Анализ движения снега в горах

Анализ движения снега в горах

Материал нашел, перевел 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

АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ СНЕГА

Прежде чем рассматривать вопрос о движении снега в лавинах, мы должны рассмотреть четыре вспомогательных явления: верхнюю линию отрыва снега, когда снежное покрытие скатывается со склона, снежные трещины, сползающий снег и, наконец, снежные оползни, которые все связаны между собой и имеют непосредственное отношение к движению снега.

ЛИНИЯ ОТРЫВА

После того как лавина сошла, снег, который остался устойчивым выше нее, часто принимает вогнутую или арочную форму (см. рис. 263 и 265). Структуру, сформированную таким образом, можно сравнить с огромной естественной аркой, поддерживаемой столбами, которые являются краями пласта неподвижного прикрепленного снега, и Вельценбах действительно предлагал использовать принцип арки для объяснения основного принципа лавинообразования. Он также указал, что в кулуаре арка отсутствует, поскольку боковые края, то есть стенки кулуара, формируют столбы, поддерживающие арку. Это особенно хорошо заметно на второй справа лавине на рис. 265. Аналогия лавины с аркой была раскритикована на том основании, что створ в 100 футов или больше не сможет удержать снег над собой. Мне это кажется необоснованным. Мы не имеем дело с аркой, стоящей вертикально, но со строением, которое должно выдержать очень небольшой вес.

 Рис.263. Лавина в Бременбюхе. Видна линия арки. Фото Е.К. Ричардсона (E.C. Richardson).

 Рис. 264. Линии отрыва в искусственных лавинах. (Слева - крутой склон, справа - плоский склон).

Дело в том, что снег, расположенный выше, поддерживается на высоте благодаря трению со склоном горы, и даже если бы это трение было слабым (вероятное возникновение при условиях лавины), то только маленькая часть веса неподвижного снега была бы перенесена на арку. Если мы предположим, что наша арка была создана зерно к зерну, будет очевидным, что каждое зерно ляжет немного внахлест на соседнее, образуя таким образом арочную фигуру. А. Д. Байнс из Альпийского Лыжного Клуба провел некоторые эксперименты с различными гранулированными материалами, которые подтверждают это предположение. Производя искусственные лавины, он обнаружил, что, чем круче склон, тем круче арка, и, соответственно, более плоскому склону соответствует и более плоская арка. (См. рис. 264). Это указывает на то, что на более крутом склоне, где давление на арку было бы больше, она должна принять более крутую (то есть более прочную) форму, чтобы сдержать снег, тогда как на плоском склоне, где давление меньше, достаточно и менее крутой, то есть более плоской и слабой арки.

Вельценбах ссылается на аналогию между арочной линией разлома и формой бергшрунда, при которой лед аналогично скатился с горы, оставляя за собой арку твердого льда, поддержанного скалами или ребрами с каждой стороны; он указал на определенное сходство между движением лавины и ледника.

Рис. 265. Лавина сухого нового снега в безветренную погоду. Видна линия арки. Фото Х.Хэка (H. Hoek).

 

Он и Крэнстэвер заявили, что первоначальная линия отрыва лавины должна иметь форму арки. Это довольно серьезное рабочее предположение, но все же оно еще не доказано. Может случиться так, что первоначальная линия отрыва весьма отлична от предполагаемой, но как только лавина начала спуск, снег выше нее начинает смещаться и образует арку.

Практическим соображением, возникающим при этом рассуждении, является вопрос о том, что, если лавина падает, оставляя лыжника стоять близко к линии отрыва, он, более вероятно, останется на действительно устойчивом снегу, если тот формируется в арочной форме.

Некоторый свет на эти наблюдения пролил Эртель. Он пишет, что после того, как сошла вниз первая лавина, снег поблизости, потерявший поддержку, очень вероятно, вскоре сойдет вниз в качестве второй лавины, засыпав оставшихся в живых после первой лавины людей или спасательную экспедицию. Поэтому, казалось бы, что, если края лавинного пути хорошо поддерживаются ребрами, а верх образует арку, у второй лавины есть меньше шансов идти по тому же следу.

Пластовые лавины снега, которые падают из-под гребней, не всегда имеют ярко выраженную арочную линию отрыва. Мокрые лавины также могут иметь менее явно выраженные арки, чем сухие лавины.

 Рис. 266. Снежная трещина видна на рис. A в плане и на рис.B в разрезе. (По данным Здарского).

 

СНЕЖНЫЕ ТРЕЩИНЫ

Снежные трещины - название, которое я предлагаю для явления, описанного Здарским, которое представляет собой увеличение мелкой щели в снежном склоне. Существенно, что трещина имеет почти всегда арочную форму (см. рис. 266), здесь прослеживается некоторая связь с арочной формой линии отрыва лавины. Снежные трещины могут формироваться и обычно в действительности формируются чрезвычайно медленно. Иногда мы замечаем, что только на одной стороне склона имеется трещина, простирающаяся вниз на расстояние в сто ярдов, и такая же трещина обнаруживается на другой стороне, однако мы не замечаем места их соединения в центре, поскольку, смотря снизу, мы не видим даже слабого намека на трещину, так как центр арки в снегу не очень заметен. Здарский говорит, что он наблюдал снежные трещины во всех типах снега: и сухом, и мокром - и что очень часто эти трещины являются предвестниками лавин в тех местах.

Обнаружение снежных трещин должно вызвать самые большие опасения у лыжников.

Трудно определить, является ли движение, которое мы называем образованием трещины, относящимся по классификации к такому явлению, как «сползание», то есть форме движения снега, которую мы рассмотрим ниже, или его можно рассматривать как небольшое начальное движение лавины, возможно, что в действительности это является одним, а не разными явлениями.

СПОЛЗАЮЩИЙ СНЕГ

Теперь необходимо рассмотреть форму движения снега, которая имеет меньшее значение для альпиниста, чем для фермера, поскольку наносит много ущерба заборам и деревьям. Поэтому нас она интересует только постольку, поскольку это явление проливает некоторый свет на то, как снег перемещается.

Снег «сползает», то есть скользит медленно под гору, если он находится на крутом склоне и частично превратился в фирн. Явление поэтому наблюдается преимущественно на южных склонах весной или летом (см. рис. 267).

 

Рис. 267. Ползущий снег. Лимбах, Фрютиген. Слева можно увидеть трещины там, где снежный покров нарушен; справа соскользнувший снег собрался в кучу. Фотограф Э. Эйгстер (E. Eugster).

Теория, выдвинутая Фанхаузером, который первым занялся описанием сползающего снега, состоит в том, что отдельные зерна, растаяв и высвободившись из фирнового снега, скользили поодиночке, сами по себе под гору и повторно заморозились в немного более низком положении, так что постепенно целое снеговое поле переместилось на несколько футов вниз. Он приводит пример, как на высоте 6330 футов снеговое плато, лежащее на склоне в 33°, сползло на расстояние в одиннадцать дюймов за тринадцать дней.

Несмотря на то, что сползание это медленно, само движение и давление, производимое снежной массой на дерево или забор, огромно, и имущественный ущерб может быть серьезным. Как сказано выше, весьма возможно, что такое движение могло бы так нарушить равновесие снега, чтобы вызвать лавину.

Исследование сползающего снега и его арочной линии отрыва на рис. 267 приведет нас к двум следующим выводам: трещины тесно связаны с линиями отрыва и вызваны сползанием снега. Единственное слабое место в этом рассуждении состоит в том, что Фанхаузер полагал, что сползание снега имело место лишь в том случае, если снег частично стал фирном, тогда как снежные трещины найдены во всех формах снега.

СНЕЖНЫЕ ОПОЛЗНИ

Трудно определить, что такое снежные оползни и сказать, когда оползень прекращает быть просто медленным сползанием и превращается в лавину, но мы могли бы описать оползень как движение мелкого слоя снега, недостаточного в объеме и длине движения (скажем, на несколько ярдов и несколько дюймов в глубину), чтобы нанести кому бы то ни было телесные повреждения или засыпать человека (см. рис. 268 и 269). Оползень обычно скоро прекращается, но его опасность заключается в том, что он способен протащить с собой человека на несколько ярдов, и если оползень начинается на краю трещины или пропасти, то он может быть столь же опасным, как и настоящая лавина (оползень - «старший брат» лавины).

Многие лавины начинаются как оползни, которые увеличивают скорость или объем, пока они не превращаются в неистово несущиеся массы снега. Причина сползания, остающегося только оползнем и не превращающимся во что-либо более серьезное, состоит в том, что либо имеется недостаточное количество снега подходящей природы, который будет приведен в движение, либо в особенностях ландшафта, не подходящего для развития лавины — его слабому уклону или скалистой природе — или, вероятнее всего, в комбинации этих двух причин.

 Рис. 268. Сползание снега. Мокрый снег на мокрой траве.

 

Рис. 269. Шесть дюймов мокрого снега на мокрой траве. Это промежуточный случай между оползнем и лавиной. Благодаря длине пути снега его собралось достаточно на вершине, чтобы сделать это положение опасным. Фото Х.Хэка (H. Hoek). 

 

ДВИЖЕНИЕ СНЕГА В ЛАВИНЕ: СУХОЙ СНЕГ, ДИКИЙ СНЕГ

Снег, который выпал при очень низких температурах, скажем - 15° C (5° F), и в совершенно безветренную погоду, лежит невероятно свободно, только кое-где лучи снежинок будут соприкасаться. Такой снег имеет большую рыхлость, почти пышность, он подобен пуху и стекает с лопаты, как вода. У него особый удельный вес: от 0,01 до 0,03, тогда как обычный свежевыпавший снег имеет удельный вес в диапазоне от 0,05 и больше. Разница между этим и обычным снегом видна по микрофотоснимкам ( см. рис. 270 и 271).

 Рис. 270. Микрофотография дикого снега.

Рис. 271. Микрофотография обычного свежевыпавшего снега. Дикий снег намного легче и состоит в большинстве из тонких игл, тогда как обычный снег с значительной степени составлен их хлопьев.

Этот снег швейцарцы называют диким снегом, и я не думаю, что мы можем дать ему лучшее название.

Когда этот снег достигнет достаточной глубины на крутом склоне или получит некоторый толчок, он будет легко стекать вниз, вначале совершенно безобидно, как жидкость, не причиняя никакого ущерба встречающимся на пути предметам.

На данном этапе частицы снега настолько легки, что они катятся, переворачиваются друг через друга и плывут вниз. Трение между частицами, а также трение частиц с подкладочным слоем настолько мало, что можно продолжить аналогию с жидкостью: они текут, пока их русло ровное, как русло реки, и пока они не встречают на пути препятствий. Этот тип снега представляет собой крайний случай отсутствия внутреннего сцепления частиц.

 

ОБЫЧНЫЙ СУХОЙ СВЕЖЕВЫПАВШИЙ СНЕГ

Снег, который выпадал при нормальных условиях, то есть при температуре на несколько градусов ниже нуля и при небольшом ветре, будет с самого начала в 2-5 раз тяжелее, чем дикий снег, и в результате его движение будет более мощным. Фактически огромные зимние лавины из сухого свежевыпавшего снега — те, которые идут вскоре после сильных снегопадов — являются самыми мощными и разрушительными из всех. Это особенно заметно, когда свежевыпавший снег подвергается слабому воздействию ветра и уплотняется, но не теряет при этом своей пылевидной природы - ситуация, которая происходит намного чаще, чем люди воображают.

Как все другие лавины, эти обычно тоже начинаются со скольжения, но они получают ускорение и увеличиваются в объеме, превращаясь в поток, подобный потоку дикого снега, но гораздо мощнее. Переворачивание частиц, их перекатывание друг через друга и частичное течение более легких частиц снега делает лавину чрезвычайно мобильной уже на ранних стадиях ее движения. Это в особенности заметно в верхних слоях лавинообразующего снега. В слоях, расположенных ближе к земле, давление, естественно, сильнее и снег более плотный, поэтому движение частиц в этом слое является скорее скольжением или толканием.

Трение и перемена давления, то усиливающегося, то ослабляющегося в зависимости от состояния русла, по которому движется лавина, приводит к образованию комьев замороженного снега.

Позже снег может натолкнуться на какие-либо преграды или перетечь через какой-нибудь выступ; на данном этапе сила лавины достигнет своего кульминационного момента, и тогда движение лавины превратится в сложную смесь скользящих, текучих, вращательных движений (см. рис. 272).

 

Рис.272. Лавина из сухого нового снега на Веттерхорне.

 

МОКРЫЙ СНЕГ

Различные типы мокрого снега и их характеристики

Прежде чем иметь дело с изучением движения мокрого снега, мы должны точно определить, что именно он собою представляет.

Мокрый снег может быть описан как соединение частицы льда с промежутками между ними, которые полностью или частично заполнены водой, формирующей пленку вокруг отдельных частиц. В зависимости от количества воды, находящейся в снеге, его называют «влажным», «мокрым» или «средне-мокрым» и «очень мокрым». (Термин «влажный» также может быть использован как основа для описания всех трех состояний). Вода образуется или из-за таяния внешней поверхности этих ледяных частиц, или из посторонних источников (таких, например, как дождь или талая вода, которая проникла из какой-то более теплой части снегового поля).

Таким образом, мы имеем более или менее твердое ядро льда, окруженного пленкой воды; то есть мы фактически имеем материал, похожий на мокрый песок, и он будет вести себя точно так же, как ведет себя мокрый песок.

Любой из нас знает, что из взвешенной смеси воды и песка можно построить замок, то есть постройку с вертикальными стенами, или, как бы назвал это инженер, постройку, имеющую «угол естественного откоса 90°». Это возможно благодаря поверхностному натяжению пленки воды, окружающей отдельные песчинки; считается, что это поверхностное натяжение максимально, когда имеется достаточно воды, чтобы покрыть пленкой каждую песчинку. Другими словами, когда частица полностью окружена пленкой воды, она будет сильнее всего прикреплена к соседней с ней частицей.

То, что степень прилипания (или как мы называем это в отношении снега, внутреннего сцепления), зависит от «угла естественного откоса», меняется в зависимости от содержания воды, показывает следующая таблица, взятая из «Инженерного ежегодника» Кемпа за 1924 год.

Материал	Угол естественного откоса
Сухая земля	29°
Влажная земля	45-49°
Очень мокрая земля	17°

 

Таблица говорит о том, что влажная земля может быть скреплена под более крутым углом, чем сухая или чем очень мокрая земля.

Сила, стремящаяся оторвать частицы друг от друга выражена следующими числовыми показателями, полученными Вильсоном и описанными Стэнтоном:

Процент содержания воды	0	6%	12%	17%
Среднее отношение горизонтального давления к вертикальному, т.е. сила, стремящаяся оторвать частицы	0,313	0,22	0,212	0,28

  

Числовые показатели можно было бы выразить в виде кривой, которая будет выглядеть приблизительно как на рис. 273, где две низшие точки сцепления (XX) совпадают с полностью сухим и полностью мокрым песком.

На графике будет видно, что в промежутке от ноля до 12 % содержания воды единство (сцепление) частиц увеличивается и при увеличении содержания влаги оно (сцепление частиц) уменьшается. Вильсон говорит, что в действительности (я, к сожалению, не смог лично прочитать его подлинную рукопись) сцепление увеличивается, когда пространство между зернами песка наполовину заполнено водой, и меньше всего, когда они или пусты, или совершенно заполнены водой.

Все вышеописанное проясняет, что для возникновения лавины из-за отсутствия внутреннего сцепления намокания частиц недостаточно.

Первоначальный эффект смачивания снега приведет к тому, что сцепление усилится, и только тогда, когда смачивание или смачивание с добавлением таяния образует новый запас воды, температура которой будет выше точки замерзания, произойдет фактически смазывание гранул снега, и снежная масса станет мобильной.

Итак, мы имеем три различных типа влажного снега: во-первых, влажный снег, который образуется при условиях слабого таяния и примером которого является снег, прилипающий к лыже. Такой снег имеет высокое внутреннее сцепление, и он может превратиться в лавину, если будет плохо прикреплен к подстилающему слою.

На другом конце шкалы находится мокрый снег, или, вернее, «очень мокрый», который обладает некоторой текучестью, его можно также назвать «жидким», как грязь. Примером такого снега является такой снег, который наблюдается после сильного таяния или дождя. У такого снега не имеется даже небольшого внутреннего сцепления, и отсутствие этого сцепления даст возможность сойти лавине, независимо от степени закрепления снежной массы на подкладке. Такой снег фактически будет стекать потоком вниз по склону.

Наконец, есть третья, промежуточная, стадия — снег средней влажности, или «средне-мокрый». Этот снег имеет умеренную степень внутреннего смазывания, которая даст возможность частицам скользить друг через друга, если снег приведен в движение посторонней причиной или слабо закреплен к основе.

На фотографиях на Рис. 285-287 очень хорошо показаны размеры блоков, сформированных в лавинах из мокрого, очень мокрого и снега средней влажности и иллюстрируют природу этих трех состояний снега.

 

Рис.273. Слева надпись на кривой: увеличение сцепления; справа — уменьшение сцепления; внизу — увеличение количества влаги.

 

Так как снежинки и пространство между ними сильно варьирует по размерам и форме у нового снега, фирнового снега и др., то и количество воды, необходимой, чтобы сделать слой снега лавиноопасным, также варьирует. Унна заявляет: «наименее сцепленный зимний снег гораздо больше подвергнется действию даже небольшой оттепели», мы можем добавить факт, который известен каждому из практики, — затвердевший фирновый снег требует намного больше воды, чтобы сделаться подвижным.

ДВИЖЕНИЕ СНЕГА, СОДЕРЖАЩЕГО ВОДУ

Влажный снег

Сведения о том, что снег, у которого имеется высокое внутреннее сцепление, вызванное небольшим количеством влаги, может быть лавинноопасным, не должны озадачивать читателя, поскольку такой снег может быть очень слабо закреплен из-за смазывания подстилающего слоя талой водой, пришедшей из другого источника.

В таком случае, однако, для того, чтобы сошла лавина, подстилающий слой должен быть хорошо смочен водой. Обычно в таких случаях талая вода со склонов, расположенных уровнем выше, стекает по слою наста под поверхностью снега и смачивает его. Когда она пропитает слой наста, она проникает вверх через снег по капиллярам и намачивает свежий слой снега. В таком состоянии все останется устойчивым в течение некоторого времени, как описано выше. Другими словами, снег становится влажным и прочно связанным.

Медленное таяние, вызванное состоянием атмосферы, особенно в облачный день, когда тепло, излучаемое землей, не может пройти в верхние слои атмосферы, будет также увлажнять снег.

Когда вода, просачиваясь, смазала слой наста и создала скользящий эффект на подстилающем слое, весь верхний слой снега начинает соскальзывать целым пластом, даже при том, что зерна его остаются прочно сцепленными друг с другом. Здарский описывает интересную лавину, которая возникла в подобных условиях.

Снег средней влажности (средне-мокрый)

Лавина из снега средней степени влажности, формирующаяся во время довольно сильного таяния, встречается намного чаще.

В этом случае частицы снега потеряли некоторую часть сцепления друг с другом вследствие того, что в нем находится значительно больше воды, чем необходимо, чтобы крепко связать их поверхностным натяжением. Тем не менее воды недостаточно для того, чтобы уничтожить это сцепление.

Лавина может начаться со скользящего движения, как в случае лавины из мокрого снега, но скоро влажные частицы снега начнут перекатываться друг через друга.

В этом типе лавины снег сначала начинает соединяться в более крупные зерна, затем — в комки, большие шары и в конечном счете — в снежные глыбы. Это частично происходит благодаря поверхностному натяжению воды, о котором мы говорили ранее, и частично из-за таяния и замерзания. Таяние и смерзание происходят вследствие двух причин: из-за изменения давления или благодаря трению. В первом случае вес лежащих масс снега сдавливает пропитанные водой частицы снега, прижимая их друг к другу; это снижает их точку замерзания и снежная масса остается во влажном состоянии; когда давление по каким-то причинам снижается, если, например, лавина сходит по неровной поверхности, снег немедленно смерзается в крупные блоки. Трение вызвано тем, что снег, сползая по руслу лавины, трется об его края; это способствует возникновению явления таяния и соответственно увеличивает количество воды в снежной массе. Когда причина трения устраняется, вода вновь замораживает снег в крупные комки и шары. Они будут катиться впереди основной части лавины, при этом самые большие глыбы будут двигаться первыми. При остановке лавины они окажутся в самой низшей части лавины, причем, чем выше мы будем подниматься по лавинному склону, тем меньшего размера глыбы будем встречать. Это действие так называемой сортировки, или градации. Оно очень хорошо наблюдается, если поставить опыт искусственного лавинообразования на модели склона из песка.

 Рис.274. Край вершины лавины влажного снега в Долине Дишма, в Давосе, показывает «градацию» снежных глыб. Наибольший лежит в самой низкой части края вершины, или около него, наименьший — выше. Обратите внимание также на распространение лавины по открытому пространству. Фотография Э. Мееркампера, Давос (E. Meerkumper).

Процесс сортировки (градации) происходит частично из-за большей скорости более тяжелых комков и частично благодаря факту, на который указывает Здарский: поскольку у смежных снежных шаров соседние стенки вращаются в противоположных направлениях, возникает уравнение их объемов вследствие силы трения.

 

Рис.275. Диаграмма, показывающая, как соседние стенки шаров снега вращаются в противоположных направлениях, что приводит к выравниванию объемов снежных глыб в любой части лавины из влажного снега. (На чертеже в 2 местах у стрелок написано слово «трение»).

 

Трение так же играет другую важную роль в процессе спуска лавины. Снег, спускаясь в виде потока, следует тем же самым законам; из-за трения снега о края русла и о само русло. Лавина перемещается медленнее по краям и быстрее в середине; поэтому возникает тенденция к завихрению снега, и таким образом создается непрерывное мощное движение по кругу во всем движущемся снеговом потоке сверху донизу.

Лыжник, увлеченный этим движением, будет втянут под поверхность лавины, и, хотя наблюдались такие случаи, когда жертва была снова выброшена вверх, все же обычно вес тела будет тянуть его вниз, под поверхность лавины.

Именно это повышенное трение у основания и по краям лавины заставляет лавины из мокрого снега спускаться по V-образной траектории, причем вертикальный разрез примет форму перевернутой V, так как снег собирается наверх и давит вперед то место, где трение наименьшее (см. рис. 276). Этот центральный поток настолько мощный, что, если основание или края лавины имеют тенденцию к замедлению движения, то он проталкивается через задерживающие его части, которые тогда превращаются в берега (см. рис. 277). Кроме того, если лавина несется по горизонтальной поверхности или по выемке, снег падает в нее под давлением, давление немедленно прекращается, и снег замерзает. Этими двумя способами лавина обычно строит свое собственное русло, заполняя все неровности рельефа и образуя после себя гладкий след, часто полукруглой в разрезе, с высокими берегами, как у реки; основная часть лавины несется по этому руслу с неимоверной мощью и скоростью.

Глыбы снега и льда, которые входят в основание или боковые стороны лавины, больше не могут катиться вследствие давления, которое они испытывают сверху, и таким образом их движение превращается в скользящее вдоль пути лавины. Это вызывает продольные глубокие борозды по всему пути лавины. Подобные борозды типичны для лавин из влажного снега. Примеры приведены на рис. 278 и рис. 331.

 

Рис.276. V-образная перевернутая траектория движения лавины. Фотография. Э.Эйгстера (E. Eugster).

Иногда после прохождения лавины ее русло представлено в виде пустого канала, в этом случае формируется превосходное углубление для спуска следующей лавины. В таких случаях в течение зимы происходит глубокое проникновение лавины мокрого снега все дальше и дальше в долину вследствие образования более гладких и расчищенных путей, созданных предыдущими лавинами. Иногда лавина может остановиться в русле, в котором тогда образуются продольные маленькие трещины в тех точках, где снег самой лавины соприкасается со снегом краев русла. (см.рис. 277).

Рис. 277. Секционное возвышение лавины из влажного снега. Берега, составленные из снега, который спустился и остановился из-за трения, отмечены AA. Центральное ядро, более активный компонент лавины, отмечено С. Трещины между центральным ядром и берегами отмечены BB. Лавина, из которой была взята эта секция, представленная на рисунке, прошла 33 ярда через эту точку. (По данным Ф.В. Шпрехера) (F.W. Sprecher).

Лавины из мокрого снега обычно находят какой-нибудь кулуар, по которому они сходят вниз, но и без такого направленного внешнего влияния, особенно когда они достигнут более плоского основания, лавины могут внезапно поменять направление под прямым углом или завертеться вокруг собственной оси, что, возможно, является следствием сильного трения на одной из сторон лавины. (см. рис. 276 и 279). Фотография такого любопытного змеевидного спуска лавины была опубликована в «Британском Лыжном Ежегоднике» за 1931 год, то же можно увидеть на рис. 276.

Очень мокрый снег

В этом случае снег так сильно смочен, что избыток воды находится вокруг каждой частицы, и смесь снега и воды ведет себя почти как настоящий поток воды. В результате лавина из очень мокрого снега стекает так же, как лавина из сухого свежевыпавшего снега, и это касается прежде всего скорости схода.

Природа лавин из очень мокрого снега может быть лучше всего понята с помощью фотографий этих трех вариантов, показанных на рис. 285, 287.

Надо иметь в виду, что данные примеры отображают типичные случаи чистых лавин, но на практике можно представить все промежуточные стадии и их комбинации. Лавина может начаться как лавина из сухого снега, спускающаяся с большой высоты, и закончиться лавиной из мокрого снега под влиянием таяния снега в долине. Рассматривать все эти случаи подробно усложнило бы нашу и так достаточно сложную задачу.

 Рис. 278. Полосчатый берег лавины из мокрого снега. Лавина, должно быть, была на уровне вершины, но главный поток состоял только из нескольких снежных шаров на более низком уровне. Бороздчатость вызвана действием трения, возникающего при скольжении глыб и комков. Фотография Ф. В. Шпрехера (F.W. Sprecher).

 

Рис. 279. Показано кружение лавины мокрого снега. Фотография Э.Эйгстера (E. Eugster).

 

ПУЛЬВЕРИЗАЦИЯ (РАСПЫЛЕНИЕ)

ВЛИЯНИЕ ПУТИ ДВИЖЕНИЯ ЛАВИНЫ НА ХАРАКТЕР ЭТОГО ДВИЖЕНИЯ

Исследовав движение лавин из различных видов снега по теоретически свободному и ровному склону, мы должны теперь изучить влияние на это движение ландшафта и грунта, по которому падает лавина.

Благодаря Вельценбаху, который первым сделал полный анализ различных движений снега в лавинах, его работа дает ценный материал и обеспечивает новый подход к более полному пониманию поведения лавин, а также формирует основы для дальнейшей работы, которая будет иметь большую ценность во многих направлениях, не в последнюю очередь – для работы спасателей.

Представим себе крайний случай: вообразим очень крутой кулуар без препятствий и лавину из дикого снега, начинающую движение по этому кулуару. Скорость лавины мгновенно станет очень большой, и, в конечном счете, вследствие ее малого веса и сопротивления воздуха, весь снег поднимется в воздух и спокойно спланирует в долину. Такие лавины, описанные Э. Хэссом, характеризуются четким, резко выраженным руслом, сформированным в то время, когда набиралась скорость лавины, и неожиданным обрывом этого русла в точке, где снег «взлетел» в воздух. Превращение снега, падающего в лавине, в снежную пыль, перемещающуюся по воздуху, то есть его распыление называют термином «пульверизация». Это слово, хотя и означает в его самом прямом смысле «преобразование в порошок», здесь используется, чтобы описать не только разбивание больших зерен в маленькие частицы, но и подъем в воздух этих новых частиц вместе с уже существующими мелкими частицами.

Если лавина упадет в пропасть, то пульверизация произойдет очень легко вследствие сопротивления воздуха, но оно будет зависеть и от структуры снега, то есть от его возраста. Снег, который перекатился через скалу в пропасть, распылится еще больше при ударе о выступ под влиянием самого толчка, который воздействует на отдельные зерна снега.

Полная пульверизация является очень редким явлением, чаще наблюдаются различные степени пульверизации от полного распыления до абсолютного отсутствия снежной пыли.

В случае спускания вниз лавины из мелкого порошкообразного снега по менее крутому склону, чем в упомянутом выше случае, часть снега «взлетает» в воздух, а часть стекает вниз по склону, и мы получим лавину, которая при полном размахе становится все менее и менее интенсивной по мере приближения к долине, так как все большие массы снега поднимаются в воздух и безопасно падают вниз, возможно, на большом расстоянии. (см. рис. 280). «Безопасно», возможно, не совсем правильное слово для использования, поскольку эта тончайшая снежная пыль очень быстро распространяется, проникает через закрытые двери и окна всюду и может даже задушить людей, спящих в своих кроватях.

Пульверизация зависит от нескольких вещей — скорости движения лавины, структуры и степени сухости снега и, наконец, конфигурации пути движения лавины. Например, лавина сухого порошковидного снега распылит больше снега, чем лавина из мокрого снега, при прочих идентичных условиях; точно так же более свежие и более тонкие частицы снега дадут большее распыление, чем старый снег. Сухая лавина, движущаяся медленно, не будет распылять так много снега, как мокрая лавина, сходящая в огромной скоростью. Можно использовать и другой пример: ледяная лавина, падающая через склон, очень сильно распылится, если она ударится о горный выступ или скалу, расположенные ниже.

Пластовые лавины из-за пластованного ветром снега, которые начинают свое падение в виде целых твердых блоков, будут вести себя точно так же. Блоки будут сначала дробиться на более мелкие фрагменты, затем на зерна и наконец, если лавина продвинется достаточно далеко, произойдет распыление. Однако часто случается, что пластовая лавина не спускается достаточно низко даже для того, чтобы расколоться на фрагменты (см. рис. 281). В этом случае, как и в случае лавины из мокрого снега, медленно скользящей по гладкому пути, мы будем наблюдать движение по поверхности, то есть не будет никакой пульверизации. С другой стороны, пластовые лавины часто увлекают за собой снег, лежащий под ними, которые, особенно если он находится в распыленном состоянии, вызовет обширную пульверизацию.

 

Рис.280. Изображено облако во время схода Великой Венденской лавины в феврале 1931 года. Лавина внезапно остановилась в верхней части склона. Фотография В. Габи (W. Gabi).

Вышеприведенные примеры дают понять, что степень пульверизации варьируется в зависимости от большего или меньшего влияния трех определяющих факторов: скорости, состояния снега и формы пути.

 

Рис. 281. Пластовая лавина, которая спустилась до того, как блоки разбились на фрагменты. Фотография Э. Эйгстера (E. Eugster).

 

ОСТАНОВКА ЛАВИНЫ

ВЫНОС ЛАВИНЫ (ТЕРРИКОН)

Лаготала привлекает внимание к тому факту, что лавина проходит через четыре фазы: первая – освобождение лавины и набор скорости, вторая - спуск на максимальной скорости, третья - снижение скорости и четвертая – остановка. Иногда, конечно, может быть повторение второй и третьей фаз.

Хотя этот процесс может меняться в зависимости от обстоятельств, снег сошедшей лавины замирает в форме конуса с вершиной, направленной вверх по горе. Из-за отсутствия лучшего слова я называю остановившуюся лавину выносом, или терриконом, поскольку она очень напоминает по форме вынос угля рядом с каменноугольными шахтами.

Очень часто весь путь лавины имеет форму конуса, причем вершина этого конуса расположена в точке, где начался сход лавины; ниже идет расширяющееся русло или путь, спускаясь по которому лавина собирала материал, освобождая склон горы от снега, который спустился, чтобы остановиться в самой низкой точке пути у выноса лавины. Это хорошо видно на рис. 283.

Таково обычное положение дел, когда лавина падала по ровному склону, не перегороженному гребнями и кулуарами. Иногда на открытых склонах, особенно в случае сухих лавин, вынос становится настолько широким у своего основания, что глубина снежного слоя оказывается очень незначительной. Подобный пример иллюстрирован на рис. 274. Такие лавины, естественно, менее опасны, чем те, которые спускаются по кулуарам, где снежный слой может иметь большую глубину. (См. рис. 282.)

 

Рис.282. Лавина Тип. Весенняя лавина в Цугеншлуче, Давос. Фотография Э. Мееркампера (E. Meerkumper).

Вельценбах указывает, что форма веерообразного выноса идентична с формой языка ледника, который выходит на ровную плоскость поверхности, и что радиальные трещины такие же, как в леднике, это позволяет и дальше сравнивать ледники и лавины.

 

Рис. 283. На этой фотографии показан удлиненный конический путь, который потерял легкую фракцию снега, аккумулированный в выносе. Фотография Х.Хэка (H. Hoek).

В зависимости от природы снега, а именно сухой он или мокрый, лавина меняет свое поведению в момент спуска. Сухая лавина содержит больше воздуха и, конечно, не имеет воды. В составе такой лавины имеется несколько крупных снежных глыб, а более мелкие валуны отсутствуют. (См. рис. 284). Поэтому, когда лавина останавливается, порошкообразный пылевидный снег остается мягким и пористым в течение некоторого времени, что дает возможность погребенной под ним жертве дышать.

 Рис.284. Показано отсутствие снежных валунов в выносе лавины из сухого свежего снега. Эта иллюстрация также показывает, как лавина вызвала вторую лавину в кулуаре, забирая из него дополнительный снег для увеличения собственной мощи (см. pис. 300). Фотография Х. Хэка (H. Hoek).

Нужно отметить, однако, что чем дальше прокатилась лавина и чем больше ее размеры и мощь, тем крупнее будут снежные глыбы. Если лавина падала под давлением, что могло бы случиться, если бы она сошла вниз по тесному кулуару, неся тяжелые массы снега, давящие сверху, существовала бы некоторая возможность для смерзания в момент остановки, когда давление ослабло. На открытом склоне давление было бы ничтожным, а потому и смерзание будет также небольшим. С другой стороны, мокрая лавина будет всегда смерзаться в твердую массу в момент остановки, причем, чем влажнее снег, составляющий лавину, тем сильнее он замерзнет, если бы даже он не был первоначально спрессован в кулуаре в процессе схода лавины.

Как мы видели, лавины из влажного снега имеют склонность формировать огромные снежные глыбы, и если жертва лавины избежала удара такой глыбы, то она может получить достаточную порцию воздуха для дыхания благодаря наличию больших пустот между этими глыбами. (См. рис. 285). С другой стороны, снег в очень влажной лавине, не имеющей в своем составе ни глыб, ни снежных шаров, при остановке смерзается в твердую ледяную массу, объем которой увеличивается на 11%, так что шансов избежать удушья не будет. (См. рис. 286). Как можно ожидать, вынос мокрой лавины будет содержать снежные глыбы и шары средних размеров. (См. рис. 287).

 Рис. 285. Вынос мокрой лавины, содержащей с огромные глыбы и валуны. Фотография Э. Эйгстера (E. Eugster).

 

СКОРОСТЬ СХОДА ЛАВИН

Очень немногие люди осмелились высказаться по вопросу скорости схода лавин.

Шпрехер в 1912 году предложил грубую оценку скорости от 35 до 75 миль в час для любого типа снега, падающего по склону в 40°-50°.

Моуджин и Бернард оценивают скорость схода в 17 миль в час для мокрой лавины на склоне в 45°. Моуджин цитирует Коаза, который оценивал скорость мощной пылевой лавины в Глернише в 1890 году на склоне со средним наклоном в 44° в 217 миль в час. Кроме того он цитирует того же самого автора, оценивающего величайшую лавину в Альтельсе в 1895 году, которая низвергла лед по аналогичному склону со скоростью 100-120 миль в час.

Моуджин и Бернард делают вывод, что относительная скорость мокрого снега, льда и снежной пыли в лавине соответственно имеет коэффициенты 1, 7, 12.

Лаготали дает оценку скорости лавины из влажного снега значительно выше, чем Моуджин. Здарский заявляет, что лавина из влажного снега спускается в темпе быстро бегущего человека.

 Рис. 286. Вынос лавины из мокрого снега (снег удельной массы 0-8). Наблюдается отсутствие снежных глыб, присутствует только несколько небольших шаров снега. Фотография Э. Хэсса (E. Hess).

 

Единственное наблюдение, которое я был в состоянии сделать самостоятельно, это наблюдение над лавиной из льда и фирнового снега, спускавшейся с крутого северного склона горы Юнгфрау, мне удалось вычислить, что ее средняя скорость превысила 110 миль в час.

Для лыжника будет более полезной такая информация. Медленнее всего движутся лавины из мокрого снега, а самые быстрые – лавины из сухого пылевидного снега. Лавины из очень мокрого снега могут также двигаться с огромной скоростью.

Чем более гладким является подстилающий слой и чем более свободен путь лавины, тем быстрее она будет падать; так же, конечно, крутизна склона будет напрямую влиять на скорость движения лавины. Большие лавины, при прочих равных условиях, движутся быстрее, чем маленькие.

Скорость лавины быстро увеличивается до максимума и затем начинает уменьшаться. Скорость по краям и у дна лавины всегда меньше, чем в середине из-за трения. Это различие в скорости более явно выражено у лавин из мокрого снега, чем из сухого.

Увернуться от лавины из мокрого снега возможно, если поворачивать лыжи вниз с горы, особенно, если лыжник сразу развил большую скорость, но абсолютно невозможно избежать любой другой лавины, пытаясь убежать от нее, то есть рассчитывая просто на скорость, если, конечно, лыжник не находится в момент начала схода лавины где-нибудь около ее нижней части.

Согласно Моуджину и Бернарду, лавина движется три тысячи и больше метров, хотя я лично думаю, что такой длинный путь больше типичен для лавин из мокрого снега. Объем в один миллион кубических метров и более характерен как для пылевидных лавин, так для лавин из мокрого снега.

Эти огромные цифры и в особенности высокие скорости движения помогают понять, почему при сходе лавины возникают сильнейшие потоки воздуха, которые сопровождают лавину или следуют за ней.

УДАРНАЯ ВОЛНА ЛАВИНЫ

Самые разрушительные лавины - те, которые вызывают сильные потоки воздуха; именно порывы ветра способны наносить наибольший материальный ущерб, гораздо более значимый по сравнению со снегом. Часто можно наблюдать такую картину: деревья со сломанными вершинами, причем на таких высотах, которых никогда не достигает снег. Ударная волна лавины в виде сильного потока воздуха может распространяться на большие расстояния. Это может вызвать сход лавины на склоне, противоположном тому, по которому движется первая лавина. Сила ветра кажется почти невероятной. Лунн описывает, как во время схода лавины в Глетше большая секция железного моста, весившая несколько тонн, была подброшена вверх приблизительно на 150 футов. Известна история об альпийском дилижансе, который был переброшен через поток вместе с кучером, лошадьми и пассажирами и принесен к Приюту Флиела в Гризоне. Лавина, сошедшая с Вайсхорна, совершенно не была услышана кучером, а видеть ее из-за далекого расстояния он не мог, поэтому такого эффекта он не ожидал. Эта история была рассказана кучером непосредственно г-ну Э. К. Ричардсону, который говорил мне, что верит в ее правдивость.

Некоторый свет на причины возникновения ударной волны лавин пролил доктор Р.Кэмпелл, который в течение последних лет сделал некоторые наблюдения над движением потоков воздуха во время схода лавин.

Его брат, г-н Э. Кэмпелл, наблюдавший лавину из пылевидного снега шириной около 200 метров, которая падала с пика Базельджиа. Она шла по вогнутому склону высотой 300 метров. После ее прохождения поднялся огромный снежный смерч, сопровождаемый сильным шумом ветра, этот смерч с огромной скоростью настиг лавину и перегнал ее, достигнув долины раньше лавины. Движение потока воздуха можно было отслеживать, наблюдая, как снег срывало с деревьев, некоторые из которых сгибались, а некоторые разламывались и вырывались из земли.

 Кэмпелл объясняет эти факты следующим образом: позади лавины формируется вакуум; чтобы заполнить его возникает поток воздуха, и если лавина сильна и быстра, то поток воздуха сам по себе становится настолько сильным и быстрым, что он настигает лавину, когда она замедляет свое движение благодаря силе трения или из-за возникающих на пути препятствий, в этом случае поток воздуха может оказаться далеко впереди лавины.

Это почти единственное имеющееся конкретное свидетельство того, что происходит с воздухом вокруг падающей лавины. Но я не думаю, что это единственное явление, которое имеет место. Лишь только воздух засасывается вслед падающей массе снега, как возникает и другое явление: воздух толкается этой массой снега вперед и, как мне кажется, это второе явление является самым важным фактором.

Здарский уподобляет это действие снаряду, проходящему через воздушную трубу, причем лавина играет роль снаряда, а трубой становится спокойный воздух вокруг нее. Он говорит, что этот цилиндр перемещенного воздуха ударяется о землю, когда достигает долины, и после этого разбрасывается веерообразно вследствие сильного толчка. Это доказывается тем фактом, что разрушенные здания всегда лежат веерообразно по отношению к тому месту, где здание стояло. Я думаю, что воздух и не ударяясь предварительно о землю, распространяется веерообразно – он движется так с самого начала: факт, известный в аэродинамике.

Вельценбах признает наличие воздушных потоков и перед и позади лавины и добавляет, что на границах между движущимся и неподвижным воздухом возникают завихрения, которые вполне видимы в сильно распыленных лавинах.

Он утверждает, что сила потока воздуха определяется двумя факторами: скоростью лавины и ее поперечным сечением. Еще более, чем поперечное сечение лавины, как мне кажется, важен фактор сечения головной части лавины, поскольку тупой нос, каким будет выглядеть плоская передняя часть лавины, толкает большую массу воздуха перед собой, чем острый.

Вельценбах указывает, что лавина, которая распыляется полностью, разовьется в огромное облако, но, не имея достаточной плотности и соответственно не обладая большой скоростью, она не будет вызывать большую ударную волну; точно так же лавина без пульверизации сместит лишь небольшое количество воздуха. Наибольшие потоки воздуха образуются от лавин, которые распыляются частично. Сухой снег, двигающийся по поверхности земли, будет более плотным, чем распыляемый снег; вместе с тем, он будет частично распыляться и подброшенная пыль будет непрерывно падать обратно на основную массу лавины, и таким образом лавина будет сопровождаться компактным плотным облаком снега, перемещающимся с высокой скоростью. Очень большое поперечное сечение плотного быстро несущегося снега будет таким образом сформировано, и такая лавина, обеспечит самый мощный взрыв. Эти условия чаще всего возникают в больших лавинах из сухого свежего снега, возникающих через два дня после снегопада.

Часто утверждают, что снег лавины в некотором роде ответственен за ударную волну. Недавно г-н Э. Циммерманн выдвинул теорию, предположив, что воздух, заключенный в снегу, заперт в тисках и сжат в пределах тела лавины давлением лежащих слоев движущегося снега, затем он высвобождается посредством почти взрыва, и соединяясь с неподвижным воздухом, вызывает ударную волну. Циммерманн вычислил, что лавина из сухого свежевыпавшего снега длиной 500 м, шириной 100 м и глубиной 1 м при удельном весе снега 0,1 в начале и 0,5 в конце движения лавины, высвобождает 500xlx100x0,4 = 20000 кубических метров воздуха, но, очевидно, эта теоретическая цифра должна быть на практике существенно уменьшена, даже если можно было бы доказать, что существовало такое сжатие воздуха и его высвобождение. Даже в этом случае, воздух, выпущенный при взрыве, не передвигался бы на такие огромные расстояния; и при этом нет никакой причины думать, что он будет двигаться только в том же направлении, что и лавина, и мы могли бы видеть разрушения во всех сторонах, чего, однако, не наблюдается. Мне кажется намного более вероятным, что сильнейший поток ветра вызывается не волнением воздуха внутри лавины, а тем, что воздух впереди и позади лавины создает лавинный ветер.

Из полученных данных о скорости движения лавин (см. pис. 363), которые в отдельных случаях могут превысить 200 миль в час., не трудно представить себе страшную силу ветра, вызванного лавиной, если известно, что ураган, способный разрушать города, имеет среднюю скорость в 90 миль в час.

 

Рис.287. Вынос влажной лавины.

 

ПОВРЕЖДЕНИЕ СОБСТВЕННОСТИ. ЗАЩИТА ОТ ЛАВИН

Расчет экономических потерь, которые так или иначе вызваны лавинами, а также вопросы противолавинной защиты не являются предметом этой научной работы.

 

Рис. 288. Дом поврежден в результате большой давосской лавины 1919 г.

 Рис. 289. Разрушения. Лавина с Гросс Лохнера, Адельбоден. Фотография A. Клопфенштейна (А. Klopfenstein), Адельбоден.

 

Один только этот аспект настолько серьезен, что может стать темой отдельной книги. Однако, касаясь предмета очень кратко, я надеюсь, что смогу показать, насколько значителен экономический аспект вопроса о лавинах и противолавинной защите.

23 декабря 1919 года серия лавин спустилась на Давос с Шиахорна и Дорфберга, убив много людей и повредив много ценных зданий. Защитные барьеры, построенные, чтобы предотвратить повторение этой трагедии, стоили более чем один миллион швейцарских франков, и это только в одном маленьком уголке Альп. 

Железные дороги, которые больше всего страдают от схода лавин, защищаются туннелями или специальными галереями, по крышам которых снег скользит, благодаря чему лавина направляется по другому пути. Шоссейные и грунтовые дороги защищены так же, например, Симплонская дорога и перевал Флексен. Стоит только подумать о сотнях миль дорог и рельсов, проходящих через лавиноопасные районы, чтобы оценить те денежные суммы, которые должны быть израсходованы на строительство защитных сооружений и их обслуживание.

Стандартная практика строительства защитных сооружений состоит в том, что на склоне горы строят ряд крепких стен, у которых снег собирается до того, как падает лавина. Они разбивают слой снега на безопасные небольшие частицы (см. рис. 234). Для достижения той же цели высаживают деревья. Иногда строят длинные стены под острым углом к возможному потоку лавины, чтобы отклонить его, отведя в другое русло. Подобный принцип используется при постройке зданий, стенам которых придается форма клина, направленного в сторону лавиноопасного склона, чтобы увеличить сопротивление снежной волне, которая раскалывается этим клином на две части и теряет силу. Недавно в Швейцарии были проведены удачные эксперименты по обстрелу лавин. Пробовали использовать легкие орудия 49-миллиметрового калибра и 75-миллиметровые горные пушки но самые лучшие результаты были получены в результате действия 81-миллиметровой окопной мортиры. На некоторых горных железных дорогах служащие ввели порядок выходить каждое утро перед началом движения транспорта и стрелять в лавиноопасных местах. Таким образом, ежедневно в плохую погоду или после снегопадов вызывается сход маленьких лавин, и снег не накапливается в больших количествах, которые угрожают нанести ущерб. Тот же самый прием используется в некоторых местах, наиболее часто посещаемых лыжниками.