Що знає наука про лавини

Изучение географического распространения лавин на поверхности нашей планеты показывает, что в горных районах земного шара они — не случайное явление. Напротив, зачастую представляют собой постоянно дей­ствующие, весьма существенные элементы горного ландшафта. Во многих районах мира, в том числе и нашей страны, сход лавин наблюдается ежегодно, местами по нескольку раз, особенно в течение зимы. По частоте по­вторяемости и широте распространения снежные лави­ны значительно превосходят многие стихийные бедствия, такие, например, как оползни, селевые потоки, камнепа­ды, грунтовые обвалы, и совершенно справедливо считаются самой грозной стихией гор. Как отмечают спе­циалисты, масса лавин может достигать миллионов тонн, сила удара превысить 200 тонн на квадратный метр, а скорость движения настолько велика, что способна на­сквозь пробить капитальные здания из камня и бетона. Разрушительная мощь лавин усугубляется еще и тем, что снежный вал гонит перед собой воздушную волну. Нередко воздушный таран еще более опасен, чем удар снежной массы. Волна воздуха опрокидывает дома, ло­мает деревья, контузит людей.

Что же такое лавина? Это снежный обвал, возникаю­щий на горных склонах; часто вместе со снегом в его движение вовлекаются различные включения: обломки горных пород, снесенные деревья и т. п. Некоторые ла­вины по насыщенности обломочным материалом порой приближаются к грязекаменным потокам, что повышает их разрушительную силу.

Возникновение различных видов лавин зависит преж­де всего от метеорологических условий во время и после снегопада; от того, каким окажется новый снег: сравни­тельно сухим, влажным или мокрым. На особенности лавин оказывает воздействие и рельеф. На открытом и плоском склоне образуются продвигающиеся широким потоком лавины, а при наличии оврагов и лощин они собираются в узкие и глубокие потоки (так называемые лотковые лавины). Пришедшие в движение снежные массы скользят по поверхности склона, а если тот кру­той, часть пути они могут проходить в свободном паде­нии, которое сопровождается оглушительным шумом и скрежетом. Как правило, снежные обвалы при движении значительно увеличиваются в размере и массе за счет за­хвата новых слоев снега, лежащих ниже по склону.

Вопросы, которые возникают в связи с изучением лавин, многогранны. Существуют ли закономерности их территориального распространения? Каковы условия и причины возникновения? Можно ли предсказать время обвала снежных масс? Возможно ли определить грани­цы лавиноопасной зоны? В состоянии ли современная наука дать обоснованные рекомендации по защите от лавин людей, инженерных сооружений, лесных масси­вов и других народнохозяйственных и природных объек­тов? Как влияют лавины на другие природные про­цессы?

Все названные вопросы интересуют молодую, быстро развивающуюся науку — лавиноведение.

В нашей стране снежные лавины характерны не толь­ко для высокогорных районов с сильно расчлененным рельефом, таких, как, например, Тянь-Шань, Кавказ, Джунгарский Алатау и т. п. Они встречаются также в среднегорных и низкогорных районах со сравнительно слабым расчленением: Хибины, Средний и Южный Урал, Земля Франца Иосифа, Сихотэ-Алинь и другие.

Лавины встречаются как в почти безлесных горных массивах (Памир, горы Северо-Востока), так и в горных областях с хорошо развитой лесной растительностью (Кавказ, Тянь-Шань, Джунгарский Алатау, Урал, Сихо­тэ-Алинь). При этом лавиноопасная зона не обязатель­но располагается высоко: немало районов, где лавины сходят прямо в море, как, например, на островах Земли Франца Иосифа, на Камчатке и Курильских островах, в горах Сихотэ-Алиня.

Изучение лавин на территории нашей страны было начато в первой половине XIX века в связи с освоением переходов через Кавказский хребет. Здесь, на горных перевалах Военно-Грузинской и Военно-Осетинской дорог, впервые были начаты наблюдения за лавинами.

После Великой Октябрьской революции объем этих исследований значительно расширяется. С 1932 года на Кавказе большую работу начинает проводить Закавказ­ский институт сооружений, здесь закладываются теоре­тические основы расчета противолавинных сооружений. Несколько позже начинаются наблюдения за лавинами в Хибинских горах. В этот же период под руководством известного гляциолога Г. К. Тушинского разрабатывает­ся классификация лавин, дается научное объяснение ме­ханизма образования воздушной волны, возникающей при обвалах снега, делается попытка определить некото­рые методы научно обоснованного прогноза лавинной опасности.

За рубежом изучение лавин впервые было начато в одном из самых лавиноопасных горных районов Евро­пы — в Альпах, но отдельные описания лавин встреча­ются еще у римских историков Тита Ливия, Полития и других. Основателем лавиноведения считается Иоганн Яков Шейхцер, который посвятил описанию лавин зна­чительную часть своего большого труда «Описание ес­тественной истории Швейцарской земли», вышедшего в свет в 1706 году. Им впервые была сделана попытка классифицировать лавины и выяснить причины их воз­никновения; приведены данные о мерах предосторож­ности при передвижении в лавиноопасных районах, ре­комендации, как проводить спасательные работы, а также описан ряд катастроф, вызванных снежными ла­винами.

В нашей стране экспериментальной базой лавинове­дения являются специально созданные снеголавинные станции гидрометеорологической службы и экспедиции научно-исследовательских институтов и высших учебных заведений. В частности, в Казахстане функционируют четыре специальных снеголавинных станции: две на Тянь-Шане и по одной на Алтае (Восточно-Казахстан­ская область) и в Джунгарском Алатау.

Исследования лавин в республике на научной основе были начаты в конце 50-х годов по инициативе извест­ного гидролога И. С. Соседова. В настоящее время они выполняются круглогодичной экспедицией специально созданной группы Института географии Академии наук Казахской ССР, которая ежегодно проводит большую работу в различных районах Тянь-Шаня, Джунгарского Алатау, Алтая и Памиро-Алая. В результате составле­ны карты лавинной опасности ряда районов юго-восточ­ной части республики, продолжается изучение условий формирования, а также основных закономерностей рас­пространения снежных лавин, успешно решается ряд методических вопросов, связанных с расчетом количест­венных характеристик лавинной опасности и воздей­ствием лавин на природные процессы в горах.

Каковы же условия и причины возникновения лавин? Известный в Казахстане специалист по лавинам доктор географических наук И. В. Северский в своей интерес­ной книге «Лавины — грозная стихия гор», исходя из многолетних исследований и наблюдении, приводит ряд наиболее выразительных характеристик признаков ла­винной опасности, знание которых поможет избежать не только просчетов при проектировании народнохозяйст­венных и инженерных сооружений в горах, но и успешно преодолевать лавиноопасные участки на горных маршру­тах.

Как правило, к возникновению лавин приводит соче­тание достаточного снегонакопления и крутосклонного (не менее 15—17°) рельефа с благоприятным для сколь­жения снежных масс характером поверхности; оптималь­ными в этом смысле считаются горные склоны с крутиз­ной от 30 до 40°.

Как материал снег обладает определенными механи­ческими свойствами: сцеплением, углом внутреннего трения и плотностью, связанными между собой сложной взаимозависимостью. Поэтому толщина снежного покро­ва, приводящая его в движение, зависит от свойств сне­га (таких, как плотность, сцепление, трение) и от угла наклона поверхности.

Многолетние исследования показали, что в большин­стве лавиноопасных районов нашей планеты на крутых склонах с благоприятным характером поверхности пер­вые лавины сходят не раньше чем накопится 30-санти­метровый слой свежевыпавшего снега. Он не остается неизменным и претерпевает ряд непрерывных и сложных преобразований, течение которых зависит от многих из­меняющихся в пространстве и во времени факторов ок­ружающей среды (температура и влажность воздуха и подстилающих почвогрунтов, их механический состав и водно-физические свойства, режим осадков в течение всего периода снегонакопления, продолжительность ос­вещенности заснеженного склона и количество прони­кающей в снежную толщу солнечной энергии; наконец, как уже подчеркивалось, большое значение имеют свой­ства самого снежного покрова).

Момент срыва снежных масс со склона означает пре­одоление силой тяжести сил сцепления внутри или у нижней границы снежного покрова. Специалисты вы­деляют ряд причин срыва снежных масс. Перечислим главные из них. Первая — это перегрузка горного скло­на снегом при длительных снегопадах и метелях, или, другими словами, быстрое увеличение снежной массы. Наиболее массовый сход лавин во многих районах мира вызывается именно этой причиной.

Вторая — это уменьшение прочности снега при пере­кристаллизации. Дело в том, что снег как пористая сре­да является хорошим теплоизолятором. Как правило, в условиях умеренного климата температура в приповерх­ностной части снежного покрова держится около 0°, в то время как на поверхности она может сильно колебаться. Ощутимые отрицательные температуры на по­верхности снежного покрова приводят к миграции во­дяных паров из нижних, теплых, горизонтов в верхние, более холодные. Это приводит к их разрыхлению и формированию в нижней части снежной толщи слоя, силы сцепления в котором незначительны. Лавины, возникаю­щие по этой причине, хотя сравнительно редки, но бы­вают весьма разрушительными.

Третья причина связана с резкими колебаниями тем­пературы воздуха: с ее повышением снег становится более пластичным, а с понижением, наоборот, хрупким. Поскольку на изменение внешних условий снежный пласт реагирует как единое целое, то вследствие резкого охлаждения температуры в нем возникают трещины, и разрыв снежного пласта может вызвать лавину, если давление сдвига превышает силы сцепления.

И, наконец, четвертая причина срыва снежных масс — снеготаяние. Появление воды под поверхностью снега ослабляет или разрушает связи как между кристал­лами, так и между слоями снега. При продолжительных оттепелях и дождях могут возникнуть катастрофические грунтовые лавины с захватом массы обломочного ма­териала.

Итак, в каждом конкретном случае возможность воз­никновения лавин, их размеры и частота определяются погодой и рельефом. Различные комбинации метеороло­гических условий приводят к возниковению разных ви­дов снежных лавин, которые могут срываться и во вре­мя сильных метелей, и сразу же после них, и спустя долгое время, происходят в результате условий, создав­шихся после нескольких снегопадов, и т. д. Разнообра­зие возможных видов лавин породило целый ряд систем классификации. Наиболее полно задачам прогноза и организации противолавинной защиты отвечают генети­ческая классификация лавин, разработанная В. Н. Ак­куратовым, и морфологическая классификация предложенная Г. К. Тушинским. Они постоянно совершен­ствуются и широко применяются в практике научных исследований и борьбы с лавинной опасностью в нашей стране.

Генетическая классификация включает следующие классы и типы лавин.

Класс сухих (холодных) лавин. Состоят обычно та­кие лавины из сухого снега и сходят преимущественно зимой. Для них характерно образование снего-воздушного облака, высота которого достигает сотен метров — намного выше породившего его лавинного потока; могут сходить по ровному склону н частично по воздуху, име­ют иногда скорость до 120 километров в час, нередко образовывают воздушную волну, которая, как правило, опережает лавину и распространяется значительно даль­ше границы выброса сносимого лавинами снега. Сила воздушной волны так велика, что под ее напором ру­шатся здания, опоры высоковольтных линий, вековые ели ломаются, как спички. Не случайно лавины этого класса снискали грозную репутацию «белой смерти». И в самом деле, на долю их приходится подавляющее коли­чество людских жертв.

К классу сухих относятся следующие типы лавин:

1. Лавины из свежевыпавшего снега — возникают из-за перегрузки склонов при продолжительном снего­паде; для схода достаточно 0,3—0,5 метра свежего снега. В многоснежных районах умеренного климата этот тип лавин является основным.
2. Лавины изметелевогоснега. Причина возникнове­ния — большая скорость роста составляющей силы тя­жести на склоне. Это наиболее характерный тип лавин для районов с умеренно холодным климатом и бурным ветровым режимом.
3. Лавины, связанные с перекристаллизацией снега и образованием слоев глубинной изморози (силы сцепления в которых ослаблены). Обычно редкие, но мощ­ные.
4. Лавины температурного сокращения снежного по­крова — возникают в результате резкого понижения тем­пературы воздуха.Также редкий тип лавин (См.Перов В. Ф. Стихийно-разрушительные процессы в го­рах. М., 1976, с. 10—12).

Класс мокрых (теплых) лавин. Формируются из влаж­ного и мокрого снега, сходят обычно по логам, долинам ручьев, эрозионным врезам в основном весной. Сход их, как правило, не сопровождается образованием мощной воздушной волны, тем не менее они обладают большой разрушительной силой. Хотя скорость движения этих ла­вин меньше, чем у сухих, разрушительная энергия воз­действия главным образом связана с давлением массы тяжелого, пропитанного водой снега. Могут формиро­ваться и зимой при оттепелях. Мокрые лавины имеют иную, по сравнению с сухими, форму отложений нане­сенного снега: как правило, это беспорядочное нагромож­дение весьма плотных снежных глыб и комьев различно­го размера. Они также характеризуются большим со­держанием механических включений — каменных глыб, щебня, древесных обломков и т. п.

Типы лавин этого класса:

1. Лавины, возникающие в результате радиационных (вызванных солнечными лучами) оттепелей,— маломощ­ные лавины южных (солнечных) склонов.
2. Лавины, связанные с оттепелями и весенним снего­таянием: обычно состоят из влажного, реже мокрого сне­га. Поверхностью скольжения служит обычно поверх­ность раздела слоев снега.
3. Грунтовые лавины. Формируются весной из мок­рого, полностью пропитанного водой снега, вследствие продолжительных оттепелей и дождей или прибурноменеготаянии во время фенов (теплый сухой ветер). Схо­дят всегда по определенным путям; как правило, имеют названия. Переносят значительное количество обломоч­ного материала. Грохот этих лавин жители Альп назы­вают «лавинным громом». Наиболее разрушительные в классе мокрых лавин.

Безусловно, на характер лавиносбора и движения лавин влияют и формы рельефа. Исследования совет­ского, гляциолога Г. К. Тушинского позволяют выделить три наиболее типичные их категории, соответственно ко­торым формируются различные морфологические типы лавин. На ровных склонах снег соскальзывает широким фронтом, и границы лавины могут значительно меняться от года к году, не имея отчетливых очертаний. Это так называемые осовы, напоминающие поверхностные ополз­ни в грунтах. Объемы и дальность выноса осовов чаще всего невелики, но они могут быть опасны своей неупо­рядоченностью и отсутствием хорошо опознаваемых сле­дов схода лавин.

Эрозионные врезы, развивающиеся обычно на не­высоких склонах, характеризуются незначительной площадью лавиносбора и ограниченным объемом лавин. Наиболее мощные и разрушительные лавины форми­руются в условиях широкого денудационного лога (глу­бокая рытвина овражного типа), как правило, заканчи­вающегося в верхней части водосборными воронками с современными ледниками. Эти формы рельефа занима­ют обычно весь склон.

Разумеется, в природе зачастую бывает трудно чет­ко определить тот или иной тип лавин. Это объясняется их многофакторностью, непрерывностью процессов, про­текающих в снежной толще и в атмосфере, наличием различных климатических поясов в горах, постепенным переходом одних форм рельефа в другие.

Особенно проявляется разнообразие форм лавинной деятельности при сравнении горных районов. Например, в условиях сурового климата Кольского полуострова, на Хибинах около 80 процентов лавин связано с метелевым переносом снега. В горах Казахстана и Средней Азии преобладают лавины из свежевыпавшего снега, а на Центральном Кавказе 50 процентов связано со снегопа­дами, 35 процентов — с оттепелями.

Изменения в режиме и типе лавинообразования зако­номерно зависят от изменения с подъемом в горы (по высоте) температурного режима, количества атмосфер­ных осадков, характера рельефа (от более или менее плавных очертаний до резких). Так, в Заилийском Ала­тау вплоть до верхней границы лесного пояса преобла­дают лавины, связанные со снегопадами, с переходом же к ледниковому поясу увеличивается количество метелевых и инсоляционных (таяние от проникающей в снежный покров прямой солнечной радиации) лавин (См. Северский И. В. Лавины — грозная стихия гор.Алма-Ата, 1980, с. 56).

На Северном Тянь-Шане и в Джунгарском Алатау до верхней границы среднегорного пояса преобладают лавины из рыхлого снега. Ближе к ледниковой зоне, из-за резкого увеличения снегонакопления и возрастающей роли ветрового перераспределения снега снежная толща уплотняется. Поэтому здесь характерны лавины из плот­ного снега.

С высотой гор увеличивается и длительность перио­да, в течение которого возможен сход лавин. В зоне веч­ных снегов и льдов Тянь-Шаня (выше 4—5 тысяч мет­ров) лавины сходят в течение всего года. Ниже, где постоянный снежный покров относительно недолговечен, сокращается и лавиноопасный период.

Чем выше горы, больше площади лавиносборов и длина пути лавин, тем больше снега выносится лавиной.

На тип и режим лавинообразования существенно влияет и время. В разные годы, в зависимости от снеж­но-метеорологических условий возникают различные ге­нетические типы лавин. Так, по данным И. В. Северско­го, в течение зимних месяцев в Заилийском Алатау преобладают сравнительно небольшие пластовые лавины (скольжение по нижележащему снежному слою), сходя­щие в основном во время снегопадов. Максимальное ко­личество лавин при обильных осадках наблюдается в марте и апреле — в период интенсивного снеготаяния. Это типичный режим лавинообразования для большей части среднегорья Казахстана и Средней Азии. Чем вы­ше, тем на более позднее время сдвигается максимум лавинной активности. В приледниковой зоне лавинная активность обычно наблюдается в летние месяцы (май — июнь). Но сочетания снежно-метеорологических условий так непостоянны, что в разные годы максимум лавино­образования может существенно отклоняться от обыч­ного (См. Северский И. В. Лавины — грозная стихия гор, с. 60)

Получение верных сведений о лавинах во многом за­висит от определения свойств материала в том месте, где лавина возникает, что само по себе достаточно сложно. Такие свойства, как плотность снега, его сопротивление сдвигу и глубина покрова, быстро меняются во времени. Кроме того, по естественным причинам снег очень чув­ствителен к изменениям температуры. При полевых ра­ботах исследователи пытаются определить возможно большее число параметров, характеризующих свойства снега. Опасность нового возникновения лавины оцени­вают, сравнивая условия данного снегопада с условиями, приводившими к образованию и сходу лавин на том же склоне в прошлом. К примеру, снег, выпадающий на крутой склон при низкой температуре и почти полном безветрии, будет легко, как песок, ссыпаться вниз. При сильном ветре он становится более компактным, что мо­жет привести к возникновению лавины из сухого снега. При быстром накоплении снега и сравнительно высокой температуре на склоне, поверхность которого покрыта ледяной коркой, образующейся из тающего и снова за­мерзающего снега, возникает благоприятная обстановка для образования мокрой лавины. И наконец, для прог­ноза лавинной опасности в каждом конкретном лавино­опасном районе требуется определенная практика на­блюдений и учета местных метеорологических условий и характера рельефа.

Лавины — весьма активный фактор развития и пре­образования горного ландшафта, рельефа горных долин и склонов, существенно влияют на формирование и раз­мещение здесь растительности. Так, лавины сносят со склонов скальные обломки, сводят на нет значительные площади дернины, вырывают с корнем внушительных размеров деревья.

Сносимые из года в год лавинами со склонов продукты выветривания горных пород образуют своеобразные формы рельефа — лавинные конусы. Как отмечают ис­следователи, суммарная толщина лавинных отложений в некоторых конусах может превышать 20 метров. На гор­ных склонах в результате многократного лавинного сно­са твердого материала возникают характерные для ла­виноактивных районов денудационные воронки и ла­винные лотки различной площади и глубины.

Конусы выноса среднегорных поясов, возникшие в результате лавинной деятельности, содержат большое количество обломков деревьев и кустарников, кусков дернины.

Наиболее ощутимый результат воздействия лавин на деревья — это лавинные прочесы, оставляющие тягост­ное впечатление. Как правило, со стороны прочеса по линии падения лавины сучья и ветви на этих деревьях обломаны, иногда на высоту до 4—6 метров, на стволах сбиты кора и древесина.

Особенно страдают леса от катастрофических лавин. В горах Тянь-Шаня, Алтая, Джунгарского Алатау, а также Памиро-Алая весной 1966 года почти одновремен­но сошли катастрофические лавины, ущерб от которых только в бассейне реки Тургусун в Восточном Казахстане составил более миллиона рублей. Лавины в Заилий­ском Алатау уничтожили несколько гектаров хвойного леса, а одна из лавин в бассейне реки Хамир на Алтае снесла лес на площади 40 гектаров (См. Северский И. В. Лавины — грозная стихия гор, с. 112).

• ← Забобони про білих чудовиськ
• Про наслідки деяких лавин →