ОБЖ: «Лавины + лавбез экстремала»

1.4.3. Уравнение возникновения снежного потока

Работа лавинного механизма основывается на действии силы тяжести P, которая направлена вниз, в сторону центра Земли и выполняет функции основной движущей силы, эффективно влияющей на снежные накопления, а затем и на лавинное тело, заставляя его перемещаться по наклонной плоскости к подножью склона. (Рис. 1.)

На практике величину силы тяжести определяют по упрощенной формуле:

P = mg,

где:

m – масса лавинного тела (кг),

g = 9,8 м/с² – ускорение свободного падения,

Px = P sin 𝝂 – составляющая силы тяжести по оси Х,

Py = Pcos𝝂 – составляющая силы тяжести по оси Y,

𝝂 – угол наклона склона (𝝂°),

F = ma – равнодействующая всех сил, влияющих на лавинное тело

m – масса лавинного тела (кг)

a – ускорение лавинного тела (м/с²)

N = Py = mg cos𝝂 – сила реакции склона (опоры)

Fтр = µN – сила трения

µ – коэффициент трения снега.

Рис. 1. Уравнение (1) возникновения лавинного снежного потока, для тестируемого участка снежных накоплений.

1.4.4. Условия возникновения снежного потока

В первую очередь самопроизвольное образование снежного потока зависит от величины угла наклона склона и коэффициента трения снега с подстилающей поверхностью.

Что касается угла наклона склона 𝝂, то он может сильно влиять на появление критического состояния у снежных накоплений, расположенных на нем. Поэтому на крутых склонах время от времени возникает напряженная предаварийная ситуация, заканчивающаяся сходом лавины.

Установлено, что для разных типов снежных накоплений существуют свои критические углы 𝝂* залегания, с помощью которых можно определять степень лавинной опасности.

Критический угол наклона склона 𝝂*

– это угол наклона заснеженных склонов, на которых у снежных накоплений определенного типа периодически возникает критическая ситуация, ведущая к самопроизвольному сходу снежного потока.

Критические углы наклона склонов для:

– лавиноопасного нового сухого снега 𝝂* находятся в диапазоне 25—45° и более

– осовоопасного нового сухого снега 𝝂* располагаются в интервале 15—25°, а иногда и менее

– мокрого лавиноопасного и осовоопасного снега 𝝂* лежат в пределах 12—20°, а иногда и менее

Примечание: Во время таяния снега мокрые лавины сходят на более крутых склонах практически везде, где есть снег.

Помните! Когда угол наклона заснеженного склона является критическим углом для лежащего на нем снега, то даже при незначительном изменении влияния различных лавинообразующих факторов, может образоваться снежный поток. Поэтому только всесторонний и постоянный мониторинг снежного покрова с помощью наблюдений, тестов и расчетов может привести к достаточно продвинутому пониманию его состояния, которое поможет более точно определить вероятность самопроизвольного схода лавины.

Выводы: 1. Уравнение (1) a = g (sin𝝂 – µ cos𝝂) показывает, что ускорение (а) является основным параметром, указывающим на образование лавинного снежного потока.

2. Если ускорение будет больше нуля (а> 0), это значит что возник равноускоренный снежный поток – лавина.

3. При (1) а = 0 снежные накопления могут находиться в состоянии покоя или равномерно сползать. Из чего следует, что снежный оползень (он же осов) – это равномерно двигающийся снежный поток.

1.4.5. Инициированный старт снежных лавин

В большинстве случаев накопления снега могут долго удерживаться на склоне до того момента, когда на них подействует некий внешний раздражитель, способный инициировать сход снежного потока.

(Инициировать – давать импульс, толчок чему-либо, вызывать, возбуждать, раздражать что-либо.)

Старт лавины под воздействием инициирования может произойти в любое время из-за множества причин. Это могут быть: упавший камень или небольшая снежная катышка, громоподобный звук, гравитационное приливное действие Луны, тепловое влияние солнечной радиации, капризы погоды, действия человека и т. д. Причем иногда достаточно одного очень слабого подземного толчка, чтобы нарушить спокойствие огромного дремлющего снежно-ледового склона, который своей безмятежностью десятки лет ослаблял бдительность экстремалов. Неожиданно, в одно мгновение снежно-ледовый склон сорвется с места, и миллионы кубов снега, фирна и льда с грохотом помчатся вниз, перечеркивая все авторитетные утверждения о безопасности спокойного белоснежного гиганта.

Основной закон гор гласит: «Все что в горах находится на верху, когда-то окажется внизу». В. Якшин

В преддверии схода лавины простейший лавинный механизм всегда взведен, потому что в основе его работы лежит постоянное влияние силы тяжести на неустойчивые накопления, находящиеся на наклонной плоскости горного склона. Их потенциальная энергия – это вес лавиноопасного снежного массива. Вес его каждой снежинки, льдинки и камушка…

Необходимо только нажать на спусковой крючок, и все придет в движение. В таких условиях трудно предугадать, что или кто даст старт «снежным драконам» и когда сойдет лавина.

Даже при совсем незначительном воздействии инициатора на неустойчивые накопления может произойти их стремительный сход.

Инициатором лавины, виновником ее старта может стать одно или множество различных происшествий по причине их воздействия на склон или лавиноопасные накопления, а также на то и другое одновременно.

По происхождению инициаторы старта лавин делятся на:

– метеогенные

– антропогенные

– техногенные

– экзогенные

– эндогенные

– космогенные.

Метеогенный инициатор – это воздействие на лавиноопасный склон атмосферных явлений. Например: ветра, дождя, грозы, снегопада, мороза и т. д.

(Метео от греч. meteōra – атмосферные явления.)

Антропогенный инициатор – это воздействие человека на лавиноопасный склон.

Например, проход экстремала по лавиноопасному склону может нарушить его устойчивость и привести к сходу лавины и т. д.

Техногенный инициатор – это прямое или косвенное воздействие человека на лавиноопасный склон техническими и др. средствами. Например, экстремал на снегоходе может перегрузить лавиноопасный склон и вызвать сход лавины…

Экзогенный инициатор – это воздействие на лавиноопасный склон поверхностных геологических процессов выветривания и денудации, которые способствуют разрушению горной породы и образованию обвалов, оползней и различных лавин.

Эндогенный инициатор – это воздействие на лавиноопасный склон геологических процессов, происходящих в глубинах Земли: землетрясений, нагревание горной породы, выбросы горячих газов, а также лавы и т. д.

Космогенный инициатор – это воздействие космических факторов на лавиноопасный склон. Например: действие солнечной радиации, солнечной и лунной гравитации, упавших метеоритов и т. д.

1.4.6. Снежные осовосборы

Осовосбор – это участок поверхности горного склона, в пределах которого осовы зарождаются, перемещаются и останавливаются.

Осовы – это широкие, но короткие до 50 м, равномерно сходящие ламинарные низкоскоростные снежные потоки, которые развивают скорость около 1м/с.

Осовами (снежными оползнями, недоразвитыми лавинами) часто условно называют все снежные потоки длиной до 50 метров, независимо от их скорости и типа движения.

Осовосборы: Рис. 1. Предвершинные; Рис. 2. Перегибные; Рис. 3 Локально-аномальные.

Сползание осова начинается «от линии»: прямой, дугообразной или ломанной. Оно происходит одновременно по всей площади зоны старта (𝜌), а затем продолжается в короткой зоне транзита (о) и заканчивается в зоне складирования (𝜆).

Сухие осовы способны сползать в зонах выполаживания в различных частях склонов гор, возвышенностей или впадин, имеющих угол наклона 25—15° и менее. В таких местах также могут стартовать мокрые снежные оползни даже при очень малых углах 7—15°. Но чаще всего осовы сползают в нижней части склонов, там они могут быть шириной 5—50 м, 50—100 м и даже более 500 м, которые способны перемещать свыше 1000—10000 м³ снега на расстояние до 50 м и немногим более.

Помните! С крутых невысоких склонов, которые резко выполаживаются, могут сходить осовоподобные снежные потоки в виде недоразвитых лавин. То есть, как и осовы, такие лавинки могут проходить по склону 10—50 метров, перемещая около 10—100 м³. В конечном итоге, не смотря на их другой тип движения, они, как и осовы, тоже не редко бывают смертельно опасны.

Примечание: Иногда существует потребность узнать, сошла лавинка или осов? Это легко определить по углу наклона склона. Если он более 25°, то сошла лавинка.

1.4.7. Снежные лавиносборы

1.4.7.0. Устройство и типы лавиносборов

Лавиносбор – это участок поверхности гор, в пределах которого лавины зарождаются, перемещаются и останавливаются.

Лавина – это равноускоренный поток снега, сходящий под действием силы тяжести по поверхности горных склонов и лавинным каналам: лоткам, ложбинам, желобам и т. д.

Лавиносборы состоят из 3 зон:

– зона старта (𝜌)

(она же зона зарождения или лавинный очаг)

– зона транзита (о)

(она же путь перемещения лавинного тела)

– зона складирования (𝜆)

(она же зона отложений, вал или конус выноса лавины).

По наличию различных каналов (лотков) на лавиноопасных склонах определяют типы лавиносборов, они бывают:

– неканализованные

– канализованные

– комбинированные.

1.4.7.1. Неканализованные лавиносборы

Лавиносборы, расположенные на широких открытых склонах, на которых нет каналов для транспортировки лавинного материала, называют неканализованными.

Помните! Неканализированные снежные потоки после старта, расширяясь в меру своих возможностей, беспрепятственно проходят к валу отложений по относительно широкой зоне транзита.

Рис. 1 Неканализованные снежные лавиносборы: b – лавины из рыхлого снега; с – лавины из пластового снега; d – лавины из блочного снега (карнизные они же обвальные); Зоны неканализованных снежных лавиносборов: 𝜌) зона старта, о) зона транзита, 𝜆) зона складирования.

В стартовых зонах неканализованных лавиносборов выявлены три основные типа очертания места возникновения снежных потоков:

– старт «из точки» происходит у снежных накоплений, состоящих из рыхлого снега (Рис.1b𝜌), начинающих движение на маленьком участке, который издалека видится точкой

– старт «от линии» бывает двух типов:

– старт «от линии отрыва» снежной доски в верхней части лавиносбора происходит у пластовых лавин (Рис.1c𝜌)

– старт «от линии обрушения» происходит (Рис.1d𝜌к) у снежных или снежно-ледовых карнизов, а также у различных висячих ледников.

Примечание: Линия начала стартовой зоны может быть в виде прямой, ломаной или дугообразной линии.

Рис. 2. Рис. 2*. Расположение зон старта снежных лавин: 1-я она же вершинная или «к» – карнизная; 2-я она же предвершинная; 3-я она же перегибная; 4-я она же локально-аномальная;

На открытом склоне наиболее благоприятным местом для старта лавины являются следующие зоны:

– 1-ая, она же «вершинная» или «к» – «карнизная» расположена на вершинах гор, хребтов и отрогов

(В карнизной зоне лавиноопасного склона могут стартовать снежные доски и карнизные обвальные лавины.)

– 2-я, она же «предвершинная», выделена крупными стрелками

(В предвершинной зоне лавиноопасного склона могут стартовать все виды снежных потоков.)

– 3-я, она же «перегибная», выделена крупными стрелками

(В районе выпуклых перегибов склона стартуют лавины всех видов, но чаще всего сходят снежные доски.)

– 4-я, она же «локально-аномальная» выделена мелкими стрелками

(В районах локально-аномальных зон (Рис. 3. 3) могут стартовать «из точки» лавины, состоящие из рыхлого снега. Они часто начинают свое движение немного ниже скальных образований, глыб, валунов и отдельно стоящих деревьев.

А также маленькие стрелки указывают на локально-аномальные зоны на которых стартуют небольшие снежные доски там, где они расположены над пустотами, в местах обильной глубинной перекристаллизации снега (Рис. 2. 3,).

Локально-аномальные стартовые зоны снежных досок могут быть бессистемно разбросаны по всей площади твердых пластовых лавинных накоплений).

Выводы: Часто на неканализированном лавиноопасном склоне в разных местах может сойти лавина или осов.

1.4.7.2. Канализованные лавиносборы

Лавиносборы, у которых нет каналов для транспортировки лавинного материала, называют неканализованными.

Рис. 3, 4, 5; Канализованные снежные лавиносборы: е – врез, f – денадуционная воронка, g – кар (цирк); Зоны канализованных снежных лавиносборов: 𝜌) зона старта, о) канал транзита, 𝜆) зона складирования.

Устройство канализированных лавиносборов:

𝜌) зона старта:

е𝜌 – врез (на Рис.3. показано начало движения снежной доски «от линии»)

f𝜌 – денадуционная воронка (на Рис.4. показан старт «из точки»)

g𝜌 – кар, он же цирк или седловина (на Рис.5. показан старт «от линии» отрыва снежных досок по дугообразной кривой, в цирках нередко старт лавины происходит по всей его площади одновременно)

о) зона транзита

𝜆) зона складирования.

Примечание: Расположение зон старта канализованных снежных лавин. (См. 1.4.7.1 / Рис.2. и Рис.3.) во многом совпадает с расположением зон старта у неканализованных снежных лавин.

Процессы образования снежных лавин, проходящие в стартовых зонах неканализированных и канализированных лавиносборов во многом схожи, потому что в них снежные накопления могут быть одинаковы по структуре и прочности, а также иметь одинаковый тип старта, так как зоны старта канализованных лавин (денадуционные воронки и кары) могут располагаться на площади в десятки гектаров, поэтому различные лавинные потоки могут легко стартовать и развиться в их пределах. Это лишний раз говорит о том, что стартовые процессы в канализированных и неканализированных лавиносборах имеют много общего.

Зона транзита канализованного лавиносбора проходит по строго фиксированным руслам: лоткам, врезам, желобам и кулуарам, которые могут иметь несколько ветвей, образуя сложную систему лавинных каналов.

Сложная транзитная сеть получается, если в главный лоток впадают боковые каналы стока, каждый из которых начинается в отдельной зоне зарождения лавин, или если несколько лавинных путей выходят из одной зоны зарождения.

Конус выноса обычно появляется в тех местах, где лавинный поток выходит в зону выполаживания склона. Там его скорость резко падает, он расширяется и останавливается.

В результате многолетних лавинных отложений происходит формирование минерального конуса из различных обломков горных пород, которые захватываются снегом во время схода лавин.

Канализованные лавиносборы состоят:

– зона старта (f𝜌 – врез, g𝜌 – денудационная воронка, h𝜌 – кар)

– зона транзита имеет четко выделенные каналы (fо, gо, hо)

– зона складирования имеет конус отложений (f𝜆, g𝜆, h𝜆).

Помните! Иногда крупные канализованные лавины в особо снежные зимы могут располагать свою зону отложений на противоположном склоне или далеко в долине.

1.4.7.3. Комбинированные лавиносборы

Комбинированные лавиносборы – это участки гор, где по склонам и лавинным каналам снежные потоки проходят от зоны старта начальный путь, а затем попадая в долину преодолевают оставшуюся часть лавинного маршрута и останавливаются в зоне складирования.

Иногда комбинированные лавины проходят поперек долины и выходят на противоположный склон. Там они разворачиваются и снова уходят в долину.

Рис.6. Устройство комбинированных лавиносборов: 𝜌 – зона старта и 1-я часть пути лавин b, c, d (к), f; о – 2-я часть cнежного пути на дне долины; 𝜆 – зона лавинных отложений на дне долины.

Снежные и снежно-ледовые потоки, образовавшиеся в комбирированных лавиносборах, иногда превращаются в комплексные лавины, которые во время своего развития могут становиться очень крупными и даже гигантскими. Снежные комбинированные лавины могут преодолевать расстояния до 5 – 9 км, а снежно-ледовые комбинированные лавины могут проходить до 20—30 км.

Долина – это удлиненная форма горного рельефа расположенная в нижней части двух противоположных склонов, объединенных поверхностью сопряжения, которая называется дном долины.

Примечание: В горах часто встречаются V-образные долины с крутыми лавиноопасными склонами, имеющие наклон более 30°, и узким дном – ущелья.

1.4.8 Основные характеристики снежных* лавин

1.4.8.1. Максимальная скорость лавин

Скорость снежной лавины непостоянна и зависит от ее типа. В течение одной или нескольких минут она может меняться в широких пределах от 0 до 100—150 м/с и обратно.

Чаще всего, когда говорят о скорости лавины, речь идет о ее наибольшей скорости во время транзита, так как во время старта и складирования она движется медленно.

Для лавин нижним скоростным пределом принята скорость 1м/с. Поэтому, когда снежный поток на склоне движется с максимальной скоростью менее 1м/с, то считается, что происходит его сползание. Другими словами, с такой скоростью может двигаться не лавина, а осов.

Принято считать, что у снежных лавин максимальной является скорость 125 м/с или 450 км/час, которую зафиксировал у одной из пылевых лавин швейцарский исследователь А. Фельми.

Максимальные скоростные пределы для снежных потоков:

– сверхмедленные

(условно осовы не превышают скорости 1 м/с или 3,6 км/час)

– медленные

(недоразвитые снежные лавины достигают скорости 10 м/с или 36 км/час, потому что на коротком склоне они не успевают разогнаться)

– низкоскоростные

(лавины из мокрого снега сходят на скорости до 20 м/с или до 70—80 км/час)

– среднескоростные

(лавины из рыхлого и пластового сухого снега сходят на скорости до 40—70 м/с или до 150—250 км/час)

– высокоскоростные

(ледовые, снежно-ледовые, снежно-ледово-каменные лавины сходят на скорости 70—100 м/с или до 250—360 км/час)

– сверхбыстрые

(снежно-пылевые лавины развивают скорость до 100—125 м/с или до 360—450 км/час).

1.4.8.2. Длина пути лавин

Классификация разных типов лавин и осовов по длине их пробега:

– ультракороткие (до 10 м)

– короткие (до 100 м)

– средние (до 1000 м)

– длинные (до 10000 м)

– сверхдлинные (более 10000 м).

1.4.8.3. Объем лавинных отложений

Классификация разных типов лавин и осовов по объему перенесенного лавинного материала:

– микро-малютки (до 10 м3)

– мини-малютки (до 100 м3)

– малютки (до 1000 м3)

– малые (до 10000 м3)

– средние (до 100000 м3)

– крупные (до 1000000 м3)

– сверхкрупные (до 10000000 м3)

– гигантские (до 100000000 м3 и более).

1.5. ЛЕДОСОДЕРЖАЩИЕ ЛАВИНЫ