探索天山秘境: “雪域幽灵杀手”雪崩的威力

探索天山秘境: “雪域幽灵杀手”雪崩的威力
2018年07月18日 09:29 科学大家

  出品 | 新浪科技《科学大家》

  撰文 |

  李兰海 中国科学院新疆生态与地理研究所 研究员,天山积雪雪崩研究站站长

  郝建盛 博士研究生 从事积雪雪崩方面研究

  导读:在看似安静如画,白雪皑皑的雪域,其实暗流涌动,危机四伏。每一个路过在雪山的行者都可能会遇到一种号称“白色恐怖”的幽灵杀手——雪崩,但是对这个幽灵我们知多少呢。雪崩的威力有多大?雪崩对我们的生活有影响吗?雪崩都在何时何地以什么样的姿态会出现在我们的面前?雪崩百变姿态是如何形成的?面对雪崩我们怎么办?带着这些问题我们带你一起走入天山深处,直面雪崩,揭开它神秘的面纱。

  “雪域幽灵杀手”的威力和杀戮

  雪崩是一种高寒山区常见的地表流活动,它具有破坏力大、突发性、潜伏性等特征,是山区积雪在重力的驱动下沿山体滑塌形成的一种常见的自然现象。许多人从未涉步于雪山之中,也有许多人运气颇佳很少直面雪崩,难以感受它的气息,但我们从许多典籍和影视作品上依然可以感受到它令人窒息的强大威力。金庸先生著写的《连城诀》中,一场雪崩帮助血刀老祖屠杀了武林群雄,也是这场雪崩让主角狄云看清人间穷形尽相和看透世事人情,也成就了水笙和狄云一段让人难以忘怀的爱情。

  电影《冰封侠》里贺英在去天竺国押运相传可以预知未来的国宝“时空金球”,回来的路上,他和其他锦衣卫三大绝世高手在天山遭遇雪崩,瞬间灰飞烟灭,这个场景让人记忆犹新。不论多么厉害的角色在雪崩面前犹如蝼蚁一般。《天龙八部》里逍遥派功夫中天山杖法里有一招式,名曰“天山雪崩”,出招间山崩地裂,万物消匿。字里行间,我们可以依稀感受到雪崩那泰山压顶般的气势。中国科学院天山积雪与雪崩研究站研究人员曾在国道G218旁一个雪崩频发点人工爆破雪崩并测算雪崩冲击压力高达88.7Kpa,这就意味从该区域通过的所有车辆都面临着可能被冲入河道并粉身碎骨的危险。

图1 雪崩形如一头怪兽一样扑面而来图1 雪崩形如一头怪兽一样扑面而来

  雪崩何以称为幽灵杀手?雪崩不但威力惊人而且很难预料,突发性极强。早在公元600年古丝绸之路繁荣昌盛时,就有关于天山雪崩活动影响丝绸之路安全明确的文献记载。《大唐西域记》卷一中玄奘述,辩机撰文道“山谷积雪,春夏含冻,由此路着,不得赭衣持瓠大叫。微有违犯,灾祸立见”,这是对天山结木扎特河谷的雪崩的描述,让人不寒而栗。白雪皑皑的山谷,恰似大战前的静悄悄的黎明,越是平静,越是危机四伏。突发性和高威力也意味着它的破坏力也是撑霆裂月,被誉为“战略之父”的军事天才汉尼拔因为缺乏雪崩的知识,他的部队在阿尔卑斯山上被雪崩多次冲击的晕头转向,死亡一万八千名士兵,战马和战象不计其数,损失惨重。

  在第一次世界大战的时候,阿尔卑斯山战区交战的意大利和奥地利双方死于雪崩的人数不少于四万,多于战死人数。1970年的秘鲁大雪崩将瓦斯卡兰山峰下的容加依城全部摧毁,造成两万居民死亡,受灾面积达23平方公里,让其钉在20世纪十大自然灾害之一的榜单上。由此可见雪崩的嗜血性和杀戮性可见一斑。

  环天山的亚洲中部和新疆地区以及昆仑山地区的雪崩灾害十分严重,对该地区的交通、物流和基础设施破坏十分严重。2017年2月6日在阿富汗雪崩造成超过200人死亡,其中在努尔斯坦省的一个村子被雪崩掩埋导致最少50人死亡。雪崩导致整个阿富汗交通网络瘫痪,受灾人群无法得到及时救援。这次雪崩摧毁了1000多公顷农田,牛羊无数。2017年02月18日哈萨克斯坦南部发生雪崩造成23人遇难。2015年3月阿富汗初连续发生大规模雪崩在成至少286人死亡,联合国宣布为雪崩罹难者举行三天哀悼。2012年4月7日巴基斯坦发生严重雪崩,导致135人被埋。在每年的春冬二季贯通新疆南北的G217和贯通新疆东西的G218的经济命脉要道车毁人亡和公路封闭瘫痪是常有之事。由于雪崩灾害中巴公路一般半年都处于瘫痪状态。

  环天山的亚洲中部和新疆地区是“丝绸之路经济带”的核心区域。昆仑山地区的中巴经济走廊振兴区域经济的发动机,这两大区域的交通和其他公共设施受到雪崩的严重威胁。雪崩灾害将对“丝绸之路经济带”的建设和发展产生明显负面影响并严重阻碍该区域经济可持续发展。2022年冬季奥运会将在北京进行,滑雪等各种雪上运动也逐渐受大众所喜爱,但人们对山地积雪的危害依旧意识不足。雪崩这个幽灵一直萦绕在我们的身旁,可谓你我不曾见过,但彼此已相连。

图2 雪崩发生时产生的气浪,吹弯了周围的树木图2 雪崩发生时产生的气浪,吹弯了周围的树木
图3 雪崩阻断G218并阻挡行驶车辆图3 雪崩阻断G218并阻挡行驶车辆

  “雪域幽灵杀手”的活动时空规律

  雪崩的危害如此之大,对我们多次进行无情的伤害,为了好多悲剧不再重现,我们必须客观和勇敢的去面对他,认识他。通过把握山区雪崩的分布区域和活动时间将有助于我们积极回避雪崩和山区道路和其他基础设施建设选址提供帮助从而减少雪崩对我们的伤害。通过对中国天山西部地区的雪崩频繁发生点勘察,雪崩发生的坡度分布在28°~45°,其中48%的雪崩发生在36°~40°。

  雪崩的释放经历三个阶段,分别是外界因素导致部分雪层剪切断裂,然后这种初始的断裂造成周围雪层的应力重新分布从而导致周围雪层的剪切断裂,最后由于这种微观非对称的破坏逐渐积累形成一个宏观的裂隙,在裂隙点应力的变化导致裂隙扩展最终导致山坡积雪滑塌。雪崩的释放犹如多米诺骨牌一样,在外力的诱推下,开始发生连锁发应。雪崩释放的外界推手有很多,降雪、地震、大风、温度剧增、汽车鸣笛、动物踩踏、滚石等,根据天山雪崩研究团队调查研究发现诱发雪崩的主要二大推手是强降雪和气温剧升,其中49%的雪崩是由强降雪诱发形成和27%的雪崩是由春季温度剧升引起的。

  因此对于有经验的登山者牢记“新雪后三日不出门”,然而新下雪后天朗气清,风景如画,部分登山者禁不住诱惑攀登雪山,殊不知雪后最美的雪山中,也是“幽灵杀手”离你最近的时候。美丽的温柔背后往往存在最锋利的利刃。一般认为当由于降雪导致新雪积累的深度超过29~36cm时,区域大规模雪崩极有可能发生。大规模雪崩也就是多处点位同一短时间内都发生雪崩。当春季温度连续三天增高,并且第三天的平均温度在0.5度左右,雪崩活动也非常活跃。

图4 天山山区各种诱发型雪崩的比例图4 天山山区各种诱发型雪崩的比例

  在二大推手是强降雪和春季气温剧升事件分布的影响下和积雪自身的发育和变化共同作用下,大规模的雪崩发生的频率呈现双峰波状同时呈现高-低-高的特征。第一个峰值出现在12月下旬,第二波峰出现3月上旬。波谷出现在1月上旬,该时间段雪崩发生的频率最小。这也就意味着在12月下旬和3月下旬对雪崩要进行重点注意和防范。

  “雪域幽灵杀手”的各种形态和特点

  积雪是雪崩主要物质构成,根据积雪的含水量将雪崩分为湿雪崩和干雪崩。当积雪含水率小于1%时,发生的雪崩一般认为为干雪崩。其雪崩雪为粉末状,积雪密度为0.15g/m3~0.30g/cm3,雪晶体粒径为0.5mm~3mm。雪崩发生时产生冲击力强大的气浪,气浪对树木、房屋、公路基础设施产生严重破坏。

  当含水率超过1%时,发生的雪崩一般认为为湿雪崩。湿雪崩雪呈现大小不等的块状构造,雪崩雪密度为0.45g/m3~0.60g/cm3,由于这时温度升高,积雪含水量较大,积雪表面局部产生坍塌,积雪沿着斜坡产生滑落,其速度加快,逐渐形成雪球的形式滑落。雪球在下滑过程中体积不断增加,携带地表融化的泥土,导致其块状雪崩雪呈现多层构造,表层为土黄褐色,而内部为洁白色。湿雪崩的块状雪崩雪平均直径为20cm~30cm,,其中为洁白色内层的直径为5cm~10cm。湿雪崩由于含水率较高,密度较大,沿途夹带泥土、岩石等,其破坏性高于干雪崩,尤其一旦过往车辆遭遇,会产生致命后果。

图5 2017年G218同一个地点冬季发生的干雪崩和春季发生的湿雪崩图5 2017年G218同一个地点冬季发生的干雪崩和春季发生的湿雪崩

  雪崩在不同时间段以不同形态呈现,根据雪崩的雪层断裂位置将雪崩分为全层雪崩和表层雪崩。全层雪崩是指滑动面为地面,这种雪崩发生前底部积雪受到剪切破坏,一般由于表层积雪融水下渗、降雨、地热融化底部积雪等诱发形成。表层湿雪崩是指雪崩发生时积雪之间出现相对滑动,雪崩发生前中上部积雪滑落。积雪其实不是铁板一块,厚厚的积雪犹如一个联邦,是由好多层性质不同的雪层构成。其中就有一层雪,外力一般最爱欺负它,外力作用下首先受伤的也是它,这层雪层被称为积雪的脆弱层。由于积雪自身的发育和压实作用造成脆弱层一般位于积雪中部而非底部。当在风、降雪等诱动下,脆弱层首先断裂导致上层积雪坍塌产生连锁反应,最后雪崩扑面而来。由于气温、地温和积雪变质多重作用下,进入雪季我们首先会遇到全层干雪崩,然后随着时间的推移依次浮现的是表层干雪崩,表层湿雪崩和全层湿雪崩。

图6 积雪中的脆弱层图6 积雪中的脆弱层

  对“雪域幽灵杀手”的防范

  对于登山者或者滑雪者来讲,注意雪崩危险是头等大事。雪崩只是一种很普通的自然现象,就像刮风下雨一样正常。登山者不必过分畏惧,但也不要过于轻视,只要了解它,就可以避免。如何避免雪崩,不能仅仅靠运气,靠了解一些对关于雪崩的知识更靠谱。一般登山者从天气、地形地貌和积雪三方面判断。降雪过后和强烈的阳光,加上薄薄的云的晴日以及温度较高的暖和之日,这都是雪崩活动最为频繁的期间,最好不要出行。

  登山后看地形和地貌,一些最容易攀登的地区也是雪崩最容易发生的地区。首先关注坡度,尽量避开28°~45°的山坡。多走树木和植被茂盛的山坡,虽然相对不容易,但却是相对最安全的路线。避开有雪崩发生过的地方,这些地方发生过雪崩但依然会发生雪崩并容易形成雪崩槽,雪崩槽就像山的排泄通道,顶端会不断积雪,当达到一定当量时便会崩落。

  登山者也需要根据积雪判断,首先根据雪层表面看起来像枕头般光滑圆润,紧密。但通常会有裂缝。尤其出现细微的自然裂缝,立即避开这一区域,它就等你下脚,然后吞没你。可以挖个雪坑根据积雪结构判断,观察底部雪层,和地基一个道理,如果下面的雪比上面软,雪就会崩落。或者用手拍打看是否容易塌陷。登山者尽量走积雪风蚀区,被风压实和搬运后的雪层较为安全,大部分雪已经被转移剩下的多被压实。可以通过表面辨识:风将雪磨成小的,致密的颗粒,留下均匀的线条。

  团队登山时候,最好形成多组横向组合,防止被雪崩一锅烩,如果一组遭遇雪崩,其他组可以和容易绕开雪崩雪沉积区域从而迅速进行紧急救援。

  团队人员要对以下几种队员要特别关注。第一种是新手,新手一般缺乏实情判断力,并且缺乏雪崩危险意识,犹如刚上战场的士兵,总觉得子弹怎么会偏偏打中我呢,其实是死亡率最高的人群。新手也会觉得我怎么会碰到雪崩,而往往新手最容易踩踏不稳定雪面触发雪崩;另一种是性急之人,这种队员在结束一天的路段时,急着冲回营地而忽略雪崩危险。在一天的开始,急着冲出营地而忽略雪崩危险。

  当有人不幸运遭遇雪崩怎么办?雪崩搜救的原则是时间就是生命。注意监视受难者位置,紧紧地盯着遇难者不要跟丢。如果遇难者被完全掩埋,眼睛停在最后看到他的那个点上。观察不会再有后续雪崩风险迅速展开营救,留下小部分人员继续观测和协调指挥。迅速的让一个具有营救经验的人发令协调,保持有组织地、系统地进行搜索。在监测区域区域周围横向搜索,用探杆探明并用雪铲挖。找到遇难者后,快速将其挖出,清理他的呼吸气道并立即展开急救并使其缓慢升温,直至清醒后再给予热饮让其恢复体温。总之,雪山处处是美丽的陷阱,登山需谨慎。

图7 考察队被“幽灵杀手”伏击图7 考察队被“幽灵杀手”伏击

  以上是对登山者的安全建议,而对于区域雪崩危害我们的交通要道和破坏我们的基础设施我们怎么办呢?尤其目前人类活动也逐渐向山区扩展,雪崩灾害防治迫在眉睫。目前我们通过卫星遥感技术和人工勘测结合确定区域的雪崩频发点和雪崩灾害严重地区,为公路、铁路和其他基础设施的选线和建设提供参考从而规避雪崩严重地区。对于无法规避的雪崩受灾点,我们通过建设防雪崩栏、防雪走廊、导雪槽等工程设施尽量减少雪崩带来的破坏和影响。而在实际情况中,有些山区公路许多路段会暴露在雪崩频发点之下,因此对雪崩发生的提前预警不失为减少雪崩伤害的一种有效的方法。目前基于雪崩发生物理机理的预警系统也正在走向应用为雪崩的预警提供参考从而让人们对雪崩提早有所预防。幽灵的面纱也在逐步揭开,杀手的利刃也不再神秘,未来我们将坦然面对它。

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