雪崩為什麼會在看似平緩的
斜坡上突然發生?
白皚皚、看似平緩的雪坡,表面上毫無危險的跡象。然而在它的底層,可能藏著一層肉眼看不見的「脆弱層」。多數雪崩據信都是從這厚度僅數十公分的層破裂開始的。
在後備國度(未經整備的山地斜坡)健行的一位冬季登山者。眼前是風已止息、寧靜美麗的雪坡。沒有任何足跡,看起來相當好走。
就在他一步一步往前走時,腳下突然傳來一聲低沉的「砰」,雪面出現裂痕。下一瞬間,整片斜坡像一塊板子一樣開始移動。
這就是雪崩。從外表看,直到那一刻之前都沒有任何異狀。
雪崩發生的原因,其實只有2個
積雪並非一次形成,而是層層堆疊。其中可能有一層特別脆弱易碎,一旦那層破裂,上方整層雪就會一起滑落。
坡度太陡或太緩,反而都不容易發生雪崩。30〜45度這個範圍,才是最危險的角度。
接下來就依序來看看這兩個原因。
原因1:雪層中隱藏的「弱層」
雪並不是一次全部堆積而成。降雪、停止、放晴後表層變質、再降雪,如此反覆之下,會形成好幾層性質不同的雪,堆疊出一種像「雪千層酥」的結構。
在這些層中,有時會出現一層結合力遠比周圍脆弱的層,稱為「弱層」。如果弱層上方持續堆積著結實堅硬的雪(稱為「雪板」),弱層就必須一直承受這些重量。到了某個瞬間,可能因為人的重量、震動,或弱層本身的變化,弱層就會破裂。一旦破裂,上方整塊雪板就會一起滑落。
由於弱層形成在雪的內部,光看表面無法判斷這片斜坡是否危險。專家會在斜坡上挖坑觀察剖面,或用手按壓雪層來確認弱層是否存在,但這需要專業知識與經驗。雪崩之所以可怕,正是因為「外表平靜」不代表「安全」。
原因2:斜坡角度存在「危險範圍」
在斜坡上滾球時,坡度緩的話球不太會滾動,坡度陡的話球馬上就會滾起來。斜坡上的積雪也是同樣道理,坡度愈陡,讓雪滑動的力量就愈強。
然而,雪崩發生頻率最高的,並不是接近垂直的懸崖般陡坡。大約30〜45度的斜坡,在統計上才是最危險的。原因有兩個。坡度平緩(不到15度)時,讓雪滑動的力量太弱,即使有弱層也不容易破裂。反之,在非常陡峭的斜坡(60度以上),雪無法持續堆積,會一點一點崩落,因此難以形成大範圍的弱層與雪板組合。
那該怎麼辦才好?
- 出發前先確認雪崩資訊與斜坡角度可透過雪崩資訊中心等單位發布的資訊,或用地圖、App事先查詢斜坡角度。
- 看起來危險的斜坡,不要多人同時通過要一個接一個、保持間隔通過。這是為了避免全員同時被捲入。
- 隨身攜帶雪崩訊號器、探測桿、鏟子這些是尋找被埋同伴的工具。光是攜帶還不夠,平時的使用練習也不可少。
如果被雪崩捲入,建議像游泳一樣揮動手腳,盡量讓自己停留在靠近雪面的位置。即將被埋沒之前,若能用手在嘴巴前方製造一個空間,據信可提高確保呼吸空隙的機率。
被埋沒者的生存率,據信會隨著時間經過而急遽下降。由於窒息是主要死因,周圍的人立刻展開搜救比什麼都重要。建議在撥打119報案的同時,也開始使用訊號器與探測桿進行搜索。
不過,也有前往救援的人自己在同一斜坡遭遇二次雪崩的案例。務必先在安全的地方確認路線,判斷是否有多處斜坡同時崩塌的風險,再展開搜救。
總結
雪崩之所以會在看似平緩的斜坡上突然發生,是因為①雪層中藏著看不見的弱層與②斜坡角度落在30〜45度這個最危險的範圍,這兩個條件同時成立所致。外表平靜並不能保證安全。
看起來愈平靜的斜坡,內部有時反而愈不平靜。
雪崩,正是從那看不見的一層開始。
被雪崩捲入、埋在雪中時,因無法動彈而持續流失體溫,據信同時也會提高罹患低體溫症的風險。
- 疊起5〜6本較厚的書或筆記本,在由下數來第3本左右的位置夾入一張光滑的紙(如資料夾用的透明文件夾)
- 慢慢將這疊書往一側傾斜,到了某個角度,夾紙上方的書會整批一起滑落
那張光滑的紙扮演著「弱層」的角色。下方的書不動,只有上方的書像一整塊一樣滑落,這個現象與雪板雪崩的發生方式非常相似。
想知道更多的人請看 ― 術語、公式與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目,明確標示各段內容的程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎」課程範圍
- 高中+高中「物理」,或教科書中屬於進階、專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目(雪冰學、破壞力學)的內容
- 研究連大學也不會當作「定論」教授、目前研究人員仍在探究中的內容
國中術語:與雪崩有關的詞彙
- 弱層:雪層中比周圍更脆弱、容易崩壞的層。
- 雪板:疊在弱層上方、結實堅硬的雪層。弱層一旦破裂,就會整塊滑落。
- 表層雪崩:只有雪表面附近的層滑落的雪崩。
- 全層雪崩:積雪整體從地面滑落的雪崩。據信在初春等氣溫上升的時期較常發生。
高中用公式驗證:斜坡角度如何影響力
位於斜坡上的物體,只有部分重力會作用在「使其滑動的方向」上。這可以用高中物理中力的分解概念來說明。
沿斜坡的力 = 重力 × sin(斜坡角度)
| 沿斜坡的力 | 使雪滑落的力量大小[N] |
| 重力 | 作用在雪塊上的重力(質量×9.8)[N] |
| 斜坡角度 | 相對於水平面的傾斜角度[°] |
角度愈大,sin值愈大,沿斜坡的力(使雪滑動的力)據信也愈大。
| 雪塊所受重力 | 100 × 9.8 = 980 N |
| 斜坡15°時 | 980 × sin15° ≒ 980 × 0.26 ≒ 253 N |
| 斜坡35°時 | 980 × sin35° ≒ 980 × 0.57 ≒ 560 N |
| 斜坡60°時 | 980 × sin60° ≒ 980 × 0.87 ≒ 849 N |
※ sin值使用取到小數點後兩位的近似值。
速度 = √(2 × 9.8 × 落差)
| 落差50m滑落時 | √(2 × 9.8 × 50)= √980 ≒ 31.3 m/s ≒ 113 km/h |
| 落差100m滑落時 | √(2 × 9.8 × 100)= √1960 ≒ 44.3 m/s ≒ 159 km/h |
這是忽略摩擦與空氣阻力所得出的理想上限估算值。實際速度會比這更慢,但在乾燥粉雪的雪崩中,據信有時確實會觀測到接近此數值的速度。這意味著雪牆會以與高速公路上汽車相同或更快的速度逼近。這不是人用跑的能逃過的速度。
高中+為什麼「太陡反而危險性下降」
從①②的計算來看,斜坡愈陡,滑動的力就會單調增加。然而實際雪崩發生頻率在30〜45度達到高峰,是因為除了力量大小之外,雪能在這個斜坡上堆積多少這項因素也牽涉其中。在非常陡峭的斜坡上,雪來不及大量堆積就會一點一點崩落,因此難以形成大範圍的弱層與雪板組合。「力學上滑動的力量強」與「實際上容易發生大規模雪崩」不見得是同一回事。
大學雪板為什麼會「整面」破裂
弱層的破壞被認為不是點狀或線狀,而是急速擴散至整個面的破壞傳播現象。弱層中一旦產生裂縫,這道裂縫會以接近音速的速度在層內傳遞,據信有時能在瞬間將破壞擴散到數十至數百公尺之外。這與雪這種材料特有的力學性質(脆性與韌性的平衡)有關,屬於大學雪冰學、破壞力學研究的內容。
研究目前尚未釐清的部分
- 弱層何時、會以多大的力破裂,事前要準確預測據信仍相當困難。 雪的內部結構因地而異,即使是同一片斜坡,相隔數公尺弱層的有無就可能不同。
- 精確模擬破壞會擴散到多遠、速度多快的研究,目前仍在發展中。 如何將雪這種材料複雜的力學性質準確納入計算模型,被視為一大課題。
- 氣候變遷將如何影響未來雪崩的發生型態,研究人員之間看法也不一致。 有人指出,積雪量與氣溫變化模式的改變,可能會改變弱層本身的形成難易度,但各地區的詳細預測仍在研究中。
與教科書的關聯(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・力的作用 | 斜坡上雪滑落的基本概念 |
| 高中 | 物理基礎・力的分解 | 用公式驗證①②的整體計算 |
| 高中+ | 物理・力學能、統計性現象的觀點 | 滑落速度的估算、角度與發生頻率的關係 |
| 大學 | 雪冰學・破壞力學 | 弱層破壞傳播的機制 |
| 研究 | 雪崩科學・氣候科學(研究中) | 破壞預測模型、模擬、氣候變遷的影響 |
| ― | 防災・戶外安全教育 | 雪崩資訊確認、訊號器・探測桿・鏟子、被埋時的應對 |
- 日本雪崩ネットワーク(日本雪崩網絡)等雪崩相關專業團體所發布,關於雪崩機制與安全對策的解說資料。
- 雪冰學教科書中,關於弱層、雪板雪崩、破壞傳播的一般性記述。
- 物理學教科書中,關於斜面上力的分解、自由落體與能量守恆的一般性記述。
- 山岳救援、戶外安全教育相關資料(關於被埋時應對方式、搜救器材的一般性記述)。
※ 質量、角度、落差等數值皆為理解機制所用的概算・假設值。實際雪崩的速度與規模,會因雪質、地形、氣象條件而大幅不同。
※本文為大眾科普解說。實際登山、滑雪的安全判斷,請遵循雪崩資訊中心等專業機構的資訊及專家指示。文中數值為理解機制所用的概算・假設值。