Лавинами называют пришедшие в движение и низвергающиеся с гор снежные массы. Твердый сток влаги со склонов неизбежен, поэтому в большинстве горных районов с устойчивым снежным покровом неизбежны и лавины.
Снежные лавины - одна из могучих сил природы. Они переносят не только снег, но и куски скал, почву, обломки деревьев. Подавляющее число лавин сходит в незаселенных и редко посещаемых человеком местах. Но современное активное проникновение человека в горы в спортивных и иных целях, особенно зимой, делает встречи с лавинами довольно частыми, иногда с трагическим исходом.
Лавина - результат действия силы тяжести. Если выделить определенной формы элемент (предположим, куб) снежной толщи, лежащий на склоне, то, рассматривая его равновесие по законам механики, можно установить следующее: составляющая силы тяжести, направленная параллельно склону, стремится сдвинуть куб вниз. Эта сила тем больше, чем больше масса снега и его плотность. Но существуют силы, противодействующие этой составляющей; механическое сцепление с нижележащим слоем снега или поверхностью грунта, естественная сила трения, зависящая от тяжести, подпирающая сила снега, лежащего ниже по склону, и удерживающая сила сцепления с вышележащим снегом. Последние силы называют контурными. Помня необычайное разнообразие механических свойств снега и их малую стабильность, можно представить себе и многообразие условий, порождающих лавины, и особенности таких спусковых механизмов, которые позволяют силе тяжести преодолеть удерживающие силы.
Пока остается неизвестным, какой из описанных механизмов реализуется чаще и какие условия необходимы, чтобы началось движение лавины. Однако часто достаточно совсем небольшой нагрузки, какой может оказаться тяжесть человеческого тела, чтобы изменить устойчивое состояние покрова снежного склона. Только опыт, знание особенностей гор и предусмотрительность альпиниста могут помочь заранее определить лавиноопасность того или иного участка рельефа, выбрать более безопасный путь.
Для человека опасна даже совсем небольшая лавина. Известен случай, когда сошедший слой толщиной 20 см, размером 3х3 м убил человека. Совсем маленький обвал (всего 5 м3 снега с плотностью 0,2 т/м3), мчащийся со скоростью 10 м/сек, будет эквивалентным тому, как если бы на вас наехала машина со скоростью 30 км/час.
К тому же следует принять во внимание, что, например, пылевидные лавины мчатся по склонам со скоростью, достигающей 450-500 км/час. Скорость грунтовых лавин из мокрого снега - 60-120 км/час, лавин из сухого снега - 160-200 км/час. Вес 1 м3 снега в зависимости от его плотности равен: сухого пушистого - 30-60 кг, мокрого свежевыпавшего - 60-150, осевшего свежевыпавшего - 200-300, снега метелевого переноса - 200-300, осевшего сухого старого снега - 200-500, сухого фирна - 500-600, мокрого старого снега - 600-800, мокрого фирна - 400-800, глетчерного льда - 800-960 кг.
Приведенные цифры дают представление о величине сил, действующих на человека, попавшего даже в маленькую лавину в несколько кубических метров. Достаточно вспомнить, что оползень размером 25-30 м при толщине 20 см равен в объеме 100 м3 и весит 20-30 т!
Сила тяжести вполне может характеризоваться толщиною снежного покрова; при равновесии сдвигающих и удерживающих пласт сил эта толщина называется критической. Она, безусловно. будет зависеть как от свойств выпавшего и метаморфизованного снега, так и от крутизны склона.
Лавины могут сходить со склонов крутизной более 25 гр, а в особых случаях - и 15-20 гр. Со склонов круче 60 гр снег осыпается не задерживаясь. Необходимо также помнить, что толщина снежного покрова зависит не только от интенсивности и продолжительности снегопада, но и от метелевого переноса.
Общая лавинная опасность возникает в результате сильных снегопадов, сменяющихся теплой погодой. После выпадения снега 30-40 см и более при последующей хорошей погоде до уплотнения снега выходить в высокогорную зону не следует.
Ориентация склонов также имеет значение. Почти 90% сходов лавин приурочены к теневым склонам в секторе северо-запад восток-юго-восток. Определенное сочетание этих процессов и напряжений в конце концов может привести снег в неустойчивое состояние и к возникновению лавин.
Снег срывает со склона только одна сила - сила тяжести, когда ее составляющая, параллельная склону, превышает сумму сил, удерживающих снег на склоне. Достигнув какого-то критического предела, медленное протекание процессов, медленное течение снега скачкообразно переходит в бурный лавинный поток. На некотором расстоянии от гребня склона в снежном покрове образуется линия отрыва. За нею начинался зона беспорядочного схода нижележащего снега, увлекающего за собой все новые снежные массы по пути следования, называемая зоной транзита. Масса низвергающихся комьев снега с воздушными промежутками между ними называется лавинным телом.
У выхода в долину склон становится положе, и скорость лавины уменьшается. Горы снега нагромождаются в виде лавинного конуса или выноса. Начало и конец движения типичны почти для всех лавин, но сами лавинные потоки существенно отличаются друг от друга в зависимости от крутизны, протяженности и формы склона, состояния снега, других обстоятельств.
Конечно, на условия равновесия существенно влияют и форма продольного профиля склона, и расположенные на нем естественные препятствия.
Прогнозирование схода лавин после свежего снегопада по критической толщине затрудняется еще и тем, что силы сцепления, внутреннее трение и контурные силы, меняющие свою величину на протяжении снегопада, могут быть оценены весьма приблизительно. Однако в современном лавиноведении разработан ряд методик, позволяющих с привлечением статистических данных и учетом метеорологических факторов довольно точно прогнозировать лавинную опасность при обильных снегопадах для конкретных участков местности в горных районах. В частности, известен метод критических ситуаций, устанавливающий пороговые показатели. Нижний порог - это крайнее значение, ниже которого лавины никогда не возникают, а верхний порог - за которым лавины возникают всегда.
Но бывает, что срывается лавина и без нарастания снежного покрова, как бы неожиданно. Причиной оказываются те преобразования в толще снега, которые уменьшают силы, удерживающие его на склоне. Снежная толща непрерывно подвергается интенсивной метаморфизации вследствие многообразных тепло- и влагообменных процессов. Испарение и сублимация в сочетании с механическим уплотнением (оседанием) радикально преобразуют структуру толщи снега, меняя его прочность и другие физико-механические показатели. В результате свежевыпавший снег начинает изменяться сразу же после отложения на поверхности склона.
При некоторых условиях, например, возникают слои глубинной изморози, характеризующиеся полыми, угловатыми кристаллами размером до 8-10 мм в поперечнике. В таком слое силы, удерживающие снег на склоне, уменьшаются и при критической величине могут стать причиной "неожиданного" схода лавины. Могут возникнуть и другого характера прослойки, приводящие к тем же результатам, особенно при чередовании снегопадов с "безосадочными" периодами. Пока прогнозирование лавин, связанных с метаморфизацией сухого снежного покрова, весьма проблематично.
Кроме описанных выше метаморфических процессов в снежном покрове вследствие зимних оттепелей, прогревания снега на солнечных склонах, весеннего потепления возможно чередующееся таяние и замерзание. В результате проникающая в толщу вода меняет механические свойства снега. Плотный тяжелый снег, рождающийся от взаимодействия с водой, служит источником мокрых или влажных лавин. Они разнообразны и весьма опасны.
Причиной появления воды в толще снега может быть и теплый воздух над снежным покровом, вызывающий так называемое адвективное таяние, и солнечное излучение, заставляюше снег подтаивать на освещаемых склонах даже при отрицательно. температуре воздуха (последнее называют радиационным таянием), наконец, и обычный дождь, приносящий в снег не только влагу, но и тепло.
Метаморфизм таяния-замерзания превращает все известных структурные элементы снежной толщи-снежинки, зерна, кристаллы глубинной изморози - в однородную крупнозернистую массу. Динамика этих процессов очень причудлива и зависит от множества как внешних, так и внутренних факторов. Возникаю водонепроницаемые прослойки - корки и горизонты уплотненного снега, усложняющие пути движения влаги в снежной толще которые влияют как на силы, удерживающие снег на склоне, и на силы, стремящиеся его сдвинуть.
Мокрые тяжелые лавины бывают реже, чем возникающие Во время снегопадов и метелей, но суммарный объем этих лавин может быть больше объема всех остальных, так как мокрые лавины обычно срывают весь снег до грунта, неся с собой много камней и другого материала, захваченного по дороге, что делает их особенно опасными.