5. Обеспечение безопасности спасательных работ в условиях горной местности
5.1. Опасные и вредные факторы при проведении поисково-спасательных работ в условиях горной местности
Поисково-спасательные работы в условиях горной местности являются одними из наиболее сложных, ввиду насыщенности окружающей среды опасными и вредными факторами. При этом опасности характеризуются комплексностью – внезапностью и быстротечностью при нарастающем темпе их возникновения. Многие опасности обладают цикличностью – годовой и суточной. Такие опасности выделяют в группу объективных, т.е. не зависящих от действий спасателя.
Работа в сложных условиях горной местности длительное время в условиях практически автономного существования предъявляет повышенные требования к всесторонней подготовке спасателя: технической, тактической, физической и психологической. Дефицит хотя бы одного из видов подготовки может стать причиной несчастного случая. Опасности такого рода являются субъективными.
5.1.1. Опасные факторы объективного характера.
Горы живут своей особой жизнью, испытывая непрерывные процессы горообразования и эрозии, в которых участвуют тектонические и вулканические силы, климатические и погодные факторы, воды рек и ручьев, животный и растительный мир. Эти процессы приводят к изменению рельефа гор и как следствие – к возникновению факторов, опасных для человека.
Факторы, обусловленные изменением рельефа (метаморфические).
Лавины. Лавины - это пришедшая в движение и низвергающаяся с гор огромная масса снега. Это самое коварное, неожиданное и частое явление природы.
Нет гор без лавин, и вовсе не обязательно, чтобы горы были высокими. Лавины могут образовываться во всех горных районах с устойчивым снежным покровом. Каждый крутой заснеженный склон потенциально лавиноопасен.
В каждом участке неоднородного снежного покрова возникают сдвигающие силы, направленные вдоль склона, и удерживающие, направленные перпендикулярно склону, величина которых зависит от веса самого снега, его пластичности и характера залегания, обусловленного рельефом местности. Пока эти силы не превосходят предела прочности снега на разрыв, и пока сдвигающая сила находится в равновесии с удерживающей, снежный покров находится в устойчивом состоянии (рис. 5.1). Когда же в зоне максимального растяжения происходит превышение предела прочности снежного покрова и сдвигающие силы превосходят силы трения, наступает разрыв, приводящий к образованию снежной лавины.
Рис. 5.1. Условия схода снежных лавин.
Силу тяжести Р каждого отдельно взятого на склоне объема снежного покрова, направленную по вертикали, то есть к центру Земли, можно разложить на две составляющие: первая – N– перпендикулярна к поверхности склона и способствует уплотнению снежных масс. Вторая М – направлена параллельно склону и способствует движению этих масс вдоль склона (рис.5.2).
Рис. 5.2 Распределение сил тяжести внутри снежного покрова.
Отсюда видно, что возможность образования лавин зависит от крутизны склона. Ясно, что при крутизне склона в 45 градусов, когда Н==М, появляется неустойчивое положение снежного покрова, а при большей крутизне, когда силы соскальзывания превышают силы трения, – движение самих снежных масс. Но здесь нельзя не учитывать характер поверхности склона, так называемую подстилающую поверхность, которая подразделяется на следующие типы: скальный (склон покрыт камнями), растительный (на склоне сохранилась прошлогодняя трава) и снежный (в результате оттепели или фенов на снежной поверхности образовался наст, на который впоследствии и легли слои вновь выпавшего снега). Понятно, что величина сцепления выпадающего снега со склоном будет значительно больше при скальном характере последнего и наименьшая – при снежном. Естественно, что образование лавин зависит и от мощности снежного покрова. На склонах средней крутизны лавины могут образовываться при толщине снежной поверхности всего в 30–50 см.
Эти причины, а также и ряд других, о которых будет сказано ниже, приводят к тому, что наиболее часто лавины сходят со склонов, крутизна которых составляет 30–50 градусов (рис. 5.3). На более крутых склонах свежевыпавший снег, как правило, не задерживаясь и не скапливаясь, небольшими струйками соскальзывает вниз. На менее крутых склонах сползанию снега вниз препятствует увеличение сил трения. Однако известны случаи, когда лавины из мокрого снега сходили весной на склонах, имеющих крутизну всего 12–15 градусов.
Рис. 5.3. Зависимость частоты схода лавин от крутизны склона
Наиболее лавиноопасным периодом является весна – начало лета. Обильные талые воды и особенно дожди, просачиваясь сквозь снег, с одной стороны, значительно увеличивают его вес, а с другой, за счет смачивания подстилающей поверхности склона, подобно дополнительной смазке двух трущихся поверхностей, уменьшают сцепление снега со склоном. В результате вес снежной массы становится больше сил сцепления, и снег соскальзывает со склона вниз.
Плюсовая температура воздуха способствует образованию так называемых снежных «досок». Днем на солнце верхний слой снега подтаивает, а ночью смерзается, превращаясь в плотную твердую корку. К образованию такого наста приводит также и ветровое уплотнение снега.
По мере выпадения снега, обладающего высокими теплоизоляционными свойствами, нижние его слои, как одеялом, прикрываются вышерасположенными слоями. Разность температур между внутренними и наружными слоями при этом может достигать 15° С. Это вызывает возгонку (переход вещества из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу) в нижних, более теплых слоях снега. Образовавшиеся водяные пары поднимаются вверх к более холодным наружным слоям, при этом происходит остывание паров, приводящее к их пересыщению. В пересыщенном паре происходит процесс, обратный процессу возгонки – сублимация, при котором из паров, минуя жидкое состояние, образуются твердые снежные частицы. Поскольку пары остывают в верхних слоях в промежутках между снежинками, то оседание их на этих снежинках и превращение паров в твердое тело приводит к росту снежинок, к заполнению имеющихся между отдельными снежинками пространств, то есть к значительному уплотнению верхнего слоя снега, к превращению его в наст.
В то же время процесс возгонки в нижних слоях уменьшает размеры снежинок этих слоев, приводит к их таянию и даже к полному исчезновению. В результате в глубине снежного покрова образуется так называемый глубинный иней, кристаллы которого или очень слабо скреплены между собой, или даже разделены промежутками. Таким образом, появляется горизонт разрыхления. При этом верхний слой плотного снега, потеряв опору на нижние слои, превращается в типичную, уже рассмотренную выше снежную «доску». Здесь горизонт разрыхления – слой снега, в котором внутренние связи почти отсутствуют. Этот слой и образует плоскость скольжения, по которой происходит соскальзывание верхнего слоя снежных масс.
Под влиянием силы тяжести эта «доска» стремится сдвинуться вниз. При этом возникают огромные напряжения, особенно в ее верхней части. Малейшая дополнительная перегрузка такого склона (падение карниза, небольшой снегопад, движение по склону группы туристов) может привести к образованию лавины.
Отрыв снежной «доски» может быть также вызван и резким понижением температуры воздуха. Снежный наст, как и всякое другое твердое тело, при охлаждении сжимается (сокращение равно 1,5 см на 100 м длины наста при снижении температуры на один градус). Так как пластическое растяжение у снежной «доски» по сравнению с обычным снегом значительно меньше, то сжатие «доски» приводит к дополнительной перегрузке склона, к образованию трещин в ней и, как следствие, к сползанию снежных масс со склона, то есть к сходу лавины.
Виды лавин
Классификация лавин исходит из двух основных принципов: характера движения снега по склону и состояния снега.
По характеру движения снега различают три типа лавин: осовы (снежные оползни), лотковые и прыгающие лавины.
Осов – соскользнувший широким фронтом снег вне строго фиксированного русла. При осове происходит отрыв и сползание снежных масс по склону, но нижележащий по склону снег задерживает движение сползающих масс, и они останавливаются, не доходя до дна долины. Как правило, высота сползания снега при осовах в несколько раз меньше ширины его фронта и достигает иногда нескольких десятков метров. Скорость движения снега небольшая.
Лотковая лавина.В случае концентрации движущегося снега в каналах стока (по строго фиксированным руслам) скорость движения снега значительно возрастает. Движение снега приобретает формы течения, перевертывания и вращения. У подножия склона образуется лавинный конус.
Прыгающая лавина. Если канал стока, по которому движется снег, имеет отвесные участки, то движение снежных масс при свободном падении приобретает огромную скорость. Такие лавины имеют большую разрушительную силу, достигающую 9000 кгс/кв.м. Еще более мощны и опасны воздушные волны, возникающие при движении прыгающих лавин.
В зависимости от состояния снега различаются также три типа лавин: из сухого, влажного и мокрого снега.
Категория лавин из сухого снега включает в себя лавины из рыхлого пушистого снега, порошкообразного снега и лавины из снежных «досок».
Лавины из рыхлого пушистого, свежего снега, выпавшего в морозную погоду, обладают большой скоростью, доходящей до 250–300 км/час, и текучестью. Уже вскоре после начала движения лавины представляют собой облако мельчайшей снежной пыли. Лавинного конуса такие лавины не оставляют. Снежная пыль равномерным слоем покрывает большую площадь долины или ледника.
Такая лавина, двигаясь преимущественно над склоном, образует мощную ударную волну, имеющую прямой и обратный фронты. Если ударная волна прямого фронта ломает деревья, сбрасывает камни в направлении своего движения, то обратный фронт, возникающий за счет появления вслед за ударной волной зоны разрежения, вызывает разрушения в обратном направлении. Лавины из рыхлого пушистого снега возникают непосредственно во время снегопада или сразу же после него.
Лавины из порошкообразного снега образуются в морозную погоду из сухого недавно выпавшего или метелевого снега. В связи с тем, что порошкообразный снег имеет больший по сравнению с пушистым снегом удельный вес, лавины из этого снега движутся, как правило, не отрываясь от склона, вовлекая в движение все новые и новые массы поверхностного слоя рыхлого, неслежавшегося снега. Естественно, что скорость движения этой лавины меньше, чем у лавин из пушистого снега, и они часто сходят без образования сколько-нибудь заметной воздушной волны. У подошвы склона лавина образует заметный лавинный конус, имеющий гладкие мягкие формы.
Лавины из порошкообразного снега возникают, как правило, вскоре после снегопада, во время сильного ветра или несколько позже при значительном метелевом переносе снега. Такие лавины являются самыми распространенными в зоне высокогорья.
Лавина из снежных «досок» имеет большой фронт отрыва к значительную скорость движения. Она соскальзывает в виде целой массивной снежной плиты, разбиваясь затем на многочисленные глыбы с острыми гранями. Основная опасность такой лавины – нанесение серьезных травм туристу хаотически движущимися снежными глыбами. При движении обломков плиты по склону, имеющему отвесные участки, от удара о скалы снежные глыбы распыляются, образуя сухую пылевую лавину. При меньшей крутизне склона снежные глыбы скатываются вниз, создавая в нижней части так называемую область отложения. Выше, там, где падающие глыбы наползают на так и не сдвинувшуюся поверхность снега, образуется подпорный вал (рис.5.4).
Рис. 5.4. Возникновение лавины из снежных досок.
Лавины из снежных «досок» возникают, как правило, в период резкого похолодания, фенов, а также снегопадов, когда последние значительно перегружают склон.
Категория лавин из влажного снега включает в себя лавины, образуемые из влажного свежевыпавшего или из плотного старого влажного снега и из влажного фирна.
Все эти лавины, особенно в начальный период после отрыва, движутся медленно, что иногда позволяет человеку спастись бегством. Тяжелый влажный снег может вовлечь в движение не только верхние, но и средние слои снежного покрова склона. Тяжелый снег прижимается к земле, используя для своего движения естественные понижения, кулуары, овраги и т. п. У подошвы склона такие лавины образуют большие лавинные конусы, представляющие собой нагромождение снежных комков размером от обычных снежков до шаров, имеющих в диаметре до полуметра.
Влажные лавины возникают весной в результате увеличения веса снежной массы при теплых ветрах (фенах) в высокогорной зоне, при моросящих дождях в верховьях снежных долин, а также во время снегопада при нулевой температуре окружающего воздуха. Влажные лавины распространены главным образом в высокогорной зоне.
Лавины из мокрого снега, образуются из рыхлого, очень влажного или мокрого старого зернистого снега, а также из мокрого фирна. Они стекают легко и быстро. Это объясняется появлением горизонта водной смазки в результате бурного таяния снега, длительных дождей или поступлением воды с вышерасположенных скальных склонов.
Сползающая мокрая лавина захватывает с собой массы старого снега, камни, увлекает за собой дерн, землю, гальку, отдельные деревья, сучья и даже крупные обломки скал из-за чего она бывает, как правило, окрашена в грязно-бурый цвет. Поэтому такие лавины называются иногда грунтовыми. Конус мокрой лавины представляет собой высокое нагромождение смерзшейся между собой снежной гальки, имеющей различную величину, вплоть до глыб диаметром 1,2–1,5 метра. Лавинные конусы, имеющие высоту до 10–20 м, не тают в течение всего лета.
Лавины из сухого рыхлого снега, из влажного и мокрого снега имеют точечную форму отрыва. В процессе движения уже через несколько секунд ширина таких лавин увеличивается до десятков метров. В плане эти лавины имеют каплеобразную форму (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Характер отрыва лавин.
Лавины из плотного снега (снежные «доски») имеют линейную форму отрыва, причем фронт отрыва, достигающий нередко 300–500 метров, определяется в первый же момент возникновения лавины. Вся масса снега по всей ширине лавины приходит в движение одновременно.
Признаки лавинной опасности.
Признаком непосредственной лавинной опасности служит наличие лавинных конусов в нижней, переходящей в долину части склона. Величина конуса не всегда соответствует степени лавиноопасности склона. Например, лавины, зарождающиеся в небольших, но крутых лавиносборах, сходят почти после каждого снегопада. И хотя эти лавины незначительны по своему объему, суммарный лавинный вынос к концу зимы получается достаточно крупным. С другой стороны, если в разрушенном каре (чашеобразной крупной выемке в верхней части горного склона) накапливается очень много снега, то при сходе такой лавины ее конус может быть равен размеру суммарного конуса лавин, рассмотренных выше, но степень этой мощной лавины будет во много раз больше.
О лавинной опасности могут свидетельствовать геоботанические признаки. Например, лавины уничтожают, прежде всего, хвойные деревья, корневая система которых располагается близко к поверхности. Поэтому наличие густого хвойного леса на склоне – верный признак отсутствия лавин. Наоборот, о лавинной опасности свидетельствуют вертикальные просеки на склонах, поросших хвойным лесом. Об опасности говорит и изогнутая, прижатая к земле форма мелколистных деревьев.
О регулярном сходе лавин из мокрого снега можно судить по характерным валам, расположенным у подножия склона и состоящим из камней, дерна, травы, обломков деревьев. При падении лавин с крутых склонов у их подножия образуются так называемые ямы выбивания, которые летом иногда превращаются в небольшие озера.
Характеристику лавиноопасности склонов долины может дать также знание направления господствующих ветров в данном районе в зимнее время (так как направление ветра в летний период может существенно отличаться от зимнего). Например, направление господствующих ветров на Кавказе южное и западное. Поэтому снег, сдуваемый с южных и западных склонов, образует обычно мощные накопления на восточных и северных склонах. Отсюда ясно, что для Кавказа подветренные склоны являются лавиноопасными, даже в периоды длительного отсутствуя снегопадов.
Основное внимание при ведении ПСР в горах следует обращать на большие снежные поля, расположенные на склонах с крутизной от 30 до 50 градусов. Если летом такие склоны с большими массами снега встречаются только в высокогорье, то зимой и весной их можно встретить на путях подхода, то есть уже в долинах рек. Склоны таких долин, расположенные на небольшой высоте, подверженные влиянию теплого воздуха, перемещающегося из предгорных долин, и имеющие в качестве подстилающей поверхности нескошенную траву и субальпийское высокотравье, – исключительно лавиноопасны.
Одним из основных признаков лавиноопасности считается сильный снегопад. На основании изучения лавиноопасности склонов установлены следующие степени опасности схода лавин в течение суток после снегопада в зависимости от мощности выпавшего снежного покрова табл. 5.1.
Т а б л и ц а 5.1