Исследователи из Швейцарии и США получили новое представление о том, как лавины из плит образуются на заснеженных горных склонах, примирив предсказания двух конкурирующих теорий. Под руководством Йохан Гауме В Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL) команда использовала расчеты, компьютерное моделирование и наблюдения за реальными снежными лавинами, чтобы показать, что трещины, ответственные за падающий снег, образуются по механизмам, аналогичным тем, которые обнаруживаются при сдвиговых землетрясениях. Результат может облегчить прогнозирование того, когда и где сформируются лавины.
Лавины могут быть вызваны множеством возможных механизмов, многие из которых зависят от конкретных условий, таких как рыхлый, мокрый или рыхлый снег. В плитных лавинах механическое разрушение начинается в слабых, сильно пористых слоях снега, которые погребены под свежими, более связными слоями.
На крутых горных склонах вес нового снега может преодолеть трение между двумя слоями. Когда это происходит, в верхнем слое образуются широкие трещины, которые распространяются по склону горы со скоростью более 150 м/с, в результате чего плиты связного снега соскальзывают и отрываются.
Конкурирующие теории и механизмы
Ученые разработали две конкурирующие теории о природе этого механизма высвобождения. Первый предполагает, что слабый слой снега разрушается под действием напряжения сдвига, создаваемого верхним слоем. Второй утверждает, что основной причиной является обрушение пористой структуры нижнего слоя.
Хотя небольшие эксперименты, по-видимому, подтверждают первый механизм, трещины, появившиеся в этих более ранних исследованиях, распространялись гораздо медленнее, чем в случае реальных лавин из плит. Основываясь на этом свидетельстве, команда Гоме предполагает, что ни один из механизмов не несет единоличной ответственности: скорее смещающиеся слои снега подвергаются переходу от одного механизма к другому.
Чтобы проверить свою теорию, исследователи построили крупномасштабное моделирование двух слоев и смоделировали распространение трещин в верхнем слое во время перехода между двумя механизмами. Затем они сравнили свои измеренные скорости распространения с теми, которые наблюдались на видеозаписях реальных лавин из плит.
В своем наиболее точном моделировании команда обнаружила, что трещины начали образовываться, когда пористый нижний слой был разрушен под тяжестью нового снега, как предполагает вторая теория. Однако когда это произошло, влияние силы сдвига между слоями взяло верх, инициировав образование трещин по предпочтительному механизму первой теории.
Ледяная лавина входит в лабораторию
Эти трещины, вызванные сдвигом, впоследствии распространяются по трещинам, уже образованным вторым механизмом, что позволяет им двигаться гораздо быстрее, чем если бы они распространялись по структурно неповрежденному снегу. В моделировании команды эти распространения очень точно имитировали наблюдаемые в реальных лавинах.
Гаум и его коллеги говорят, что выводы их исследования, опубликованного в природа, может помочь повысить точность систем прогнозирования лавин, позволяя горным сообществам и горнолыжным курортам лучше оценивать риски, которые они представляют. Обнаруженные ими механизмы также имеют поразительное сходство со сдвиговыми землетрясениями, а это означает, что дальнейшие исследования могут дать сейсмологам столь же важные выводы.
