Лавины

Страница 2

В отсутствии снегопадов снег постепенно "созревает" для порождения лавин. С течением времени снежная толща постепенно оседает, что приводит к ее уплотнению. Источниками лавинной опасности служат ослабленные слои, в которых формируются слабо связанные кристаллы глубинной изморози. Она-то и разъедает нижний слой снежного покрова, подвешивая верхнюю толщу.

Состояние снежного покрова резко изменяется, когда в нем появляется вода, которая значительно ослабляет прочность снега. При резком таянии или интенсивном дожде структура толщи быстро разрушается, и тогда формируются грандиозные "мокрые" лавины. Они сходят весной на обширных территориях, иногда захватывая весь снег, накопившийся за зиму. Их еще называют грунтовыми, потому что они движутся прямо по грунту и сдирают почвенный слой, камни, куски дерна, кусты и деревья. Это очень тяжелые лавины.

Снег, лежащий на склоне, приходит в движение под действием силы тяжести. До поры до времени силы сопротивления сдвигу (сцепление снега с нижними его слоями или грунтом и сила трения) удерживают снег на склоне. Кроме того, смещению пласта мешает снежный покров, расположенный ниже, и удерживает тот, который лежит выше. Снегопад или метель, перекристализация снежной пер толщи, появление в толще жидкой воды ведет к перераспределению сил, действующих на снег.

Снегопад перегружает склоны снегом, и силы, удерживающие снег не поспевают за нарастанием силы тяжести, стремящейся его сдвинуть. Перекристализация ослабляет отдельные горизонты, уменьшая удерживающие силы. Быстрое таяние снега из-за повышения температуры или промачивание снега дождем резко ослабляет связи между снежными зернами, тоже снижая действие удерживающих сил.

Чтобы лавина стронулась с места, ей нужен первый импульс. Таким спусковым механизмом выступают обильные снегопады или сильные метели, потепление, теплый дождь, срезание снега лыжами, вибрация от звуковой или ударной волны, землетрясения.

Лавины начинают свое движение или "из точки" (при нарушении устойчивости очень малого объема снега), или "от линии"( при нарушении устойчивости сразу значительного пласта снега). (рис.2). Чем снег рыхлее, тем меньше его надо для начала лавины. Движение начинается буквально с нескольких частиц. Лавина из снежной доски начинается с растрескивания снежного покрова. Узкая трещина быстро разрастается, от нее рождаются боковые расщелины, и вскоре снежная масса отрывается и несется вниз.

Длительное время лавину представляли в виде снежного кома, который летит вниз по склону и увеличивается за счет налипания новых порций снега (так изображали лавину почти все древние гравюры). Шаром лавину представляли вплоть до XIX в. Многообразие снежных лавин и многоликость форм ее движения затрудняли понимание физики лавин. Лавина относится к многокомпонентным потокам, т.к. состоит из снега, воздуха и твердых включений. Физика таких потоков очень сложна.

Формы движения лавины разнообразны. В ней могут катиться снежные катыши, скользить и вращаться снежные комья и обломки снежной доски, может течь, как вода, сплошная масса снега или подниматься в воздух снегопылевое облако. Разные виды движения дополняют друг друга, переходят один в другой на разных участках той же самой лавины. Фронт лавины движется быстрее ее основного тела из-за обрушения снежного покрова пред фронтом от удара лавины. Так в лавину включаются все новые порции снега, в то время как в хвостовой части скорости падают. На гребнях волн, возникающих на поверхности движущейся лавины, то и дело появляются каменные обломки, что говорит о сильном турбулентном перемешивании в теле лавины.

По мере выполаживания склона тело лавины замедляет свое движение. Тело лавины растекается по поверхности конуса. Останавливающийся снег быстро отвердевает, но продолжает еще некоторое время двигаться под напором хвостовой части лавины, пока лавина окончательно не успокоитсяя.

Скорость лавин меняется в пределах – от 115 до 180 км/ч, иногда достигая 400 км/ч.

Лавины обладают огромной ударной силой, легко разнося в щепы деревянные дома. Лобового удара не выдерживают и бетонные здания. Если лавина не может разрушить дом, она выдавливает двери и окна и заполняет снегом нижний этаж. Лавина не щадит ничего, что встречает на ее дороге. Она скручивает металлические мачты электропередачи, сбрасывает с дороги автомашины и трактора, превращает в груду металлолома паровозы и тепловозы (в 1910 году в Каскадных горах (США) в районе перевала Стивенс лавина обрушилась на пассажирский поезд и разнесла его в щепки. Погибло около 100 человек). Она засыпает дороги слоем многометрового плотного, как лед, снега. Она сносит сразу по много гектаров леса, не выдерживают и столетние деревья. (рис.4)

Особенно сильное ударное действие оказывают прыгающие лавины ( если на пути снежного обвала оказывается обрыв или крутой перегиб склона, лавина "прыгает" с него и некоторое время проносится по воздуху). В месте приземления лавины возникают ямы выбивания. В Новозеландских Альпах в подобных котловинах обнаружено 16 озер площадью от 200 до 50 тыс. м2. Все они находятся у основания крутых лавинных лотков.

Чтобы правильно спроектировать противолавинные сооружения, надо измерить силу удара. Еще в 30-х годах в нашей стране для этого использовался буфер железнодорожного вагона с мощной пружиной, который закреплялся на пути лавины. Величина сжатия пружины при ударе фиксировалась металлическим стержнем. В Швейцарии на пути лавин устанавливали щит, с обратной стороны которого находился стальной заостренный стержень, а напротив него крепилась алюминиевая пластинка, в которую входил стержень под ударом лавины. Чем больше давление, тем сильнее вмятина. Сейчас применяют сложные приборы, позволяющие получить не только максимальное давление снега, но и его изменение в процессе удара. Данные показывают, что давление лавины бывает, как правило, от 5 до 50, хотя удар одной из лавин в Японии превысил 300. В таблице можно увидеть к каким разрушением приводит удар лавины разной силы:

Давление, т/м2	Разрушения, которые вызывает указанное давление
0,2	Вылетают стекла и оконные рамы
0,5	Лавина выламывает двери, валит изгороди, ломает ветви
3	Разрушает деревянные здания, ломает молодые деревья
10	Повреждает легкие каменные сооружения, ломает стволы деревьев
25	Разрушает каменные сооружения, валит старый лес на значительной площади
100	Разрушает железобетонные сооружения

Для характеристики лавинной опасности очень важно знать дальность выброса лавины, т.е. предельное расстояние которое может пройти лавина в данном лавиносборе. Дальность выброса колеблется от первых десятков метров до 10-20 км. Лавина Уаскаран в Перу прошла почти 17 км. Самая большая дальность в бывшем СССР зафиксирована в бассейне р. Кзылча на Тянь-Шане, лавина здесь прошла 6,5 км. В большинстве случаев в горах на территории нашей страны дальность выброса лавин составляет от 0,5 до 1,5 км.

Особые свойства имеют пылевые лавины – смесь сухого снега с воздухом очень маленькой плотности, сопровождающиеся облаком снежной пыли. Они обладают огромной скоростью и большой разрушительной силой. При неболшом изменении движения в пылевой лавине возникают ударные волны, создающие грохот и рев, сопровождающий лавину. Такие лавины способны двигать многотонные предметы. В Скалистых горах мощная пылевая лавина перенесла грузовик весом более 3 т и экскаваторный ковш весом более 1 т на 20 м в сторону и затем сбросила их в овраг.