Значительно более сложной оказывается физика движения лавины, физика ее развития. Известно, что движение лавины может начинаться от нарушения устойчивости снежного покрова практически в точке - сдвиг одного кубического метра снега или и того меньше. Но очень быстро в движение вовлекается все больше и больше снега - и вот в нижней части горного склона несется с оглушительным гулом в облаке белой пыли снежная масса, объем которой измеряется десятками и сотнями тысяч, а иногда и миллионами кубических метров. Скорость разогнавшейся лавины доходит до 20-50 м/с.
Какова физика столь стремительно ускоряющегося процесса? Ученые пока не могут удовлетворительно ответить на этот вопрос. Во многих странах в настоящее время начаты исследования физики развития снежных лавин. Надо подчеркнуть, что проводить подобные исследования очень сложно: опасно работать на лавиноопасном склоне, практически невозможно сколь-либо точно предугадать момент возникновения лавины, трудно и опасно выполнять те или иные измерения над низвергающейся вниз снежной массой. Фактически пока получены лишь самые первые экспериментальные данные по лавинам; многие из них еще не имеют объяснения.
Все лавины начинают свое движение либо «от точки» (нарушается устойчивость малого объема снега), либо «от линии» (нарушается устойчивость значительного пласта снега). Лавина «от линии» схематически показана на рисунке 20.3,а, а лавина «от точки» - на рисунке 20.3, б. На рисунке 20.3,а выделены три зоны: I - зона зарождения лавины, II-зона транзита, III - зона отложения снега, принесенного лавиной. Расстояние по горизонтали от линии отрыва до дальнего края зоны отложения называют дальностью выброса лавины; для небольших лавин она измеряется сотнями метров, а для крупных - километрами и десятками километров. Заметим, что лавины «от точки» возникают, когда поверхностные слои снега достаточно рыхлые, тогда как лавины «от линии» образуются при наличии «снежной доски» у поверхности снега. Физика развития как тех, так и других лавин фактически не исследована.
Если разогнавшаяся лавина встречает препятствие, она наносит по нему сильный удар. Мощность удара измеряют мгновенным значением давления, оказываемого снегом на препятствие в момент удара. Это давление называют ударным; оно измеряется тысячами и десятками тысяч килопас-калей (что соответствует сотням и тысячам тонн на квадратный метр). На рисунке 20.4 приведен довольно интересный график, полученный исследователями лавин на Хибинском нагорье.
По вертикали на графике отложены высоты z точек в поперечном сечении лавины, в которых измерялось ударное давление р, а по горизонтали - отношение измеренного ударного давления к его максимальному значению рTM» (которое в данном случае составляло 1070 кПа). Оказывается, ударное давление меняется по поперечному сечению лавины. В самом низу оно небольшое, затем возрастает, достигая максимального значения на высоте 1,3 м, после чего еще быстрее уменьшается, становясь равным ~- ртм на высоте 2 м; далее уменьшение давления с высотой продолжается, но все медленнее и медленнее. Получается, что основное ударное действие лавины сосредоточено в нижнем слое снега,имеющем толщину 2...3 м.
Еще один удивительный факт был обнаружен при измерениях зависимости ударного давления от скорости движения снега. Казалось бы, ударное давление должно расти со скоростью так же, как растет кинетическая энергия, т. е. пропорционально квадрату скорости. Но это не так. Измерения, выполненные в диапазоне скоростей от 20 до 50 м/с, показали, что ударное давление увеличивается со скоростью снега значительно медленнее - не по квадратичному, а по линейному закону. Это можно попробовать объяснить тем, что удар наносит не жесткая масса льда, а относительно легко деформируемая снежная масса. Возможно, значительная доля кинетической энергии лавины расходуется при ударе на деформацию снежной массы, т. е. переходит в теплоту.
