Статьи > Перевал Дятлова

Тайна аварии Дятлова

Приложение Д Клименко Д.Е. О возможности возникновения лавин в горах Северного Урала

 
Методы расчета лавинной опасности, прогноза лавин на сегодняшний день разработаны для многих горных районов. Северный Урал к таковым не относится. Не будем вдаваться в рассмотрение вопросов точности этих методов ― все они дают результаты со значительными погрешностями (именно поэтому лучше не верить никаким прогнозам, а просто обходить опасные места). Задачей, решаемой в данном повествовании, является оценка лавинной опасности в районе горы Холатчахль на дату гибели туристической группы Дятлова.

В начале статьи приведу некоторые общие сведения по лавинам, которыми владею сам и которые помогут читателю «приспособиться» к используемой терминологии. Терминология будет гидрометеорологическая, поскольку сам я не являюсь ни опытным туристом, ни лыжником.

Настоящее повествование построено по следующей схеме. В двух начальных разделах дается общая характеристика лавин и условий, способствующих их сходу. В третьем разделе приводятся доступные к анализу гидрометеорологические материалы по месту трагедии. В четвертом разделе выполнены расчеты характеристик лавиноопасного слоя снежного покрова. В пятом и шестом разделе приводятся выводы по выполненным расчетам и комментарии к результатам. Шестой раздел может показаться некоторым философствованием о математической статистике и вероятностных расчетах.

1. Механизмы образования и схода лавин.

Лавинами принято называть массы снега, приходящие в движение и сходящие по горному склону. Движение снега происходит вследствие нарушения равновесия в снежной толще. Спонтанное возникновение лавины возможно в условиях, когда снежная толща находится в состоянии, близком к предельному равновесию. Неустойчивое состояние снежного покрова вызывают: 1. перегрузки склонов при снегопадах, 2. появлении в толще снега ослабленных прослоек или перекристаллизации снега при резких переменах температур и метеорологических условий (в дальнейшем будут рассматриваться причины второго рода). При возникновении начального импульса происходит подвижка снега, высвобождение потенциальной энергии силы тяжести и превращение ее в кинетическую энергию движения лавины.

В процессе перекристаллизации снежинки приобретают округлую форму. Растут крупные кристаллы (зерна) сублимационной перекристаллизации. Снег превращается в зернистый, что при отсутствии оседания снежного покрова может привести к сходу лавины.

Размеры зерен в снеге увеличиваются за счет роста крупных кристаллов и возгонки мелких, происходит изменение структуры всей снеговой толщи вследствие миграции водяных паров по порам снега в направлении температурного градиента. Происходит вынос вещества из припочвенных слоев (более теплых) в верхние. В результате большая часть зерен перерождается в крупные или полые кристаллы глубинной изморози. Образуется слой сыпучего снега, образование ослабленных горизонтов, служащих поверхностями срыва и скольжения. Такие лавины (лавины сублимационной перекристаллизации) могут возникать при различных метеорологических условиях, казалось бы, без видимой причины.

Если в ясную морозную погоду солнечные лучи прогревают поверхность снежного покрова, вследствие парникового эффекта происходит таяние внутри верхнего слоя, который образует небольшие поверхностные лавины.

Лавины могут обрушаться либо как пласт (снежная доска), либо осыпаясь расширяющимся потоком рыхлого снега.

Пластовыми бывают лавины метелевые и сублимационной перекристаллизации. Обрушаться лавины могут как с плоских склонов, так и с эрозионных ложбин на склонах.

2. Условия, способствующие возникновению лавин.

Различными исследователями разработаны некоторые критерии, способствующие предвидеть возможное возникновение лавин. Приведем их ниже.

2.1. Относительная высота. В зоне над верхней границей леса в горах велико влияние ветра и метелевого переноса снега, ведущего к образованию условий к сходу пластовых лавин;
2.2. Угол наклона. При углах в 15–25º возможно образование пластовых лавин или лавин скольжения (рыхлые лавины при таких уклонах маловероятны);
2.3. Ориентация склона. На подветренных склонах возрастает накопление снега, что способствует образованию пластовых лавин;
2.4. Ветер. Оказывает двоякое влияние ― усиливает местное накопление снега и увеличивает его хрупкость; увеличение скорости и продолжительности ветра создает местную опасность от пластовых лавин.
2.5. Температура воздуха. Повышение температуры воздуха вызывает кризис. Выхолаживание же снеговой поверхности способствует образованию поверхностной и глубинной изморози.

Итак, переслаивающийся слоями глубинной изморози, ветрового наста снежный покров создает значительную лавинную опасность ― даже при отсутствии значительных снегопадов. Как следует из физико-географических особенностей места трагедии ― все выше перечисленные условия ИМЕЛИ МЕСТО (не могли иметь, а именно имели ― это будет показано ниже, при анализе метеорологических условий).

3. Метеорологические условия января-февраля 1959 г и исходные данные для оценок лавинной опасности.

Итак, нами оценивается ВОЗМОЖНОСТЬ ЛАВИННОЙ ОПАСНОСТИ. Исходя из условий формирования лавин разных типов приходим к выводу ― В ДАННОЙ СИТУАЦИИ ЕДИНСТВЕННО ВОЗМОЖНЫЙ ТИП ЛАВИНЫ ― ПЛАСТОВАЯ ЛАВИНА. Также отметим, что длина и ширина вероятного пласта значительно превышали 100 м (это следует даже из фотоснимков склона).

Начнем с рассмотрения материалов метеонаблюдений. Вероятно, привлекать множество метеостанций и их материалов к анализу нецелесообразно. Дело в том, что картина распределения осадков и температур воздуха в горах достаточно пестрая (особенно за сутки), а наблюдательная сеть в горном районе весьма редкая. Для анализа ограничимся материалами наблюдений по МС Бурмантово (МС Мойва тогда не существовало, и МС Бурмантово, пожалуй, ближайшая в то время действующая МС к месту трагедии, не считая метеостанций западного склона Урала). Температуры воздуха в горах более скоррелированы, потому будем рассматривать лишь их. Сведения по осадкам к анализу не привлекаются ― с высотой режим выпадения осадков меняется достаточно резко, что, конечно, не фиксируется метеостанциями предгорий.

Анализируя график хода температуры воздуха видим четыре потепления (до 0ºС), связанных с прохождением фронтов. Эти периоды, безусловно, сопровождались в горах значительной облачностью, понижением атмосферного давления, выпадением осадков в виде снега. В периоды резких похолоданий в слое снежного покрова устанавливался значительный температурный градиент, который мог вести к развитию глубинной изморози и возникновению неустойчивости снежной толщи.

График хода температуры воздуха представлен на рис. 1. Отметим, что по МС Бурмантово значительные снегопады не отмечались. Однако, сам факт, свидетельствующий о прохождении атмосферных фронтов, безусловно свидетельствует о выпадении осадков в горах. Даже если принять условие, что осадков не было, а метелевый перенос был незначителен, ход температуры воздуха указывает на наличие лавинной опасности.

Отметим также, что существующие методы лавинной опасности не позволяют сказать будет ли лавина или нет точно ― возможно лишь оценить большую или меньшую вероятность лавинной опасности.

Однако сам факт наличия лавинной опасности в горах Северного Урала (тем более учитывая показания очевидцев о наблюдавшихся лавинах) ― налицо.


Рис. 1. Ход температуры воздуха (максимальной и среднесуточной) в ºС
по МС Бурмантово за январь-февраль 1959 г.


4. Расчет лавинной опасности и характеристик снежного покрова для пластовых лавин.

Итак, лавины зачастую сходят по ослабленному горизонту, А НЕ ПО КОНТАКТУ СВЕЖЕВЫПАВШЕГО СНЕГА СО СТАРЫМ. Процесс перекристаллизации может протекать очень быстро, когда температура воздуха приближается к 0 ºС. Механически слабый слой глубинной изморози не может выдерживать сколько-нибудь значительной нагрузки, что может вести к срыву снежной массы. Кристаллы льда, лежащие под снежной доской, превращаются в процессе перекристаллизации в своеобразную смазку для схода лавины.

Для расчета устойчивости (коэффициента устойчивости) снежного покрова воспользуемся формулой, разработанной в Новосибирском институте инженеров железнодорожного транспорта:


(1)

где f ― коэффициент трения, для сдвига снега по снегу принимается равным 0,35; ρ ― средняя плотность снежного покрова (г/см3), к концу зимы составляет 0,35, изменяясь в пределах 20 % от средней величины; hн ― толщина лавиноопасного слоя снежного покрова (см) по нормали к склону; величина будет рассчитана ниже; α ― угол наклона склона, в нашем случае принятый равным 20º; Км ― масштабный коэффициент, при отсутствии фактического материала принимаемый равным 0,5; Кд ― коэффициент времени существования нагрузки (для расчета этого коэффициента на сегодняшний день не существует точных методик), принимаемый равным 0,3–1,0 (в нашем случае примем среднее значение ― 0,75); Кф ― коэффициент морфологии склона, для плоских склонов принимаемый равным 1,0, с ― коэффициент сцепления снега на контакте (кг/м2), будет определен ниже.

Между значениями коэффициента Кст и лавинной опасностью установлено следующее соотношение:



Расчет коэффициента сцепления выполнен по соотношению (2):


(2)

где d ― толщина пласта, d=hкр*cosα (м); остальные обозначения ― те же, что и в (1). Плотность этого слоя примем равной средней плотности снежного покрова в толще, хотя действительно она может оказаться на 20 % выше. В результате получаем 0,035 г/см2 или 35 кг/м2.

Поскольку мы не имеем фактических данных о значении коэффициента сцепления и критической толщине лавиноопасного слоя, расчет произведем для нескольких вероятных случаев ― для этого воспользуемся методикой А.Г. Балабуева и Г.К. Сулаквелидзе и номограммой, приводимой в [1] (здесь номограмма не приводится ― фактически она построена по приведенным формулам). Расчетные значения для различных величин коэффициента сцепления с приводятся в таблице 1.

Таблица 1. Возможные характеристики лавиноопасного слоя снежного покрова при α=20º; f=0,35; ρ=0,35 г/см3.


Значения коэффициента сцепления 35–18 кг/м2 ― это достаточно низкие значения. В описываемых условиях (крутизна склона, период расчета и т. д.) коэффициент устойчивости может достигать значений 100–200 кг/м2. Опираясь на материалы метеорологических наблюдений, мы допускаем наличие такого неустойчивого слоя, принимая верхнее возможное значение устойчивости. Сход лавины возможен при высоте снежного покрова превышающей критическую высоту.

Расчет критически опасной толщины лавиноопасного слоя выполнен по соотношению (3):


(3)

где l ― длина лавиноопасного склона (м), принятая равной 1000 м (хотя может быть и большей, но длины склона в 100 м достаточно для возникновения пластовой лавины); а ― коэффициент, характеризующий сокращение снежного пласта при понижении температуры (при ρ=0,35 коэффициент равен 70*10-6 град-1); Е ― модуль упругости снега (кг/м2), Е=1,1*106*ρ; Δθ ― уменьшение температуры снега, ºС, принято равной половине амплитуды колебания температуры воздуха за рассматриваемый период (13,6ºС); δр ― предел прочности снега на разрыв (принят равным пределу прочности на сдвиг ― с), остальные обозначения ― те же, что и в (1). Расчетная критическая толщина снежного покрова составляет 73,3-154 см (принимаем верхнее значение ― 154 см, соответствующее принятому значению устойчивости пласта с).

Для расчета коэффициента устойчивости принимаем не фактическую высоту снежного покрова, а высоту лавиноопасного слоя (принимаем hкр=hн).

Коэффициент устойчивости снежного покрова Кст составляет 1,08 (с возможной погрешностью до 70 % ― как в сторону завышения, так и в сторону занижения). То есть Кст (для наиболее благоприятного случая ― отсутствующей лавинной опасности) изменяется в пределах 1,08 ― 1,84.

Как следует из полученного значения коэффициента устойчивости, вероятность самопроизвольного обрушения лавины существует (при подобной гидрометеорологической ситуации). Кст=1,08 (если он был характерен именно для зимы 1959 г, конца января) свидетельствует о существовании средней вероятности схода лавины.

Однако, как видно из расчетов, нами приняты «не регламентируемые» руководствами по расчету лавинной опасности допущения (в частности, в отношении температурных градиентов по толщине снега, коэффициентов разрыва, значение коэффициента сцепления принято максимальным). Тем не менее, возможность лавинной опасности при «средних» условиях указывает на возможность схода лавины в диапазоне Кст<1,5.

5. Вывод.

В данных физико-географических условиях, при обозначенных метеорологических условиях (с учетом допущений о прохождении атмосферных фронтов и выпадающих осадках) в 55 % случаев (1 раз из 2 возможных неблагоприятных ситуаций) сход пластовой лавины (лавины сублимационной перекристаллизации) возможен (средняя лавинная опасность).[1]

6. Комментарий к полученному выводу о возможности схода лавины.

Интерпретировать результаты можно как угодно. Скептики могут возразить: «Где гарантия, что эти 55 % возможных случаев захватывали и вероятный случай в конце января 1959 г.?» Подобным скептикам следует, вероятно, еще раз ознакомиться с основами математической статистики. Дело в том, что расчеты, выполняемые в разных отраслях гидрометеорологии, могут быть: 1. Прогностические (когда величина или явление прогнозируется на определенную дату). Это и расчеты высших уровней конкретного весеннего половодья, расчеты погоды на сутки, неделю или месяц вперед, расчет даты наступления паводка и его высшего уровня с учетом расчета даты и количества ливневых осадков и т. д. 2. Вероятностные расчеты (такие, когда расчет выполняется на десятки лет вперед, а значит рассчитывается вероятность наступления критического явления ― уровня воды, наблюдающегося раз в 100 или 1000 лет, скорость ветра раз в 100 лет и т. д.). Подобные расчеты выполняются во всех отраслях строительного проектирования, инженерных изысканий и режимной гидрометеорологии. Этот расчет и определяет параметры сооружений, направления трасс авиатранспорта и т. д. ― таких параметров, при которых в n% случаев непрерывность работы сооружения, его целостность, жизни людей, наконец, не будут подвержены неблагоприятному действию стихии.

В данном случае вероятность того, что средней лавинной опасности не было составляет 45 %, а того, что была ― 55 %. Учитывая то, что мы оперируем гипотезой о случайности ― выходит, что и время схода лавины, и время пребывания туристов в лавиноопасном районе подчинены одним и тем же законам статистического распределения (причем вероятность ночевок туристов в лавиноопасном районе явно ниже вероятности схода лавины в этом же районе, и общая вероятность ПОПАДЕНИЯ ТУРИСТОВ В ЛАВИНУ НИЧТОЖНО МАЛА ― в общем она не намного выше вероятности того, что выйдя сейчас из дома Вы встретите на улице cлона). Однако здесь и кроется ответ на замечания скептиков: все говорят о том, что туристы не могли попасть в лавину ВООБЩЕ (вероятность того, что туристы могли ВООБЩЕ попасть в лавину ничтожно мала!). Но в том то и дело, что мы оперируем не ОБЩИМ случаем, а располагаем кое-какими фактическими данными, позволяющими путем анализа отбросить все нелогичные, маловероятные события, и ограничить круг событий (во времени и пространстве) ОПРЕДЕЛЕННЫМ местом, временем, для которого были характерны ОПРЕДЕЛЕННЫЕ метеорологические условия, состояние снежного покрова и горного склона. Именно это и значит, что одна из 2 ночевок ПОДРЯД (в данных ОПРЕДЕЛЕННЫХ условиях, в данном месте) со средней вероятностью оборачивается трагедией (приношу извинение за возможную некорректность формулировки, касающуюся ЧЕЛОВЕЧЕСКИХ ЖИЗНЕЙ).

Вот именно это и означает вероятностный расчет.

И в конце следует отметить ― в отношении расчета лавинной опасности любые прогнозы дают значительные погрешности. Повторюсь: если наличие лавинной опасности есть ― лучше не прогнозировать, а просто обойти опасный участок. На мой взгляд, если есть даже ничтожные признаки лавинной опасности и малая вероятность схода ― лучше всего руководствоваться даже не соображениями личной безопасности, а соображениями сохранения собственной жизни.

Для выполнения данной оценки лавинной опасности использованы следующие материалы: статьи о трагедии и фактический материал, приводимый в них; фотоснимки места трагедии разных лет, а также окрестных склонов; топографические карты М 1:50 000 на рассматриваемый район; показания туристов и иных очевидцев, наблюдавших лавины в данном районе; архивные материалы Уральского УГМС (управления по гидрометеорологии) по наблюдениям на метеостанциях в 1959 г.; методическая и справочная литература:

1. Практическое пособие по прогнозированию лавинной опасности. ― Л: Гидрометеоиздат, 1979. 200 с.

2. Божинский А.Н., Лосев К.С. Основы лавиноведения. ― Ленинград: Гидрометеоиздат, 1987. (обычный учебник, но весьма информативный),

а также несколько статей в различных сборниках (также вышедших в свет до 1990 г.)

Вполне допускаю возможные ошибки приятых допущений, а потому приму конструктивные замечания.

Инженер-гидролог Клименко Д.Е. 29/IV ― 2007 г.


[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] > 23 < [24] [25] [26] [27] [28] [29]
Содержание :
1. В памяти и на карте. Пролог
2. Гора Холатчахль и обелиск на останце
3. Тревога!
4. Трагические находки и вопросы без ответов
5. Рождение легенды
6. Предположения и версии: смесь из правды и заблуждений
7. Наш путь к аварии Дятлова (отступление Евгения Буянова)
8. Разгадка тайны «огненных шаров» (в изложении Евгения Буянова)
9. Разгадка тайны травм
10. Разгадка тайны радиации
11. Уничтожение непроверенных фактов и заблуждений. Почему и как запутались «следы аварии»?
12. Статистика и метеоданные, или Что было неизвестно в 1959 году
13. Тайна лавины: какая и почему она была?
14. Ответы на отдельные вопросы: аварии-аналоги
15. Авария Дятлова: главные аварийные факторы
16. Авария Дятлова: реконструкция событий по фактам, следам и уликам (продолжение главы 5)
17. Уроки аварии Дятлова
18. Заключение
19. Приложение А Библиография и интернет-ссылки
20. Приложение Б Ю.Е. Яровой Высшей категории трудности. Повесть. Краткое содержание (переложение и комментарии Е.В.Буянова, мс по туризму, СПб.)
21. Приложение В Расчет зависимости высоты подъема наблюдаемого объекта от заданной удаленности и высоты наблюдателя
22. Приложение Г Ветрохолодовой индекс и метеоусловия аварии
23. Приложение Д Клименко Д.Е. О возможности возникновения лавин в горах Северного Урала
24. Приложение Е Е.В. Буянов Некоторые рекомендации по методике расследования сложных аварий в туристских походах (по опыту расследования аварии группы Дятлова)
25. Приложение Ж И.Б.Попов. Реферат на тему: Лавинная опасность на Северном Урале(На правах цитирования, перепечатка Е.Буянова ― прим.)
26. Приложение И Статья Аксельрода
27. Приложение К На что была похожа лавина, сошедшая на палатку дятловцев по мнению специалистов по лавинам, указавшим на «пластовую лавину из снежной доски», как на наиболее вероятную причину аварии Тезисы из книг В.Фляйга «Внимание, лавины!» (М., «Иностранная литература», 1960) и Отуотера «Охотники за лавинами» (М., «Мир, 1980).
28. Приложение Л Е.В.Буянов Зубья аварии. Некоторые механизмы лавинных и холодных аварий на примере одной катастрофы. Методическая статья
29. Приложение М Аналоги аварии Дятлова

 

Комментарии :

Комментариев нет

«Миражи над Жигулями»©2001—
При перепечатке статей обязательна прямая обратная ссылка на этот сайт.