Техносферная безопасность / Barinov - Opasniye prirodniye processi 2009

Одним из наиболее распространенных факторов служит разрыхление тех или иных слоев снега в результате переноса водяного пара в снежной толще от горизонтов с его избытком к горизонтам с относительным недостатком. Соответствующий перепад создается разницей температуры относительно теплого нижнего и выхоложенного верхнего слоя снега. При этом нижний слой разрыхляется, в нем происходит перекристаллизация ледяных зерен и образуется глубинная изморозь. Плотность этого слоя постепенно уменьшается (в 2–3 раза и более) и, наконец, достигает критической величины. Возникает лавина типа II, 1а. В особо холодных условиях процессы температуроградиентной перекристаллизации могут затрагивать и верхние слои снежного покрова (тип II, 1б).

Условия для вертикальной миграции водяного пара в снежной толще и перекристаллизации снега могут создаваться также перепадом влажности воздуха в толще снежного покрова и над ним, что бывает при сухих ветрах. Этот механизм сублимационной перекристаллизации и отвечающий ему тип лавин II, 2 встречается редко и лишь в особых климатических условиях.

Другим фактором ослабления прочности лежалого снега и возникновения эпигенетических лавин (типа II, 3) служит увлажнение снежного покрова при его таянии; при увеличении влажности снега от 0 до 20 % величина сцепления уменьшается в 5 раз.

Полигенетические лавины возникают при различных сочетаниях названных факторов, а также при выпадении дождя на снежный покров, что увеличивает его вес и одновременно уменьшает прочность.

Обламывание снежных козырьков, созданных метелями, является важной самостоятельной причиной схода лавин с уступов приморских и приречных террас, с бровок карьеров. В явном виде в классификацию В. В. Дзюбы она не внесена (как и во все другие классификации, касающиеся лишь горных лавин), но может найти свое место в типах лавин I, 2 и I, 3 (табл. 2.33).

Лавины комбинированного происхождения характеризуются суммарным значением сил, уменьшающих снега на склоне, и сил, непосредственно сдвигающих снег со склона (табл. 2.34).

174

Участки склонов, с которых обрушиваются лавины, называются лавиносборами. Большинство лавиносборов – это различные понижения, в которых снега накапливается больше, чем на выпуклых участках склонов. Высота верхней кромки крупных лавиносборов над дном долин измеряется многими сотнями метров, их площадь – десятками гектаров. Геоморфологическая классификация лавиносборов включает эрозионные врезы, денудационные воронки, кары с плоским дном или деформированные эрозией. Очаги лавин с лавиносборами этих типов имеют общую черту: пути лавин в них проходят выраженным руслам – лоткам. Поэтому такие очаги объединены названием лотковые. К этой группе добавлены плоские (нерасчлененные) лавиноопасные склоны. Лавиносборы разных типов имеют разную площадь и угол наклона поверхности. В зависимости от геологических условий различается шероховатость их поверхности. С увеличением угла наклона их повторяемость возрастает, и объемы уменьшаются (рис. 2.13).

С увеличением шероховатости поверхности лавиносборов повторяемость лавин снижается, так как высота снежного покрова, необходимого для образования лавин, должна превышать высоту неровностей микрорельефа не менее чем на 30–40 см. Объемы лавин при прочих равных условиях зависят от величины площади лавиносбора, на которой создаются единые условия срыва снежного пласта. Эти условия определяются геометрией лавиносбора и отражаются в распределении на его поверхности зон различной высоты покрова (большей в понижениях) и различных напряжений в снежной толще (растягивающие напряжения на выпуклых элементах рельефа, сжимающие на вогнутых элементах). По этим причинам в каждом лавиносборе проявляются участки преимущественного срыва лавин. В малом лавиносборе с простейшей геометрией лавины часто сходят сразу со всей его поверхности. В большом лавиносборе и в лавиносборе со сложной геометрией срыв лавины сразу со всей поверхности – редкое событие. Такие лавиносборы делятся на ряд участков преимущественного срыва лавин. В каждом отдельном случае критические значения высоты снежного покрова и площади срыва зависят от его физико-механических свойств и существенно изменяются при изменении метеорологических условий. Определение этих значений является важнейшей частью оперативного прогноза времени схода лавин.

175

Рис. 2.13. Приближенная зависимость повторяемости и объемов лавин из снега разных типов от угла наклона склона:

1 – мелкие лавины; 2 – крупные лавины

176

Лавины могут состоять из сухого чистого снега, но также могут включать то или иное количество свободной воды и каменного обломочного материала, захваченного на их пути. Нет резких рубежей, которые отделяли бы по вещественному составу лавины от других форм быстрого движения материала по склону (рис. 2.14).

Снег – 100 %

1

4

5

10

материал – 100 %

Рис. 2.14. Вещественный состав снежных лавин и других видов движения различного материала на склонах:

1 – чистые сухие лавины; 2 – чистые водотоки; 3 – сухие осыпи; 4 – лавины с тем или иным содержанием обломочного материала и (или) влаги;

5 – водоснежные потоки; 6 – водотоки с разным количеством снега

и(или) обломочного материала; 7 – сели; 8 – оплывины грунта и смеси снега

сгрунтом; 9 – осыпи с разной долей снега; 10 – различные обрушения и потоки, возможные на техногенных скоплениях обломочного материала, но редкие в природе

Обрушение лавин с плоских склонов происходит широким фронтом. В лавинных очагах иных типов обрушивающаяся масса концентрируется в канале, что позволяет существенно возрасти ее скорости и дальности выброса. Лавины из тяжелого влажного снега движутся в виде четко ограниченных потоков. Лавина, образованная из мягкой, легко разрушающейся снежной доски или из рыхлого сухого снега, представляет собой снеговоздушное облако, толщина которого (при прочих равных условиях) больше, чем толщина лавин из других типов снега, и измеряется десятками метров.

Мокрые лавины называют текучими, сухие – пылевыми. Существенно турбулизованные сухие лавины отличаются тем, что практически весь снег движется во взвешенном состоянии. Промежуточный, или смешанный, тип движения наблюдается у сухих лавин из снежной доски, состоящих из относительно плотного нижнего и пылевого верхнего слоя. Перед достаточно быстрыми сухими лавинами со взвешенным или промежуточным типом

177

движения образуется область значительного сжатия воздуха или воздушная волна. Особо легкий верхний слой сухой лавины может продолжать свое движение после остановки основной ее массы. Такое явление называют снеговоздушным потоком или волной. Собственно воздушная волна сжатия и снеговоздушная волна при практическом их рассмотрении обычно объединяются под первым или вторым названием.

Характерные значения скорости движения, плотности и давления лавин на перпендикулярное их пути препятствие на участке наибольшего разгона приведены в табл. 2.35. Величины давления отвечают средним из указанных значений скорости и плотности.

Примечание: * – характерные значения; ** – максимальные значения.

Давление собственно воздушной волны в момент наибольшего разгона лавины может достигать 0,5·104 Па, давление снеговоздушной волны на участке, расположенном сразу за фронтом остановившегося плотного тела лавины, – (0,5–1,0)·104 Па. Разрушительные способности лавин характеризуются тем обстоятельством, что при давлении 104 Па разрушаются деревянные и легкие каменные постройки, при давлении 10·104 Па вырываются с корнем взрослые деревья, при давлении 100·104 Па повреждаются или разрушаются наиболее прочные, в том числе бетонные, здания.

В каждом лавинном очаге сходят лавины разных размеров. Их можно условно разделить на крупные, достигающие дна долины, и мелкие, останавливающиеся на склоне. Приблизительное распределение лавинных очагов в горах зоны умеренного климата по продолжительности среднего интервала между сходом крупных лавин представлено на рис. 2.15. В наиболее активных очагах сходит до 10–15 лавин в год.

178

Рис. 2.15. Относительное число лавинных очагов с различной продолжительностью интервала между сходом лавин, достигающих дна долины, в горах умеренного пояса

Для каждого лавинного очага существуют пределы зон выброса лавин. Для очерчивания этих пределов требуется знать максимальную дальность выброса лавин. Ее можно определять с помощью коэффициента общего сопротивления движению лавины, зависящего от геометрии лавиносбора, пути движения и зоны выброса на подножие склона, но главным образом, от площади и угла наклона лавиносбора. Этот коэффициент численно выражается тангенсом угла наклона прямой линии, проведенной от верхней кромки лавиносбора в точку остановки фронта наиболее крупной для данного очага лавины. Он может быть представлен и величиной угла наклона этой линии. При равных углах наклона лавиносбора он более велик для лавиноопасных плоских склонов и менее для очагов лотковых лавин. На основе данных наблюдений рассчитаны значения углов, отвечающие величинам коэффициента общего сопротивления движению для очагов лотковых лавин в зависимости от площади и угла наклона лавиносбора.

Сползание снежного покрова по склонам (рис. 2.15) происходит повсеместно и постоянно, его скорость и оказываемое снегом давление на препятствие зависят от толщины пласта, температуры и плотности снега, наклона и характера поверхности склона. Во многих горных районах сползающий снег регулярно повреждает древесную поросль, ломает заборы на склонах; в случаях же образования экстремально толстых и влажных пластов снега сила их давления на препятствие достигает 104 – 105 Па (многих

179

тонн на квадратный метр) и оказывается достаточной для выкорчевывания взрослых деревьев и разрушения легких построек.

В некоторых условиях ускорение сползания снега в лавиносборах служит предвестником схода лавин. На плоских склонах небольшой высоты и определенной крутизны могут наблюдаться формы движения снежного пласта, промежуточные между сползанием и обрушением. Это – осовы, отличающиеся от настоящих лавин тем, что снежный пласт движется ламинарно, не дробясь и не теряя своей общей формы, а от настоящего сползания – тем, что в нем образуются разрывы. Выламывание сползающим снегом деревьев на залесенном склоне может послужить поводом последующего его обрушения в виде лавины.

Названием водоснежные потоки предложено объединить разные и слабо изученные виды быстрых смещений снежного покрова по уклону, происходящих при существенном участии талой воды, и занимающих промежуточное положение между настоящими лавинами и паводками весеннего снеготаяния. Отдельные виды водоснежных потоков упоминаются под названиями гидронапорных лавин, холодных водоснежных селей, снежных гидронапорных селей, снеговодокаменных селей, снежногрязекаменных потоков и др., рассматривающих часть видов водоснежных потоков как селей весеннего снеготаяния, которые распространены в высокогорных и среднегорных районах Субарктики и умеренного пояса.

Распространение и режим лавин

Лавинообразование – это разделение снежного покрова на обрушивающиеся порции. География лавин может быть понята через географию снежного покрова и твердых осадков (табл. 2.36, 2.37, 2.38). Снег может выпадать в условиях средней суточной температуры воздуха до +2 – 4 °С, среднемесячной до +6 °С. При температуре – 4 0С и ниже выпадают только твердые осадки.

180

Снежный покров, существующий непрерывно не менее 30 суток, называют устойчивым. Устойчивый снежный покров образуется в районах со средней температурой самого холодного месяца не выше –3 °С , неустойчивый – до +1 – 2 °С, а также в районах с крайне скудными осадками, хотя и с весьма низкой температурой. В районах (поясах) неустойчивого снежного покрова суммарное число дней со снежным покровом изменяется от 10 до 50. В горах располагаются районы (пояса) редких снегопадов, ограниченные изотермой самого холодного месяца +8 – 10 °С с числом дней со снегом от 0 до 10. Снежный покров и лавины – порождение ионосферы, т. е. того слоя атмосферы, в котором влага существует в виде кристаллов льда. Другим порождением ионосферы являются ледники, некоторые из них образуются из лавинных снежников. В полярных широтах ионосфера касается поверхности планеты и ярко проявляет себя в виде Гренландского и Антарктического ледников; ближе к экватору ионосфера отделяется от поверхности равнин и оставляет свои метки – ледники на все более высоких горах.

181

175