作者：亚历克斯·洛帕特卡

编译：纯珍

图片来自：Ruedi Flück

在专业滑雪运动员的帮助下，研究人员从瑞士阿尔卑斯山的雪崩中获取了裂缝扩张数据。

当埋在粘性雪板下面的多孔、相对薄弱的雪层发生机械故障和开裂时，就会发生雪崩。如果雪板在足够陡峭的斜坡上，摩擦将不再支撑板的重量，剪切力将推动板滑动。这种机制，首次发表在 1979 年的一篇论文中，但是并没有解释为什么雪崩可以起源于相对平坦的地形，以及为什么有些雪崩是由远程干扰引发的。

为了解释这些情况，2008 年提出了第二个理论，将深地震思想应用于地球表面的雪崩。当多孔材料受到压力时，如雪板上方的薄弱埋层，它的体积坍塌会导致抗裂——一种封闭裂缝面的压缩断裂。下层的崩塌然后弯曲并移动上覆的板形成雪崩。

尽管努力协调这两种机制，小规模实验和大规模观察的结果仍然不同。这种规模依赖性表明压裂方式从一种过渡到另一种方式。在地震学研究中，Robert Burridge 在1973 年和 DJ Andrews 在1976 年首次考虑了类似的转变——从接近瑞利波的速度破裂到超剪切裂纹扩展。在公认的 Burridge-Andrews 模型中，超剪切裂纹扩展的特征是子裂纹的传播速度比母裂纹快，速度高于地震剪切波速度。

现在，Bertil Trottet）、Johan Gaume（达沃斯的瑞士联邦森林、雪地和景观研究所）及其同事在雪断裂的数值模拟和大规模雪崩测量中发现了 Burridge-Andrews 机制的证据。结果表明，雪崩可能比以前认为的更类似于地震。

研究人员在 2015-16 年冬季在达沃斯设计并进行了雪断裂实验。从平坦地形和 30° 坡度收集的数据表明，薄弱雪层的裂缝传播速度低于剪切波速度，这与他们的模拟一致。在那个空间尺度和坡度上，没有观察到超剪切裂纹扩展状态的过渡点。

为了研究更大规模的裂缝并寻找自然状态的变化，研究人员在一名专业滑雪板运动员从瑞士瓦利斯的山脊上跳下后，监测了阿尔卑斯山薄弱的埋藏雪层的破裂情况。跳跃的冲击引发了42°斜坡上的干雪雪崩。高速摄像机镜头证实了超剪切传播机制。这意味着，当坡度角超过30°时，预计将出现两种类型的开裂状态之间的过渡，即静摩擦力不再能保持雪静止。

新发现可能会影响易发生雪崩的山区的灾害管理。对于陡坡，雪崩预测模型可能只需要关注超剪切状态，不需要对较缓斜坡地形中的抗裂状态进行明确建模。

文章来源：https://physicstoday.scitation.org/do/10.1063/PT.6.1.20220804a/full/