29 grudnia 2004

Lawiny - poradnik, cz. 1

Waldemar Niemiec

Lawiny

Gwałtowne przemieszczanie się dużych mas śniegu w dół stoku na odległość co najmniej 50 m.

Warunki umożliwiające powstanie lawiny:

1. śnieg
2. teren
3. warunki atmosferyczne

ŚNIEG

Kształt płatków:           

• zależy od wilgotności i temperatury w wyższych warstwach atmosfery,
• każdy jest inny (gwiazdki, igiełki, słupki, kulki),
• różne kombinacje w zależności od warunków atmosferycznych.

W śniegu wyróżniamy 3 fazy skupienia:

stałą - lód w formie kryształów lub ziaren,

ciekłą - woda jako powłoka wokół ziaren śniegu gdy w pewnych jego warstwach temperatura oscyluje wokół punktu topnienia,

gazową - powietrze zawarte w porach pomiędzy poszczególnymi kryształami śniegu lub para wodna.

Procentowy udział powietrza, lodu czy wody w śniegu jest zmienny zmieniają się właściwości śniegu, np. zmiana gęstości śniegu w zależności od zawartości powietrza.

Gęstość śniegu i zawartość powietrza w zależności od rodzaju śniegu

Metamorfizm niszczący - stałotemperaturowe przeobrażenie śniegu

• zachodzi we wszystkich kryształkach w całej pokrywie śnieżnej w temp. poniżej 0°C,
• najszybciej tuż poniżej 0°C,
• zanika w temp. -15°C,
• ustaje całkowicie w temp. -40°C.

Bezpieczniej jest min. 24 h po opadzie. Po pewnym czasie pojawiają się nowe połączenia pomiędzy kryształkami.

Po jakim?

• zależy od temperatury otocznia,
• wiatru.

Metamorfizm budujący - przeobrażenie śniegu pod wpływem gradientu temperatury

Zjawisko to występuje gdy utrzymuje się różnica temperatur pomiędzy warstwą spodnią (najczęściej 0°C) a powierzchnią śniegu.

powstają kryształy w kształcie miseczek BARDZO NIESTABILNYCH. Im większa różnica temperatur tym zjawisko zachodzi gwałtowniej

Przeobrażenie śniegu pod wpływem topnienia i zamarzania

Niezbędne zmiany temperatury z PLUS na MINUS i odwrotnie.

Pod wpływem temperatury dodatniej kryształki śniegu kurczą się i pokrywają warstwą wodną.

Zamarzając łączą się i powstaje bardzo stabilna warstwa pokrywy śnieżnej.

Dobowe zmiany temp. i procesy topienia i zamarzania powodują iż nadtopione ziarna śniegu zaokrąglają się, powiększają i z drobnoziarnistego zleżałego śniegu powstają firny. Taka sytuacja zachodzi szybciej, gdy ciepło przenika od góry do wewnątrz pokrywy śnieżnej.

Rodzaje śniegu

Interesuje nas spójność kryształków śniegu - zależy od morfologii: formy bardziej rozwinięte np. gwiazdki, łatwiej łączą się  ze sobą, niż formy proste lub zaokrąglone. Jednak zasadniczą rolę w spójności kryształów odgrywa temperatura.

Puch

Kryształki osiadające w temp poniżej -10°C nie łączą się ze sobą, tworząc puszystą lekką warstwę, nie związaną  z podłożem.

Puch zsiadły

W temp od - 10 do -3°C śnieg wykazuje nieznaczną tendencję do łączenia się, pokrywa śniegu zaczyna osiadać. Istotną cechą tego rodzaju śniegów jest ich duża lotność.

Puch przewiany

Powstaje wtedy gdy puch zsiadły jest unoszony przez wiatr.

Śnieg wilgotny

W temp od -3°C padające kryształy śniegu są wilgotne, co ułatwia ich łączenie się. Warstwa takiego śniegu łatwo wiąże się z podłożem. Śnieg ten odznacza się dość dużym ciężarem i plastycznością. Im większa jest plastyczność śniegu, tym bardziej wytrzymała jest pokrywa śnieżna na działanie sił odrywających. Przy dużej spójności i ciężarze wilgotne czy mokre śniegi odporne są na działanie wiatru.

W dalszym etapie zalegająca pokrywa śnieżna
pod wpływem czynników zewnętrznych takich jak:

• temperatura,
• wiatr,
• słońce,
• kolejne opady śniegu
• wzrost grubości pokrywy śnieżnej

oraz czynników wewnętrznych jak:

• ciśnienie nowych warstw śniegu,
• temperatura wewnątrz pokrywy,
• parowanie
• i sublimacja,

ulega ciągłym zmianom, powodując powstanie wielu różnych warstw.
Różnią się one między sobą wilgotnością, gęstością, budową i wielkością kryształów, temperaturą, plastycznością i spoistością. Cechy te wyróżniają poszczególne gatunki śniegu zmetamofizowanego (przeobrażonego).

ADHEZJA czyli przyczepność poszczególnych warstw zależy od stopnia ich zmetamorfizowania. Im bardziej zróżnicowane są przyległe warstwy, tym bardziej chwiejna jest równowaga pokrywy śnieżnej. Jeśli choć jedna warstwa zalegającego śniegu jest słabo związana z pozostałymi, może to spowodować zejście lawiny.

Do tego dochodzą kolejne procesy metamorfozy. Gdy na powierzchni  śniegu panują niskie temp. i przy temp. około 0°C na powierzchni gruntu powstaje gradient temperatury. Wtedy to cząsteczki wody ulatniają się z cieplejszych ziaren śniegu przy gruncie i są transportowane do wyższych warstw. Następuje tam budująca transformacja kryształów śniegu.

Śnieg pławny

Powstaje po długim okresie czasu działania takiego metamorfizmu budującego. Złożony jest z niezwiązanych ze sobą kryształów o wielkości ponad 2 mm. Tworzy to warstwę poślizgową, co przy niewielkim zewnętrznym impulsie (np. przejeździe narciarza), spowodować może zejście lawiny powierzchniowej.

Firny

Powstają na skutek sytuacji odwrotnej, czyli wtedy gdy przenikanie ciepła  zachodzi od góry do wewnątrz pokrywy śnieżnej - proces topnienia i zamarzania. Nadtopione ziarna śniegu zaokrąglają się, powiększają się i z drobnoziarnistego zleżałego śniegu powstają firny.

Szreń lub lodoszreń

Mamy tu do czynienia z innym procesem: w okresie dużego nasłonecznienia mięknie i topi się wierzchnia warstwa pokrywy śnieżnej. Z chwilą gwałtownego obniżenia temp. na powierzchni pokrywy śnieżnej powstaje lodowa warstwa szreni lub lodoszreni. Po nowym opadzie warstwa ta stanowić będzie doskonałą powierzchnię poślizgową dla świeżo spadłego śniegu.   

TEREN

Czynniki lawinotwórcze związanych z terenem:

• położenie geograficzne danego obszaru górskiego,
• układ orograficzny a szczególnie rozczłonkowanie i ukierunkowanie grani i dolin w stosunku do kierunku najczęściej wiejących  wiatrów,
• ukształtowanie terenu,
• nachylenie i ekspozycję stoków,
• rodzaj i charakter podłoża i jego pokrycie przez szatę roślinną.

Rzeźba i ukształtowanie terenu

Rzeźba terenu

Ze względu na warunki orograficzne, klimatyczne i śniegowe szczególnie predysponowane do powstawania lawin są obszary położone powyżej górnej granicy lasu. Znajdują się tam tereny, na których gromadzą się znaczne ilości śniegu. W znacznej części należą do nich elementu rzeźby glacjalnej (polodowcowej), jak kotły, żleby, wiszące dolinki. Terenami gdzie gromadzą się spore ilości śniegu są stoki zawietrzne.

W Polsce przy przeważających wiatrach z kierunków południowych i południowo zachodnich są to stoki północne i północno-wschodnie. 

Ukształtowanie terenu

Wpływa na sposób gromadzenia się śniegu na podłożu, podczas opadu. W zamkniętych dolinkach, osłoniętych od wiatru miejscach osiadanie śniegu odbywa się bez zakłóceń, śnieg osiada równomiernie. Na terenach otwartych, narażonych na działanie wiatru, osiadanie śniegu ulega zakłóceniu. W jednych miejscach śnieg jest wywiewany i transportowany w inne miejsca. Powstaje wtedy niejednorodnej grubości pokrywa śnieżna, co w konsekwencji prowadzi do zakłócenia dość chwiejnej równowagi pomiędzy podłożem a pokrywą śnieżną .

Miejsca powstawania desek śnieżnych

Miejsca zagrożone powstawaniem desek śnieżnych

Wpływ kształtu stoku na stabilność masy śniegowej

Nachylenie stoku

Jedną z istotniejszych cech terenu powodujących zejście lawin jest nachylenie terenu. Na podstawie wieloletnich obserwacji lawin, przyjęto, że istnieje tzw. krytyczny kąt nachylenia terenu, powyżej  którego istnieje możliwość zejścia lawin. Zawiera się on pomiędzy 20-50°.

Na stokach o nachyleniu powyżej 50° nie ma warunków do gromadzenia się większej pokrywy śniegu. Przy szczególnie sprzyjających warunkach lawinowych dolna granica nachylenia stoku, po  którym mogą schodzić lawiny może wynieść około 15°. Za najbardziej niebezpieczne lawinowo uważa się stoki o nachyleniu pomiędzy 35 a 50°.

Zależy to od:

• rodzaju i charakteru podłoża,
• pokrycia przez roślinność,
• grubość i rodzaju pokrywy śniegu,
• sił przyczepności pokrywy śnieżnej do podłoża,
• sił przyczepności poszczególnych warstw śniegu do siebie,
• warunków atmosferycznych.

Częstość schodzenia lawin w zależności od kąta nachylenia stoku

Charakter podłoża

Gładka lub słabo urzeźbiona  powierzchnia podłoża znacznie ułatwia zsuwanie się śniegu. Natomiast podłoże urzeźbione, porośnięte drzewami czy kosówką stanowi swego rodzaju kotwicę dla pokrywy śnieżnej.

Ekspozycja terenu

Wpływa na gromadzenie się śniegu i tempo w jakim następuje metamorfoza (przeobrażenie) pokrywy śnieżnej.

Stoki zawietrzne: dodatkowe masy śniegu gromadzą się w ich górnej (przenoszone przez wiatr ze stoków nawietrznych).

Nierównomierny dopływ energii słonecznej: najwięcej ciepła z promieniowania słonecznego otrzymują stoki południowe. Na nich to ze względu na duże dobowe wahania temperatury dochodzi do szybszej metamorfozy śniegu. Zacienione północne i północno wschodnie zbocza dostają mniej energii, przez co transformacja śniegu przebiega wolniej a pokrywa śnieżna zalegająca na nich jest mniej stabilna.  

WARUNKI ATMOSFERYCZNE

Opady i pokrywa śnieżna

Opady powodują powstanie i przyrost pokrywy śnieżnej. Krytyczna wartość grubości pokrywy śnieżnej: 50 cm.

Ważna intensywność przyrostu pokrywy śnieżnej.
Im więcej świeżego śniegu spadnie w krótszym czasie, tym bardziej wzrasta zagrożenie lawinowe, gdyż nie może dojść do samostabilizacji pokrywy śnieżnej. Nagły wzrost nowej warstwy śniegu do wysokości około 30 cm jest sygnałem zagrożenia lawinowego. Przy długotrwałych opadach śniegu, krytyczna wartość  przyrostu świeżego śniegu wynosi do 5 cm/ godz.

Ważny jest stosunek przyrostu pokrywy śniegu do tempa jej osiadania: jeśli przyrost jest wolniejszy wówczas wiązanie się kryształów śniegu i powstałej nowej warstwy ze starym podkładem przebiega prawidłowo. Zapewnia to stan równowagi pokrywy śnieżnej. Jeśli natomiast przyrost świeżej warstwy jest szybszy niż proces osiadania śniegu wówczas ma miejsce zachwianie równowagi.

Temperatura

Ma wpływ na przebieg metamorfozy śniegu i tworzenia się różnych warstw. Śnieg jest bardzo złym przewodnikiem ciepła, dlatego przenikanie temp. w głąb pokrywy śnieżnej odbywa się ze znacznym opóźnieniem. Rozkład temperatury w profilu  pokrywy śnieżnej jest bardzo zróżnicowany.

Zależy od:

• grubości pokrywy,
• jej struktury,
• czasu oddziaływania temperatury powietrza na pokrywę śniegu.

Największe wahania i zwykle najniższa temp. występuje w 20 cm warstwie wierzchniej zwanej warstwą czynną. Ponieważ migracja cząsteczek pary wodnej odbywa się od dolnych, najcieplejszych warstw ku górze, powoduje to ubytek kryształów w części dolnej i ich zwiększenie w warstwie górnej. Powoduje to porowatość i rozluźnienie dolnych warstw i w konsekwencji prowadzi do chwiejnej równowagi pokrywy śnieżnej.

Niskie temperatury panujące w górnych warstwach pokrywy śnieżnej powodują powstanie tzw. szronu wgłębnego tworzącego warstwę poślizgową dla leżących powyżej warstw śniegu. Działanie niskich temp. powoduje również kurczenie się masy śnieżnej co prowadzi do powstania pęknięć i szczelin. Przy dłuższym okresie działania temp dodatnich na pokrywę śnieżną, następuje przenikanie wody w głąb śniegu.

Gdy krople wody nie napotkają horyzontu punktu zamarzania powstaje śnieg mokry. Gdy zawartość wody w śniegu osiągnie 10% może dojść do samoistnego schodzenia lawin ( na wiosnę).

Wiatr

Wiatr jest istotnym czynnikiem lawinotwórczym:

• wywiewa i ubija śnieg na stokach nawietrznych,
• przenosi i osadza śnieg na graniach (nawisy) i stokach zawietrznych,
• rozdrabnia i rozbija kryształki śniegu podczas ich przenoszenia.

Zawieja: przemieszczanie i równocześnie opad śniegu.

Zamieć: przemieszczanie śniegu nad powierzchnią.

Oddziaływanie wiatru można rozpoznać na podstawie następujących cech:

• smugi śnieżne na grani,
• szybkie przesuwanie się chmur po niebie,
• powstałe nawisy śnieżne,
• nawiane muldy,
• deski śnieżne

Wiatr halny: oprócz przenoszenia śniegu powoduje wzrost temp, co w konsekwencji prowadzi do szybkich zmian w strukturze śniegu.

Nawisy

Nawisy śnieżne tworzą się przy wietrze o szybkości powyżej 10m/s.

Optymalny kąt dla tworzenia się nawisów to 170. W zależności od siły wiatru, ilości transportowanego śniegu oraz jego właściwości w Tatrach  nawisy mogą osiągać kilka a wyjątkowo kilkanaście m. Nawisy wpływają destabilizująco na dotychczasową pokrywę śnieżną. (duże ilości dodatkowo zgromadzonego śniegu na stokach zawietrznych)

Promieniowanie

Na występowanie lawin ma wpływ:

• promieniowanie słoneczne,
• promieniowanie powierzchni ziemi (odbicie ciepła).

Ilość energii słonecznej dostarczonej powierzchni śnieżnej zmienia się w zależności od pogody, pory dnia i okresu, w którym mamy do czynienia z promieniowaniem. Najwięcej promieniowania pochłaniają stoki południowe o nachyleniu 40-45°. Wraz ze zmianą ekspozycji i kąta nachylenia terenu maleje dopływ energii słonecznej. Najmniej ciepła otrzymują stoki północne, głębokie zacienione doliny i tereny tuż pod ścianami skalnymi. Na stokach dosłonecznych występują wyższe temp. i większe ich wahania w ciągu doby co znacznie zwiększa zagrożenie lawinowe. Obserwuje się zjawisko dość punktualnego ruszania lawin o określonej porze najczęściej w godzinach wczesno-popołudniowych. Ma to związek z nagrzewaniem się pokrywy śnieżnej. Rano gdy śnieg jest zmrożony pokrywa zachowuje swoją stabilność. Po nagrzaniu następuje wzrost napięć w pokrywie śnieżnej i często dochodzi do samoistnego zejścia lawin. Ma to szczególne znaczenie wiosną.

Tłumacz: Szkoła Wspinania KILIMANJARO