Лавини

[icerunner]

СНЕЖНИ ЛАВИНИ





Малко физика, някои методи за прогнозиране и определяне на опасността, безопасност и спасяване.

Снежните лавини са естествен природен феномен, при който планинските склонове се освобождават от част от натрупаните снежни маси. Снежните лавини обикновено са с незначителни за природните катаклизми мащаби. Те не могат да се сравнят нито по отделената енергия, нито по последствията върху околната среда с вулканите, земетресенията или тропическите циклони. Поради честата си поява в планинските райони обаче и поради силно непредвидимия си характер, лавините често взимат човешки жертви.

Най-често жертва на лавините стават туристи и скиори, практикуващи зимни спортове във високата планина. Има обаче и населени места, курорти и цели градове, които са под постоянна заплаха от големи лавини. Особено уязвими са комуникационните съоръжения, които преминават през високопланински долини и проходи. Големи магистрали, железопътни мрежи и далекопроводи често биват разрушавани или повреждани от свличащите се снежни маси. Поради голямото влияние, което оказват лавините върху човека, те са обект на сериозен научен интерес и в световен мащаб от десетилетия се провеждат изследвания на тяхната природа и възможните методи за прогнозирането им. Норвегия, Швейцария, САЩ и Канада са водещи със своите програми за прогнозиране и предпазване от снежни лавини. На много други места, където има условия за падане на лавини, се правят наблюдения в тази област. България не прави изключение и проблемът става изключително актуален с развитието на зимните ни курорти и особено с нарастващата популярност на извънпистовото каране на ски.

Лавини е имало през зимата, откакто на Земята са се установили сегашните климатични и орографски условия, но тяхното изучаване се развива с особени темпове днес, когато все повече хора упражняват своята дейност или прекарват свободното си време в планините. Снежните лавини не са регулярен процес. При определени условия снежната покривка може да е дебела над 5 метра и да не падат големи лавини, а при други - по-малко от метър сняг да предизвика катастрофални лавини с десетки или стотици жертви. В последните години сме свидетели на такива лавини, затрупващи цял град или унищожаващи огромни площи горски масиви. Връзката на лавинната активност с промените в климата и увеличената енергия в атмосферата тепърва ще се изследват.

В настоящата статия се разглеждат основите на процесите, които водят до реализирането на снежните лавини, както и основните насоки за изследването и прогнозирането им.


Снежна покривка



Разгледани са процесите, при които се натрупва снежната покривка в планината. Обръща се внимание на процесите на преобразуване на снега и специфичните фактори, които обуславят стабилността му. Описват се слоевете в снежната покривка и се дефинира понятието „слаб слой”.

Поради природата на образуването на снежната покривка в планината тя има слоеста структура, като отделните пластове могат да имат силно различни характеристики – плътност, температура, топлопроводимост, влажност, механична якост, размер на частиците и др. Образуването на снежната покривка преминава през два етапа: снегонатрупване и преобразуване на снега.

Снегонатрупване

Снегонатрупването може да се реализира по три основни начина – снеговалеж, пренос от вятъра и образуване на повърхностен скреж.


Снеговалежът е основният в количествено отношение фактор за натрупване на снежна покривка. Съществено значение за вида и свойствата на новия пласт сняг има видът на снежинките, от които се натрупва.



Издигащите се в атмосферата (облака) водни пари постепенно се превръщат в малки капчици вода, които се изкачват нагоре толкова по-бързо, колкото по-голяма е температурната разлика между тях и въздуха, през който преминават (респ. локалният вертикален температурен градиент на атмосферата). С издигането си нагоре капките преминават през все по-студени слоеве въздух и самите те се охлаждат. Водните капки се преохлаждат поради липсата на кондензационни ядра в чистия въздух. Образуването на ледения кристал започва едва при температура под –10 / – 12 °С на височина между 6000 и 11 000 m.



Според специфичните условия (температура, влажност) могат да се образуват различни по форма и размер кристали, но обикновено те са с форма на шестоъгълна призма (плочица).



Когато кристалът се охлади до температурата на околния въздух и силата на температурния градиент престане да уравновесява тази на земното притегляне, кристалът започва да пада и да преминава обратно през все по-топли и влажни слоеве въздух. От всеки от ъглите на шестоъгълния кристал започват да израстват връхчета, които се разклоняват, като така се образуват снежинките, които познаваме.



Колкото по-близка до 0 °С е температурата (дори до +1 / +2 °С), толкова по-големи стават снежинките. Обикновено размерът им е от 1 mm до 20 mm, но са наблюдавани и снежинки с диаметър до 12 cm. Плътността на новия сняг най-често е от 40 до 100 kg/m³. Има явна връзка между температурата и вида на снега, който вали. При температура от –15 / –18 °С вали т.нар. “див” сняг. Той не образува снежинки, кристалите му са големи, натрупаният от него пласт е пухкав, много лек и с изключително голямо съдържание на въздух (97 - 99 %), а плътността му е 10 - 30 kg/m³. При тупване с ръка се разпръсва като облак. “Сухият” сняг вали при температура от –8 / –10 °С. Той има плътност 30 - 60 kg/m³. От него трудно може да се направи топка. При температури, близки до 0 °С, вали “мокър” сняг. Когато е нов, плътността му е около 60 - 150 kg/m³. При определени условия, при падането на ледения кристал той може да улови водна капка, която да замръзне при този контакт. Полученото ледено зърно е сферично с размер от 2 до 5 mm. Този сняг се нарича суграшица. Поради нищожното сцепление на сферичните зрънца на суграшицата, натрупаният слой, дори и тънък едва 2 - 5 cm, е изключително нестабилна основа за последващите пластове сняг и е потенциална предпоставка за падане на лавини.

Плътност на снега по данни на К. Петров, 1988

Сняг	Температура	Съдържание на въздух [%]	Плътност
	на въздуха [oC]		[kg/m3]
Нов сняг
Див сняг	-15÷ -18	97 ÷ 99	10 ÷ 30
Сух сняг	-8 ÷ -10	93 ÷ 99	30 ÷ 60
Мокър сняг	-5 ÷ +2	85 ÷ 94	60 ÷ 150
Плътен улегнал сняг		70 ÷ 85	150 ÷ 300
Стар сняг
Средно плътен		80 ÷ 90	100 ÷ 200
Набит, много плътен		70 ÷ 80	200 ÷ 300
Пресован от вятъра		70 ÷ 85	150 ÷ 300
Плаващ сняг		70 ÷ 80	200 ÷ 300
Сух зърнест сняг		50 ÷ 80	200 ÷ 500
Сух фирн		40 ÷ 60	400 ÷ 600
Мокър фирн		20 ÷ 40	600 ÷ 800

Снежният пласт се натрупва не само при снеговалеж.

Транспортната дейност на вятъра има огромно значение за снегонатрупването. По време на снеговалеж вятърът води до големи неравномерности в количеството сняг, което се натрупва в различни части на релефа. Най-големи количества сняг се натрупват на подветрените склонове на планините. Обикновено силните снеговалежи в българските планини падат при навлизане на циклони, носещи топли въздушни маси от Средиземно море и съпроводени с югозападни ветрове и по тази причина снегонатрупванията се получават на северните и североизточните склонове. При ясно време вятърът продължава да пренася сняг и да преразпределя снежните маси, особено през първите няколко дни след снеговалежа, когато пресният сняг все още не е пресован и лесно се вдига от вятъра. Вследствие на транспортната дейност на вятъра, при средно снегонатрупване от 15 cm, на отделни подветрени склонове дебелината на снежния пласт може да достигне над 1 m. Този фактор изключително много увеличава опасността от лавини.

Вятърът влияе и на свойствата на снежния пласт, като пресова снега и образува плътни монолитни слоеве сняг, които създават опасност от откъсване на лавини – тип „плоча” (снежна дъска).

Обменът на енергия между снежната повърхност и атмосферата е друг фактор, допринасящ за образуването на големи ледени кристали на повърхността - повърхностен скреж. Тези кристали се образуват обикновено при студени и ясни нощи при слаб вятър или безветрие. Поради лъчистото охлаждане на снежната повърхност, водната пара от приземния слой въздух и потокът пара, изпаряващ се от по-дълбоките и топли слоеве сняг, кондензира върху най-горните снежни кристали, които нарастват до монокристали с размер до 15 - 20 mm. По слънчевите склонове той се топи бързо и може да се види само рано сутрин, но по северните се задържа и образува тънък трудно определим пласт, който поради минималното си сцепление със следващите слоеве образува основа за свличане на лавини. Обикновено от 2 до 5 такива слоя биват затрупани от последващи снеговалежи.














За контакт с автора на темата или въпроси по статията (изисква се регистрация):
icerunner


















...

[icerunner]

Преобразуване на снега

Веднага след натрупването на един пласт сняг в него започват процеси, които водят до промяна в структурата и свойствата му. Някои от тези процеси траят от няколко часа до няколко дни, а други - през целия сезон.

Преобразуването на снега преминава през два етапа – разграждаща и изграждаща метаморфоза.


Разграждаща метаморфоза

Кристалите на новия сняг са крехки и нестабилни. При отсъствие на голям температурен градиент в слоя нов и сух сняг, обикновено под 10 K/m^-1, поради взаимния контакт и натиска на по-горните върху по-долните кристали, техните връхчета се чупят и кристалите опростяват формата си. Освен това, ледът от лъчите на кристала сюблимира (изпарява се) и кондензира, като замръзва в центъра на кристала. Това представлява слягането на новата снежна покривка. Този процес трае, докато всички снежинки придобият закръглена форма с размери 0,1 – 1 mm.

При слягането на снега неговата плътност се увеличава (виж Таблицата по-горе), новообразуваните частици се сближават, имат по-голяма контактна повърхност и по-плътно прилепват една към друга. Това прави снега по-твърд и стабилен!

Този процес продължава от един до три дни при нормални условия, като се извършва толкова по-бавно, колкото по-ниска е температурата. При – 40 °С на практика процесът се прекратява. Това ще рече, че при много ниски температури и тихо време слягането на снега може да изисква много повече време.

Вятърът също играе съществена роля при разграждащата метаморфоза чрез налягането, което упражнява върху снежните пластове.

Обикновено за 2 - 3 дни дебелината на новата снежна покривка намалява наполовина . По време на този динамичен процес в структурата на снега настъпват много промени и преди да е завършил, снегът е изключително нестабилен. На това се дължи фактът, че 80 % от лавините падат по време на и непосредствено след снеговалежа!


Изграждаща метаморфоза

При наличие на голям температурен градиент, над 10 K/m^-1, от дълбоките слоеве се издига топъл и наситен с водни пари въздух, който достига до все по-студени слоеве сняг (до земната повърхност температурата на снега е 0 °С и с изкачване нагоре температурата спада, за да достигне температурата на въздуха на повърхността на снежната покривка), където кондензира и отново се превръща в лед, надграждайки закръглените кристали на стария сняг. Така тези кристали нарастват до 2 - 4 mm, като постепенно придобиват формата на кухи, обърнати надолу чашки с шестоъгълна основа и гладка стена. Тези кристали не се свързват по никакъв начин помежду си и образуват т.нар. “плаващ” сняг.





Наличието на слой “плаващ” сняг на склона действа като лагер за лежащите над него пластове и е най-опасната подложка за лавини тип “снежни дъски” .

Структурата на този слой е подобна на затрупания слой повърхностен скреж, но дебелината му може да бъде много по-голяма.

За да се реализира изграждащата метаморфоза, трябва да е налице голям температурен градиент в снежната повърхност, за което е необходимо температурата на въздуха (респ. на най-горния слой сняг) да бъде под -10 °С. Подобна структура на снега обаче може да се реализира и при температури, близки до точката на топене чрез процеса топене-замръзване. При разтапянето на най-горния слой сняг вследствие на покачване на температурата на въздуха или поглъщане на слънчевата радиация, и при липса на вертикален температурен градиент в снежната покривка, влагата прониква в по-долните слоеве, където кондензира върху ледените кристали, замръзва и увеличава размера им.

Веднъж образувал се в дълбочина, слабият слой почти не променя своята структура и остава потенциално опасен чак до стопяването на снега през пролетта!



Очаквайте продължение скоро!





За контакт с автора на темата или въпроси по статията (изисква се регистрация):
icerunner

[icerunner]

Класификация на лавините. Типове снежни лавини

Различните видове снежни лавини се описват и класифицират според начина, по който се откъсват, начина им на движение и размера.

Видове лавини според стартовата зона
Според начина си на откъсване лавините могат да бъдат:

• започващи от една точка (обикновено от скали, ръбове, козирки) – такива са лавините от пръхкав сняг;
• откъсване от широк фронт – това са лавините тип „снежни дъски”.

Лавините от пръхкав сняг се откъсват обикновено по време на снеговалежа или непосредствено след него. Тогава падат 80 % от всички лавини. Това се случва и при навявания от вятъра, както и при активно снеготопене. Лавината започва, когато малко количество сняг се откъсне от снежната покривка вследствие на нарушена стабилност при слягането й, при топене или при натрупване на критично количество сняг по време на снеговалеж. Веднъж започнал движението си, снегът увлича все повече сняг по пътя си и така се реализира лавината. Формата на тези лавини е капкообразна. Скоростта им, ако са от сух сняг, е около 40 - 50 km/h, а ако са съставени от мокър – 20 - 25 km/h. Когато спре, снежната маса има много голяма плътност – до 600 kg/m³. Когато обаче склонът е дълъг, стръмен и има много сняг, тези лавини могат да достигнат много по-големи скорости, а налягането, което упражняват върху препятствията по пътя си, достига до 20 t/m².







Снежните дъски се образуват още при снеговалежа. Под действието на вятъра се образува плътна, пресована снежна покривка, която има добро вътрешно сцепление, но слаба връзка с долния пласт. Обикновено това става на подветрените склонове, където се натрупва голямо количество сняг. Понякога може да се образува в негативните (вдлъбнати) форми на релефа и по наветрените склонове. Поради уплътняването на снежните кристали, както и силното им деформиране, разграждащата метаморфоза се забавя и трае около 8 дни при температура – 3 / – 5 °С. От друга страна, плътният сняг представлява бариера за излизащите от дълбочина водни пари и така спомага за образуването на слаб слой плаващ сняг под дъската. Поради плавното слягане и т.нар. пълзене на снега надолу, което се извършва с незабележима скорост (няколко сантиметра на ден), в монолитната снежна маса се образуват области, в които има голямо напрежение. Обикновено това става там, където започва и завършва стръмната част на склона. Именно оттам се откъсва лавината дори и при най-малкото натоварване или “прерязване” на снежния пласт от ски или стъпки.
Фиг. 3: Образуване на снежна дъска под действие на вятъра в негативна форма на релефа





Фиг. 4: Лавина тип „снежна дъска”
При откъсване на такава лавина, голяма и монолитна снежна маса започва движението си едновременно. Наблюдения с високоскоростна камера (250 кадъра в секунда) показват, че скоростта на разпространение на пукнатината при откъсване на лавината е от 17 до 26 m/s, т е. цялата снежна дъска се задвижва в рамките на няколко секунди. След това, с нарастването на скоростта, лавината се разбива на различни по размер снежни блокове. При последващото си движение лавината може да увлече допълнително количество сняг и да увеличи размера си. Лавините от типа снежни дъски взимат най-много човешки жертви по няколко причини. На първо място те са много по-непредвидими без прилагане на специални тестове, тъй като често падат до 30 дни след снеговалежа – далеч след общото „успокояване” на новата снежна покривка. Освен това, монолитните снежни блокове често нанасят сериозни и фатални травми на попадналите в тях и жертвите нямат шанс, дори да не бъдат погребани под снега или ако бъдат бързо намерени и извадени от спасителите. Около ¼ от жертвите на лавини загиват вследствие на физичеки травми, а не на задушаване.



Видове лавини според начина на движение Според начина си на движение лавините биват:

• движещи се по повърхността на склона;
• движещи се във въздуха.

Лавините, които се движат във въздуха, се наричат прашни лавини При достигане на критичната скорост от 85 km/h, независимо от какъв сняг е съставена, лавината започва да се движи във въздуха, а не да пълзи по склона. При това цялото количество сняг се движи турбулентно със скорост до 300 km/h и огромна кинетична енергия. Скоростта на турбулентните движения на снега във вътрешността на лавината могат да надхвърлят 500 km/h.



Фиг. 5: Прашна лавина
Освен това, движещият се сняг увлича огромно количество въздух, като по този начин масата на лавината се увеличава. Тези лавини имат най-голяма разрушителна сила и могат да унищожат дори и масивни постройки. Те са съпроводени с ударна вълна, която може да се разпространи много по-далеч от самата лавина и също да причини жертви и разрушения.
Лавината може да е съставена от един или няколко пласта сняг, които се движат върху снежна подложка, или от цялата снежна покривка. Последните се наричат основни лавини и обикновено се реализират пролетно време при големи затопляния и активно снеготопене.

Размер за лавините

Размерът на лавините е важен индикатор, както за разрушителната им сила, така и за общата стабилност на снежните маси. Големите снежни дъски са показателни за състоянието на снежната покривка. В таблицата по-долу е дадена канадската система за класификация на лавините според размера им.

Класификация	Потенциална разрушителна сила	Типична маса [t]	Типична дължина на пътя [m]
1	Относително безопасни за хората	< 10	10
2	Може да затрупа, рани или убие човек	102	100
3	Може да затрупа или разруши кола, да повреди камион, да разруши малка постройка или да счупи няколко дървета	103	1000
4	Може да разруши влак или голям камион, няколко постройки или да унищожи до четири хектара гора	104	2000
5	Най-големите лавини. Способна да разруши селище или да унищожи до 40 хектара гора	105	3000

...