Spadłe na powierzchnię ziemi kryształy śniegu podczas utrzymujących się przez dłuższy czas ujemnych temperatur tworzą pokrywę śnieżną. Rodzaj spadłego śniegu, temperatura powietrza oraz gruntu, a także siła wiatru w czasie opadu decydują o jej charakterystycznych cechach. Pokrywa śnieżna jest zatem wytworem procesów atmosferycznych, a przez to również i klimatu. Jednocześnie sama wywiera wpływ na klimat, podobnie jak inne elementy krajobrazu. Pokrywa śnieżna stanowi delikatną mieszaninę lodu, pary wodnej, a w niektórych warunkach także wody. Skutkiem tego śnieg podlega ciągłym zmianom. Dąży on do zredukowania wolnej energii powierzchniowej kryształów lodu poprzez zwiększanie gęstości i eliminację mniejszych ziaren. Jednocześnie pokrywa śnieżna reaguje na różne bodźce zewnętrzne. Decydujące są warunki meteorologiczne (temperatura i wilgotność powietrza, promieniowanie słoneczne, wiatr, dalszy opad śniegu lub deszczu). Powstająca woda roztopowa i zmiany temperatur w obrębie pokrywy śnieżnej oraz między powietrzem a śniegiem są bodźcami najważniejszymi i decydującymi o metamorfozie pokrywy śnieżnej. Pod wpływem tych czynników zmienia się jej miąższość, termika – tworzą się warstwy o różnej twardości. Skutkiem tych czynników może być zjawisko bardzo niebezpieczne dla człowieka.

Lawina śnieżna

Jest „masą śniegu, która odłącza się i przemieszcza w dół po stoku góry”. Możemy również opisać ją jako zachwianie równowagi w pokrywie śnieżnej, które sprawia, że masy śniegu poruszają się z pewną prędkością po płaszczyźnie o większym bądź mniejszym nachyleniu pod wpływem własnego ciężaru. Schematycznie można rozważać pokrywę śnieżną jako ciało będące w równowadze na płaszczyźnie pochyłej, która poddawana jest dwóm typom sił. Jedną z nich są siły, które ściągają masy śniegu w dół stoku, a drugi rodzaj sił przyczynia się do zatrzymania śniegu w miejscu. Siły, które wpływają na ściąganie śniegu w dół stoku, uzależnione są zasadniczo od jego ciężaru, jak i potencjalnie dodatkowego wzrostu obciążenia na powierzchni pokrywy śnieżnej. Siły, które zatrzymują masy śniegu na stoku, to siły tarcia, które działają jak kotwice i stawiają opór siłom ściągającym śnieg w dół stoku.

Co sprawia, że masy śniegu są zatrzymywane?

• Kotwica dolna – tarcie pokrywy śnieżnej o podłoże – im podłoże bardziej chropowate, tym lepsze jest zakotwiczenie mas śniegu.
• Kotwice boczne – prawie nie istnieją na dużych nachyleniach – odgrywają większą rolę w węższych żlebach. Śnieg zatrzymywany jest poprzez tarcie o boczne ściany żlebu.
• Rodzaj połączeń między warstwami, które tworzą pokrywę śnieżną – jeśli połączenie między dwoma warstwami jest złe, warstwa znajdująca się powyżej może ślizgać się po warstwie niżej położonej.
• Spójność (kohezja) śniegu wewnątrz warstwy śnieżnej.

Żeby powstała lawina, siły, które sprawiają, że śnieg ściągany jest w dół stoku, muszą być większe od tych, które zatrzymują go na miejscu. Jednak śnieg nigdy nie jest materiałem bezwładnym. Wręcz przeciwnie – znajduje się w stanie ciągłej ewolucji, nie przestaje się zmieniać pod wpływem warunków meteorologicznych. Zawsze jeden z typów sił dominuje: albo ten, który zatrzymuje śnieg na stoku, albo ten drugi, który wprawia go w ruch.

Powstanie lawiny zależy od...

• warunków terenowych,
• warunków śniegowych,
• warunków meteorologicznych.

Ukształtowanie terenu(orografia) jest ważnym czynnikiem zagrożenia lawinowego, gdyż wpływa na rozkład powierzchniowy pokrywy śnieżnej. W otwartym terenie, powyżej granicy lasu większa akumulacja śniegu występuje w kotłach i niszach położonych w osi najczęstszych prądów powietrznych; jest ona spowodowana nawiewaniem tam śniegu (np. Kocioł Gąsienicowy na zboczach Kasprowego Wierchu). Natomiast w głębokich kotłach osłoniętych od wiatru nagromadzenie śniegu jest wynikiem przede wszystkim zsuwania się mas śnieżnych z otaczających je stromych stoków (np. teren pod Świnicą). Szczególnie wyraźny ubytek (deflacja) śniegu w otwartym terenie powyżej granicy lasu zaznacza się na formach wypukłych położonych na osi najsilniejszych dolinnych prądów powietrznych.

Istotnymi cechami terenu wpływającymi na wyzwolenie lawiny są także nachylenie i ekspozycja stoków. Istnieje tzw. krytyczny kąt nachylenia terenu, zawierający się pomiędzy 20 a 50 st. To są najbardziej sprzyjające warunki lawinowe. Na stokach o nachyleniu powyżej 50 st. nie ma warunków do gromadzenia się większej ilości śniegu. Natomiast ekspozycja terenu wpływa na nierównomierny dopływ energii słonecznej, a to z kolei na temperaturę wewnątrz pokrywy śnieżnej, a w konsekwencji na tempo przeobrażania się kryształów i ziaren śniegu. Z badań przeprowadzonych w Tatrach wynika, że dna dolin i kotlin są około 1 st. C chłodniejsze od grzbietów i szczytów położonych na tej samej wysokości, a stoki o ekspozycji południowej są około 1 st. C cieplejsze od stoków o ekspozycji północnej. Oczywiście dopływ energii uzależniony jest również od pory dnia i roku. Wspominając o ekspozycji terenu trzeba zwrócić uwagę, że ważną rolę w powstawaniu lawin odgrywają stoki zawietrzne, ze względu na gromadzenie się w ich górnej części dodatkowych mas śniegu, przenoszonych przez wiatr ze stoków dowietrznych.

Także rodzaj i stopień pokrycia terenu przez szatę roślinną wpływa na zachowanie równowagi na styku podłoża i pokrywy śnieżnej. Podłoże gładkie (np. trawiaste) znacznie ułatwia zsuwanie się mas śniegu. Jeśli natomiast podłoże jest porośnięte drzewami czy kosodrzewiną, stanowi kotwicę dla pokrywy śnieżnej.

W śniegu wyróżniamy trzy fazy:

• stałą – lód w formie kryształów i ziaren śniegu;
• ciekłą – woda, jako powłoka wokół ziaren śniegu, gdy temperatura oscyluje wokół punktu topnienia, oraz wolna woda, która infiltruje w warstwy niżej położone aż do gruntu;
• gazową – powietrze zawarte w porach pomiędzy poszczególnymi kryształami i ziarnami śniegu lub para wodna.

Ta wielofazowa budowa pokrywy śnieżnej określa w znacznej mierze cechy i zachowanie się śniegu w jej wnętrzu. Procentowy udział powietrza, lodu czy wody w śniegu ulega ciągłej zmianie, co powoduje przeobrażenie kryształów i ziaren śniegu.

Warunki meteorologiczne są bardzo ważne, a zarazem zmienne, trudne do prognozowania. Na powstawanie lawin wpływają w szczególności:

• opady atmosferyczne, zwłaszcza śniegu,
• temperatura powietrza,
• wiatr,
• usłonecznienie.

Opady śniegu powodują powstanie i przyrost pokrywy. Za krytyczną wartość wysokości pokrywy śnieżnej, przy której mogą powstać lawiny, przyjmuje się 50 cm. Oczywiście znamy przypadki lawin, które powstały przy niższych wysokościach pokrywy śnieżnej, jak choćby ta wyzwolona przez człowieka 30 grudnia 2009 r. w rejonie Czarnego Stawu pod Rysami (2005 m n.p.m). W tym dniu na Hali Gąsienicowej (1552 m n.p.m.) wysokość pokrywy śnieżnej wynosiła 4 cm, a na Kasprowym Wierchu (1991 m n.p.m.) 46 cm. Trzeba pamiętać, że im więcej świeżego śniegu spadnie w krótszym czasie, tym prawdopodobieństwo powstania lawiny większe (krytyczna wartość to do 5 cm w ciągu godziny).

Przy długotrwałych i intensywnych opadach ważną rolę odgrywa stosunek przyrostu pokrywy śnieżnej do tempa jej osiadania. Śnieg świeżo spadły osiada szybko. W ciągu jednego do siedmiu dni wskutek osiadania ubywa przeciętnie 50 proc. początkowej wysokości. Powstanie nowej warstwy na starym podkładzie przebiega prawidłowo, jeśli przyrost jest wolniejszy, wówczas następuje dobre wzajemne wiązanie się kryształów śniegu. Zapewnia to pokrywie śnieżnej stan równowagi. Jeśli natomiast przyrost świeżej warstwy jest szybszy niż proces osiadania śniegu, wówczas dochodzi do zachwiania równowagi. Nagły wzrost nowej warstwy śniegu do wysokości około 30 cm jest sygnałem zagrożenia lawinowego.

Temperatura powietrzaprzede wszystkim wpływa na ogólne warunki opadowe w zimie oraz na temperaturę w pokrywie śnieżnej, czyli na intensywność metamorfozy śniegu i tworzenia się jego warstw. Śnieg jest złym przewodnikiem ciepła, toteż zmiana temperatury wewnątrz pokrywy śnieżnej odbywa się ze znacznym opóźnieniem. Rozkład temperatury w profilu śnieżnym jest nierównomierny i zależy od typu pogody (poza miesiącami wiosennymi, gdy w całym profilu temperatura oscyluje wokół zera). Badania wykazały, że przy napływie chłodnych i wilgotnych mas powietrza najniższa temperatura występuje na powierzchni śniegu, a najwyższa przy gruncie. W dni bezchmurne temperatura w profilu układa się inaczej. Najniższa temperatura w ciągu dnia występuje na głębokości od 5 do około 30 cm. Od tego poziomu temperatura wzrasta, zarówno ku górze, jak i w kierunku gruntu. Migracja cząsteczek pary wodnej w pokrywie śnieżnej odbywa się od dolnych, najcieplejszych warstw ku górze. Powoduje to porowatość i rozluźnienie dolnych warstw, co może wpływać na mniejszą stabilność pokrywy. Czasem niskie temperatury w górnych warstwach powodują powstanie tzw. szronu wgłębnego tworzącego bardzo niebezpieczną warstwę poślizgową.

Długotrwałe oddziaływanie niskich temperatur powietrza na pokrywę śnieżną przyczynia się do powstania zjawiska kontrakcji, czyli kurczenia się masy śnieżnej. Zauważalne są wtedy pęknięcia i szczeliny na powierzchni. Jeśli zaś pokrywa śnieżna poddawana jest przez dłuższy czas działaniu temperatur dodatnich, to następuje proces topnienia i przenikanie wody w głąb śniegu. Gdy krople wody nie napotkają na punkt zamarzania, powstaje śnieg mokry. Gdy zawartość wody w śniegu osiągnie 10 proc. i więcej, może dojść do samoistnego schodzenia lawin. Z taką sytuacją spotykamy się zwłaszcza na wiosnę.

Wiatr– jego kierunek i prędkość – w powiązaniu z warunkami terenowymi jest jednym z bardziej istotnych czynników sprzyjających powstawaniu lawin. Działanie wiatru polega między innymi na wywiewaniu i ubijaniu śniegu na stokach dowietrznych. Jednocześnie przenosi on i prowadzi do osiadania śniegu na graniach (nawisy) i stokach zawietrznych (kliny, poduszki). Rozdrabnia i rozbija kryształy śniegu podczas ich transportu. Badania wykazały, że duże prędkości wiatru w Tatrach związane są z różnymi sytuacjami synoptycznymi:

1. Z działalnością cyklonalną, z którą związane jest występowanie silnych wiatrów porywistych. Dochodzi wówczas do przenoszenia mas śniegu z miejsc wypukłych i akumulowania ich w miejscach wklęsłych;

2. Z tworzeniem się w rejonach górskich zaburzeń w cyrkulacji atmosfery spowodowanych barierą orograficzną gór i stwarzających dogodną sytuację do powstania ciepłego, suchego, silnego i porywistego wiatru spadającego w dół – halnego z maksimum występowania w sezonie zimowo-wiosennym. Wiatr halny oprócz przenoszenia śniegu powoduje gwałtowny wzrost temperatury powietrza, co w konsekwencji prowadzi do szybkich zmian w strukturze śniegu.

Usłonecznienie wpływa w bardzo silnym stopniu na klimat, gdyż decyduje o ilości dostarczanej energii cieplnej, a tym samym o innych czynnikach klimatu. Wielkość usłonecznienia uzależniona jest głównie od długości dnia i stopnia zachmurzenia. Czas trwania usłonecznienia jest elementem zmiennym, nie tylko z godziny na godzinę i z dnia na dzień, ale wykazuje różnorakie zmiany z roku na rok. Najwięcej energii cieplnej otrzymują stoki południowe o nachyleniu 40–45 st. Wraz ze zmianą ekspozycji i kąta nachylenia terenu zmienia się dopływ energii słonecznej. Najmniej ciepła otrzymują stoki północne, głębokie zacienione doliny i tereny tuż pod ścianami skalnymi. Na stokach nasłonecznionych występują wyższe temperatury powietrza i większe ich wahania w ciągu doby, co znacznie zwiększa zagrożenie lawinowe.

Lawiny w Tatrach Polskich

Pierwsze sporadyczne wzmianki o lawinach z obszaru Tatr Polskich można odnaleźć w źródłach historycznych z drugiej połowy XIX wieku ( np. Kronika parafii zakopiańskiej ks. Józefa Stolarczyka), są one jednak z oczywistych powodów szczątkowe i nie zawierają opisów zarówno charakteru lawiny, jaki i nawet dokładniejszej lokalizacji. Na początku XX wieku w literaturze (Mariusz Zaruski, Mieczysław Karłowicz) pojawiają się bardziej szczegółowe informacje o lawinach śnieżnych, są one jednak dalej wyrywkowe i mało dokładne. Dopiero powstanie Tatrzańskiego Ochotniczego Pogotowia Ratunkowego – organizacji niosącej pomoc ofiarom gór przynosi powstanie pierwszego regularnego i pełnego spisu wypadków lawinowych (Księga wypraw ratunkowych). Oczywiście informacje te dotyczą wyłącznie lawin skutkujących wypadkami. Pierwsze regularne obserwacje lawin zostały zapoczątkowane pod koniec lat pięćdziesiątych ubiegłego wieku przez Stację Badań Niwalnych IMGW na Hali Gąsienicowej (Kazimierz Chomicz, Maria Kłapowa) i trwały do końca lat siedemdziesiątych. Po prawie trzydziestoletniej przerwie zostały wznowione w roku 2005 i od tego czasu są prowadzone regularnie przez Sekcję Niwologii działającą przy oddziale krakowskim IMGW.

Stałe i regularne obserwacje schodzenia lawin mają kluczowe znaczenie przy wyznaczaniu torów lawinowych i obszarów zagrożonych, ale – przede wszystkim – są podstawowym elementem umożliwiającym bieżącą i późniejszą weryfikację prognoz stopnia zagrożenia lawinowego. Zgodnie ze standardami obowiązującymi także w krajach alpejskich system monitoringu powinien być wiarygodny (czyli dawać pełne zaufanie do otrzymanych informacji), poprawny (czyli gwarantować spełnianie przez te informacje ustalonych wcześniej wymogów) oraz systematyczny (czyli zapewnić jak największą regularność otrzymywanych danych, zarówno w zakresie czasu, jak i miejsca obserwacji). Dlatego przekazanie pełnej i poprawnej informacji o zaobserwowanej lawinie wymaga sporej wiedzy z zakresu śniegowo-lawinowego i z zagadnień terenoznawstwa, morfologii terenu oraz, rzecz jasna, bardzo dobrej znajomości obserwowanego obszaru. Dlatego już w latach pięćdziesiątych rozpoczęto ścisłą współpracę w tym zakresie z Tatrzańskim Parkiem Narodowym – informacje od pracowników terenowych TPN zarówno wtedy, jak i współcześnie stanowią spory procent wszystkich pozyskiwanych przez nas danych o lawinach. Wykorzystuje się w tej dziedzinie możliwości, jakie stwarzają nowe technologie – aparaty cyfrowe do dokumentacji fotograficznej czy odbiorniki GPS do lokalizacji torów lawinowych w celu ich późniejszego naniesienia na mapy cyfrowe. Jak wcześniej wspomniano, regularne obserwacje lawin wznowiono w roku 2005; od tego czasu minęło już siedem sezonów zimowych, można więc pokusić się o pewne statystyczne podsumowanie zebranych danych.

W okresie tym nasi obserwatorzy odnotowali w sumie 423 lawiny – najwięcej (90) w sezonie 2005/2006, najmniej (34) w sezonie 2007/2008. Oczywiście należy zdawać sobie sprawę, iż nie jest możliwe zaobserwowanie i odnotowanie wszystkich lawin schodzących w Tatrach – najwięcej danych otrzymujemy z obszarów często odwiedzanych podczas patroli terenowych, do których dotarcie jest możliwe nawet w trudnych warunkach. Dlatego w naszych obserwacjach dominują lawiny z rejonu dolin Suchej Wody (41 proc.), Rybiego Potoku (21 proc.) i Bystrej (12 proc.), a trochę niedoszacowane są zapewne doliny Chochołowska (9 proc.) i Kościeliska (6 proc.). Co prawda śnieg w Tatrach może występować w zasadzie w każdym miesiącu, jednak pod względem ilości lawin dominują zdecydowanie marzec i kwiecień, na które przypada po ok. 33 proc. wszystkich zaobserwowanych lawin, mniej ich występuje w lutym (16 proc.) i styczniu (9 proc.), w pozostałych miesiącach lawiny zdarzają się tylko sporadycznie. Pod względem rodzaju przodują lawiny deskowe (79 proc.), znacznie mniej jest lawin gruntowych (18 proc.), natomiast liczba zaobserwowanych lawin pyłowych jest znikoma (3 proc.). Zdecydowana większość została zainicjowana w sposób naturalny – w wyniku zmian zachodzących wewnątrz pokrywy śnieżnej (89 proc.), tylko w 11 proc. przypadków czynnikiem inicjującym byli ludzie lub zwierzęta.

Zgodnie z oczekiwaniami najwięcej lawin obserwujemy na stokach o wystawie północno-wschodniej (35 proc.) oraz północnej i północno-zachodniej (po ok. 12 proc.) – zwraca jednak uwagę całkiem spora liczba (17 proc.) lawin na zboczach południowo-wschodnich. Nie jest też zaskoczeniem fakt, że zdecydowana większość lawin schodziła na stokach o nachyleniu między 31 a 35 stopni (61 proc.) oraz 36–40 stopni (35 proc.) – na stokach o nachyleniu mniejszym niż 30 stopni lub większym niż 40 stopni lawiny obserwowano bardzo rzadko.

Z racji na charakter terenu w Tatrach zdecydowana większość (78 proc.) to lawiny o długości toru pomiędzy 100 a 1000 m (wg klasyfikacji lawinowej uważane za lawiny o średniej wielkości), znacznie mniej jest lawin małych, o długości toru do 100 m (13 proc.); lawiny duże, liczące ponad 1000 m, zdarzają się bardzo rzadko (3 proc.). Najwięcej lawin ma swoją strefę obrywu na wysokości pomiędzy 1500 a 18000 m n.p.m. (68 proc.), a więc w obszarze piętra kosodrzewiny, zdecydowanie mniej zaczyna się w piętrze hal na wysokościach pomiędzy 1800 a 2300 m n.p.m. (21 proc.), warto jednak odnotować całkiem niemałą (11 proc.) liczbę lawin rozpoczynających się poniżej przyjętej dla Tatr górnej granicy lasu, czyli 1500 m n.p.m.

I na koniec tej statystyki kilka informacji o miejscach, gdzie najczęściej obserwowano występowanie lawin. W naszym rankingu zdecydowanie przodują zbocza Skrajnej Turni spadające do Zielonego Stawu Gąsienicowego (24 lawiny), żleb z Marchwicznej Przełęczy do Morskiego Oka (16 lawin) i zbocza Żółtej Turni do Czarnego Stawu (12 lawin), znaczącą liczbę lawin odnotowaliśmy także na zboczach Pośredniej Turni w Dolinie Gąsienicowej, w spadającym z Opalonego Wierchu Białym Żlebku, żlebie spod Buli pod Rysami, żlebach spadających z Giewontu do Doliny Kondratowej czy na stokach Małego Kościelca w pobliżu pomnika Karłowicza. Oczywiście nie znaczy to, że gdzie indziej jesteśmy bezpieczni – wędrując po Tatrach, musimy pamiętać, że lawiny mogą nam grozić w zasadzie wszędzie powyżej górnej granicy lasu i w wielu miejscach poniżej tej granicy. Także fakt, że w jakimś miejscu dotąd nie odnotowywano lawin, nie daje gwarancji, że nigdy tam nie wystąpią – wystarczy wspomnieć choćby wielką lawinę, która zeszła w stronę Hali Gąsienicowej ze stoków Uhrocia Kasprowego w marcu 2009 r.

Zdajemy sobie sprawę, że powyższe obserwacje są niepełne, wydaje nam się jednak, że pozwalają na wyciąganie pierwszych wniosków dotyczących ogólnego charakteru lawin występujących w Tatrach. Mamy nadzieję ze kolejne lata pozwolą nam ulepszać metody obserwacji i dzięki temu lepiej poznawać specyfikę tego zjawiska, co będzie miało wpływ na zwiększenie bezpieczeństwa turystów wędrujących zimą po Tatrach.

Anna Fiema, Tomasz Nodzyński

Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej

Dział Służby Pomiarowo-Obserwacyjnej

Oddział w Krakowie