О формировании снежных лавин в лесу

Условия отрыва лавин среди леса


Условия формирования и динамику лавин мы рассматриваем как единый процесс формирования снежной толщи в лавиносборе, прохождения ею цикла метаморфических преобразований, отрыва лавины под воздействием эндогенных и экзогенных факторов, ее движение, остановку и образование лавинного снежника. Интервал абсолютных высот, в котором развиваются лавинные процессы на Сахалине, начинается от уровня моря и достигает гребней водоразделов (0-1600 м). В зонах отрыва лавин лавиносборы часто покрыты густым каменно-березово-еловым лесом с примесью пихты и мелколистного клена (до отметок 800-850 м), площадь проективного покрытия которого достигает 80% (рис. 1а ), а расстояние между древесными стволами составляет 1-3 м. Высотную зону 800-1100 м занимают каменно-березовые леса, а выше (1000-1100 м) - кедровый стланик. Подлесок повсюду представлен кедровым стлаником и ягодными кустарниками. На Южном Сахалине ниже 800 м в подлеске почти повсеместно преобладает курильский бамбук.

В период формирования снежной толщи (декабрь-апрель) на Сахалине сходят лавины смешанного генезиса объемом более 50 000 м3 из лавиносборов, в которых зоны отрыва лавин покрыты смешанным или каменно-березовым лесом с подлеском из кедрового стланика, курильского бамбука, ягодных кустарников или высокотравья (см. рис. 1). В зонах транзита таких лавиносборов лес отсутствует, а подстилающая поверхность представлена кедровым стлаником, курильским бамбуком или высокотравьем.

В этот же период при сильных снегопадах (сумма осадков более 50 мм за двое суток) начинается массовое формирование лавин смешанного генезиса на крутых склонах (рис. 2), покрытых густым пихтово-еловым лесом. Отрыв таких лавин происходит на склонах крутизной 40-45° среди этого леса (площадь проективного покрытия 100%, расстояние между древесными стволами 1-2 м). Относительная высота отрыва лавин от 20 до 100 м, дальность их выброса - от 50 до 200 м, объем - 100-500 м3. Скорости лавин невелики, что в сочетании с малыми объемами и незначительной длиной пути не приводит к уничтожению или к серьезным повреждениям леса в зоне их транзита. Лавинные отложения формируются в днищах речных долин и распадков. Отрыв лавин большого объема (более 100 тыс. м3 происходит, как правило, в гольцовой зоне на отметках выше 900-1000 м (верхняя граница леса), где подстилающая поверхность покрыта кедровым стлаником.

Таким образом, очевидно, что представление о лесе как об одном из лучших способов противолавинной защиты не бесспорно. На Сахалине лес на склонах способствует только уменьшению частоты схода и объемов лавин, но не препятствует в полной мере их формированию.


Рис. 2. Южный Сахалин. Пихтово-еловый лес на склоне крутизной 42°. На таких склонах происходит отрыв лавин небольшого объема. Фото Н.А. Казакова

Роль метаморфизма снежной толщи в отрыве лавин среди леса

Причина активного развития лавинных процессов в сильно залесенных (площадь проективного покрытия 70-100%) среднегорьях и низкогорьях Сахалина и, напротив, снижения частоты формирования лавин в гольцовых зонах заключается в преобладающей роли в лавинных процессах метаморфизма снежной толщи. Решающее значение в образовании лавин имеют слои, состоящие из кристаллов гранной, полускелетной и скелетной форм.


При отсутствии оттепелей слой свежевыпавшего снега достигает полускелетной-скелетной стадии через 25-35 суток. Радиус ребра основания кристалла к этому времени увеличивается до 1,5-2,2 мм. В слое формируется волокнистая текстура. Через 40-50 суток коэффициент вторичного расслоения снежной толщи составляет 0,92-0,97, коэффициент перекристаллизации - 0,34-0,75. Такие характеристики снежная толща имеет в лавиносборах до высот 900-1050 м (верхняя граница каменно-березового леса с кедровым стлаником в подлеске). В высотной зоне 1000-1200 м (кедровый стланик) в результате ветрового воздействия формируется толща плотного (до 0,4-0,5 г/см3) метелевого снега. Скорость процессов метаморфизма в ней сильно замедлена. Как правило, скелетные формы здесь образуются редко (обычно к марту-апрелю). В гольцовой зоне (выше 1200 м) снежная толща в ноябре-марте представлена метелевым и гранным снегом (радиус ребра основания кристалла не более 1,5 см). Эта толща устойчива. В указанной высотной зоне формируются лавины сравнительно небольшого объема из первично-идиоморфного снега во время снегопадов и метелей и лавины редкой повторяемости большого объема (до 1 млн м3 и более).

Полевые исследования строения снежного покрова и лавин, проводившиеся на Сахалине в 1976-2005 гг. показывают, что 96% лавин объемом более 10000 м3 - это лавины генетического класса "трансформации снежной толщи". Объемы лавин из свежевыпавшего снега в 83 % случаев не превышают 5000 м3.

При наличии в снежной толще слоев, сложенных ледяными кристаллами стадии конструктивного метаморфизма, лавины сходят под влиянием незначительных внешних причин. В Восточно-Сахалинских горах, в Мицульском хребте и на юго-западном побережье Татарского пролива отмечались случаи массового схода лавин генетического класса "трансформации снежной толщи", внешней причиной которых служили слабые снегопады (5-10 мм осадков за сутки) во время низовой метели средней интенсивности (скорость ветра 10-15 м/с). Объем лавин достигал 6-10 тыс. м3. В то же время, при отсутствии в снежном покрове толщиной 70-180 см слоев снега, достигших стадии конструктивного метаморфизма, были ситуации, когда толща старого снега не вовлекалась в лавинный процесс при выпадении 25-30 мм осадков за сутки: даже если плотность старого снега составляла 0,25-0,27 г/ см3.

Результаты

Отрыв лавин среди леса можно квалифицировать как частое (постоянное) явление на всей территории Сахалина. Мы выделяем три типа условий отрыва таких лавин.

1. Отрыв лавин происходит в лавиносборах и лоткового типа, и на нерасчлененных склонах, где формируются осовы, среди каменно-березового и елово-каменно-березового леса (степень проективного покрытия 30-90%, высота деревьев 4-20 м, расстояние между стволами 2-5 м). В интервале абсолютных высот до 800-850 м такие лавиносборы в зоне отрыва лавин покрыты лесом, и только в 100-300 м ниже нее (в зоне высоких скоростей лавин) лавинный лоток (или склон с осовами) лишен древесной растительности (см. рис. 1а и 2). В таких лавиносборах лавины объемом от 1000 до 300 тыс. м3 формируются ежегодно, до 5 раз в течение зимы. В Восточно-Сахалинских и Западно-Сахалинских горах (Средний Сахалин)

количество лавиносборов, в которых зоны отрыва лавин покрыты лесом, достигает 50% их общего числа. Характерная для района стратиграфическая колонка линии отрыва такой лавины приведена на рис. 3.

2. Отрыв лавин объемом от 100 до 500 м3 с дальностью выброса до 200 м происходит на склонах крутизной 35-45° среди пихтово-елового леса (площадь проективного покрытия 100%, расстояние между древесными стволами 1-2 м). Средняя частота формирования лавин в густом хвойном лесу на склонах, крутизна которых превышает 35° (см. рис. 1б ), составляет в Восточно-Сахалинских горах 1 раз в 3-5лет, в Южной Части Сахалина 1 раз в 5-7 лет. На рис. 4 приведена характерная для района стратиграфическая колонка линии отрыва лавины, сошедшего со склона, покрытого пихтово-еловым лесом (площадь проективного покрытия 80-100%, расстояние между древесными стволами 0,5-2 м, высота стволов 12-18 м). Эти лавины представляют опасность для человека, находящегося вне помещения или транспортного средства.

3. Отрыв лавин объемом от 100 до 1000 м3 с дальностью выброса до 300 м происходит на склонах крутизной до 45° среди смешанного елово-березового леса (площадь проективного покрытия 100%, расстояние между древесными стволами 0,5-1,5 м). Такие лавины формируются в случае значительной перекристаллизации снежной толщи (если 30-50% ее сложены полускелетным и скелетным снегом) в сочетании с сильным снегопадом (более 50 мм осадков за сутки), обладают большими скоростями и способны причинить серьезный ущерб.


Рис. 3. Стратиграфическая колонка линии отрыва лавины, характерная для Восточно?Сахалинских и Западно-Сахалинских гор


Рис. 4. Стратиграфическая колонка линии отрыва лавины, сошедшей со склона, покрытого пихтово-еловым лесом

Так, в январе 1985 г. лавина из метаморфизированного и свежевыпавшего снега объемом 400 м3, сошедшая со склона горы Джамбул, поросшего густым смешанным лесом, разрушила шлакоблочное здание с бетонными перекрытиями, расположенное у подножия склона.

В январе 1996 г. на автомобильной дороге селение Первомайское - Пиленгский перевал - поселок Пограничное (Восточно-Сахалинские горы) в такой лавине погиб человек, вышедший из автомобиля на дорожное полотно.

Выводы

Вопреки существующему мнению о защитной роли древесной растительности лес (даже густой хвойный) играет в лавинном процессе регулирующую роль: с одной стороны, удерживает снежные массы на склоне, с другой стороны, способствует увеличению скорости метаморфизма снежного покрова, что в свою очередь приводит к формированию неустойчивой снежной толщи и увеличению дальности выброса и энергии лавин.

Густой лес на склоне не всегда служит препятствием для отрыва лавин. Лес в зонах отрыва лавин способствует снижению частоты формирования и уменьшению объемов, но не способен полностью исключить возможность отрыва на склонах крутизной более 35°. Такие лавины имеют небольшие объемы, но представляют серьезную опасность для людей и сооружений легкого типа.


Отрыв лавин на склонах крутизной более 35° (как правило, более 40°), покрытых густым лесом, возможен при достижении снежной толщей (или слоем) стадии конструктивного метаморфизма в сочетании со снегопадом, при повышении температуры до положительных значений и при формировании в верхней части разреза слоя влажного (мокрого) снега, при антропогенном воздействии на снежный пласт на склоне, при работе тяжелой техники у подножия склона, вызывающей его вибрацию.


При разработке мероприятий противолавинной защиты необходимо учитывать тот факт, что даже густой хвойный лес, высаженный в лавиносборе, где уклоны превышают 35°, не всегда может служить абсолютной защитой от лавин.

Автор выражает благодарность Н.А. Володичевой за ценные замечания к работе.




Материалы гляциологических исследований, вып.10

Сахалинский филиал Дальневосточного геологического института ДВО РАН

Статья поступила в редакцию 27 октября 2005 г. Представлена членом редколлегии Н.А. Володичевой

Источник: www.elibrary.fegi.ru