Naukowcy ze Szwajcarii i USA zdobyli nowy wgląd w to, jak lawiny płytowe zaczynają się na ośnieżonych zboczach gór, pogodząc przewidywania dwóch konkurencyjnych teorii. Prowadzone przez Johana Gaume’a w École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) zespół wykorzystał obliczenia, symulacje komputerowe i obserwacje z prawdziwych lawin płytowych, aby wykazać, że pęknięcia odpowiedzialne za padający śnieg są tworzone przez mechanizmy podobne do tych występujących podczas trzęsień ziemi. Wynik może ułatwić prognozowanie, kiedy i gdzie pojawią się lawiny.
Lawiny mogą być wywoływane przez różne możliwe mechanizmy, z których wiele zależy od określonych warunków, takich jak luźny, mokry lub puszysty śnieg. W lawinach płytowych uszkodzenie mechaniczne zaczyna się w słabych, wysoce porowatych warstwach śniegu, które zostały zagrzebane pod świeżymi, bardziej spójnymi warstwami.
Na stromych zboczach górskich ciężar nowszego śniegu może przezwyciężyć tarcie między dwiema warstwami. Kiedy tak się dzieje, w górnej warstwie tworzą się szerokie pęknięcia, które rozchodzą się wzdłuż zbocza góry z prędkością ponad 150 m/s, powodując zsuwanie się i odrywanie płatów spoistego śniegu.
Konkurencyjne teorie i mechanizmy
Naukowcy opracowali dwie konkurencyjne teorie dotyczące natury tego mechanizmu uwalniania. Pierwsza sugeruje, że słaba warstwa śniegu zanika pod naprężeniem ścinającym wywieranym przez górną warstwę. Drugi twierdzi, że głównym winowajcą jest zawalenie się porowatej struktury dolnej warstwy.
Chociaż eksperymenty na małą skalę wydają się potwierdzać pierwszy mechanizm, pęknięcia, które pojawiły się we wcześniejszych badaniach, rozprzestrzeniały się znacznie wolniej niż w przypadku prawdziwych lawin z płyt. Opierając się na tych dowodach, zespół Gaume'a sugeruje, że żaden mechanizm nie ponosi wyłącznej odpowiedzialności: raczej przesuwające się warstwy śniegu przechodzą z jednego mechanizmu do drugiego.
Aby przetestować swoją teorię, badacze skonstruowali wielkoskalową symulację obu warstw i modelowali propagację pęknięć w górnej warstwie podczas przejścia między tymi dwoma mechanizmami. Następnie porównali zmierzone prędkości propagacji z tymi obserwowanymi w nagraniach wideo prawdziwych lawin płytowych.
W swoich najdokładniejszych symulacjach zespół odkrył, że pęknięcia zaczęły powstawać, gdy porowata dolna warstwa została zmiażdżona pod ciężarem nowszego śniegu, jak sugeruje druga teoria. Jednak gdy to się stało, przejął wpływ siły ścinającej między warstwami, inicjując powstawanie pęknięć za pomocą mechanizmu preferowanego przez pierwszą teorię.
Lawina lodowa wchodzi do laboratorium
Te spękania spowodowane ścinaniem rozprzestrzeniały się następnie wzdłuż pęknięć już utworzonych przez drugi mechanizm, umożliwiając im przemieszczanie się znacznie szybciej, niż gdyby rozprzestrzeniały się w nieuszkodzonym strukturalnie śniegu. W symulacjach zespołu te propagacje bardzo przypominały te obserwowane w prawdziwych lawinach.
Gaume i współpracownicy twierdzą, że spostrzeżenia w ich badaniu, które zostało opublikowane w: Natura, może przyczynić się do poprawy dokładności systemów prognozowania lawin, umożliwiając społecznościom górskim i ośrodkom narciarskim lepszą ocenę zagrożeń, jakie stwarzają. Odkryte przez nich mechanizmy wykazują również uderzające podobieństwa do trzęsień ziemi związanych z poślizgiem uderzeniowym – co oznacza, że dalsze badania mogą dostarczyć podobnie ważnych informacji dla sejsmologów.
