Диагностика снежной толщи. Часть 1.

Георг Кронталер (Georg Kronthaler) и Бернхард Ценке (Bernhard Zenke)
Центральная служба лавинного оповещения
Министерство окружающей среды земли Бавария


Обязательными условиями адекватной оценки лавинной опасности являются накопленный практический опыт и постоянное повышение уровня знаний. Именно обширные знания в этой сфере дают больше возможностей принимать осмысленные и обоснованные в глазах других членов группы решения. Лавинной службой Баварии уже накоплен достаточный опыт в обучении и повышении уровня квалификации сотрудников местных лавинных комиссий. Наряду с углубленным изучением основных понятий лавиноведения особенное значение сейчас придается внедрению новейших методов анализа снежного покрова и его слоев на основании практических тестов, проводимых на горном рельефе.

В этой статье схематично и в упрощенной форме показано, как на практике работает этот метод. Но такое краткое теоретическое введение в столь сложную тему, конечно, не может заменить образования и практического опыта.

Вот как описывает свои наблюдения при осмотре места потенциального схода лавины и проведении малого блок-теста на занятиях, проводимых Лавинной комиссией Тироля в Штубайских Альпах, руководитель курса обучения Харальд Ридль: "Я вижу слабый, легко разрушающийся тонкий слой; лежащий на нем слой снега - мягкий; слабый слой находится неглубоко от поверхности и состоит из больших кристаллов"

Его вывод - "Самопроизвольный сход лавины маловероятен, но уже при небольшой дополнительной нагрузке можно ожидать схода доски". Полминуты спустя слышится звук просаживания снега - "Ууууууууммм" - на снежной поверхности появляется трещина и из-под курсанта, стоящего вблизи отгороженного для тестов места, вдруг уходит маленькая снежная доска. Более говорящее за себя подтверждение результатов теста и представить трудно.
 
По типу обрушения лавины делятся на "снежные доски" (Лавины от линии) и лавины из рыхлого несвязанного снега. (Лавины из точки. Рис.(1) Для человека, если он стал причиной схода лавины, наибольшую опасность представляет именно "снежная доска". Это объясняется собственно самим механизмом схода. В то время, как лавина из рыхлого снега, начинается с отрыва небольшого участка склона (точки) и "веерообразно" обрастает объемом, и массой по мере движения (за счет вовлекаемых нижележащих по склону слоев снега), то "снежная доска" сходит одновременно на большей площади, увлекая находящегося на ней человека вместе с собой вниз. При этом линия отрыва такой лавины четко выражена (арочной формы) и в подавляющем большинстве случаев проходит выше того места, где находился нагрузивший склон человек.

В связи с этим логично было начать с рассмотрения именно "снежных досок".


Рисунок 1 - Снежная доска и лавина из рыхлого снега отличаются по форме отрыва

Обязательное условие образования снежной доски - наличие "слабого" слоя.

Для схода снежной доски, наряду с необходимой для ее отрыва крутизной склона, требуется наличие еще двух условий:
- Наличие слабого - т.е. легко разрушающегося при определенной нагрузке - слоя внутри снежного покрова. Подобный слабый слой образует, например:

Иней, возникший на поверхности снега, а после перекрытый последующими снегопадами;

- Слой плотного, связанного, снега т.е. слой, в котором между снежными кристаллами уже успели появиться устойчивые связи лежащий поверх слабого слоя. Примером такого связанного снега может служить снег, переметенный ветром.

Еще в 1992 г. Ханс Гублер (Hans Gubler) и Бруно Сальм (Bruno Salm) выяснили, что для формирования опасной снежной доски с высотой на линии отрыва в несколько десятков сантиметров требуется наличие в снежном покрове равномерного и непрерывного слабого слоя с площадью более 100 кв.м.

Если, зоны слабого слоя имеют меньшую площадь или в непосредственной близости от одной зоны нет других таких же зон, чувствительных к изменениям и нагрузкам, то сход снежной доски исключен, поскольку нет предпосылок приводящих к разрушению слабого слоя.

Толщина снежного покрова над слабым слоем может существенно варьироваться в зависимости от ветрового переноса и конфигурации склона. Соответственно, существуют области, в которых слабый слой расположен довольно близко или наоборот глубоко от поверхности снега. (Рис 2.) Чем ближе к снежной поверхности находится слабый слой, тем больше вероятность его разрушения при дополнительной нагрузке.

Стабильность снежного покрова зависит от устойчивости конкретного слабого слоя к действующей на него в настоящий момент нагрузке. Если предположить, что свойства слабого слоя одинаковы по всей площади его залегания, то стабильность напрямую зависит от того, насколько велико давление, достигающее этот слой.

В качестве примера, можно привести такую форму рельефа как мульда *.
*- Корытообразная форма рельефа в профиле и изометричная или овальная в плане.

Склоны (борта) мульды и ее центральная часть заполненная, как правило, переметенным снегом, имеют различную толщину снежного покрова. Если в мульде есть слой подвергшийся конструктивному метаморфизму снега - глубинная изморозь - то на дне мульды он будет залегать глубже и, соответственно, будет менее подвержен разрушительным нагрузкам, чем на ее боковых склонах или на перегибах в верхней части, где слабый слой находится гораздо ближе к поверхности. Это значит, что стабильность в центральной части мульды гораздо выше, чем на ее боковых склонах, где опасность отрыва доски существенно выше. Стабильность снежного покрова изменяется от центра мульды к ее краям с каждым сантиметром. Именно поэтому результаты блок-теста на сдвиг не могут быть показательными для всего склона, поскольку они всегда зависят от того, на каком именно участке склона был проведен тест.

Вывод: из этого следует, что оценку стабильности отдельного участка нельзя перенести на весь склон. Даже для поверхностного вывода нам потребуется многочисленное повторение таких блок-тестов на сдвиг на разных участках, что приведет к серьезным временным затратам и поэтому для практического использования подходит лишь в очень редких случаях.
Рисунок 2 - над гирями слева направо: высокая стабильность низкая стабильность под красной линией - критичный слабый слой
Задумаемся, а существуют ли в снежном покрове такие факторы, которые все же могли бы позволить нам оценить состояние всего склона на основании теста только одного из его участков?

Эти размышления приводят нас к понятию "осмысление процессов". Это определение было введено в обучающую программу для лавинных служб Баварии профессором Ценке еще в 1989 году и означает выявление и последующий анализ процессов, протекающих внутри снежного покрова.

Для лавинных комиссий, работающих в своих горных районах, часто является проблематичным или невозможным попасть в очаги зарождения лавин для проведения необходимых тестов снежного покрова. Но, тем не менее, поскольку оценка потенциальной опасности необходима, а результаты, полученные при изучении шурфов и тестов на отдельных участках, как уже говорилось, недостаточно информативны, было принято решение сконцентрироваться на выявлении и анализе общих процессов, протекающих внутри снежного покрова. Поскольку эти процессы распространяются не только на конкретный участок склона или отдельный склон в целом, а захватывают большую область данного горного района.

Если при оценке подобных общих процессов принимать во внимание также перепад высот, экспозицию склонов и особенности рельефа, то проецирование результатов тестов отдельного участка на весь склон, становится вполне возможным.

Пример: При изучении снежного шурфа на склоне северной экспозиции на высоте 1500м. обнаружена тонкая прослойка льда. Появился этот слой вследствие дождя и последующего замерзания. Можно предположить, что процесс "дождь + замерзание" имел место не только на конкретном исследуемом участке склона, но и на всей окружающей области. Таким образом, с помощью метода "осмысления процессов" можно предположить, что эта ледяная прослойка имеет большую площадь поверхности и весьма вероятно полностью покрывает данный склон. Знания о том, на какой высоте в данном районе проходит граница снег/дождь, а также о температурных условиях, господствовавших в момент протекания процесса "дождь + замерзание", позволяют нам создать проекцию и для склонов, находящихся на других высотах. Похожие предположения возможны и при других погодных условиях, а также для таких процессов, как образование наста, глубинной изморози под слоем наста, образование поверх наста слоя порошкообразного снега, образование поверхностного инея и т.п.

В работе современных лавинных служб прослеживается тенденция к отказу от используемых многие годы классических послойных, детализированных и очень затратных по времени исследований снежного профиля. Вместо этого ставится целью именно поиск слабых слоев внутри снежного покрова. В случае обнаружения слабого слоя, рассматривается вопрос о его происхождении, т.е. о том, какие именно процессы привели к его образованию, и на этом факте строятся дальнейшие предположения.

Для поиска слабых слоев и их последующей оценки лавинными службами было введено понятие "систематическая диагностика снежного покрова".
Процесс систематической диагностики снежного покрова - понятие введено в обучающие программы в 1999 году Георгом Кронталером - включает в себя несколько элементов:

1. Упрощенный снежный профиль/ малый блок-тест

Упрощенный снежный профиль предназначен для целенаправленного поиска слабых слоев.
Для этого на склоне выкапывается снежный блок площадью 40х40см. При помощи легких похлопываний лопатой вдоль задней стенки блока по направлению сверху вниз и оценки характера вызванных ими разрушений определяется наличие слабых слоев. (Рис 3.) Высота снежного блока зависит от состояния снежного покрова. Обычно достаточной является глубина около 1 метра. Этот тест, как правило, может быть проведен за несколько минут и его можно проводить даже на пологих склонах. При условии аккуратного и осторожного исполнения тест позволяет даже в мягком снегу выявить находящиеся в непосредственной близости от поверхности слабые слои.

Внимание: этот тест, как и другие, похожие на него методики не дает нам точного представления о стабильности снежного покрова! Он только позволяет обнаружить слабые слои. Единственный тест, позволяющий определить на практике стабильность снежного покрова на конкретном участке склона - это стандартный тест на сдвиг, но, как уже говорилось, его результаты не показательны для определения стабильности снежного покрова по всему склону!

Рисунок 3 - Упрощенный снежный профиль: малый блок-тест

2. Анализ слабых слоев

При анализе слабых слоев в снежном покрове, прежде всего, рассматриваются формы снежных частиц, и определяется наличие связей между ними. При этом классифицирование снежных кристаллов не должно быть слишком детальным и может быть проведено без лупы или других вспомогательных средств. Достаточно определить какому именно изменению - конструктивному или деструктивному метаморфизму* подверглись кристаллы снега, ведь решающим для нас является выявление стоящего за этим изменением процесса.

*- Конструктивный метаморфизм снега - собирательная перекристаллизация снега при значительном температурном градиенте в толще.
- Деструктивный метаморфизм снега - стадия метаморфизма снежного покрова, когда под влиянием процессов перекристаллизации при незначительном температурном градиенте происходит округление снежных кристаллов.

В этом смысле особенно важно выяснить, насколько слабо связан снег в этом слое, насколько велики в нем кристаллы или есть признаки повышенной влажности и связанного с этим нарушения связей между кристаллами.

Следующим шагом является анализ характеристик морфологии склона, на котором мы находимся: высота, экспозиция (солнечная или теневая, подверженность ветру), формы рельефа (наличие гребней, мульд или ребер).

Как именно могли эти факторы отразиться на строении снежного покрова?

На результат нашего анализа должны также повлиять данные о том, насколько "популярен" данный склон - т.е. насколько часто по нему передвигаются люди. Если было обнаружено сразу несколько слабых слоев, то они анализируются по порядку сверху вниз.

3. Оценка слабого слоя.

Она основывается на сравнении текущего состояния снежного покрова, точнее -обнаруженного слабого слоя (слоев) с пятью основными неблагоприятными характеристиками, говорящими о высокой степени лавинной опасности:

- Слабый слой легко разрушается

Слабый слой определяется как легко разрушающийся, если при малом блок-тесте уже при подготовке снежного блока или легком похлопывании лопатой по его задней стенке наблюдается смещение, сдвиг слоев относительно друг друга. Насколько велика сила удара, приводящая к разрушению, в данном случае играет второстепенную роль. Намного важнее для нас является форма поверхности разлома. Именно она дает нам непосредственную информацию о возможности распространения цепной реакции разрушения в слое - чем более гладкой является поверхность (плоскость) разлома, тем легче происходило разрушение кристаллической структуры в данном слабом слое. Чтобы это распознать, важно не повредить поверхность разлома при проведении теста. (Рис. 4)

Рисунок 4 - гладкая (слева) и ступенчатая (справа) поверхность разлома

Неровная или ступенчатая поверхность разлома говорит о том, что слабый слой не является легко разрушающимся.

- Тонкий слабый слой

Снежный покров под действием силы тяжести всегда движется вниз по склону. Причем верхние слои, лежащие ближе к поверхности, "ползут" быстрее, чем те, которые залегают на глубине, ближе к земле. Из-за этого постоянного движения вниз по склону между верхним слоем и находящимся под ним слабым слоем возникает напряжение сдвига. Рисунок 5 показывает действие одной и той же, направленной вниз по склону, нагрузки на два, разных по толщине, слабых снежных слоя. Слева толщина слабого слоя составляет всего 1 см, справа - 10 см. Напряжение сдвига, возникающее из-за "сползающего" вниз верхнего слоя при толщине слабого слоя в 10 см, амортизируется, очевидно, гораздо лучше, чем в более тонком слое. Исследование Юрга Швайцера (Jürg Schweizer) и Яна МакКэммона (Ian McCammon) показало, что в более 65% изученных ими несчастных случаев в лавинах, произошедших в Швейцарии, толщина слабого слоя составляла менее 2 см!

Рисунок 5 - Тонкий слабый слой разрушается легче, поскольку не может сопротивляться напряжению так же хорошо, как слой, обладающий достаточной толщиной.

- Глубина залегания слабого слоя не более 1 метра

Чем глубже расположен слабый слой, тем меньшее давление на него оказывает находящийся на поверхности снега человек. Соответственно, чем глубже пролегает слабый слой, тем больше должна быть нагрузка, для того чтобы его нарушить. Юрг Швайцер в своей статье "Лыжник как причина схода снежной доски" (издание "Альпы", январь 1998) пишет: "…на глубине 80см сила, возникающая в результате воздействия веса лыжника, составляет только четверть от той, что подействовала бы на слой, находящийся на глубине 20см от поверхности снега".

Согласно статистике, на 97% лавинных случаев в Швейцарии, высота линии отрыва снежных досок - составляла менее 100 см. Среднестатистическая линия отрыва составляет 45-50 см. Именно на основании этих данных был сделан вывод о том, что при проведении малых блок-тестов толщина снежного блока до 100 см является, как правило, достаточной.

Рисунок 6 - Чем ближе слабый слой к поверхности снега, тем легче он может быть нарушен.

- Верхний слой является мягким

Чем мягче снег, тем глубже в него можно провалиться. Глубоко проваливаясь в снег, мы приближаемся к потенциально возможным слабым слоям, подвергая их гораздо большей нагрузке, чем в случае, если бы подобного глубокого погружения не происходило.

К тому же в мягком снегу нагрузка, исходящая от человека, распределяется только на ограниченную область и направлена преимущественно вглубь снежного покрова. Но чем жестче снег, тем больше действующая сила распределяется горизонтально, вширь.

В качестве примера можно привести жесткий снежный наст, который лучше всего демонстрирует такое горизонтальное распределение силы. Этот эффект приводит к тому, что при воздействии на склон целой группы людей, движущейся по склону без соблюдения безопасных интервалов, нагрузка на склон в той или иной степени суммируется. (Рис. 7)

Рисунок 7 - Отличие уровня нагрузки на снежный покров при мягком и жестком снеге. При мягком снеге нагрузка, приходящаяся на более глубокие слои, выше, чем при жестком снеге

- В слабом слое обнаружены крупные кристаллы

Чем больше размер кристаллов, тем меньшую площадь соприкосновения они имеют. Статистически, как показывают результаты исследования Юрга Швайцера и Брюса Джемисона (Jürg Schweizer, Bruce Jamieson), размер кристаллов более 1,25мм увеличивает вероятность распространения цепной реакции разлома в слабом слое. (Рис. 8)


Рисунок 8 - большие кристаллы способствуют распространению реакции разрушения в слабом слое из-за небольшой площади соприкосновения друг с другом


Продолжение следует....

Авторы:

Георг Кронталер - сертифицированный горный гид, сотрудник Центральной службы лавинного оповещения Министерства окружающей среды земли Бавария. Сотрудник отдела разработки и внедрения методик обучения для альпинистов Немецкого Альпийского Общества (DAV).

Бернхард Ценке - сотрудник Центральной службы лавинного оповещения Министерства окружающей среды земли Бавария.

Перевод: Елена Калинина (aka Panika)

Источник:

Журнал "Berg und Steigen":
4/06 Georg Kronthaler, Dr. Bernhard Zenke
"Systematische Schneedeckendiagnose"
Hans Gubler, Bruno Salm, SLF-Davos, 1992, Symposion Skibergsteigen/Bildung von Schneebrettlawinen
Jürg Schweizer, Ian McCammon, 2002: A field method for identifying structural weakness in the snowpack.
Jürg Schweizer, 1998: Schneebrettauslösung durch Skifahrer, "Die Alpen" 1.Januar 1998
Jürg Schweizer, J.Bruce Jamieson,2002: Snow Science Workshop, Penticton 2002 Contrasting stable und unstable snow profiles with respect to skier loading.