, показывающий движение вершины гребня.
После этого усиливается интенсивность грязевого слоя, который говорит о длинном периоде хорошей погоды, когда карниз разломился, и вследствие соскальзывания снега или лавин были вскрыты новые слои снега. В дальнейшем вершина опять передвинулась в подветренную сторону. Затем последовал ряд сильных снегопадов, что подтверждается отсутствием новых слоев грязи. Откос нисколько не потерял в своей крутизне, и все дальнейшее повышение вершины имело место в направлении наветренной стороны. Все свешивающиеся карнизы отломились за исключением последнего.
ЛЕДЯНЫЕ ГРЕБНИ
Во время разработок на Кайндельграте было замечено, что на небольшой глубине фирновый снег неожиданно заменяется льдом, который образует ядро ребра.
Вельценбах пользуется этим, чтобы рассказать то, что известно каждому альпинисту и что нашло свое подтверждение в работах гляциологов, а именно, что для образования льда не обязательно давление.
Лежащая сверху масса снега глубиной 4-5 м дала бы, по мнению Вельценбаха, достаточное давление, и можно было бы ожидать постепенного перехода снега в лед, а не внезапного (в некоторых местах ледяная поверхность не только прилегала к снежному слою, но и прямо прорезывала его).
Поэтому Вельценбах считал вероятным, что вода, возникшая в результате таяния, поднималась от скалы, на которой покоится снег, через снежный слой и замерзала в виде синего льда. «Эти ледяные ядра кажутся растущими кверху в сторону снежного покрова и в сухие лета, когда карнизы и снег стаивают, они прорезают снежный покров в виде ледяных склонов. Затем их рост приостанавливается, и они опять начинают образовывать ядра для дальнейшего развития снежных отложений и карнизов». Насколько я знаю, Лунн был первым, кто указал, как формируется лед в результате замерзания талой воды, выдаваемой скалами. Точно так же лед может образоваться в кулуарах, где вода замерзает, стекая в течение ночи с горы. Это является повторением образования корковых слоев в снегу, которые мы уже рассматривали в одной из глав.
Рис. 221. Временный карниз (Вайсбаххорн), показывающий серию напластований.
Рис. 222. Проверка карниза близ Хижины Верены. Гризон.
