В каждом участке неоднородного снежного покрова возникают сдвигающие силы, направленные вдоль склона, и удерживающие, направленные перпендикулярно склону, величина которых зависит от веса самого снега, его пластичности и характера залегания, обусловленного рельефом местности. Пока эти силы не превосходят предела прочности снега на разрыв и пока сдвигающая сила находится в равновесии с удерживающей, снежный покров находится в устойчивом состоянии (рис. 1). Когда же в зоне максимального растяжения происходит превышение предела прочности снежного покрова и сдвигающие силы превосходят силы трения, наступает разрыв, приводящий к образованию снежной лавины.
Рис. 1
Рис. 2
Непосредственными причинами возникновения лавин являются:
Характер склона. Силу тяжести Р каждого отдельно взятого на склоне объема снежного покрова, направленную по вертикали, то есть к центру Земли, можно разложить на две составляющие: первая — Н -перпендикулярна к поверхности склона и способствует уплотнению снежных масс. Вторая — М — направлена параллельно склону и способствует движению этих масс вдоль склона (рис. 2).
Отсюда видно, что возможность образования лавин зависит от крутизны склона. Ясно, что при крутизне склона в 45 градусов, когда Н=М, появляется неустойчивое положение снежного покрова, а при большей крутизне, когда силы соскальзывания превышают силы трения, — движение самих снежных масс. Но здесь нельзя не учитывать характер поверхности склона, так называемую подстилающую поверхность, которая подразделяется на следующие типы: скальный (склон покрыт камнями), растительный (на склоне сохранилась прошлогодняя трава) и снежный (в результате оттепели или фенов на снежной поверхности образовался наст, на который впоследствии и легли слои вновь выпавшего снега). Понятно, что величина сцепления выпадающего снега со склоном будет значительно больше при скальном характере последнего и наименьшая — при снежном. Естественно, что образование лавин зависит и от мощности снежного покрова. На склонах средней крутизны лавины могут образовываться при толщине снежной поверхности всего в 30-50 см.
Эти причины, а также и ряд других, о которых будет сказано ниже, приводят к тому, что наиболее часто лавины сходят со склонов, крутизна которых составляет 30-50 градусов (рис. 3). На более крутых склонах свежевыпавший снег, как правило, не задерживаясь и не скапливаясь, небольшими струйками соскальзывает вниз. На менее крутых склонах сползанию снега вниз препятствует увеличение сил трения. Однако известны случаи, когда лавины из мокрого снега сходили весной на склонах, имеющих крутизну всего 12-15 градусов.
Температура и влажность воздуха. Наиболее лавиноопасным периодом является весна — начало лета. Обильные талые воды и особенно дожди, просачиваясь сквозь снег, с одной стороны, значительно увеличивают его вес, а с другой, за счет смачивания подстилающей поверхности склона, подобно дополнительной смазке двух трущихся поверхностей, уменьшают сцепление снега со склоном. В результате вес снежной массы становится больше сил сцепления и снег соскальзывает со склона вниз.
Рис. 3
Такую же роль играет и повышенная влажность воздуха. В районах с сухим воздухом (Тянь-Шань) даже при плюсовой температуре лавины — явление более редкое, чем в районах с влажным морским климатом (Западный Кавказ). В условиях пониженной влажности снег испаряется, не тая. Смачивания снежной поверхности при этом не происходит. Больше того, появление над снежной поверхностью тонкого слоя паров приводит даже к охлаждению снега.
Плюсовая температура воздуха способствует образованию так называемых снежных «досок». Днем на солнце верхний слой снега подтаивает, а ночью смерзается, превращаясь в плотную твердую корку. К образованию такого наста приводят также и ветровое уплотнение снега. В дальнейшем ввиду того, что нижние слои снега, уплотняясь под собственной тяжестью, постепенно оседают, между ними и настом создается своеобразная воздушная полость. Не скрепленный с нижним слоем снега и как бы повисший в воздухе плотный наст и получил название снежная «доска». Под влиянием силы тяжести эта «доска» стремится сдвинуться вниз. При этом возникают огромные напряжения, особенно в ее верхней части. Малейшая дополнительная перегрузка такого склона (падение карниза, небольшой снегопад, движение по склону группы туристов) может привести к образованию лавины.
Отрыв снежной «доски» может быть также вызван и резким понижением температуры воздуха. Снежный наст, как и всякое другое твердое тело, при охлаждении сжимается (сокращение равно 1,5 см на 100 м длины наста при понижении температуры на один градус). Так как пластическое растяжение у снежной «доски» по сравнению с обычным снегом значительно меньше, то сжатие «доски» приводит к дополнительной перегрузке склона, к образованию трещин в ней и, как следствие, к сползанию снежных масс со склона, то есть к сходу лавины.
Температура внутри снежных масс. По мере выпадания снега, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами, нижние его слои, как одеялом, прикрываются вышерасположенными слоями. Разность температур между внутренними и наружными слоями при этом может достигать 15°С. Это вызывает возгонку (переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу) в нижних, более теплых, слоях снега. Образовавшиеся водяные пары поднимаются вверх к более холодным наружным слоям, при этом происходит остывание паров, приводящее к их пересыщению. В пересыщенном паре происходит процесс, обратный процессу возгонки — сублимация, при котором из паров, минуя жидкое состояние, образуются твердые снежные частицы. Поскольку пары остывают в верхних слоях в промежутках между снежинками, то оседание их на этих снежинках и превращение паров в твердое тело приводит к росту снежинок, к заполнению имеющихся между отдельными снежинками пространств, то есть к значительному уплотнению верхнего слоя снега, к превращению его в наст.
В то же время процесс возгонки в нижних слоях уменьшает размеры снежинок этих слоев, приводит к их таянию и даже к полному исчезновению. В результате в глубине снежного покрова образуется так называемый глубинный иней, кристаллы которого или очень слабо скреплены между собой, или даже разделены промежутками. Таким образом, появляется горизонт разрыхления. При этом верхний слой плотного снега, потеряв опору на нижние слои, превращается в типичную, уже рассмотренную выше снежную «доску». Здесь горизонт разрыхления — слой снега, в котором внутренние связи почти отсутствуют. Этот слой и образует плоскость скольжения, по которой происходит соскальзывание верхнего слоя снежных масс.
Воздействие ветра. Под воздействием ветра снежинки движутся по склону. Соприкасаясь со склоном, сталкиваясь друг с другом, они разрушаются и их мельчайшие частицы заполняют все имеющиеся промежутки между кристаллами снега на склоне, что также способствует образованию плотного поверхностного слоя — наста. Как уже говорилось выше, за счет силы тяжести происходит оседание нижних слоев снега. Между ними и настом возникает воздушная полость — образуется уже известная снежная «доска».
Кроме того, под воздействием ветра скалы, гребни и другие формы рельефа склонов, расположенные с наветренной стороны, в той или иной степени освобождаются от снега. Весь этот снег переносится ветром на другую, подветренную сторону склона, где каждая складка рельефа в период метели превращается в снегоуловитель (снегосбор). Скопление на таких участках больших масс снега, стремящихся под воздействием силы тяжести сдвинуться вниз, приводит при малейшей дополнительной перегрузке к возникновению лавины.
