Горный туризм

Осыпаться, скользить, течь, лететь, прыгать...

Все, кто когда-нибудь видел лавины, знают, что лавинное тело может осыпаться, скользить, течь, лететь, катиться, прыгать. Осыпается оно точно так же, как сухой песок на крутом берегу реки. Скольжение особенно хорошо видно, когда по склону едут обломки снежных досок. Лавинное тело нередко течет, как вода, или, скорее, как бурный поток воды — с волнами на поверхности и брызгами при ударе о скалы. А пылевое лавинное облако летит над поверхностью, клубясь и расширяясь. Иногда лавина катится — груда округлых комьев диаметром в десятки сантиметров, перекатываясь, летит вниз почти единой массой. На обрыве лавинное тело отрывается от поверхности земли и совершает свободное падение, обрушиваясь на нижележащий участок, как водопад.

Одна и та же лавина с момента отрыва до момента остановки может менять характер своего движения, например, от скольжения снежных досок к течению потока снега или к движению снежнопылевого облака. Но бывает и так, что характер движения сохраняется до конца. По описанию М.И.Анисимова, А.Питкенен, вызвавший обвал в Хибинах неосторожным выходом в опасную зону, благополучно совершил почти километровый путь по склону на обломке снежной доски, как на плоту, двигаясь в тылу основной части лавины.

Характер движения лавины зависит от первоначально вовлеченного и вовлекаемого по пути типа снега, скорости лавинного тела и геометрии подстилающей поверхности. Особенно велика роль скорости, так как она может менять и сам характер снега в лавине.

Скорость лавин меняется в широком диапазоне. Она может быть всего несколько метров в секунду — обычно у небольших лавин на коротких склонах. Нижним пределом скорости для лавин условно принят 1 метр в секунду. Считается, что если снег на склоне движется с меньшей скоростью, то это не лавина, а сползание снежного покрова. Следует подчеркнуть, что речь здесь идет о наибольшей скорости, так как в начальный и конечный моменты движения, естественно, скорость любой лавины незначительна.

Наибольшая скорость, о которой упоминает швейцарский исследователь А.Фельми, отмечена у пылевой лавины. Она достигала 125 метров в секунду, или 450 километров в час,— лишь вдвое меньше скорости современного пассажирского самолета. Неоднократно в литературе о лавинах упоминаются скорости 80, 90 и 100 метров в секунду.

Небольшое число инструментальных измерений скорости движения лавин показали скорости от 10 до 60 метров в секунду. Измерения проводились в Советском Союзе, Соединенных Штатах, Канаде, Франции и Японии, в основном фото- и кино методами. В подавляющем большинстве случаев они относились к небольшим и средним лавинам, которые вызывались искусственно.

Попробуем мысленно спуститься вместе с лавиной по склону, подобно А.Питкенену, и посмотреть, что происходит внутри движущейся массы снега. После образования лавины разбитые на куски обломки снежной доски устремляются вниз по склону со все увеличивающейся скоростью. Этот участок, где лавина возникает и начинает свой бег, называют зоной зарождения. Участок разгона лавины, где она достигает максимальной скорости, называют зоной транзита. Здесь характер движения снега резко меняется: лавина формирует свое тело, обломки снежной доски сталкиваются друг с другом, крошатся; чем выше скорость, тем быстрее идет этот процесс. В зависимости от прочности снежных досок их интенсивное разрушение начинается при скорости порядка 10— 20 метров в секунду. При достаточно большой длине склона даже обломки прочной снежной доски перемалываются в снежную пыль; если же снежная доска была мягкой, то это происходит значительно быстрее. Можно предположить, что А.Питкенен ехал на очень прочной снежной доске и скорость ее движения была меньше 20 метров в секунду. Быстро мчащиеся снежные доски в зоне транзита заволакиваются снежной пылью. Таким образом, наблюдатель видит только облако пыли, которое полностью закрывает от него основное ядро лавины. О том, что лавина зародилась из снежной доски, можно будет судить потом по линии (ступени) отрыва или по остаткам обломков снежных досок в отложении лавинного снега, если скорость и протяженность склона были недостаточными для их полного уничтожения.

Если же снег был влажный или мокрый, то первоначально оторвавшаяся масса не пылит, а формирует однородное по виду тело, движущееся как единая масса. В зависимости от характера и влажности при сравнительно небольшой скорости снег в процессе движения может сбиваться в комья и округлые глыбы, внутри которых нередко заключены камни, обломки веток и ледяных корок.

Форма лавинного тела зависит от геометрии пути, по которому оно перемещается. Если снег движется по ровному склону и не ограничен никакими берегами, кроме не вовлеченного в движение снежного покрова, то лавинное тело образует серповидный вал, выпуклый в направлении движения с более выположенными боковыми крыльями. Но очень часто лавина проходит по руслу, хорошо выраженному в рельефе. Снег устремляется в русло и формирует вытянутое в направлении движения грушевидное тело с четкой головной частью, которую называют фронтом лавины. От головной части к хвосту поверхность лавины постепенно выполаживается. Хвостовую часть называют шлейфом лавины. Какое тело образует ядро пылевой лавины, никто не видел, а сама пылевая лавина похожа на облако, быстро летящее вдоль поверхности земли.

Высота фронта лавины над поверхностью при прочих равных условиях зависит от формы поперечного сечения русла, поэтому она бывает наименьшей у тех лавин, которые движутся по ровному склону, а в узких каньонообразных руслах глубина в головной части лавины может измеряться десятками метров. При крутых поворотах русла происходит „заплеск" части лавинной массы на берега, а когда на пути встречается обрыв, лавинное тело низвергается с него подобно массе воды, образуя настоящий „лавинопад", издалека очень похожий на обычный водопад.

При большой скорости на поверхности лавинного тела возникают волны, время от времени откуда-то из его глубины „всплывают" обломки деревьев и камни. При очень большой скорости поверхность лавинного тела напоминает бурный поток. Иногда лавина выбрасывает из своих недр струи или комья снега, обломки деревьев. В таком лавинном потоке А.Питкенен быстро опустился бы на его дно, как это произошло с М.Отуотером, когда он на лыжах попал в лавину из мягкой доски, которая очень быстро разрушилась. В целом на участке транзита движение лавины очень сходно с движением жидкости, хотя даже в это время не исключено существование в „жидкой" лавине твердых снежных образований. Разумеется, все описанные явления хорошо видны только тогда, когда тело лавины не закрывает снежнопылевое облако.

А что же происходит во время движения на переднем фронте лавины? К сожалению, никаких инструментальных данных о явлениях в этой важной зоне нет, хотя очевидно, что перед фронтом лавины свойства у снега одни, а за фронтом — другие. Когда смотришь на несущуюся по склону лавину и видишь, как естественно и легко только что спокойно лежавший снежный покров включается в ее тело, невольно остается впечатление, что наблюдаешь работу конвейера, который подает снег в лавину, только лента конвейера включается как бы малыми частями. Многие авторы пишут о „захвате" снега лавиной, но представляется, что более верно говорить о присоединении или о включении снега в лавину.

Можно предположить, что впереди лавины в снежном покрове бежит волна разрушения, которая нарушает устойчивость и цельность снега еще до подхода головной части лавины. Поэтому, наблюдая за движением обвала по склону, мы получаем данные о движении фронта разрушения, скорость которого больше, чем скорость собственной лавины.

Спустимся на более пологую часть склона — в зону отложения, где тело лавины начинает замедлять свое движение. Обычно здесь оно выходит из русла на широкий конус, состоящий из минеральных обломочных отложений, вынесенных многими предшествующими лавинами. При торможении на конусе тело лавины может вести себя по-разному, что, по-видимому, связано со свойствами слагающего ее снега. Лавинное тело может частично растечься по поверхности конуса, выбросив вперед несколько плоских языков, которые обычно следуют углублениям микрорельефа поверхности и похожи на застывшую вязкую жидкость. Если тело лавины „твердое", то выйдя на конус, она сохраняет свою форму. Такая лавина тоже может разбиться на языки, но это будут „твердые" ' языки.

При торможении, после снижения скорости лавинного тела до некоторой предельной величины, начинается „отвердевание" головной части лавины. Вот тогда эта отвердевшая часть работает, как бульдозер: она сгребает снег перед фронтом. С лобовой части лавинного тела отваливаются глыбы, фронт отвердевшей передней части может даже увеличить высоту. При остановке головной части лавинного тела хвостовая часть продолжает движение, наползая на головную пластами.

А.Питкенен двигался на обломке снежной доски в тылу сухой лавины, которая сильно пылила, поэтому он сразу оказался окруженным белой мглой и не видел, что происходит с основным лавинным телом. Обычно пылевая лавина тоже оставляет снежный завал, что говорит о существовании у нее более плотного ядра, которое ведет себя, по-видимому, так же, как и лавина из влажного снега, с той разницей, что часть своей массы оно отдает в пылевое облако. Однако не исключено, что ядро в пылевой лавине при возрастании скорости может исчезать, а при ее уменьшении вновь появляться.

„Путешествие" вместе с лавиной позволило увидеть, что в процессе движения лавинное тело сильно меняет свои свойства: от сыпучей массы рыхлого снега или груды снежных досок к „ожиженному" телу развившейся лавины или к пылевому облаку (возможно, с „ожиженным" ядром) и затем снова к твердому телу. Короткий склон или недостаточная скорость иногда не позволяют лавине сформировать свое тело, и тогда она остается только сыпучей массой рыхлого снега или грудой обломков снежной доски.

Пылевая лавина до сих пор остается загадкой для исследователей. Ее огромная скорость и связанная с ней разрушительная сила пока не находят полного объяснения. Еще полвека назад исследователи лавин в Швейцарии предполагали, что такая лавина движется подобно плотному газу, с минимальным сопротивлением. В начале 50-х годов швейцарец Рорер специально исследовал пылевые лавины и применил для их описания теорию газовых потоков. По его мнению, при скорости лавинного тела свыше 25 метров в секунду в нем развивается турбулентность, то есть образуются случайные вихри разного размера, которые могут иметь как вертикальную, так и горизонтальную ось. Рорер ставил на пути лавин ряды металлических флажков, которые после прохождения пылевого облака оказывались повернутыми по отношению к основному направлению движения лавинного тела на разные углы, что он считал доказательством существования вихрей.

В пылевой лавине, как и в потоке газа, частицы могут иметь скорость вдвое большую, чем скорость основной массы лавинного снега, то есть достигать 250 метров в секунду. При такой скорости здания будут разрушаться как от взрыва, а при небольшом изменении направления движения в теле лавины будут возникать ударные волны, продолжительность которых, как считает Рорер, менее 0,1 секунды; возможно, именно они и создают тот грохот и рев, который иногда сопровождает падение лавины.

Многоликость лавин, переходы из одних форм движения в другие породили разнообразие теоретических формул для расчета скорости и дальности выброса лавинного тела, а также других важных для проектирования сооружений характеристик. Первая формула для расчета скорости движения лавины была предложена в 30-х годах сотрудниками Тбилисского научно-исследовательского института сооружений. Они рассматривали лавину как твердое тело, которое движется по склону под влиянием силы тяжести, и получили формулы для расчета скорости движения на отдельных участках пути и расчета дальности выброса, то есть расстояния от места отрыва снега до той точки, где скорость лавины падает до нуля. В дальнейшем эту формулу неоднократно преобразовывали, уточняли и развивали многие исследователи. Однако подлинный взрыв теоретических разработок произошел значительно позже — в конце 50 — начале 60-х годов, когда за рубежом и в Советском Союзе появился ряд новых теоретических разработок моделей движения лавины. Исходными были две модели — в одной лавина предполагалась твердым телом, а в другой — жидким. Несколько позднее появилась и аэрозольная модель движения. Однако авторы этих моделей, понимая, что ни та, ни другая схема не отражает реальной картины, вводят в свои расчетные построения такие коэффициенты и параметры, которые в модели твердого тела учитывают некоторые „жидкие" свойства лавины, а в модели жидкого тела — некоторые ее „твердые" свойства, что в конце концов сблизило тот и другой подход к решению этой сложной задачи.

И все же ни одна из существующих моделей не отражает с необходимой для практических целей детальностью и точностью действительную картину движения лавин. Об этом наглядно свидетельствуют сравнения реально наблюдаемой дальности выброса лавинного тела с расчетной по существующим „твердым" и „жидким" моделям. Ошибки столь велики, что использование моделей в целях проектирования возможно только для грубых оценок. Это отнюдь не означает, что неверны исходные предпосылки и плохи формулы. Некоторые модели дают достаточно близкое к реальному качественное описание процесса движения лавины и развития лавинного тела. Но пока нет никаких данных о реально измеренных в движущейся лавине основных коэффициентах и параметрах, входящих в расчетные схемы. Все эти величины устанавливают в основном исходя из соображений „здравого смысла" или по аналогии с движением сходных тел (например, жидкости).

О движущейся лавине известно немногое—несколько десятков измерений скорости, несколько определений плотности лавинного тела да факт пульсации скорости фронта лавины. Но на основе этой, пусть сравнительно небольшой, суммы фактов продолжается разработка теории движения лавин. Это важно хотя бы уже потому, что теория помогает сформулировать требования к лавинометру, разобраться в том, что надо измерять в лавине. Теоретические исследования позволяют более тщательно исследовать качественную картину движения, осмыслить этот сложный природный феномен.

Мы еще многого не знаем о движущейся лавине. Неизвестна величина коэффициентов трения и сопротивления, неизвестен закон их изменения при движении лавины, неизвестно, какие факторы играют при этом определяющую роль и в каких условиях. Неизвестен также закон изменения массы лавинного тела в процессе движения. Неясно, как меняется плотность по горизонтали и вертикали лавинного тела. Ничего неизвестно об условиях перехода снежного потока из ожиженного в твердое состояние и из твердого в снежнопылевое. Экспериментально установлено, что скорость лавины пульсирует, то есть, регулярно возрастает и уменьшается, но объяснения этому пока нет. Очевидно, что в движущейся лавине непрерывно идут процессы псевдофазовых переходов: твердое вещество (снежный покров) переходит в жидкообразное (лавинное тело), а последнее как бы испаряется, переходя в снежнопылевое облако; никаких количественных данных и сведений о влиянии таких псевдофазовых переходов на движение лавины нет. Наконец, в лавинном теле идут и обычные фазовые переходы, то есть таяние, замерзание талой воды и испарение снега. Количественная сторона этих явлений и их влияние на движение лавины также остаются неизвестными. Но отсутствие прямых измерений многих физических характеристик лавинного тела вовсе не говорит о полном бессилии человека перед белой смертью.

Лавины, как и все другие грозные явления природы, оставляют свой след на лике Земли, формируют своеобразный „лавинный ландшафт", изменяя в первую очередь растительность, рельеф, почвы. Лавинщики уже давно учатся читать эти следы при исследованиях горной местности в летнее время. Особенно много могут рассказать о лавинах растения. Они гибнут под ударами лавин, получают тяжелые повреждения, но продолжают упрямо расти. Выживают только самые стойкие. Они искривлены, изранены, обломаны, но опытному глазу эти раны и увечья рассказывают о многом: о направлении движения лавинного тела, дальности выброса, высоте фронта, типах снега в лавине, датах появления лавины в данном месте в последний раз и многое другое. Такие следы лавинщики называют „немыми свидетелями". Они рассказывают не только о самых последних лавинах, но и позволяют собрать информацию об их деятельности за десятки лет.

Особенности, вносимые в ландшафт гор лавинной деятельностью, хорошо „читаются" на аэрофотоснимках и даже космических снимках. Методика чтения показаний „немых свидетелей" подробно разработана К.В.Акифьевой в Проблемной лаборатории снежных лавин и селей Московского государственного университета. Методы географии используют там, где обычные методы не дают возможности определить важные характеристики лавины: лавинный ландшафт заменяет лавинометр, который так и не создан.