О пылевых лавинах

Материал нашел и подготовил к публикации Григорий Лучанский

Источник: Журнал «Ди Альпен», январь, 1937 г. Перевод Ю.Гернгроса

Эрмин Бехтольд

Пылевые лавины

Это было в первой половине дня 24 декабря 1919 года. Давос лежал под глубокой снежной пеленой, и снег все еще падал большими хлопьями днем и ночью. Уже 23 декабря, утром, поверх лежавшего метрового снегового покрова лег новый полутораметровый слой, а все новые и новые массы снега продолжали засыпать улицы горного городка. Даже предпраздничное уличное оживление не могло утоптать этой массы снега, и люди барахтались на бульваре Променад по колено в легкой снежной пелене. Нужно было ожидать лавин и повреждения путей сообщения. Однако никто не ожидал того, что случилось. Около трех часов дня с колокольни церкви Святого Нуана раздались звуки набата, сильно заглушенные сыростью воздуха, в котором кружились бесчисленные снежинки; и сразу поползли слухи об огромных лавинах, которые обрушились на человеческое жилье и поселки где-то в направлении Давосдорфа.

На крутых склонах, которые поднимаются у Дорфберга и Шиахорна против Давосдорфа скопились огромные массы снега, которые пришли в движение и обрушились в долину со скоростью и силой пылевидных лавин. Одна из лавин на южной террасе над Давосским озером разделилась на две части, из которых одна упала в озеро, пробив лед, а другая взяла направление на пивной завод, снеся по пути конюшню, в которой два конюха нашли себе холодную могилу. Третья лавина ударила в растянувшееся строение санатория Давосдорф и в пансион «Германия», завалив также шоссейную дорогу. В зданиях были продавлены окна, сани были выброшены из сарая на дорогу. В санаторий Давосдорф со стороны гор были выбиты все двери и окна, внутри здания поломаны перегородки и двери. Комнаты и залы нижнего этажа, кухня и погреб на этой стороне были засыпаны глубоким слоем снега, который во многих местах проник даже в комнаты, обращенные к долине. Участники спасательных работ находили в комнатах обломки стволов деревьев. Приблизительно такие же разрушения нанесла лавина и «Берг-санаторию».

Огромные массы снега, падая с крутых склонов Шиахорна, превратились в пыль и пронеслись по долине Шиатобель, где, проскочив узкое ущелье, обрушились на лесистый склон и уничтожили молодой лес. Последовавшая за первой вторая пылевая лавина, уже не останавливаемая препятствиями, пронеслась на плато Давос, где в еврейском санатории убила двух людей и разрушила несколько зданий. Здесь в частности имели место известные явления, которые мне кажутся характерными для пылевых лавин.

Так, на лужайках и полях снег лежал плотной массой без возвышений или выпуклостей, но на склоне у еврейского санатория высилась огромная стена снега, достигавшая верхних этажей санатория; на самом верху этой стены корнями вверх торчала огромная ель, сломанная лавиной. Со стороны горы снег проник через окна в дом, не повредив стен, но раскрыв все двери и заполнив комнаты, в том числе и те, которые выходят в долину, а так же и кабину лифта. Один из жителей санатория, прикованный болезнью к кровати, лежавший за полураскрытой дверью, неожиданно увидел свою комнату наполненной снегом до самой двери в коридор. В другом доме, у которого была снесена крыша, лавина пробила окно и заполнила всю комнату и коридор снегом, а перегородки между двумя комнатами, к которым была прикреплена батарея центрального отопления были оторваны от соседних стен и выброшены в коридор. В том же доме зеркальный шкаф оказался совершенно заполненным снегом, причем, однако, дверца не была повреждена или хотя бы раскрыта. В другом месте рентгеновские трубки, сложенные и закрытые в шкафу, оказались покрытыми снегом, но совершенно целыми. Интересные явления представляли стены тех домов, мимо которых проходила лавина: они были запорошены снегом, а комнаты в домах были заполнены снегом без повреждения самих стен. В одном таком доме за обеденным столом сидела семья, спокойно обедавшая. Через полминуты все они сидели по колено в снегу. В еврейском санатории был поднят в воздух огромный мусорный ящик и переброшен на балкон, где он застрял в перилах.

Можно поставить вопрос, как возникают все эти явления, которые отличает пылевую лавину от лавины грунтовой. Прежние наблюдения, которые производились над лавинами, касались главным образом грунтовых лавин, и лишь очень мало распространялись на лавины поверхностные и, в частности, пылевые. При этом ограничивались изучением воздушного давления, являющегося в результате движения лавин, за последние годы многие авторы выпустили довольно основательные работы по этому вопросу. В частности, надо указать на интересную статью Бюднера Кэмпла в февральском номере «Ди Альпен» за 1934 год и возражения на эту статью, сделанные Коэненом в сентябрьском номере того же журнала; следует так же упомянуть высказывание Циммермана в №313 «Нойен Цюрхер Цейтунг» за 1935 год. Возникновение безвоздушного пространства за лавиной, которое затем наполняется воздухом, имеющим вихревое движение, подробно описано Кэмплом. Сжатие воздуха снежной массой лавины рассматривалось Коэненом и, наконец, выжимание воздуха из снежной массы лавины изучалось Циммерманом. Все эти авторы считают указанные явления решающими для возникновения воздушного давления пылевой лавины. Правы ли они в своих заключениях? Я полагаю, что нет.

Наблюдения, которые я вел над крутой крышей церкви, расположенной прямо против моего дома, привело меня к совершенно иному взгляду. Когда с этой крыши скатывался большой сгусток снега, превращавшийся затем в пыль, и падал вниз перпендикулярно, то он немедленно получал вращательное движение и образовывал вихрь с перпендикулярной осью, похожий на водоворот, возникающий в воде, заключенной в какой-нибудь сосуд, у которого будет открыто отверстие в дне. Конечно, при пылевой лавине свободный или распыленный снег нередко ударяется о стену скалы или какой-нибудь крутой склон. Когда он падает с большой крутизны, он получает вращательное движение, которое захватывает все больше массы снега, если таковой встречается на пути лавины. Таким образом, образуется своего рода снеговой циклон, каковым по существ является пылевая лавина. Поведение пылевой лавины в период ее падения очень похоже на явления, которые наблюдаются при вихревом вращении. Леса уничтожаются, причем упавшие стволы лежат нередко друг на друге или накрест и обычно не в направлении, в котором падает лавина. Более глубоко расположенные части леса, а также и выемки в глубине долины лавина может перепрыгнуть, нанеся опустошительные разрушения далеко расположенным частям леса или долины. Нередко она перепрыгивает через такие воздушные подушки и обрушивается на противоположный склон. Стволы деревьев, камни, бараки и другие постройки приводятся воздухом в вихревое движение. Лишь это вихревое движение, этот крутящий момент может служить объяснением действия пылевой лавины. Дойдя до дна долины, лавина все еще не возвращается в состояние покоя, она продолжает пробивать себе путь через различные препятствия или террасы, а иногда мчится прямо по воздуху. У своего основания она захватывает весь расположенный вблизи снег, придает ему центробежное движение и лишь только этот запас снега у ее подошвы оказывается исчерпанным, лавина теряет всю свою силу.

Лишь центробежным движением снежных масс можно объяснить те явления, которые наблюдались 23 декабря 1919 года в Давосе: высоко вздыбившаяся снежная стена, наверху которой торчала ель, вкатывание мусорного ящика на балкон, проталкивание внутрь комнаты окон и дверей, срывание перегородок без разрушения капитальных стен, заполнение снегом целых комнат в течение какой-нибудь доли секунды, а также обсыпание снегом передней стены санатория; к этому же виду явлений относится и заполнение мельчайшим снегом шкафов, притом закрытых, дверцы которых тоже остались неповрежденными. А в то время на открытых лужайках снег ложился ровной густой и плотной массой без сугробов или возвышений. Одно лишь воздушное давление, которое так тщательно рассматривается различными теориями, в частности, исследующими способ возникновения этого воздушного явления, не может объяснить все те явления, на которые мя только что указывали.

При коротком пути падения лавины или при довольно пологом ее падении могут, конечно, и не возникать те вихревые явления, на которые я указываю, и лишь на периферии лавины возникнут вихри, вызванные трением движущегося снега о снег покойный, расположенный на пути лавины. Причины регулярного вихревого движения, возникающего при циклонах, за исключением циклонов в метеорологическом понимании слова, по-видимому, до сих пор остаются невыясненными. Во всяком случае, по моему личному мнению, лишь вихревые моменты определяют ряд побочных явлений, возникающих при образовании лавины, ее движении и ее конце. К этому необходимо добавить, что эти же самые циклонические явления играют роль при освобождении тех сил, которые появляются при остановке лавины, когда она достигает дна долины.

Эрнст Гербер

Пылевые лавины

Журнал «Альпен» в 1936 году поместил статью относительно лавин, которые в общем и целом мне кажутся правильными. Что же касается выводов автора относительно пылевых лавин, я должен сказать, что я придерживаюсь в этом отношении другого мнения о природе пылевых лавин.

Теория выжимания воздуха из снега и теория вихревых явлений и вихревых движений воздуха, следующих за лавиной, равно как и проталкивание воздуха впереди лавины, мне кажется, ничего не объясняет. По моему мнению, возникающие простые воздушные течения впереди или за лавиной не являются решающими.

Наблюдения за водой в озере или в реке приводят к совершенно другому мнению. Общеизвестно, что при нормальном уровне песок и галька лежат спокойно на дне русла. Вода течет ясной и незамутненной над ними. Однако, если по какой-либо причине уровень поднимается и растет скорость движения воды, то ил и песок получают вихревое движение и увлекаются водой. При этом возникает совершенно новая структура самой воды. Вслед за этими первыми явлениями возникают новые, связанные с дальнейшим повышением уровня воды – приходит в движение галька и даже камни. Эти явления должны быть отнесены не только за счет возрастающей скорости течения, но и за счет того, что изменилась сама структура воды, принявшая в себя часть ила или песка; вследствие этого изменился удельный вес воды и повысилась ее плотность. Литр воды, содержащей песок, весит не 1 кг, как обыкновенная вода, а, вероятно, 1,2 или даже 1,5 кг. Вследствие этого вода оказывается в состоянии поднять такие предметы, которые тяжелее обыкновенной воды. Таким образом, нередко поднимаются куски тяжелого дерева, удельный вес которого превышает 1,0 Поднимаются даже легкие пористые камни. Точно так же и галька в русле реки все более и более теряет в относительном весе по сравнению с водой; камни как бы становятся легче и в конце концов увлекаются водой, причем здесь, несомненно, некоторую роль играет увеличение скорости ледяного потока. Все это движение дна может отражаться на несколько метров под почвой, где наблюдается небольшое передвижение почвы; они представляют большую опасность для береговых укреплений, построенных на реке.

Эти изменения в структуре, а следовательно, и работоспособность воды не представляется решающей при определении тех явлений, которые возникают в период высокого уровня воды.

Совершенно аналогичные явления мы имеем при возникновении и движении пылевой лавины. Несомненно, что пылевая лавина является смесью воздуха и снега и, следовательно, значительно отличается от свойств чистого воздуха, имея больший удельный вес, который может составлять 1,2, а при быстром движении даже 1,5 и более. Эта газообразная масса стремится при крутом падении опускаться по вертикальной линии. Падение имеет место, согласно законам движения газообразных веществ и при этом с тем большей скоростью, чем плотнее «снежное облако» и, следовательно, чем оно тяжелее.

Чем больше скорость, тем большее количество снега увлекается по пути движения лавины, чем более покат склон, тем медленнее происходит само ее падение. Достигнув дна долины, лавина, которая еще имеет значительную скорость, не останавливается сразу, но еще некоторое время качается, как маятник туда и обратно, уподобляясь воде в каком-нибудь сосуде. При уменьшающейся скорости снег, находящийся в лавине во взвешенном состоянии, понемногу выпадает из лавины и, когда она останавливается совершенно, весь снег падает на землю более или менее ровным слоем. Воздух и снег опять разделены, и все волшебство миновало.

III

Макс Бютлер

Воздушное давление при пылевой лавине

Различные авторы в течение последних лет занимались вопросом лавин и в частности проблемой возникающего воздушного давления. В настоящей статье мы пытаемся дать приемлемое объяснение явлениям, сопутствующим движению лавины.

Независимо от того, возникает ли лавина вследствие какого-нибудь внешнего импульса или же вследствие нарушения внутреннего равновесия, как например, нарушение сопротивления давлению мощного слоя порошкообразного снега или вследствие поступательного движения скользящего снега – все движение лавины следует по закону, выраженному формулой: W = Mv². Эта формула в динамике называется «тяжесть», или кинетическая энергия, или «живая сила». Тяжесть возрастает одновременно с возрастанием массы (М), которая представляет собой отношение веса лавины к ускорению движения; v представляет скорость движения лавины. Таким образом, для величины тяжести скорость является более важным фактором, чем вес лавины. Точно так же при пылевой лавине тяжесть всегда больше, чем при грунтовой лавине, потому что именно скорость больше у первой, чем у второй из-за меньшего сопротивления, которое испытывает пылевидный снег по сравнению с сопротивлением трения грунтовой лавины.

Лавина обычно следует по очень крутому склону, однако, рассуждая математически, она может следовать по вертикальному пути в случае свободного падения и, упавши на землю, продолжает движение по долине, преодолевая на пути различные сопротивления, как например, неровности почвы, строения, лес и т.д. В уничтожении этих сопротивлений решающую роль играет тяжесть лавины. Таким образом, энергия падения очень быстро превращается в работу преодоления сопротивления или работу по уничтожению сопротивления, которое возникает, пока лавина еще находится в движении.

Откуда возникает следующий впереди лавины поток воздуха? За скользящей лавиной образуется вакуум или, во всяком случае, пространство с сильно разреженным воздухом, которое можно себе представить на протяжении какой-нибудь доли секунды в виде безвоздушного пространства или безвоздушного канала, лежащего за лавиной. В этот канал неожиданно устремляется часть, а теоретически и весь атмосферный воздушный слой с давлением, равным максимально 10 тоннам на квадратный метр поверхности, и это давление сохраняется, пока воздух не заполнит вакуум, передвинувшийся несколько вперед. Для сравнения укажем, что давление снега мощной поверхностной лавиной в 10 м дало бы давление лишь в 5 тонн на кв. м, а давление пылевой лавины едва могло бы дать 1 тонну на кв. м.

В то мгновение, когда движение лавины тормозится вследствие закона инерции, воздушный поток перегоняет лавину, причем проходит или через снежную массу, или поверх нее. На своем пути этот поток воздуха в противоположность самой лавине достигает максимальной скорости тогда, когда лавина опустилась в самую низшую точку пути, и вся тяжесть этого потока бросается тогда на лес, постройки и поднимает людей или животных в воздух еще до той минуты, когда лавина вполне остановилась.

В №2 «Ди Альпен» за 1936 год Рудольф Штрейер пишет о давлении воздуха перед головной поверхностью движущейся лавины. Это мнение, поддерживаемое также различными другими авторами, мною не разделяется. Интенсивная компрессия воздуха на расстоянии 100 и более метров перед лавиной не может быть воображаема ввиду того, что головная часть лавины имеет обтекаемую форму, то есть форму аэродинамическую и не может оказывать давления на широкую поверхность воздуха.

По аналогии можно было бы рассуждать, что сжатый воздух впереди артиллерийского снаряда должен был бы опрокидывать цель, в которую он бьет. Однако свист снаряда в воздухе, шипение метеора доказывают существование бокового трения между движущимся предметом и самим воздухом, подтверждая этим закон инерции. Воздух большей своей частью остается неподвижным. Он лишь частично сжимается, причем не вперед, а скорее в сторону или назад, отбрасывая в вихревом движении движущейся массой порошкообразного снега, образующего сбоку и сзади завихрение.

Современный воздушный крейсер, имеющий в диаметре 40 м, мчится по воздуху со скоростью 36 м в сек. Несмотря на обтекаемую форму воздушного корабля и его симметричность, нужно иметь в виду, что его диаметр в 5 или в 10 раз меньше диаметра лавины.

Сенготарский экспресс входит в 15-ти километровый туннель, но не выбивает воздушный тромб по другую сторону туннеля. Во всяком случае часть воздуха скользит вдоль стен туннеля в обратную сторону и производит давление на барабанную перепонку пассажиров, доказывая этим наступившее сжатие воздуха, которое по выходе из туннеля сменяется противодавлением, опять-таки вызывающим небольшую боль.

За каждым скорым поездом, экспрессом или автомобилем образуется завихрение, врывающееся в безвоздушное пространство и затем стремящееся вперед и обгоняющее этот движущийся предмет, если он неожиданно остановится. Приблизительно то же явление наблюдается при остановке лавины. Засыпка снегом фасадов домов может служить объяснением и доказательством движения воздушных потоков через или сквозь лавину. Аналогичные явления мы наблюдаем на воде, где сжатие среды выражается в несколько иной форме, как например, образование воды у носа парохода или у быка моста. Реакция в форме кривой линии или в форме вздыбливания воды возникает в непосредственной близости с поверхностью контакта воды и корабля или быка. Не следует упускать из вида так же, что вода в 1000 раз тяжелее, чем воздух.

Чтобы воздушная струя могла поднять человека на воздух, она должна иметь скорость урагана, превышая 50 м в сек. Между тем, атмосферное давление может придать воздушному течению в пылевой лавине скорость в 100 и более метров в сек.

Приведенные соображения имеют целью поощрить дальнейшие наблюдения над пылевыми лавинами, в частности относительно определения временных отношений между моментом возникновения лавины и моментом ее остановки, а так же моментом броска воздуха и началом разрушений, производимых лавиной. Эти соображения частично охвачены статьей Рудольфа Кэмпла в журнале «Ди Альпен» за 1934 год. Однако указываемое им наличие второго вакуума кажется мне неприемлемым.