Молния в горах

Разбор для альпинистов — сведения, примеры и меры предосторожности

Среди объективных опасностей, с которыми альпинист может встретиться в горах, немалое значение имеет разряд молнии, подстерегающий его либо на вершине, либо на гребне - как раз на тех участках маршрута, которые обычно выбирают как наиболее безопасные для подъема. Число альпинистов, пострадавших от молнии в общем невелико, но очевидно, оно могло быть еще меньше, если бы они лучше представляли себе и свойства молнии, и те пути, которые она избирает.

По мере того, как с годами число альпийских экспедиций и групп везде возрастает, и они все чаще проникают в далекие полярные и тропические горные страны, вопрос о том, сколь опасна молния в тех или иных районах Земли и на различных участках горных маршрутов, становится все более актуальным. Так, например, есть сведения, что в горных районах Индонезии число грозовых дней может достигать 320 в году. Очевидно, привлекающие сейчас внимание альпинистов вершины Индонезии или, например Новой Гвинеи могут оказаться чрезвычайно опасны в отношении молнии.

Краткие сведения о молнии

Молния - сильный и очень кратковременный электрический разряд между облаком и землей (или между двумя облаками) состоящий из нескольких отдельных ударов. В каждом из них, за время в несколько микросекунд протекает электрический ток в 5-20 килоампер, иногда до 100 килоампер. Длина канала молнии в среднем около 5 км, в отдельных случаях до 14 км - таково может быть расстояние между порождающей электрический заряд частью грозового облака и местом удара на Земле. Между облаком, заряженным отрицательным зарядом, и землей, которая под ним заряжена положительно, молния возникает, когда разность потенциала - электрическое поле между ними-становится достаточно большой. Вначале проходит от облака вниз почти невидимый слабый разряд - «лидер» - со скоростью всего 150 км/сек, прокладывающий ионизованный путь для последующих ударов молнии. Этот путь - «канал» - имеет толщину всего в несколько миллиметров. Но нему затем проходит основной, возвратный (от земли к облаку) удар, уже с большой скоростью, в среднем около 50 тыс. км/сек. За одну вспышку молнии, длящуюся несколько десятых секунды, может пройти несколько таких ударов (до 20), обычно все более и более слабых.

Первый «лидер» по дороге вниз часто ветвится, тогда и удары молний ветвятся, исходя из нескольких точек поверхности Земли и сливаясь вверху в один поток. Для того чтобы возник такой разряд молнии, нужно, чтобы произошло разделение зарядов - появление большого положительного заряда в верхней части облака и отрицательного в нижней, ближайшей к Земле. Такое разделение происходит только в высоком грозовом облаке, внутри которого имеется сильное восходящее движение воздуха.

Если альпинист и не знает прогноза погоды, то может довольно легко проследить развитие и приближение грозового облака - большой клубящейся динамичной облачной массы с темным основанием и ярко-белой вершиной (на солнце), быстро развивающейся вверх. Когда на большой высоте из этой вершины выбрасываются во все стороны полосы более тонких и легких перистых облаков, из основного облака начинают выпадать осадки в виде хорошо видимых издали полос - дождь, снег или нередко снежная крупа. Этот момент отмечает как раз начало опасных электрических явлений. Именно приближение такого облака предвещает грозу, шквалистый ветер и молнии. Под таким облаком или иногда сбоку от него электрическое поле усиливается и может порождать молнии.

Гроза

Для образования грозового облака необходимо, как сказано, развитие восходящих воздушных потоков. Они возникают, например, днем над более нагретыми солнечными лучами склонами гор, но соседству с которыми наводятся более холодные фирновые поля или просто склоны, находящиеся в тени, над освещенными скалистыми участками и т. п. Пересеченная местность поэтому всегда сравнительно благоприятна, для развития таких гроз. Их называют «местными» или «тепловыми», и они обычно к ночи кончаются. Нередко грозовые облака развиваются и на холодных фронтах атмосферы, которые в свою очередь. как выражаются синоптики, «обостряются», приближаясь к горной стране. Эти так называемые фронтальные грозы, связанные с притоком холодного и неустойчивого воздуха, могут разражаться вечером и ночью и продолжаться сутками. Очевидно, и грозовая активность, и вероятность разрядов молнии больше в горных районах по сравнению с равнинными. В то время, например, как в Одессе бывает в среднем в году 21 день с грозой, в Ессентуках-25, в Тбилиси число их доходит до 37, а в Гудаури, близ Крестового перевала,- до 39. Еще больше их в Карпатах - до 50-55 в году.

Замечательно, что в Высоких Татрах разряды молнии поражают более всего юго-западные, западные и северно-западные склоны гор, т. е. ту сторону. откуда приходят с холодными фронтами наиболее влажные и неустойчивые атлантические и полярные воздушные массы. Еще значительнее нарастает число гроз и более высоких горных системах мира. Так, в Средней Азии грозовая активность резко увеличивается от степей Узбекистана и Южного Казахстана на юг. Она достигает максимума в горах Каракорума и Кашмира, в особенности весной. Лето здесь, наоборот, бедно грозами. В Андах Южной Америки число дней с грозами в летний сезон (декабрь-февраль) подрастает от 10 дней и предгорьях до 80 в наиболее высокой части, где, таким образом, гром гремит почти каждый день. Наблюдения аргентинской обсерватории показали, что наибольшее число грозовых разрядов возникает в двух очагах-в окрестностях вершин Аконкагуа и Охос-дель-Саладо. Вероятность грозы тут наименьшая утром (около 8 часов) и возрастает к 14 часам, после чего она хотя и падает несколько, но остается значительной и вечером между 20 и 1 часом ночи.

Поздние вечерние летние грозы, и особенности к более южном поясе широт, между 35 и 40°, характерны и для Кавказа, и еще более для Средней Азии, как показывает большая собранная в СССР статистика гроз. Грозовая опасность наиболее сильна, конечно, в горах экваториальной зоны земного шара. Так, в Кении среднее число гроз доходит до 240 в году, а в Индонезии, как мы упоминали выше, до 320, так что практически там громит гром после полудня каждый день. Горные страны и области отличаются как повышенным числом грозовых дней, так и большим числом разрядов. В то время, как, например, в районе Ростова число разрядов порядка 200 на 100 кв. км в год, над Кавказом их число превосходит 500 в год на кв. км (в этом отношении повышенным числом разрядов выделяется и Урал). Если в разряде молнии следуют один за другим несколько ударов, то в горных условиях такие удары идут быстрее чем при грозе на равнинах - очевидно, заряд в облаке восстанавливается в горах скорее.

Горные грозы продолжительнее равнинных, и их средняя длительность доходит, например, в Грузии до 2,4 час. по сравнению с 2 час. на северо-западе нашей страны. Еще сильнее они различаются по интенсивности. Число разрядов, отмеченных в округе пика Терскол (3120 м) грозорегистратором за два летних месяца, достигало 10 000 по сравнению с 2000 таких отметок в районе Ленинграда. Заметим, что в различных областях Азербайджана проведены наблюдения, которые показали, что число поражений молний увеличивается до высоты 1000-1500 м над ур. м.. а выше снова убывает. Аналогично очень велико число разрядов и в южных Альпах, сравнительно менее высоких.- больше, чем в Центральных Альпах, возможно, из-за близости такого очага богатых грозами циклонов, каким является Генуэзский залив Средиземного моря. Южные Альпы - самая грозовая область Европы. Таким образом, простой зависимости гроз от высоты гор не существует.

Возникновение разряда

В обычном состоянии воздух - хороший изолятор, но под действием усиливающегося электрического поля он ионизуется и становится постепенно хорошим проводником. По мере усиления этого процесса, когда градиент потенциала достигает примерно 30 000 вольт/см, происходит «пробой» - проскакивает искра, рождающая молнию. Электрическое поле над горной страной, над которой проходит заряженное в своей нижней части отрицательным зарядом грозовое облако, довольно сложное. Градиент потенциала мал над долинами (Е. Р. Двали в Тбилиси доказала статистически, что в узких глубоких ущельях Закавказья грозы сравнительно редки) и гораздо сильнее над острыми вершинами и даже над отдельными выступающими скалами. Здесь и возникает сначала разряд- электричество стекает постепенно с вершин в виде так называемого тихого или коронного разряда, который в темноте светится голубоватым светом. Это явление в средние века получило название огней святого Эльма.

Если заряженное облако приближается и поле усиливается, то может наступить пробой: сначала вверху, в облаке, затем ниже возникает «лидер», о котором мы говорили в начале статьи, а затем и главный удар молнии. В его довольно тонком канале температура достигает 15 000-30 000°, канал затем как бы взрывается и дает сильный раскатывающийся гром. Как показали наблюдения, проведенные в Швейцарии, чаще всего происходит разряд между облаками, и реже между облаком и вершиной. Но именно этот последний вид разряда и важен для нас. Такая цепь явлений-усиленная ионизация-коронный разряд - главный разряд,- конечно, вероятнее всего происходит у вершин и отдельных скал, которые как бы привлекают молнию. Менее выступающие части рельефа не так опасны в отношении прямого удара. Остроконечная вершина или гребень походит на громоотвод, и альпинист, не успевший спуститься с вершины при приближающейся грозе, может быть опасно поражен молнией. Но если он находится значительно ниже возвышенности или невдалеке от нее, он уже не может получить прямого удара молнии.

Большую опасность представляют тогда токи, идущие по земле, о защите от которых речь будет идти дальше. Протяженность зоны защиты от прямого удара может быть оценена из имеющегося опыта применения громоотводов. Выступы должны превышать в 5-10 раз высоту защищаемого объекта, а последний не должен быть удален по горизонтали на расстояние, большее высоты этого выступа. Очень близко к нему находиться тоже нельзя, так как есть риск явиться причиной отклонения траектории разряда молнии. (У подножия 15-метрового выступа зона защиты приблизительно простирается на 2-15 м от его основания.) В грозу, как правило, поражаются наиболее высокие точки местности, в том числе даже снежные вершины гор.

В 1940-1941 гг. А. Э. Дольников установил на вершинах Кавказа на высотах от 3000 до 4300 м 17 молниеулавливателей, из них менее чем за год 13 зарегистрировали удары молнии. Практически все вершины опасны. Однако каждый раз место удара молнии зависит от взаимного положения заряженного облака и вершины. Если облако находится ниже вершины, то какая-то точка на ее склоне может вызвать разряд. Так, близ вершины Сан-Сальваторе в Швейцарии (высота 640 м) наблюдался в 1959 г. почти горизонтальный разряд длиной около 2 км между вершиной и облаком, причем «лидер» распространялся необычным образом-от вершины, а последующий главный удар-от облака к земле. В подобных редких случаях и более удаленные от вершины участки гребня могут привлечь молнию.

Близ выступающих скал по мере приближения грозового облака и нарастания разницы потенциалов в воздухе можно услышать характерный слабый треск или шорох, а в темноте можно увидеть голубоватое свечение - огни святого Эльма - на скалах, коньке палатки, на шапочках людей и пр. Неоднократно альпинисты наблюдали такие огни, даже если грозовое облако было еще очень далеко, порой даже при ясном небе. Потрескивание или наличие коронного эффекта еще не указывает на большую вероятность разряда молнии, но должны рассматриваться как серьезное предупреждение, особенно если в окрестностях стали видны грозовые облака.

Следует помнить, что снег и лед - лучшие изоляторы, чем скалы, и на них вероятность разряда значительно меньше. Но и там следует соблюдать осторожность (при восхождении на Джаловчат в 1930 г. альпинисты пострадали от удара молнии, хотя вершина была покрыта метровым слоем снега).

Некоторые примеры

В августе 1949 г. группа альпинистов из лагеря «Накра» делала восхождение на Куармаш (3721 м) и поставила свои палатки вечером на склоне несколько ниже вершины, близ небольшого скального выступа. Палатки были поставлены на ледорубах. Ночью разразилась гроза, во время которой у участников, находившихся вне палатки, светились волосы. В час ночи один из восходителей увидел из палатки, что между головками ледорубов проскакивают искры. Когда он высунул руку из палатки, чтобы отбросить ледорубы, блеснула молния, и он почувствовал удар. На руке остался ожог. В этом случае палатка несколько защищала участников от поражения молнией

В 1950 г. группа В. и М. Борушко траверсировала Уллу-Тау-Чану. На участке между западной и центральной вершиной над ними разразилась гроза с сильным ветром и пургой. Выйти на гребень было невозможно из-за сильных грозовых разрядов. Внезапно в выступ на гребне, высотой всего несколько метров, в 50 м от группы, ударила сильная молния. Участники почувствовали довольно сильный электрический удар, в частности один из них почувствовал удар от левого локтя, которым он прикасался к скале, вниз по левой стороне туловища. После удара молнии с гребня обрушилась груда камней, и верхушка выступа оказалась разрушенной приблизительно на полтора метра. Участники, очевидно, были поражены земным током, распространявшимся от места удара молнии.

Опасность молнии для людей

При ударе молнии последствия зависят от количества протекшего электрического заряда и от части тела, подвергнутой его действию. Как уже сказано, один удар молнии длится менее тысячной доли секунды. Ток в несколько ампер может проходить короткое время через тело, не причиняя того вреда, который может оказать, например, ток в сотые доли ампера во время длительного контакта с электропроводом. Тем не менее большая опасность таится в возможности нарушения током таких жизненно важных функций организма, как работа сердца и дыхание. Он вызывает судороги или вынужденные сокращения мышц, в частности, сердце может нарушить свой ритм или остановиться.

Воздействуя на головной и спинной мозг или на другие нервные центры, ток может вызвать потерю сознания или остановку дыхания. Сильный ток большей длительности может причинить вместе с тем глубокие ожоги. Повреждения зависят и от пути прохождения тока по телу: ток относительно слабый, идущий, например, от руки к голове через сердце (как это было в группе Борушко) - очень опасен, но можно выдержать почти без последствий ток более сильный, проходящий от одной ноги к другой через стопы или от плеча к руке и т. д., и то время как сердце, головной и спинной мозг не поражаются.

Альпинист, попавший в грозу, может подвергнуться дополнительному риску: легкое сотрясение, которое не было бы опасным в других обстоятельствах, в горах приведет к потере контроля над телом, хотя бы и кратковременной, а потеря равновесия может повлечь за собой падение.

Формы поражения электрическим разрядом

Прямое поражение молнией обычно угрожает альпинистам находящимся на предвершинном гребне или в каком-либо незащищенном или возвышенном месте. Человеческое тело действует тогда как громоотвод и привлекает молнию. Этот случай почти всегда фатален. Электростатическая индукция. Молния перераспределяет градиент потенциала в окружающих ее областях атмосферы, и это изменение также порождает токи в теле. Токи эти ощущаются в виде покалывания в пальцах ног или других точках контакта со скалами. Земные токи, появляющиеся вблизи места удара молнии. С этим случаем люди, находящиеся в горах, сталкиваются наиболее часто. Чтобы защищаться от этих токов, нужно знать, что это за явление.

Как мы уже писали, разряду между облаком и землей предшествуют более слабые начальные разряды, называемые «лидерами», по пути которых затем проходит один или несколько основных ударов обычно от земли к облаку (хотя кажется, что молния распространяется сверху вниз). В промежуток времени между этими мощными ударами по каналу молнии проходит ток более слабый (от 50 до 1000 ампер). На скале ток «ищет» путь наименьшего сопротивления. На крепких прочных скалах, особенно если они снаружи влажны, путь наименьшего сопротивления проходит в основном по их поверхности, с тенденцией скорее «перепрыгивать» мелкие углубления, чем следовать по их контуру. Пятна лишайников, сырые расщелины, земля и корни растений обладают меньшим сопротивлением, и, следовательно, большая часть тока последует именно по ним. Там, где ток идет по поверхности скалы, между любыми двумя соседними точками этой поверхности существует разность потенциалов. Человек, касающийся телом этих двух точек, «предлагает» току путь более предпочтительный - с меньшим сопротивлением,- и по нему пройдет часть тока. Величина тока будет зависеть от относительной величины сопротивления скалы и участка тела, изоляции тела от скалы рукавицей, одеждой или другим материалом и, наконец, от расстояния между точками контакта тола со скалой.

Чем дальше эти точки друг от друга, тем больше разность потенциалов и сильнее ток проходящий по телу. Человеческое тело имеет сопротивление порядка 100000 ом от руки к руке, когда кожа, которая создаст большую часть сопротивления,- сухая. Сырость и загрязнение могут понизить сопротивление до 5000 ом и менее. Очевидно, быть в сухой одежде относительно безопаснее, чем в мокрой. Опасность земных токов сильно уменьшается с расстоянием от точки удара молнии: около скальной прочной вершины градиент потенциала и плотность тока более высоки, чем в нижней части возвышенности; в 150 м ниже его эффект в 10 раз слабее, чем в 15 м от вершины. При расстоянии менее 15 м значительно увеличивается шанс подвергнуться прямому удару молнии.

Некоторые меры предосторожности

1. При приближении грозы в горах необходимо избегать вершины или гребня, а также плоского ровного места, не защищенного от электрического разряда.
2. Если замечено приближение грозы, надо спуститься с вершины и удалиться на возможно большее расстояние от опасных мест гребня и от всех выступающих скал. Мелкая осыпь неплохо изолирует и является хорошим убежищем, если над ней не нависают скалы.
3. Если гроза неизбежна, нужно искать спешно место, защищенное как от прямого удара, так и от земных токов. Склон или даже просто возвышение, доминирующее над всеми соседними, дает некоторую защиту от прямого удара. От вертикальной скалы следует садиться не ближе метра, а предпочтительнее даже несколько дальше. Скала должна быть в 5-10 раз выше укрывающегося около нее человека, и максимальное расстояние человека от нее не должно превышать высоты ее. Опасно соседство с пятнами лишайников, с вертикальными трещинами в скалах, влажными и заполненными землей. Следует избегать также щелей, навесов и гротов, в которых нельзя устроиться далее чем в одном метре от стены и потолок которых ниже чем 3 м над головой. В пещере, опасна внутренняя щель, идущая сверху и пропускающая воду. Опасно также стоять около входа в пещеру, так как там имеется риск «замкнуть» собой отверстие входа. В грозу чувство безопасности, которое даст маленькая пещера или нависающая скала,-обманчиво. Следует избегать садиться в углубления диаметром менее 1,5 м: разряд может «прыгнуть» через такое углубление, проходя через тело.
4. Положение присевшего на корточки предпочтительнее, чем стоящего человека: более короткое расстояние между точками контакта со скалой ослабляет ток. Следует избегать все же положения, в котором голова, рука, плечо или торс касаются скалы.
5. Изолировать себя от скалы или почвы можно посредством любого подручного изолирующего материала. Моток капроновой веревки-прекрасный изолятор в сухом виде и неплохой изолятор - в мокром, так же как обувь с резиновой подошвой (без обивки), одежда, сложенный спальный мешок, рюкзак или сложенная рубашка. Сухие предметы всегда гораздо лучшие изоляторы, чем мокрые, поэтому старайтесь по возможности поддерживать с помощью накидки в сухом виде свою одежду и руки. Отдельный плоский камень, достаточно широкий, чтобы усесться на нем с ногами, также является неплохим местом для пережидания грозы.
6. На маленькой полочке, где есть риск упасть в случае потери сознания или судорог в мышцах, альпинист должен обеспечить свою безопасность. Страховочная капроновая веревка здесь предпочтительнее пеньковой. Точка прикрепления ее к скале должна находиться как можно ближе, чтобы уменьшить разность потенциала, могущую возникнуть вдоль веревки, и веревка по возможности должна мало провисать для лучшей изоляции от скалы.
7. В случае приближения грозы вспомните, какова величина зоны расчетной вероятности поражения, и избегайте такой опасной зоны. Риск минимален, когда веревка связки капроновая и сухая, когда спускаются, касаясь скалы только ногами, а ноги ставят одну около другой. Нет необходимости выбрасывать крючья и другие металлические предметы - их наличие очень мало добавляет к опасности. Металл, как таковой, не «привлекает» разряды. Тело альпиниста имеет меньшее электрическое сопротивление по сравнению, например, с ледорубом, а поэтому человек скорее становится громоотводом, чем ледоруб. Сопротивление последнего около 500000 ом между головкой и штычком в мокром состоянии и в сто раз больше - в сухом. (относится к старым, нецельнометалическим ледорубам. прим. Э.М.) Держите ледоруб, как обычно, и вы ничего не добавите к имеющейся вероятности разряда.