Итак, опасные горизонты в разрезе найдены. Но чтобы определить степень опасности схода лавин, необходимо измерить сопротивление сдвигу в каждом слое снега. Простейший способ измерения такой. В снежном покрове вырезают прямоугольный параллелепипед, основанием которого служит опасный горизонт. На этот монолит надевают очень легкую деревянную рамку и присоединяют к ней динамометр. Наблюдатель от руки прикладывает к динамометру постепенно нарастающее усилие в горизонтальном направлении и в момент отрыва монолита от подстилающего слоя отсчитывает величину силы. Частное от ее деления на площадь основания монолита (в килограммах на квадратный дециметр) и будет временным сопротивлением сдвигу.

На графике устойчивости снежного покрова на горном склоне показано, как изменяются две антагонистические силы, действующие на горные снега. В левой части графика временное сопротивление сдвигу намного превышает величину напряжения сдвига и к тому же никаких определенных тенденций изменения этих сил не наблюдается. Но вот напряжение сдвига начинает расти, причиной чего может быть выпадение снега, дождя или метель. Вскоре уменьшается временное сопротивление сдвигу. Возможно, повысилась температура снега, и он стал менее прочным. К такому же результату могло привести проникновение воды или солнечной радиации в глубь толщи. Так или иначе, обе кривые пошли на сближение. Если нет каких-либо объективных данных, например, об усилении в ближайшее время снегопада или метели, о резком потеплении и т. д., то обе кривые можно продолжить. Точка их пересечения и будет началом периода лавинной опасности.

Несколько особняком стоит природное явление, называемое снежным селем. Оно образуется весной при интенсивном таянии или выпадении сильного дождя на мощные снега. Узкие горные долины часто оказываются перегороженными лавинным снегом. Такие запруды могут задержать на некоторое время потоки вешних вод, которые размывают снег и перемешиваются с ним – образуется что-то вроде густой каши. Снежная масса все сильнее давит на плотину, наконец ломает ее и устремляется вниз по долине. Где-то ее может остановить более прочная и высокая плотина, но, прорвав и ее, насыщенная водой снежная масса с примесью камней станет еще более мощной и разрушительной.

Разнообразно и время схода лавин. Некоторые крутые лотки «работают» при любом снегопаде или метели. Другие долго накапливают снег и как бы выжидают благоприятных условий. Особенно массовым становится сход лавин весной. Но есть и такие, которые не дают о себе знать многие годы, даже столетия. И только в особо снежные зимы или при необычно бурном наступлении весны они обрушивают в долины иногда миллионы тонн снега.

В связи с этим понятно, насколько важно заранее знать, какие именно участки долины подвержены ударам лавин, а какие нет. Безусловным показателем опасности является скопление лавинного снега – так называемый лавинный снежник. Обнаружить его нетрудно и при наземных исследованиях и с самолета. Особенно хорошо видны эти скопления на аэрофотоснимках, сделанных поздней весной, после схода основной части снежного покрова. Чтобы не принять лавинный снежник за обычный метелевый снег, надо помнить, что только в первом из них содержатся камни, обломки дерева и вообще все, что заведомо не может быть перенесено ветром.

ЛЕДНИК СПОКОЙНЫЙ И ЛЕДНИК АГРЕССИВНЫЙ

Просто пи скопление льда! Кончается лето. Плодоносят поля и сады на равнинах. Даже самые северные тундры покрываются оранжевой россыпью морошки. И только на вершинах гор по-прежнему белеют снега, а чуть ниже голубеют льды. Там царит весна: в прохладном чистом воздухе не умолкает шум потоков талых вод, бегущих с ледников. Но что это такое ледник?

Само название подсказывает, что это скопление льда. Но такое определение далеко не достаточно. Давно известно, например, что в толщах вечно мерзлых грунтов в районах с очень холодной зимой, в том числе и в высокогорных, залегают большие массы не стаивающих льдов. Но эти грунтовые льды, образовавшиеся из замерзшей воды, не являются ледниками. Снег–вот первичный материал, из которого изготовлены ледники, тот самый снег, которому вроде бы положено оставаться на поверхности земли только зимой.

Но допустим, что произошло устойчивое изменение климата. Зима стала более снежной, а лето более облачным и прохладным. Теперь из года в год начнет накапливаться избыток зимнего снега и постепенно превращаться в лед. Бесконечно долго толщина снежника увеличиваться не может. Если уклон местности большой, то в какой-то момент, как мы знаем, произойдет обвал накопившейся массы. На относительно ровной поверхности образовавшийся под снегом лед, достигнув определенной толщины, начинает медленно течь. Монолитность его при этом не нарушается, он остается твердым и колким. Лед вытекает из-под образовавшего его снега и движется вниз. Но ведь внизу теплее, и чем ниже он спускается, тем интенсивнее тает, а на некоторой высоте исчезает окончательно. Накапливающийся наверху снег непрерывно образует все новые порции льда, текущие вниз и через сотни и тысячи лет после образования стаивающие. Вот такой непрерывный поток льда, образовавшегося из снега, и называется ледником.

Действительно на части ледника, которая лежит выше фирновой границы, ежегодно накапливается слой снега, не успевшего стаять за лето, а на ниже лежащей части лед стаивает. Увеличение высоты фирновой границы уменьшает площадь области накопления (аккумуляции) на столько же, на сколько увеличивает площадь области убыли льда (абляции). Таким образом, высота фирновой границы является как бы стрелкой ледниковых весов, причем очень чувствительной. Как только на чашу весов, соответствующую области аккумуляции или абляции, падает лишняя гирька, стрелка тотчас (в тот же год) отклоняется вверх или вниз.

Следить за показаниями ледниковых весов люди научились давно, примерно тогда же, когда стали наблюдать за положением концов ледников. Было замечено, что если высота границы фирна изменяется сразу же вслед за колебаниями климата, то нижняя граница ледника опускается или поднимается с запозданием на многие годы и даже десятилетия, в зависимости от формы и размера ледникового тела и ряда других причин. Но если так, то ведь можно научиться заранее предсказывать поведение ледника: фирновая граница выше нормы–ледник со временем начнет отступать; ниже нормы – будет наступать.

И вот мы в другом домике, установленном на фирновом поле. Солнце нещадно палит, но в сухом разреженном воздухе ясно ощущается легкий мороз. Работать здесь труднее из-за недостатка кислорода. Каждое движение требует непривычных усилий. Но наблюдатели действуют так же . четко, как внизу. Статьи прихода, статьи расхода тепла – ледниковая бухгалтерия в действии.

Оказывается, что суммарная солнечная радиация здесь несколько больше, чем у нижнего домика, вследствие большей прозрачности атмосферы. А таяния нет и в помине – сухой сыпучий снег под ногами не оставляет в этом сомнения. Куда же исчезают 120 кал/кв. см, усваиваемых ледником, почему не образуются положенные 1,5 г/кв. см такой воды?

Мы греем озябшие руки у калорифера. Тепло он него чувствуется даже на значительном расстоянии. Это тоже радиация. Ведь ее излучает любое нагретое тело. Разница только в длине волн, несущих энергию. В отличие от раскаленной поверхности Солнца, излучающей основную энергию в коротковолновом диапазоне, калорифер «работает» на длинных волнах.

Ледник в принципе тот же калорифер. Температура его поверхности равна 0° только по шкале Цельсия. По абсолютной же шкале Кельвина его температура выразится внушительной цифрой .273 . К этому надо добавить еще одно замечательное свойство снега: он белый только в коротковолновой части спектра. Длинные же волны снег излучает почти так же, как абсолютно черное тело. В этом отношении, как ни странно, снег и сажа родственны.

Теперь нам становится понятной необходимость большого количества приборов в домике и на площадке около него. На разных уровнях над ледниковой поверхностью установлены психрометры, измеряющие температуру и влажность воздуха. Рядом на этих же высотах – анемометры, дающие скорость ветра.

Вглубь льда уходят провода с электротермометрами. Они регулярно фиксируют температуру, определяющую еще один, хотя и небольшой поток тепла, направленный на прогревание «озябшего» за зиму тела ледника. В приходо-расходной книге он записывается в графе расходов тепла. При этом соответственно уменьшается затрата тепла на таяние льда, то есть главная статья бюджета.

За долгую зиму верхние слои льда выхолаживаются, а в течение лета постепенно прогреваются, но волны холода и тепла оказываются не в силах проникнуть глубоко: ведь лед является неплохим теплоизолятором, и на глубине 10–15 м температура почти постоянна. На графике видно, как распределяется температура в толще языковой части одного из ледников Урала в начале и в конце периода таяния. Площадь между двумя кривыми пропорциональна тому количеству тепла, которое идет на ликвидацию зимнего холода. Чтобы выразить ее в калориях, достаточно помножить теплоемкость льда (0,5 кал/г.град) на его плотность (0,9 г/куб. см), глубину проникновения тепловой волны (в сантиметрах) и среднее по глубине изменение температуры (в градусах). В нашем примере О,5Х0,9Х 1000X1,8 = 810 кэл/кв. см. Таким образом, ледник как бы недодает 10 г/кв. см талой воды (800 кал/кв. см : 80 кал/г). Это немного. Ведь за лето здесь стаивает 250 см снега с плотностью 0,4 г/куб. см и 150 см льда с плотностью 0,9 г/куб. см, то есть всего 235 г/кв. см. Но в районах с суровой и малоснежной зимой соотношение затрат тепла на прогревание и таяние льда существенно изменяется.

Тепло к леднику поступает не только сверху, но и снизу. Тепловой поток, идущий из недр Земли, называют геотермическим. Обычно его величина незначительна: всего около 40 кал/кв. см за год, что эквивалентно количеству талой воды 0,5 г/кв. см. Но в вулканических районах, таких, как Камчатка, он может быть в десятки раз больше и занимать заметное место в приходо-расходе тепла.

Заканчивается короткое ледниковое лето. Хрустящие ледяные корочки покрывают наледниковые озерца, замолкают ручьи. Вот и первый снег запорошил сначала фирновый бассейн, а потом и весь ледник. Еще идет слабое таяние, но нового снега добавляется все больше. В момент, когда накопление снега превосходит по величине таяние, заканчивается период абляции и начинается период аккумуляции. Этот момент гляциологи считают новым бюджетным годом ледника и начинают новую книгу прихода и расхода его массы.

Заглянем на ледник в конце периода абляции. На его поверхности, как иглы ежа, торчат абляционные рейки. По ним и подводятся итоги бюджетного года. Вот рейка в нижней части зоны абляции. Всего три месяца назад она чуть-чуть возвышалась над снегом. Сейчас до ее верхушки не достанет самый высокий человек: стаял не только весь снег, но и несколько метров льда под ним. Общая масса стаявшего снега и льда заносится в графу «суммарная абляция ледниковой поверхности», а масса старого стаявшего льда – в графу «чистая абляция». Первая графа интересует гидрологов. Это водоотдача ледника за год. Вторая важна для гляциологов. Она характеризует дефицит массы ледника в зоне абляции.

Чем выше мы будем подниматься вверх по леднику, тем меньше окажется величина чистой абляции, и наконец у рейки, у которой стаял только накопившийся за зиму снег, чистая абляция будет равна нулю. Выше этой рейки начинается область аккумуляции.

Горы не только создают плацдарм для накопления снега, но и самым активным образом вмешиваются в атмосферные процессы, приводящие к выпадению осадков. Они заставляют потоки воздуха взмывать вверх, охлаждаться и конденсировать пар. При этом чем больше влаги содержит в себе воздух и чем интенсивнее и выше подбрасывают его стоящие на пути горы, тем больше выпадает снега.

В западных хребтах Кордильер на Аляске создается замечательно благоприятное для оледенения сочетание высоких и массивных гор, стоящих на пути сильных и влажных ветров с Тихого океана. Именно поэтому на обширных площадях высокогорий за год накапливаются десятиметровые толщи снега. И даже на высотах 0,5–1 км над уровнем океана, где еще довольно теплое лето, такие снежные толщи не успевают стаять. А значит, отсюда и начинается область питания ледников. Она не только занимает огромные площади, но и ежегодно приходует многометровые толщи чистой аккумуляции. Вот почему, несмотря на интенсивное таяние, благополучно существует лежащая среди лесов ледяная лопасть Маляспина и другие низко спускающиеся ледниковые языки. Богатые снегом горы непрерывно готовят лед и также непрерывно доставляют его вниз взамен стаявших на языке слоев.