Можно ли избежать «белой смерти»? Часть 1. Общая информация о лавинах

Общая информация

Лавины представляют собой сорвавшиеся со склонов или откосов и движущиеся вниз с большой скоростью массы снега и/или льда (рис. 1, 2). Они могут соскальзывать по наклонной поверхности грунта, по ледяной корке, водной прослойке или ослабленному слою над нижележащей толщей снега, а также низвергаться с уступов, проходя часть своего пути в свободном падении (рис. 3) и двигаясь затем не только по склонам, но и по естественным направляющим – ущельям, логам, долинам и т.д. Лавины могут «осыпаться, скользить, течь, лететь, катиться, прыгать», как образно описал их возможности К.С. Лоcев в своей известной книге «По следам лавин» [11]. Даже одна и та же лавина может менять характер своего движения в его процессе.

Рис. 1. Сухая (пылевая) лавина [13]

Рис. 2. Отрыв лавины в виде спрессованной «снежной доски» [16]

Рис. 3. Падающая лавина [10]

Интересно отметить, что слово «лавина» произошло от немецкого слова Lawine («оползень»), возникшего на основе известного с VI века позднелатинского термина labina. Последний, в свою очередь, взял начало от латинского корня lab – «неустойчивость, подвижность» (вспомним, например, известное нам слово «лабильность» от того же корня).

Лавины бывают разных объемов – от нескольких кубических метров до десятков тысяч и даже миллионов кубометров. Они часто играют заметную роль в питании ледников (до 10–40 и даже до 100% и более от суммы выпадающих осадков) и активно участвуют в изменении рельефа гор, захватывая обломочный материал и куски выветрелых пород, сдирая почвенно-растительный покров и откладывая все это в конце своего пути.

Опасные для людей и селений лавины характерны для зимнего и весеннего периодов, а при альпинистских восхождениях – и для любого другого времени года. Они бывают на всех территориях, где есть склоны, откосы и бывает устойчивый снежный покров. Они могут сходить не только в высоких, но и в низких горах и даже в районах, не считающихся горными, – с холмов, высоких берегов водоемов, обрывов, бортов оврагов. Опасные для жизни человека лавины могут возникать даже на склонах, откосах или бортах искусственно созданных элементов рельефа – терриконов, карьеров, глубоких дорожных выемок и т.п. А как назвать явление, если с наклонной крыши здания, не имеющей защитной ограды, сходит пласт слежавшегося снега или льда и убивает прохожего?

В процессе движения объем лавины обычно значительно увеличивается за счет захвата новых масс снега, льда и обломков горных пород ниже по склону. Один кубический метр сухой лавины может весить от 20 до 300 кг, мокрой – от 300 до 800 кг. Скорость движения сухой лавины может достигать 20–125 м/с, мокрой – 10–40 м/с. Условно считается, что если максимальная скорость движения снега составляет менее 1 м/с, то это уже не лавина, а просто сползание снежного покрова.

Общий вес снега в лавине может достигать 200–500 тыс. т и даже больше. Объем отложившегося после ее остановки снега иногда доходит до 2–6 млн куб. м, а его толщина – до 20–100 м. Однако опасными для жизни могут быть даже очень небольшие лавины, например объемом около 5–10 куб. м. Практически любой сход снега, достаточно для того, чтобы сбить человека с ног, можно рассматривать как лавину.

Обрушиваясь с большой высоты (иногда 1–2 км и более), лавины обладают огромной разрушительной силой. К счастью, подавляющее число лавин сходит в местах, где не ступала нога человека. Но в населенных и туристических горных районах они зачастую приводят к гибели людей и большому материальному ущербу, снося леса, разрушая дороги, здания и сооружения (рис. 4). Лавины способны уничтожать на своем пути целые селения. Поэтому, например, в Альпах их издревле называют «белой смертью».

Давление движущихся лавин на препятствия может достигать 50–300 т/кв. м. В таблице 1 продемонстрировано, какие разрушения могут вызывать лавины, оказывающие разное давление на встреченные здания и сооружения.

Рис. 4. Лавина, которая перекроет дорогу на большом участке [6]

Таблица 1

Разрушения, которые могут вызывать лавины, оказывающие разное давление на препятствия (по [11])

Самыми опасными являются:

• ледниковые лавины, возникающие, в частности, при отрыве языка ледника или глетчера, имеющие очень высокую скорость и захватывающие по пути снег, лед, рыхлые грунты и куски выветрелых горных пород;
• сухие, или пылевые, лавины, возникающие из рыхлого сухого низкотемпературного снега и часто имеющие максимальную скорость (следует отметить, что при высокой скорости перед такой лавиной возникает мощная воздушная волна с ударной силой до 0,5–1 т/кв. м, увеличивающая опасную для жизни зону на величину до 10–20% от дальности выброса лавины – до 1,5 км);
• тяжелые смерзшиеся «снежные доски», отламывающиеся от длинной линии и съезжающие вниз по более рыхлому и слабому снегу, увлекая с собой все больше и больше снега;
• тяжелые мокрые лавины, скорость которых не самая высокая среди других типов лавин, но из-под которых после их остановки бывает очень трудно откопать попавших под них людей или сооружения;
• грунтовые лавины, когда движется вся толща снежного покрова, зачастую сдирая и захватывая с собой почвенно-растительный слой, песок, глину, обломки и куски выветрелых пород [1–5; 7–12; 14–17].

Причины сходов лавин

Снег, несмотря на действие составляющей силы тяжести, направленной вниз по склону, удерживается на наклонной поверхности за счет сил сцепления (и трения) частиц снега между собой, с поверхностями других слоев снежного покрова и грунта (рис. 5). Но соотношение сил, действующих на него, бывает разным в зависимости от множества факторов, в том числе от крутизны склона, температуры и ее перепадов, структуры, влажности и толщины слоев снежного покрова, силы ветра и т.д. и, соответственно, непрерывно меняется. Сход лавины происходит в тот момент, когда теряется равновесие сил и масса снега уже не способна удерживаться на прежнем месте.

Рис. 5. Силы, действующие на снежный параллелепипед, находящийся на склоне: 1 – составляющая силы тяжести, параллельная склону и стремящаяся сдвинуть снег вниз по наклонной поверхности; 2 – составляющая силы тяжести, перпендикулярная поверхности склона, уплотняющая снег и прижимающая его к склону; 3 – силы сцепления и трения (сопротивления сдвигу). Если же показанный на рисунке параллелепипед рассматривать как часть сплошного снежного покрова на склоне, то его будут удерживать на склоне (или наоборот, тащить с собой) также контурные силы [11]

Лавины при определенных условиях обычно сходят со склонов крутизной 15–60 град. (чаще всего и массивнее всего – со склонов, имеющих наклон 25–45 град.). На склонах круче 50–60 град. обычно не может накопиться много снега – он скатывается вниз небольшими порциями по мере выпадения.

Выделяют следующие основные природные причины сходов лавин:

• перегрузка склона снегом в результате интенсивных и/или длительных снегопадов и метелей;
• уменьшение прочности снега в результате его перекристаллизации (например, если даже температура снежного покрова сильно отрицательна в верхней части, то в приземных слоях она близка к нулевой, в результате чего возникает температурный градиент, приводящий к миграции водяных паров снизу вверх и к постепенному разрыхлению и потере устойчивости нижних слоев);
• резкие перепады температуры, влажности, давления атмосферного воздуха (например, уплотненный снег пластичен при температуре около нуля, но сокращается и становится хрупким с понижением температуры, поэтому при резком охлаждении в снежном пласте могут возникнуть напряжения и разрывы, от которых может начаться сход лавины);
• ослабление связей между частицами и слоями снега во время оттепели, весеннего снеготаяния и/или дождя (в зависимости от интенсивности снеготаяния и глубины промачивания снежного покрова формируются разные типы лавин – мелкие поверхностные, средние или захватывающие всю толщу снега и даже массу обломочного материала с поверхности склона);
• механические, акустические или сейсмические воздействия на снежную массу (например, камнепады, сильный ветер, землетрясения).

Причинами сходов лавин могут быть не только естественные процессы и явления, но и деятельность человека, например вырубка лесов на склонах, выход людей или средств передвижения на лавиноопасные заснеженные склоны, сотрясения снежных толщ от работы техники, акустические воздействия при выстрелах, криках или других громких звуках и т.д. [1–5; 7–12; 14–17].

Классификация и описание лавин

Существуют разные классификации лавин. Однако, чтобы лавиноведы, спасатели и прочие заинтересованные лица из разных стран лучше понимали друг друга, специально созданной рабочей группой под руководством директора Швейцарского федерального института исследований снега и лавин Марселя де Кервена была разработана стандартная международная система описания лавин для их морфологической классификации и соответствующая система кодирования (табл. 2). Приведем пример описания лавины в соответствии с этой классификацией (см. табл. 2): A2B4C1D2E1F4G1H1. Этот код расшифровывается следующим образом: лавина двинулась от линии по грунту, состояла из сухой твердой «снежной доски», двигалась в лотке в виде пылевого облака, ее отложения были мелкокомковатыми и сухими, без явного загрязнения.

Таблица 2

Схема международной морфологической классификация лавин [11]

Для облегчения работы с предложенной системой группа де Кервена также подготовила и опубликовала «Атлас лавин» с фотографиями всех видов лавин и снежных поверхностей.

При проведении исследований лавины описывают:

• по причинам схода;
• по форме начала движения (от точки, от линии);
• по рельефу и форме зон зарождения, транзита и аккумуляции;
• по характеру движения (по всей поверхности склона, лотковые, прыгающие);
• по объему;
• по скорости движения;
• по дальности выброса;
• по консистенции снега (рыхлые, плотные, сухие, влажные, мокрые);
• по глубине захвата снежной толщи;
• по режиму деятельности и т.д.

Кроме того, даже в летнее время исследуют и описывают следы, которые оставили на земле прежние лавины, – изменения в поверхности грунта, рельефе, почве, растительности, а также конусы выноса и другие отложения, оставленные лавинами. Более того, особенности, вносимые в ландшафты гор лавинной деятельностью, можно исследовать по космическим и аэрофотоснимкам.

Часто бывает трудно четко классифицировать лавины в силу непрерывности процессов, протекающих в снежной толще и в атмосфере, высотной поясности климата и ландшафтов в горах, переходов одних форм рельефа в другие. Существует множество их сложных и переходных видов, которые могут меняться и комбинироваться даже в процессе движения одной и той же лавины.

На формирование и сход лавин влияют характеристики зон их зарождения, транзита и аккумуляции – абсолютная высота, ориентация, крутизна и шероховатость поверхностей, форма, размеры и распределение в пространстве элементов рельефа, густота и глубина его расчленения и т.д. И все это необходимо тщательно анализировать при оценке лавинной опасности территории [1–5; 7–12; 14–17].

Традиционная защита от лавин

Жители гор давно многое знают о защите своих домов от разрушения лавинами путем использования элементов естественной защиты (например, выступов скал). При этом, например, на Кавказе и в Альпах многие народы издавна обладали знаниями и о лавинобезопасном строительстве своих домов. Например, они врезали заднюю стену дома или убежища на высокогорном пастбище в крутой склон, а крышу делали плоской, чтобы беспрепятственно пропустить лавину. При этом во врезанной в склон части строения они устраивали погреб, где можно было укрыться во время схода лавины. Либо они делали обращенную к склону стену наиболее прочной и в форме утюга, чтобы рассечь лавину на две части и опять же почти беспрепятственно пропустить ее (рис. 6). Уже с начала XVIII века они начали строить галереи на тропах и дорогах для укрытия торговых обозов, людей и животных от лавин, обвалов и камнепадов.

Рис. 6. Некоторые из давно известных способов защиты домов жителей Швейцарских Альп от разрушения лавинами [11]

Горцы также знают, что наиболее опасны для человека, оказавшегося в горах, выпуклые склоны (лавина часто отрывается в месте максимальной выпуклости), а наименее опасны гребни хребтов и ребра склонов. Зимой более опасны склоны северной экспозиции, весной и в начале лета – южной.

Достаточно хорошей естественной защитой от лавин служит густой лес, поскольку он препятствует перераспределению снега ветром и разделяет снежный покров на отдельные участки. В связи с этим, например, в Швейцарии уже с XIV века существует закон, запрещающий рубку леса на склонах гор. Хотя следует отметить, что лес может противостоять формированию и сходу лишь местных лавин, а не крупных транзитных лавин, зарождающихся у ледников.

При этом следы воздействия лавин на лесную растительность всегда помогали населению гор определять лавиноопасные участки [11].

Продолжение следует...

В следующей части статьи мы приведем выборочную хронику и описание самых известных лавинных катастроф, дабы напугать людей, стремящихся кататься, гулять или работать вне защищенных горнолыжных трасс и троп без оглядки на лавинные прогнозы, а также предостеречь от ошибок инвесторов и заказчиков строительства в лавиноопасных районах, не желающих тратить деньги на инженерные изыскания для выявления лавинных рисков и на создание противолавинных инженерных систем.

Консультационную помощь редакции при подготовке статей по этой теме оказали специалисты австрийской компании TRUMER Shutzbauten GmbH, в прошлом году открывшие свое представительство в России.

Список литературы и других источников

1. Анализ и исследование лавин // Катаклизмы. Дата последнего обращения: 21.12.2018. http://kataklyzm.ru/articles/snejnye-laviny/analiz-i-issledovanie-lavin/.
2. География лавин / под ред. С.М. Мягкова, Л.А. Канаева. М.: Изд-во МГУ, 1992. 331 с.
3. Гляциологический словарь. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 526 с.
4. Жаданенко А. Безопасность жизнедеятельности. Лавины // Allbest.ru. Дата последнего обращения: 21.12.2018. URL: https://revolution.allbest.ru/life/00749851_0.html.
5. Исследования лавин // Studwood.ru. Дата последнего обращения: 21.12. 2018. URL: https://studwood.ru/1276668/geografiya/issledovaniya_lavin.
6. Как лавина погубила 60 тысяч человек // Masterok. Livejournal. Дата последнего обращения: 21.12. 2018. URL: https://masterok.livejournal.com/3418199.html; https://tech.onliner.by/2017/02/08/huascaran-avalanche.
7. Лавина // Ru.wikipedia. Дата последнего обращения: 21.12.2018. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Лавина#Причины_возникновения.
8. Лавина // ЭнциклопедиЯ. Дата последнего обращения: 21.12.2018. URL: http://o-ili-v.ru/wiki/Лавина.
9. Лавины // RASC.RU. Дата последнего обращения: 21.12. 2018. URL: https://www.rasc.ru/school/avalanches01.shtml.
10. Лавины. Борьба с лавинами // Детская энциклопедия (легендарное первое издание). Дата последнего обращения: 21.12.2018. URL: http://de-ussr.ru/priroda-ludi/vod-obolochka/laviny.html.
11. Лоcев К.С. По следам лавин. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 136 с. URL: http://snowavalanche.ru/book/Po%20sledam%20lavin%20.K.S.Losev.pdf.
12. Садаков А. Мировой опыт противолавинной защиты // Горнолыжная индустрия России. 2009. № 5. С. 16–20. http://s-a-r.ru/upload/iblock/450/4500643696ee67a129a014f2cce7e7ac.pdf.
13. Самые масштабные лавины в истории // 4sport.ua. 2017.02.11. URL: https://4sport.ua/articles?id=27231.
14. Снежная лавина // Чудеса нашей планеты. Дата последнего обращения: 21.12.2018. URL: http://mirchudes.net/facts/1048-snezhnaya-lavina.html.
15. Снежные лавины // GEOLIKE.RU. Дата последнего обращения: 21.12.2018. URL: http://geolike.ru/page/gl_5044.htm.
16. Фляйг В. Внимание, лавина! / Пер. с немецкого. М.: Изд-во иностранной литературы, 1959. 224 c. URL: http://www.snowavalanche.ru/book/V.%20Flyaig%20-%20Vnimanie%20lavini!.pdf.
17. Что такое снежная лавина и чем она опасна? // Всезнайка.org. 30.03.2016. URL: http://www.vseznaika.org/priroda/chto-takoe-snezhnaya-lavina-i-chem-ona-opasna/.