Современная геодинамика и гелиогеодинамика. Природные катастрофы и организация превентивных мероприятий при чрезвычайных ситуациях

Cyan Magenta Yellow Black Registration Face OBLOGA

Н.В. ЗАДОНИНА В.А. САНЬКОВ К.Г. ЛЕВИ

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА И ГЕЛИОГЕОДИНАМИКА ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРЕВЕНТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

ИРКУТСК 2004

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЗЕМНОЙ КОРЫ

Н.В. Задонина, В.А. Саньков, К.Г. Леви

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА И ГЕЛИОГЕОДИНАМИКА ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРЕВЕНТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ Книга IV

Учебное пособие

ИЗДАТЕЛЬСТВО ИРКУТСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

2004

УДК 504.4:504.7 Рецензенты: Булнаев А.И. - доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геофизики и геоинформатики Иркутского государственного технического университета; Семенов Р.М. - доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры мостов и транспортных тоннелей Иркутского государственного университета путей сообщения; Орел Г.Ф. - кандидат географических наук, доцент кафедры географии Иркутского государственного педагогического университета.

Редактор, ведущий специалист издательства ИрГТУ Компьютерный набор Верстка цветных иллюстраций и обложки

Е.М. Сякерская Н.В. Задонина М.С. Якубчук

Задонина Н.В., Саньков В.А., Леви К.Г. Современная геодинамика и гелиогеодинамика. Природные катастрофы и организация превентивных мероприятий при чрезвычайных ситуациях: Учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004.- Кн. IV.- 86 с., 10 ил. Изложены теоретические представления о природе катастроф, даются основные сведения о необычных природных явлениях, развитие которых может приводить к катастрофическим последствиям. Описание природных катастроф сопровождается интересными историческими фактами. Рассмотрены понятия «риск» и «ущерб», а также вопросы организации системы защиты населения России от чрезвычайных ситуаций. Предназначено для студентов старших курсов геологических, геофизических и естественно-научных специальностей высших учебных заведений; может быть полезно также специалистам, занимающимся вопросами природных катастроф и методов борьбы с ними.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ – проект 01.96 0.12.249.0, ИГ СО РАН-101/2003, ФЦП «Интеграция» - проект Б0009, РФФИ проект 02-05-22055 НЦНИ, интеграционного проекта и БОМСЭ ГС СО РАН

ISBN 5-8038-0303-0

© Н.В. Задонина, В.А. Саньков, К.Г. Леви, 2004 © Иркутский государственный технический университет, 2004

ВВЕДЕНИЕ Данное учебное пособие продолжает цикл книг под общим названием «Современная геодинамика и гелиогеодинамика». Цикл начинала книга «Современная геодинамика и гелиогеодинамика», в которой были рассмотрены теоретические основы этого научного направления. Вторая книга – «500-летняя хронология аномальных явлений в природе и социуме Сибири и Монголии» - знакомила читателя с историей региона и показывала, как могут быть использованы исторические хронологии для выяснения периодичности проявления широкого комплекса природных процессов, протекающих во всех геосферах. Третья книга цикла – «Сибирские природные феномены в панораме окружающего мира. 500-летняя хронология» - готовится к изданию параллельно с данным учебным пособием; призвана раскрыть перед читателем возможности сравнительного пространственно-временного статистического анализа хода природных процессов. В данном пособии авторы акцентируют внимание не только на разновидностях опасных природных процессов, но и средствах защиты от них. При написании перечисленных учебных пособий широко использовались материалы Байкальской опытно-методической сейсмологической экспедиции ГС СО РАН. Перечисленные книги представляют собой учебный материал для чтения лекций и проведения со студентами самостоятельных лабораторных работ в рамках курса «Геофизика чрезвычайных ситуаций», который читается для студентов специальности «Геофизические методы поисков и разведки месторождений полезных ископаемых». Стихийные бедствия - это постоянно действующий отрицательный фактор в жизни и деятельности человека на Земле. Землетрясения, цунами, извержения вулканов, лавины, оползни, наводнения, ураганы ежегодно наносят ощутимый материальный ущерб мировому сообществу и приводят к многочисленным человеческим жертвам. Изучение закономерностей проявления природных катастроф, районирование территории проживания и хозяйственной деятельности человека по уровню опасности тех или иных катастрофических явлений приобретает все большее значение в связи с ростом народонаселения, применением потенциально опасных технологий в производствах. При рассмотрении природных явлений, негативно сказывающихся на условиях существования человечества, выделяют такие характеристики, как риск возникновения катастроф и ущерб от их воздействия. Это социально-экономические категории, обоснованная оценка которых позволяет принимать сбалансированные решения на самых различных уровнях - от мирового сообщества до отдельного индивидуума. Решения касаются, во-первых, организации превентивных мер по управлению риском от природных катастроф, то есть его снижению, и, во-вторых, организации мероприятий по ликвидации последствий стихийных бедствий.

3

Глава 1. СВЕДЕНИЯ О МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КАТАСТРОФ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ОПАСНОСТЕЙ

Под катастрофами во многих отраслях знаний понимают скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. Теория катастроф как научное направление впервые заявила о себе в начале семидесятых годов. В тот период появились работы по теории катастроф применительно к проблемам психологии, гидродинамики, экономики, геологии, экологии, теории элементарных частиц, политики и т. д. Основоположником математической теории катастроф считают французского тополога Р.Тома, а ее источниками - теорию особенностей гладких отображений Уитни (исследование наборов нескольких функций нескольких переменных на максимум и минимум) и теорию бифуркаций динамических систем Пуанкаре и Андронова (бифуркации - это качественные перестройки или метаморфозы различных объектов при изменении параметров, от которых они зависят). Длительное время считалось, что теория катастроф способна лишь качественно отражать явления, между тем математические модели катастроф могут выделить некоторые общие черты различных явлений при скачкообразном изменении режима сис-

темы в ответ на плавное изменение внешних условий (Арнольд, 1990). Применение теории катастроф состоит в установлении управляющих и внутренних параметров исследуемой системы, которые формируют ее пространство состояний. Состояния равновесия образуют в этом пространстве поверхность катастроф. Именно ее отображение на плоскость управляющих параметров позволяет получать бифуркационную кривую и, следовательно, изучать и прогнозировать внезапные катастрофические изменения объекта при трансформации управляющих параметров. Теорию катастроф предлагается использовать для исследования природных и природно-техногенных геологических процессов. В качестве управляющих параметров Д.А. Спиридоновым (2000) рассматриваются природные и техногенные факторы этих процессов. Внутренний параметр выражает состояние процесса. Вкладывая общий качественный смысл в сценарии трансформации таких фазовых осей, можно содержательно обосновывать зависимости между параметрами и состоянием процесса, которые отражены графически в виде поверхности катастроф (рисунок). Состояние процесса

В

А

Природные факторы Бифуркационная кривая

Техногенные факторы

Исследование динамики геологических процессов на основе катастрофы типа «сборка» (Спиридонов, 2000): А-В - переход от состояния устойчивого равновесия к состоянию неустойчивого равновесия 4

Анализ последней позволяет сделать вывод, что при невысоком техногенном воздействии динамика процесса будет развиваться по плавной траектории в образованном пространстве; при этом не наблюдаются резкие качественные изменения. Однако при определенном сочетании интенсивного техногенного воздействия с действием природных факторов возможны внезапные катастрофические изменения в динамике геологического процесса. Это значит, что состояние процесса изменится скачком. Бифуркационная кривая, являющаяся полукубической параболой, представляет собой бифуркационное множество значений управляющих параметров геологического процесса и делит плоскость этих параметров на две области: неустойчивого равновесия внутри кривой и область устойчивого равновесия вне ее. Следовательно, сочетания определенных значений природных и техногенных факторов, влия-ющих на геологический процесс, могут принадлежать этим областям и разделяющей их границе устойчивости.

Устойчивое равновесие - это установившийся режим процесса, причем при его слиянии с неустойчивым положением равновесия возможно катастрофическое развитие процесса, т.е. система скачком переходит на новый режим. Точка равновесия внутри бифуркационного множества - это опасное природное состояние. Следовательно, область неустойчивого равновесия представляет собой область опасности, и именно в границах бифуркационной кривой возможно резкое изменение состояния процесса. Реализация опасности в виде некоторого процесса соответствует перестройке его фазового портрета, что проявляется в расхождении траекторий от точки равновесия в определенные области фазового пространства. В динамическом аспекте такой подход дает возможность определить, почему соответствующая трансформация факторов иногда вызывает, а иногда не вызывает катастрофические изменения, и идентифицировать, при каких сочетаниях факторов это происходит (Спиридонов, 2000).

5

Глава 2. ГЛАВНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ОПАСНОСТИ И НЕОБЫЧНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Основные виды природных опасностей можно подразделить на три группы: космические, гидрометеорологические и геологические. В общих чертах они были рассмотрены в книге «Современная геодинамика и гелиогеодинамика» (Леви, Язев, Задонина и др., 2002), в данном учебном пособии эти явлениям описываются более подробно и рассматриваются проблемы разработки превентивных мероприятий защиты от опасных природных процессов. 2.1. Космические опасности В этом параграфе некоторые аспекты темы перекликаются с главами первой книги учебного пособия «Современная геодинамика и гелиогеодинамика» (Леви, Язев, Задонина и др., 2002). В данной работе авторы сохранили их основное содержание, но попытались расширить рамки вышесказанного, дополнив текст иллюстрациями и таблицами, отсутствующими в упомянутой книге. Космические опасности подразделяются на опасности от дальних и близких космических источников, в том числе от космических «пришельцев» или «скитальцев» – комет, болидов, астероидов, метеоритов и метеороидов. 2.1.1. Опасности от дальних космических источников Гамма-всплески. Телескопы, работающие в гамма-диапазоне, регулярно фиксируют всплески гамма-излучения. Природа этого излучения до конца не выяснена. Источник излучения находится за пределами нашей Галактики, но расчеты показывают, что в случае возникновения аналогичного гамма-всплеска в пределах Галактики уровень излучения может оказаться губительным для многих компонентов биосферы Земли.

Взрывы на магнетарах. В сентябре 1998 г. искусственным спутником Земли был обнаружен сверхмощный всплеск гамма-излучения, который пришел от так называемого магнетара, расположенного на расстоянии 20 000 световых лет от Солнечной системы; это событие вызвало сильные изменения на ночной стороне верхней атмосферы Земли. Магнетар – это нейтронная звезда, образовавшаяся после взрыва сверхновой и состоящая из нейтронной жидкости с плотностью порядка 1015 г/см3. Согласно теории поверхностный слой такого 20километрового объекта представляет собой сверхплотную кору толщиной около 1,5 км. Магнитное поле этой звезды составляет около 800 • 1012 Гс. Это поле приводит к сейсмическим волнам (звездотрясениям) в коре магнетара, при этом происходит выделение сверхмощного импульса гаммаизлучения. Энергия импульса сопоставима с энергией, излучаемой тысячей звезд, подобных Солнцу, в течение года. Если такой взрыв произойдет на более близком расстоянии от Земли, то он приведет к серьезным последствиям для экосистемы нашей планеты. Однако взрывы на магнетрах случаются редко, и возможность их нахождения близ Солнечной системы ничтожна мала (Язев, Жукова, 2001). Взрывы близких сверхновых звезд. Считается, что за время существования Солнечной системы несколько звезд вблизи Солнца (на расстоянии 10 световых лет) могли взорваться как сверхновые. Уровень жесткого излучения от таких взрывов мог достигать критических значений, опасных для биосферы Земли. Предполагают, что несколько «биосферных» катастроф в истории Земли могли быть обусловлены подобными взрывами. В результате количество существующих биологических видов на Земле вследствие мутации могло резко уменьшиться или увеличиться. Сегодня по данным астрономов в окрестностях Солнца не видно массивных звезд с признаками воз6

можного взрыва типа сверхновой. Ближайшая звезда, обнаруживающая признаки нестабильности, - Бетельгейзе в созвездии Ориона - находится на расстоянии около 500 световых лет от Солнечной системы, и это позволяет надеяться на относительно безопасные последствия возможного ее взрыва как сверхновой (Язев, Жукова, 2001). Немного истории: В 1957 г. русские ученые В.Красовский и И.Шкловский впервые рассмотрели вспышки сверхновых звезд как еще одну возможную космическую причину земных катастроф. Некоторые звезды, которые существенным образом не отличаются от других, вдруг вспыхивают и начинают излучать свет в миллионы раз больше, чем до вспышки. В нашей Галактике последнее такое явление было зафиксировано старинными китайскими астрономами. Они описали его как появление «звезды-гостьи». Эта звезда была настолько яркой, что ее наблюдали даже днем; она была ярче Венеры и уступала по светимости только Луне. Через несколько месяцев звезда постепенно угасла. Астрономы нашего времени на месте «звезды-гостьи» наблюдают Крабовидную туманность – светящуюся газовую оболочку сверхновой звезды, которая продолжает расширяться после вспышки.

2.1.2. Опасности от близких космических источников Солнечное электромагнитное излучение. Во время солнечных вспышек часто происходит кратковременное увеличение интенсивности коротковолнового излучения, иногда очень значительное. Энергия, выделяемая при вспышках, нередко близка 1030 эрг. И хотя геомагнитное поле Земли препятствует прохождению излучения к поверхности, происходит взаимодействие излучения с частицами верхней атмосферы, что может привести к изменению состава ионосферы. Ряд физических механизмов, вызывающих передачу возмущений по цепочке в нижние оболочки земной атмосферы, может способствовать многочисленным глобальным и локальным изменениям во всех оболочках Земли (Язев, Жукова, 2001). Солнечное корпускулярное излучение представляет собой поток протонов ядер гелия и электронов. Взаимодействие потоков корпускул с верхней атмосферой вызывает полярные сияния, магнитные бури, возмущения ионосферы, приводящие к нарушению дальней радиосвязи. 29 октября

1989 г. было зарегистрировано возрастание интенсивности космических лучей солнечного происхождения на 500% в отдельных пунктах на поверхности Земли, которое, в частности, вызвало сбои в компьютерной системе космического корабля «Шаттл» и привело к досрочному прекращению полета. В марте 1993 г. вышла из строя подстанция в провинции Квебек (Канада). Причиной аварии явились частицы, возникшие от мощной солнечной вспышки и достигшие поверхности Земли; они навели слишком большие токи в обмотках силового трансформатора. Подобные явления особенно заметны на высоких широтах, где силовые линии геомагнитного поля проявляют себя не как «щит», а как «проводящий» канал, позволяющий космическим частицам попадать в верхнюю и даже нижнюю атмосферу Земли (Язев, Жукова, 2001). 2.1.3. Опасности от космических «пришельцев» Столкновения с астероидами и метеороидами. На начальной стадии формирования Земли столкновения с крупными и мелкими астероидами (планетезималями) во многом определяли процессы формирования планеты. В настоящее время на поверхности Земли известно свыше 230 больших ударных кратеров с диаметром до 200 км. За прошедшие 250 млн. лет выявлено 9 массовых вымираний животных на Земле. В большинстве случаев эти катастрофы связывают с падением больших астероидов. К такому событию относят биокатастрофу, произошедшую 65 млн. лет тому назад, когда, как предполагают, вымерли от 65 до 90 % всех видов живых организмов. Тогда произошло столкновение с астероидом, размер которого достигал 10 км. Столкновение космического «пришельца» произошло в районе Мексиканского залива на п-ове Юкатан, возник импактный кратер Чиксулуб диаметром около 180 км. Однако не все специалисты согласны с подобной гипотезой вымирания динозавров. У противников этой идеи, а среди них немало палеонтологов, имеются обоснованные возражения. Они полагают, что вымирание происходило постепенно (миллионы лет) и касалось лишь 7

некоторых биологических видов. По расчетам такая глобальная катастрофа должна была затронуть все виды живых организмов, поскольку была подобна популярной в 80-х годах гипотезе «ядерной зимы». Отсюда возникает вопрос - какая же область видимого космоса является опасным поставщиком астероидов и откуда они берутся в нашей Солнечной системе? В астрономии давно известен главный пояс астероидов, находящийся примерно в 2-5 а.е. от Солнца, между орбитами Марса и Юпитера. Сегодня известно более 10 000 астероидов, и их число постоянно увеличивается. Размеры подобных небесных тел варьируют от десятков метров до 900 км (астероид Церера). Плоскости орбит в среднем соответствуют плоскости Солнечной системы, но есть и значительные отклонения. Как правило, астероиды движутся по вытянутым орбитам. Однако существуют астероиды, не относящиеся к главному поясу астероидов. В конце ХХ в. на окраине Солнечной системы, за орбитой Нептуна, был открыт второй пояс астероидов, который предсказал американский ученый Джерард Койпер. Сейчас этот пояс носит его имя – пояс Койпера. Известно уже около 40 тел из этого пояса. Открытые астероиды имеют размер в несколько сот километров и расположены в 10-20 раз дальше от Солнца, чем астероиды главного пояса. Из 500 известных астероидов, сближающихся с Землей, «опасных» около 100, самый большой из них – Ганимед, диаметр которого составляет 40 км. Особо нужно отметить, что орбита астероида может изменяться под воздействием возмущений от планет Солнечной системы; кроме того, астероиды, сближающиеся с Землей, могут сталкиваться между собой и с астероидами главного пояса. Такие столкновения могут приводить к их полному разрушению (Угроза с неба, 1999). Немного истории: 1932 г. Был открыт первый астероид – Аполлон – ,орбита которого имела перигелийное расстояние меньше радиуса орбиты Земли; допускалась возможность сближения астероида с Землей. 1936 г. На расстоянии 2 млн. км от Земли пролетел астероид Адонис. 1937 г. На расстоянии 750 тыс. км от Земли пролетел астероид Гермес, который имел диаметр

почти 1,5 км, а открыт был всего за 3 мес. до его максимального сближения с Землей. 1991 г. Был впервые исследован с близкого расстояния с помощью межпланетного аппарата «Галилео» астероид Гаспра. Астероид представляет собой неровную каменистую планетку размером 10-15 км, покрытую кратерами и рыхлым слоем битого камня и пыли.

Обычно астероиды имеют ядра: обломки древних ядер планетеземалей (железоникелевые метеориты), либо обломки древних кор планетезималей (каменные метеориты), либо обломки промежуточных слоев (железокаменные конгломераты). Сегодня пока нет данных о крупных астероидах, пересекающих орбиту Земли в ближайшие 100 лет, и поэтому такие катастрофы Земле не угрожают. Однако каждый год открываются многие десятки и сотни новых астероидов и нет гарантии, что среди них не будет обнаружен крупный импактор, способный достичь поверхности Земли. Но столкновения с объектами, критический размер которых превышает 1 км, вполне возможны. В ХХ в. произошли два заметных соударения: в 1908 г. столкновение Земли с ядром небольшой кометы (Тунгусский феномен) массой до миллиона тонн и диаметром до 60 м (энергия взрыва составила 25-40 Мт в тротиловом эквиваленте) и в 1947 г. - падение Сихотэ-Алинского метеорита массой около 70 т, который еще в атмосфере раскололся на тысячи частей и выпал на Землю «железным дождем». При ударе о грунт части метеорита раздробили скальные породы, образовали в них кратеры и воронки. Было обнаружено 200 кратеров и воронок диаметром от 0,2 до 26 м, собрано более 23 т обломков. Эти два события произошли в безлюдных местностях и поэтому не привели к человеческим жертвам. В июле 1994 г. наблюдалось падение двадцати двух фрагментов ядра кометы Шумейкеров–Леви на поверхность Юпитера (диаметр каждого фрагмента составлял около 1 км). Комета была обнаружена в окрестностях Юпитера в начале 1993 г. Предполагают, что кометное ядро было «разорвано» на части приливными силами при близком прохождении от Юпитера. Последствия падения обломков кометы были грандиозными. Следы взрывов в виде огромных темных пятен и расходя8

щихся от них кольцевых ударных волн (по диаметру сравнимых с Землей) на фоне юпитерианской атмосферы наблюдались во всех обсерваториях мира. Специалисты отмечают, что подобное столкновение с Землей могло привести к полному уничтожению биосферы нашей планеты. Конечно, наблюдаются падения метеороидов и меньших размеров, например, Бодайбинский, упавший в 2002 г. Такие падения не приводят к глобальным последствиям, но могут представлять опасность для жизни людей в случае падения в густонаселенных районах. Большая мощность взрывов во время столкновения с Землей космических объектов предопределяется, прежде всего, их высокими скоростями и большими массами. Мощная кинетическая энергия космического тела мгновенно превращается в тепловую, которая вызывает испарение большой массы горных пород. В грунте и в теле астероида возникают ударные волны, которые раздвигают и выбрасывают вещество в стороны. Развиваемое при этом давление (до 109 бар) достаточно для полного испарения астероида. Происходит мощный взрыв. При взрыве из образующегося кратера выбрасывается вещество метеорита и окружающих раздробленных пород, а в грунте распространяется ударная волна. При достижении предела разрушения рост кратера прекращается. Достигнув границы раздела сред с разными прочностными свойствами горных пород, ударная волна отражается и приподнимает породы в центре кратера. Такие центральные поднятия наблюдают во многих лунных цирках и импактных кратерах на Земле. Приблизительные размеры образовавшихся структур при падении астероида можно вычислить из уравнения Е ~ D4, где Е – энергия астероида, D – диаметр кратера. Если допустить, что диаметр астероида составлял ~10 км, скорость при падении - 20 км/с, плотность – 5 000 кг/м3 и энергия столкновения - 5 • 1030 эрг, то диаметр кратера составит 70-100 км, начальная глубина будет 15-20 км, хотя граница раздробления пород может достигнуть глубины до 70 км. Объем испарившегося вещества, вероятно, превысит 1 000 км3, объем расплавленной породы составит в 10, а раздробленной - в 10 000 раз больше (http://www.phisic.ut.ee/).

Поскольку основная часть (71%) поверхности Земли покрыта океанами, можно предположить, что большинство космических тел падало в океан. По мнению многих исследователей последствия падения астероида в океан могут привести к катастрофе еще больших масштабов. Существуют разные математические и лабораторные модели, которые дают разные результаты при использовании схожих начальных условий. Расхождения наиболее очевидны при оценке картины гидродинамического процесса, вызванного ударом в океан небесного тела. Так, при глубине океана 5 км, вертикальном падении астероида диаметром 10 км, имеющего скорость 20 км/с, выделившаяся кинетическая энергия составит 1030 эрг. В результате взрыва на дне океана должны образоваться большой кратер и высокотемпературные ударные волны. Температура верхних слоев атмосферы повысится на ~30°С, испарится огромное количество воды (в 100 раз больше массы астероида). Вследствие взрыва через 120 с возникает волна цунами. Предполагается, что ее высота может достигать от несколько сот метров до 3-4 км (Угроза с неба, 1999). Во всей внутренней зоне Солнечной системы распространены мелкие обломки астероидов – метеороиды (размером ≤ 1 км). Сохранившиеся остатки метеороидов при пролете через атмосферу Земли принято называть метеоритами. «Падение» означает, что метеорит был засвидетельствован кемто и что это тело упало с неба. «Найденный» означает, что падение метеорита не видели, но он был просто найден. Приблизительно 33% метеоритов были засвидетельствованы в падении. Самый большой найденный метеорит (Hoba в Намибии) весит 60 т. Статистика метеоритов приведена в табл. 2.1. Может ли человечество как-то защитить себя от этого вида опасностей? Перед астрономами всего мира стоят основные задачи: выявить все крупные астероиды, определить их орбиты и, следовательно, за много лет вперед предсказать столкновение с Землей, что позволит человечеству принять соответствующие меры; организовать систематический поиск и наблюдение комет. 9

На сегодняшний день успешно работает программа Спэйсвотч («Космическая стража»), направленная на поиск и каталогизацию астероидов,сближающихся с Землей. Существует еще ряд программ по космическому мониторингу: РСАS на Паломарской обсерватории (США), AANEAS на обсерватории Сайдинг-Спрингс (Австралия), ODAS на базе обсерватории Лазурного бе-

рега. В России подобная программа реализуется в Крыму, Звенигороде и Зеленчуке. Чтобы обезопасить земную цивилизацию, необходим непрерывный, круглосуточный мониторинг на всех станциях мира. Тела размером порядка 10 км и меньше очень трудно обнаружить и они могут оставаться незамеченными вплоть до самого столкновения. Таблица 2.1 Статистика метеоритов

Тип

Падают, %

Найдены, % от 100

Упавшая суммарная масса, кг

Каменные Железокаменные Железные

92,8 1,5 5,7

79,8 1,6 18,6

15 200 525 27 000

По мнению ученых, чтобы успеть предпринять необходимые меры (послать космический зонд для разрушения или отклонения астероида), требуется обнаружить астероид приблизительно за десять лет до момента столкновения. Около пяти лет нужно для подготовки миссии (зонд с термоядерным устройством, которое должно быть взорвано на или под поверхностью небесного тела), и полет занял бы несколько лет. Конечно, само воздействие на астероид должно быть оказано за несколько месяцев до прогнозируемого столкновения, чтобы изменились параметры орбиты. Таким образом, для эффективного воздействия на астероид важно заметить его с большим упреждением. По мнению ученых даже если в запасе имеется пять лет, столкновение практически неизбежно. Однако и в этом случае можно принять меры для снижения локального ущерба, эвакуировав население района, в котором произойдет столкновение, поскольку координаты удара можно рассчитать точно (http://www.phisic.ut.ee/). Немного истории: 654 г. до н.э. Самое древнее письменное сообщение о падении небесного камня зафиксировано в китайских летописях. 1091 г. Самая древняя запись о падении метеорита на Руси была сделана в Лаврентьевской летописи. 1492 г. Вблизи г. Энзисгейм (Франция) упал метеорит, который наблюдали жители города, его масса составила 127 кг.

1922 г., 6 декабря. Метеоритный дождь выпал вблизи села Царев Волгоградской области; обнаружен учеными в 1979 г. Этот метеорит считается самым большим каменным метеоритом, найденным на территории России. Самый большой его осколок весит 284 кг. 1990 г., 17 мая. Наблюдался яркий болид близ города Стерлитамак в Башкирии. По словам очевидцев на несколько секунд стало светло, как днем, раздались гром, треск и шум. На хлебное поле упал железный метеорит, образовав кратер диаметром 10 м и глубиной 5 м. Лишь год спустя дети обнаружили основную часть метеорита массой 315 кг. Нередко метеориты становились предметом поклонения. Так, в Мекке в стену храма Каабы вделан небольшой каменный метеорит – «Черный камень». Он является святыней и предметом поклонения и паломничества мусульман всего мира.

Столкновения с кометами еще менее предсказуемы, поскольку большинство комет прилетают во внутренние области Солнечной системы из очень удаленных от Солнца районов. Они остаются незамеченными до тех пор, пока не приблизятся к Солнцу достаточно близко. С момента обнаружения до прохода кометы через перигелий проходит не более нескольких лет, затем комета удаляется и снова исчезает в глубинах космоса. Теория утверждает, что эти образования сохранились со времен формирования планетезималей из пылегазовой среды. Кометы представляют собой ледяные глыбы с вкраплениями пыли и замерзшего газа. Главное место расположения комет - облако Оорта – шаровой слой из 10

многих миллиардов небольших ледяных тел (ядер комет с размерами около 10 км), располагающийся на расстоянии порядка светового года от Солнца. Ученые полагают, что гравитационные возмущения от иногда проходящих мимо соседних звезд могут периодически «срывать» ядра комет с их круговых орбит внутри облака Оорта и устремлять их к центру Солнечной системы. Здесь кометы либо падают на Солнце, либо выходят на различные орбиты в пределах «планетарной зоны» Солнечной системы. При прохождении вблизи Солнца ядра комет нагреваются, что приводит к выбросам газа и пыли, которые образуют разреженные хвосты длиной до 1 а.е. Знание о кометах чрезвычайно важно для человечества. Тот факт, что кометы или их остатки пересекают орбиту Земли, подтверждает, что большинство известных метеорных потоков имеет кометное происхож-

дение. Количество комет в Солнечной системе очень велико и может достигать нескольких миллионов. По мнению астрономов большинство гигантских кратеров на Земле и других планетах возникло в результате столкновения именно с кометами (Угроза с неба, 1999). Немного истории: Одним из наиболее эффектных кратеров является кратер в штате Аризона (США). Его диаметр составляет 1 200 м, а глубина – 175 м, вал кратера поднят над окружающей пустыней на высоту 37 м. Возраст кратера – около 50 000 лет.

Характеристики, представленные в табл. 2.2, следует считать приближенными, поскольку оценки расходятся на порядки. Редкость явления не означает отсутствия периодичности и нельзя исключать вероятность подобных столкновений в любой момент времени. Таблица 2.2 Вероятность падения на Землю астероидов разных размеров Диаметр астероида, км 0,01 0,1 1 10 100

Несмотря на многочисленные публикации в прессе, по состоянию на сегодняшний день ни один из известных космических объектов не угрожает столкновению с Землей в ближайшие десятилетия. Разумеется, это не относится к неоткрытым объектам, появление которых в поле орбиты Земли непредсказуемо. Обменные процессы в Солнечной системе. Основные параметры планет, Солнечной системы и энергия некоторых природных процессов представлены в табл. 2.3, 2.4 и 2.5. По состоянию на 2001 г. на Земле обнаружено 14 метеоритов марсианского и несколько десятков лунного происхождения. Столкновения астероидов и крупных метеороидов с поверхностями других планет приводят к выбиванию «кусков» грунта или горной породы, сообщению им необходимой скорости и попаданию в межпланет-

Частота падения 4 года 1 000 лет 250 000 лет 70 млн. лет Несколько млрд. лет

ное пространство. Через некоторое время эти «куски» могут упасть на поверхность Земли. Внутри таких образцов могут сохраняться условия для выживания микроорганизмов. Еще одним источником переносимых «спор» могут быть ледяные ядра метеоритов, генетически связанных с кометами. Спектральные наблюдения комет показывают, что в их ледяных ядрах содержится большое количество органических соединений, включая высокомолекулярные. Существует версия, что некоторые эпидемии (например, гриппа) привносятся в атмосферу Земли извне метеоритами. Однако эта гипотеза пока не получила подтверждения (Язев, Жукова, 2001). Подчеркнем, что Земля была и остается физически открытой системой. И хотя вероятность возникновения той или иной из вышеназванных опасностей невелика, а квалифицированные оценки этих веро11

ятностей пока остаются малонадежными, мы обязаны иметь их в виду. Наблюдения показывают, что на временных отрезках порядка 100 лет вероятность возникновения

некоторых типов космических опасностей становится вполне ощутимой и должна учитываться в целях обеспечения безопасности жизнедеятельности (Язев, Жукова, 2001). Таблица 2.3

Энергия некоторых природных процессов Процесс

Выделяемая или потребляемая энергия 5,2 • 1031

Инсоляция земной поверхности Теплоперенос: кондуктивный конвективный Биосферный Сейсмический

3,1 • 1028 эрг 15 • 1025 эрг 3 • 1028 эрг 1026эрг

Таблица 2.4 Основные параметры Солнечной системы Параметр Расстояние от центра Галактики Скорость вращения вокруг центра Галактики Скорость относительно межзвездной среды Скорость относительно ближайших звезд Гелиопауза (граница солнечного ветра) Радиус облака Оорта Количество кометных ядер в облаке Оорта Суммарная масса планет Суммарная масса спутников планет Суммарная масса астероидов Суммарная масса кометного вещества Суммарная масса межпланетной пыли Суммарная масса всей системы

2.2. Гидрометеорологические опасности Ураганный, сильный, шквальный ветер. Такими названиями обычно характеризуют атмосферные потоки, перемещающиеся со скоростью (включая порывы) 25 м/с и более. Зарегистрированы случаи, когда скорость ураганного ветра достигала, например, на оз. Байкал 35 м/с. Характерное время «жизни» урагана, то есть его передвижение над поверхностью Земли, составляет обычно 9-12 сут. Сила ветра оценивается в баллах шкалы Бофорта (табл. 2.6), в которой стандартная высота измерений принята равной 10 м над уровнем моря.

Величина

Ед. изм.

~ 10000 250 20 15,5 ~ 200 104 ~ 105 ~ 1011 2,7 • 1027 7,2 • 1023 1,8 • 1021 ~ 1015 ~ 1017 1,992 • 1030

пк км/с км/с км/с а.е. а.е. объект кг кг кг кг кг кг

Немного истории: Слово «ураган» происходит от имени одного из богов мифологии индийцев майя. По легенде бог Хуракан насылал своим дыханием сильные ветры и наводнения на людей. 1780 г., октябрь. В Атлантическом океане бушевал «Великий ураган», высота волн достигала 60 м. На Антильских о-вах ураган разрушил каменные здания, вырвал с корнем деревья; на о-ве Барбадос были разрушены все населенные пункты, свыше 400 судов потоплены в бухтах или унесены в море. 1900 г. Ураган в Галвестоне (штат Техас) США, обладал энергией, которой хватило бы для приведения в действие всех электростанций мира в течение четырех лет. 1934 г., 12 апреля. Зарегистрирован самый сильный ветер на планете на горе Вашингтон (1916 м над уровнем моря) в штате Нью-Гемпшир, США. Скорость ветра достигала 371 км/ч.

12

КОСМИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Крабовидная туманность; возникла в 1054 г. после взрыва сверхновой звезды (коллекция НАСА)

Падение астероида Чиксулуб 65 млн.лет тому назад (коллекция НАСА)

Карта расположения импактных структур в Азии (www.Earth Impact Database)

Падение Сихотэ-Алиньского метеорита 12.02.1947 г. (интерпретация художника Дж. Армстронга)

Фрагменты Сихотэ-Алиньского метеорита (коллекция С.А.Язева)

КОСМИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Метеоритный дождь в Базеле, Швейцария, 1566 г.

Астероид Ида (размеры 36*14 миль)

Импактный кратер в Байкало-Патомском нагорье (фото В.С.Федоровского)

Метеорит “Уиллфметт”, штат Оригон, США; найден в 1902; масса 13,8 т

Падение Сихотэ-Алиньского метеорита 12.02.1947г.

Полярные сияния в 1999 г.

13

0,382 0,949 1

0,533 11,2 9,45 4,10

3,88 0,24

Меркурий Венера Земля

Марс Юпитер Сатурн Уран

Нептун Плутон

17,2 0,002

0,107 318 95,2 14,6

0,055 0,815 1

М (МЗ)

2,27 0,8

3,94 1,33 0,69 1,56

5,13 4,97 5,52

ρ, г/см3

13,8 3,0

3,73 25,9 11,1 10,5

3,53 8,53 9,81

g, м/с2

17,8 153

24,6 9,9 10,7 23,9

1409 5830 23,9

То, ч

28,8 50

24,0 3,1 29 -82,1

0 -2 23,5

НВ, град.

165 лет / 17 ч, 52 мин 249 лет / 6,39 сут.

687 сут. / 24 ч 37 мин 11,9 земного года / 9,84 ч 29,5 земных лет / 10,2 ч 84 года / 17 ч 14 мин

88 сут. / 58,7 сут. 225 сут. / 243 сут, 365,24 сут. / 23 ч 56 мин

Период обращения вокруг Солнца / вокруг своей оси

30 а.е. 39,5 а.е.

1,52 а.е. 5,2 а.е. 9,54 а.е. 19,2 а.е.

0,39 а.е. 0,72 а.е. 1 а.е.

Среднее расстояние до Солнца

Нет Нет 1, Луна, расстояние до Земли 384000 км, диаметр – 3470 км 2, Фобос, Деймос 16, наиболее крупный Ганимед 33, наиболее крупный Титан 15, наиболее крупный Миранда 13, наиболее крупный Тритон 1, Харон

Наличие спутников

Таблица 2.5

R – радиус (относительно радиуса Земли), М – масса (относительно массы Земли), ρ – средняя плотность, g – ускорение свободного падения на поверхности, То – период вращения вокруг оси, НВ – угол наклона оси вращения к перпендикуляру плоскости орбиты.

R (RЗ)

Планета

Некоторые параметры планет

1953 г. В Нидерландах небывалой силы ураган разрушил 143 000 домов, затопил 3 000 км2 территории. 1972 г., 8 марта. Над базой ВВС США в Гренландии пронесся ураган с рекордной скоростью ветра на равнине около 333 км/ч. 1980 г. В Монголии во время снежной бури погибло 500 000 голов крупного рогатого скота. 1997 г., 12 апреля. Сильный ураган пронесся над Краснодарским краем. Сила ветра в Новороссийске достигала 40 м/с, волнение моря составляло 5-6 баллов. Штормовым ветром три судна были сорваны с якорных стоянок и выброшены на мелководье.

Самыми ураганоопасными регионами Земли являются Бангладеш, США, о-в Куба, Японские о-ва, Большие и Малые Антильские о-ва, о-в Сахалин, российский Дальний Восток. По некоторым оценкам количество энергии, выделяемое средним ураганом в течение одного часа, равно энергии ядерного взрыва мощностью 36 Мт, в течение одного дня – энергии, необходимой для полугодового обеспечения электричеством США, в течение трех недель - количеству энергии, которое выработает Братская ГЭС за 26 тыс. лет непрерывной работы на полной мощности. Ураганы последних 15 лет унесли жизни 350 000 человек. Смерч (торнадо) – катастрофические атмосферные вихри, имеющие форму воронки диаметром от 1 до 10 км. Торнадо являются частным случаем ураганных ветров и имеют локальный характер. Чаще всего смерч образуется следующим образом: из грозового облака (смерчевое облако, как и всякое другое грозовое кучево-дождевое облако, характеризуется неоднородностью, высокой турбулентностью и имеет вихревое строение) по направлению к земле протягивается гигантский «хобот», воронкообразно расширяющийся у основания облака и сужающийся к низу. У поверхности земли «хобот» снова расширяется, образуя воронку, содержащую пыль, песок, почву (если смерч развивается над сушей) или воду (если смерч проходит над водной поверхностью). В этом вихре скорость ветра иногда достигает 300 м/с, при этом он вращается, как правило, против часовой стрелки, втягивая в себя пыль или воду за счет возникающей разности давления. Скорость поступательного перемещения торнадо достигает 40 км/ч. В центре воронки создается низкое

давление на 100-200 мбар ниже, чем в окрестностях торнадо. Такое катастрофически быстрое падение давления является причиной своеобразного явления - полые предметы, в частности дома и другие постройки, шины автомобилей, при соприкосновении с воронкой смерча взрываются. Интересен и факт ощипывания кур во время смерча: во многих случаях куры, мертвые или уцелевшие после прохождения смерча, оказывались без перьев. Как выяснилось, это происходит потому, что воздушные «мешочки», в которых у птиц располагаются корни перьев, при резком понижении атмосферного давления взрываются изнутри, выбрасывая перья (http//www.primpogoda.ru). Действием торнадо иногда объясняют дожди из рыб, лягушек и других предметов. Смерч по своему строению аналогичен миниатюрному тропическому тайфуну. Тайфун и смерч заключают в себе пространство, более или менее ограниченное «стенками» и именуемое «глазом»; оно почти чистое, безоблачное; иногда от стенки до стенки проскакивают небольшие молнии. Своеобразной особенностью смерчей является их «прыганье». Пройдя некоторое расстояние по земле, смерчи поднимаются и несутся по воздуху, не производя разрушений, затем опускаются - снова разрушения, далее опять поднимаются и снова опускаются, и так повторяется несколько раз. Смерчи могут возникать и над поверхностью воды (морские водяные смерчи) группами из одного материнского облака. Чаще всего они образуются и достигают наибольшей силы у грозовых кучеводождевых облаков, но нередко связаны и с облачностью другого типа. Иногда они сопровождают тропические циклоны. Ливни и молнии, наблюдающиеся одновременно со смерчами, непосредственно с ними не связаны, но образуются из одного и того же облака. Как и над сушей, водяные смерчи часто сопровождаются громкими звуковыми явлениями (страшным ревом, грохотом, шипением), наблюдаются на Балтике, Черном море, Мексиканском заливе, Атлантическом, Тихом океанах, от Японии до берегов Австралии (http//www.primpogoda.ru/). Разрушаются торнадо так же быстро, как и возникают. Они относятся к коротко14

живущим структурам, но, как правило, идут цепочками или сериями по несколько штук. Длина их пути - от сотен метров до десятков километров. Смерчи возникают обычно в теплом секторе циклона, но чаще перед его холодным фронтом; движутся в том же направлении, что и сам циклон; сопровождаются дождями, грозами и градом. Иногда дождевые капли бывают окрашены в различные цвета. Это происходит тогда, когда смерч затягивает застоявшуюся в прудах и болотах воду буроватого и красного цвета. «Кровавый дождь» возможен и когда ветер поднимает вверх красноватую пыль, а та, попадая в облако, вместе с дождем выпадает на землю. Дожди бывают не только «кровавыми», но и голубыми. Такое явление, например, наблюдалось в Девенпорте в США, тогда цвет дождю придала пыльца с цветков американского тополя и вяза. Если смерч достигает поверхности земли, разрушения неизбежны. Это обусловлено таранным ударом стремительно несущегося воздуха и большой разностью давления внутренней и периферийной частей столба. Только на территории США ежегодно возникают 750-800 торнадо. Нужно отметить, что смерчи возникают в Европе, Австралии и Северо-Восточной Африке, Юго-Восточной Азии. Исследование смерчей чрезвычайно затруднено из-за того, что образуются они неожиданно, захватывают небольшую территорию и быстро исчезают. Определить их траекторию невозможно. Единственный способ защититься от торнадо – укрыться в подвале или прочном здании. Немного истории: В 1925 г. Смерч опустошил 219-мильную полосу в штатах Миссури, Иллинойс и Индиана. За 20 с торнадо снес все здания на главной улице города Аннополис. В общей сложности в этих штатах погибли 689 человек, ранено около 2 000 человек. 1933 г. На Дальний Восток России сильный ливень принес множество медуз. 1940 г. В Горьковской области в один из жарких летних дней во время сильной грозы с неба посыпались серебряные монеты времен Ивана Грозного. Позже выяснилось, что прошедшие накануне дожди местами размыли грунт, и зарытый в землю сосуд с монетами оказался на поверхности. Смерч, проходя над этим местом, поднял деньги в воздух и, пронеся их несколько километров, бросил на землю.

1944 г., 23 июня. Торнадо быстро высосал досуха реку Вест-Форк в Западной Виргинии. 1958 г. Самая высокая скорость ветра в смерче была зафиксирована в штате Техас (США) и составляла 450 км/ч. 1962 г., март. В Пензенской области выпал снег розово-желтого цвета. Причиной послужила пыль, перенесенная ветрами из африканских пустынь на расстояние трех тысяч километров. 1982 г. Более 40 смерчей возникли в Черном море, они перенесли огромное количество воды на сушу. Жертвой смерчей стали поселок Джубга и близлежащие населенные пункты Краснодарского края. В море были смыты дома, автомобили и деревья. 1985 г. На рыболовный траулер, бороздивший воды озера Мичиган, во время сильного шторма вдруг посыпалась корюшка. 1997г., 20 сентября. Над Амурским и Уссурийским заливами образовались несколько смерчей, которые сместились на отдельные районы Владивостока и его пригорода, вызвав значительные разрушения. В бухте Новик о-ва Русский смерч приподнял над водой на 3-4 м 12-местный пассажирский катер и несколько минут крутил его над волнами. По свидетельству очевидцев в одном из пригородов Владивостока смерч выбросил на сушу около центнера рыбы, которая попала в воронку, видимо, при перемещении над заливом.

Очень сильный дождь (дождь со снегом, снег с дождем, мокрый снег) – количество осадков достигает 50 мм и более (в селеопасных горных районах - 30 мм и более) в течение 12 ч или менее. Сильный ливень – количество выпадающих осадков может достигать 30 мм/ч. Опасность ливней заключается в том, что они создают благоприятные условия для возникновения других стихийных бедствий - наводнений, оползней, селей и обвалов. Ливни способны переносить огромное количество воды. Наибольшее количество дождливых дней на земном шаре приходится на Гавайские о-ва, где 350 дней в году идут дожди. Немного истории: 1899 г., 8 августа. На о-в Пуэрто-Рико, США, за 6 ч выпало 2 млрд. т воды. 1911 г., июль. В Багио, Филиппинские о-ва, за сутки выпало 1 168 мм осадков, а за 4 дня – 2 233 мм (для примера, в Москве норма осадков составляет 500-700 мм/год). 1947 г. В штате Флорида, США, ливни обрушивали на землю 500 млн. т воды каждый час, то есть 12 млрд. т воды в сутки. 1966 г. В Италии выпала за два дня полугодовая норма осадков. Река Арно затопила 750 населенных пунктов.

15

1970 г. В городе Барсте (Гваделупа) зарегистрирован самый сильный ливень; выпало 38,1 мм/мин осадков.

Один такой противоградовый комплекс способен защитить 150 тыс. га плодородных земель.

Продолжительные сильные дожди – количество осадков может достигать 100 мм и более за 2 суток или менее. Град – это атмосферные осадки, состоящие из частичек льда размером от мелкой горошины до голубиного яйца. Крупным считается град, когда горошины достигают в диаметре 20 мм и более. Возникновение града связано с сильными восходящими потоками воздуха, которые приводят к замерзанию или намерзанию на твердые пылевые частицы капель воды в переохлажденном облаке. Град, как правило, выпадает в теплое время года при сильных грозах. Толщина слоя выпавшего града может достигать 20-30 см. Град обычно наносит большой урон, главным образом, сельскому хозяйству. Известны случаи, когда град приводил к гибели людей. В Ставропольском крае России отмечались градины массой более 2 кг; при их выпадении были повреждены дома, автомобили и деревья. На сегодняшний день в нашей стране существует методика борьбы с градобитием, которая считается одной из самых эффективных в мире: автоматизированный противоградовый метеорадиолокатор обнаруживает градовые и градоопасные облака в радиусе до 300 км в любое время суток. Обработанную информацию передают на ракетные комплексы. Они запускают по 12 ракет в минуту с льдообразующим аэрозолем внутри. Радиус действия каждой ракеты – 10 км. Градовое облако обычно имеет длину от 12 до 14 км. В жизни облака возникают некие «окна» длительностью 5-10 мин, когда они как бы замирают. Именно в этот промежуток времени и обстреливают ракетами насыщенную водяными парами область. Каждая ракета несет в себе специальный реагент: в течение 30 с весь водяной пар облака осаждается на его кристаллах. В результате из облака выпадает обычный дождь. Суть активного воздействия состоит в том, чтобы предотвратить момент в эволюции облака, когда водяной пар готов превратиться в шестисантиметровый град (Дементьева, 2003).

Немного истории: 1867 г., 28 марта. В окрестностях Беллари, Индия, градины размером с кокосы и манго разбомбили весь сельский район, в одном из поселков были убиты 2 человека и 2 470 овец. 1977 г., 4 апреля. Интенсивный градопад заставил совершить самолет ДС-9 аварийную посадку на шоссе под Нью-Хоупом, штат Джорджия; погибло 68 человек. 1986 г., 14 апреля. В Бангладеш градом были убиты 92 человека, масса градин составляла около 1 кг. 1996 г., 27 марта. В штате Манипур, Индия, выпал град, диаметр горошин которого достигал 26 см; его выпадение привело к гибели нескольких тысяч домашних птиц. В с. Ачикулак Ставропольского края отмечались градины массой более 2 кг, они повредили дома, автомобили, деревья.

Очень сильный снегопад – количество осадков ≥ 20 мм / 12 ч. При сильных снегопадах останавливается движение поездов, авиа- и автотранспорта, происходят обрывы и провисания проводов на линиях электропередачи и связи. При сильных снегопадах обламываются ветви и стволы деревьев. Сильная метель – снегопад при средней скорости ветра 15 м/с (на оз. Байкал – 20 м/с) при видимости 500 м или менее. Снежная буря – сильный ветер, перемещающий по воздуху огромные массы снега. Как правило, снежные бури сопровождаются обильными снегопадами, метелями, заносами и обледенением различных поверхностей. Их продолжительность составляет от нескольких часов до нескольких суток. При этом явлении нарушается электроснабжение, парализуется работа транспорта, образуются гигантские автомобильные пробки. Немного истории: 1960 г. Снежная буря, обрушившаяся на США, привела к гибели 237 человек. 1990 г. В России жертвами снежной бури стали Воркута и окрестные населенные пункты; скорость ветра достигала 115,2 км/ч, температура воздуха понизилась до -21°С.

Шквальная буря – внезапное кратковременное усиление ветра, обычно сопровождающееся изменением его направления. 16

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Последствия урагана в Иркутске 16 июля 2004 г.; средняя скорость ветра 30 м/с (фото А. Шинкаренко)

Торнадо (смерч) в США, 1966 г.

Штормовые снегопады характерны для северо-востока США (коллекция НАСА)

Пылевая буря в США, 1937 г.

Ураган “Исабель”, США, 2003 г. (коллекция НАСА)

Тропический циклон, 2002 г. (коллекция НАСА)

ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Засуха и нашествие саранчи в Казахстане, 2001 г.

Лесные пожары на о-ве Борнео, 1997 г.

Наводнение в Санкт-Петербурге, 1824 г.

Наводнение в Гондурасе, 1998 г.

Серебристые облака в Иркутске после падения Тунгусского метеорита в 1908 г.

Сверхмногоячеечная гроза

Причиной возникновения является перемещение воздушных масс под влиянием разницы температур. Продолжительность шквальной бури - от нескольких секунд до десятков минут. Скорость ветра достигает 72-108 км/ч и более. Немного истории: 1985 г. Над Смоленской областью пронеслась шквальная буря, за час были повреждены десятки километров линий электропередачи, тысячи деревьев были поломаны и вырваны с корнем.

Сильная пыльная (песчаная) буря – средняя или максимальная скорость ветра 15 м/с и более; сопровождается ухудшением видимости до 500 м и менее. В воздух поднимается огромное количество пыли или песка, переносимых на значительные расстояния. Выдувается верхний слой почвы до 25 см на площадях в десятки и сотни квадратных километров. Эродируются почвы, огромные площади полей и пастбищ оказываются занесенными бесплодной пылью, заносятся дороги, загрязняются водоемы. Известны случаи гибели людей и караванов от пыльных бурь в пустыне. Пыльным бурям подвержены центральная и западная часть Сахары, Судан, страны Аравийского п-ова, Ирак и Сирия; здесь они имеют арабское название «хамсин» или «шамаль». По

статистическим данным в Багдаде ежегодно бывает 15 дней с пыльными бурями, в Южном Кувейте - 18. Пыльные бури также наблюдаются в Поволжье, северных предгорьях Кавказа, на юге Сибири и в Монголии. Циклоны – это крупномасштабные атмосферные возмущения в области низкого давления. В Северном полушарии ветры дуют из области высокого в область низкого давления против часовой стрелки, а в Южном полушарии - по часовой. В циклонах умеренных широт, называемых внетропическими, обычно выражен холодный фронт, а теплый, если и существует, не всегда хорошо заметен. Внетропические циклоны часто формируются с подветренной стороны горных хребтов (восточные склоны Скалистых гор, восточные берега Северной Америки и Азии). Воздух в циклоне поднимается вверх, вытесняемый сходящимися ветрами. Поскольку именно восходящие движения воздуха приводят к формированию облаков, облачность и осадки приурочены большей частью к циклонам. В умеренных широтах с циклонами связана значительная часть осадков Антициклоны - область повышенного давления воздуха. Обычно с ним связана хорошая погода при ясном и малооблачном небе. Таблица 2.6

Шкала Бофорта Балл

Описательный термин 2

Скорость, м/с 3

Действие ветра на суше 4

Действие ветра на море

0-0,2

Безветрие, дым поднимается вертикально Направление ветра определяется по отклонению дыма, а не по флюгеру Движение ветра ощущается на лице, шелестят листья, ветер вращает флюгер Листья и тонкие ветви деревьев колышутся, ветер развевает флаги

Зеркально гладкая поверхность моря

1 0

Штиль

1

Тихий ветер

0,3-1,5

2

Легкий ветер

1,6-3,3

3

Слабый ветер

3,4-5,4

17

5

Образуется рябь, напоминающая чешую, но без пенистых гребней Небольшие слабые волны, еще короткие, но хорошо выраженные; гребни маленькие без разрыва Крупные слабые волны, гребни начинают разрываться, гладкая пена; возможны разбросанные белые барашки

Окончание табл. 2.6 1 4

3

4

5

Умеренный ветер

2

5,5-7,9

Волны становятся более удлиненными, белые барашки видны во многих местах

5

Свежий ветер

8,0-10,7

Ветер поднимает пыль и клочки бумаги, качает тонкие ветви деревьев Качаются небольшие деревья с тонкими стволами

6

Сильный ветер

10,8-13,8

7

Почти крепкий ветер

13,9-17,1

8

Крепкий тер

ве-

17,2-20,7

9

Очень крепкий ветер

20,7-24,4

10

Шторм

24,5-28,4

11

Жестокий шторм

28,5-32,6

12

Ураган

32,7 и более

Умеренные волны, принимающие более выраженную, продолговатую форму; образуется много белых барашков (в отдельных случаях образуются брызги) Качаются крупные Образуются крупные волны, и ветви деревьев, белые пенистые гребни занислышен свист в те- мают значительные площади леграфных проводах Качаются деревья, Море вздымается, белая пена идти против ветра от разрывающихся волн начитрудно нает вытягиваться в полосы вдоль направления ветра Ветер ломает мелкие Умеренно высокие волны ветви деревьев, пре- большой длины, кромки гребпятствует передви- ней начинают разрываться на жению брызги, пена вытягивается в четко выраженные полосы вдоль направления ветра Небольшие разру- Высокие волны, плотные полошения зданий. Дере- сы пены вдоль направления вья изгибаются и ветра, гребни волн начинают ломаются ветки, ве- опрокидываться, падать и растер срывает черепи- сыпаться на брызги цу Наносятся значи- Очень высокие волны с длинтельные поврежде- ными, загибающимися вниз ния зданиям, дере- гребнями. Образующаяся пена вья вырываются с выдувается ветром большими корнем (на суше бы- хлопьями в виде пустых белых вает редко) полос. Поверхность моря от пены принимает белый вид. Падение моря становится тяжелым и напоминает удары Большие разруше- Исключительно высокие волния на значительном ны. Суда небольшого и среднепространстве (на го размеров временами скрысуше наблюдается ваются из вида. Море все поредко) крыто длинными белыми хлопьями пены, располагающимися вдоль направления ветра. Края волн сдуваются в пену, ухудшается видимость Ветер производит Воздух наполнен пеной и опустошительные брызгами. Море все покрыто разрушения полосами пены. Очень плохая видимость

18

В Северном полушарии дующие из центра антициклона ветры отклоняются по часовой стрелке, а в Южном - против. Размеры антициклонов обычно больше, чем циклонов (диаметр антициклона может достигать несколько тысяч километров), перемещаются они медленнее. Воздух в антициклоне растекается от центра к периферии, более высокие слои воздуха опускаются, компенсируя его отток. Тропические циклоны (среднеазиатские тайфуны – от китайского «тай фын» – «большой ветер») возникают в тропических широтах и от внетропических отличаются размерами. Диаметр тропических циклонов составляет 200-500 км, для них характерны четкость концентрации энергии в небольшом пространстве, большие перепады давления и высокая скорость ветра. При прохождении тропического циклона давление за 10-20 мин может измениться на 40 мбар, что отражается на скорости ветра. Для внетропических циклонов нормальной считается скорость ветра 5-10 м/с, тропических - 50-70 м/с, а рекордной около 100 м/с. Как возникает тропический циклон? Считается, что тропические циклоны Атлантического океана и Карибского моря возникают тогда, когда поверхность моря нагревается выше 26°С. Площадь нагретой морской поверхности должна быть достаточно велика (примерно 8,5 • 106 км2). Теплый и влажный воздух вовлекается в циркуляцию и обеспечивает процесс необходимой энергией. На первой стадии возникновения циклона отсутствует полная круговая циркуляция воздуха, «глаз» тайфуна не виден, скорость ветра не больше 30 м/с, давление не падает ниже 1 000 мбар. Затем циклон перемещается и созревает, его диаметр составляет 50-60 км, барический градиент повышается, а давление понижается до 1 000 мбар и менее. Затем захватываются дополнительные воздушные массы, вращательным движением охватывается зона шириной в несколько сот километров, образуется «глаз» тайфуна, четко ограниченный плотной воздушной стеной. Давление в области «глаза» падает ниже 950 мбар. Заключи-

тельная стадия может длиться от 12 до 24 ч, а иногда и более недели. Затем циклон утрачивает симметрию и вращательное движение. Над сушей циклон долго не «живет», так как для пополнения энергии ему необходим океан и теплый, влажный воздух (Кукал,1985). Энергия циклона колоссальна. Подсчитано, что циклон средней силы выделяет приблизительно такое же количество энергии, как и 500 000 атомных бомб. Ежегодно над Землей формируется 70-80 тропических циклонов. Именно они наносят большой ущерб странам, расположенным на побережьях океанов. Их прохождение нередко сопровождается проливными дождями и снежными штормами в зависимости от сезонов года. Но самая губительная сила циклона для человека заключается в его колоссальной скорости ветра, который воздействует на сушу и вызывает волнение на море. Разрушительное действие связано также турбулентным перемещением воздушных частиц и с низким давлением в их центре – «глазе». Называют циклоны чаще всего женскими именами. В XVI-XVIII вв. испанцы на о-вах Карибского моря давали циклонам имена святых (например, СантаАнной был назван на о-ве Пуэрто-Рико циклон 1825 г.). Иногда циклонам давали имена пострадавшей от них области. Система женских имен сложилась постепенно, не определена официально. По одной из версий ее предложил писатель Д. Стюарт в своем романе «Шторм». Герой романа назвал циклон «Марией» по имени своей любимой, которая доставила ему много страданий. Во время второй мировой войны женскими именами циклоны называли летчики, летавшие через Тихий океан. В 1953 г. появилась специальная рекомендация с приложением списка женских имен на несколько лет вперед (Кукал,1985). Феминистские движения выступают против названия циклонов женскими именами. В 1979 г. Всемирная метеорологическая организация (ВМО) совместно с национальной метеослужбой США расширили этот список, включив также и мужские имена. Под руководством ВМО в странах, подвергающихся влиянию тропических циклонов, сформированы ре19

гиональные комитеты. Основными задачами этих структур являются изучение поведения циклона в регионе и координация между странами при предупреждении и уменьшении ущерба от воздействия стихии. В Азиатско-Тихоокеанском регионе действует комитет по тайфунам, включающий 14 стран и территорий. Основная цель комитета – координация усилий, направленных на совместное наблюдение, прогнозирование, предупреждение и снижение возможных ущербов и количества человеческих жертв от воздействия стихии. Хотя за последние годы количество тайфунов не уменьшилось, цифра ущерба снижается. Это происходит за счет разработки более совершенных моделей прогноза и интеграции усилий странучастниц. Как только зарождается тайфун, каждая страна отслеживает его, прогнозирует развитие по своим гидродинамическим моделям, а затем, обмениваясь информацией, координируют свои действия. В 2000 г. комитет предложил новый список названий тайфунов. Основную часть списка составляют существительные, обозначающие виды растений, деревьев, животных, птиц, а также названия кулинарных блюд. Кроме имени каждый тайфун в серо-западной части Тихого океана получает номер. Например, тайфун-0312 означает, что это 12 тайфун 2003 г. (http//www.primpogoda.ru/). В некоторых районах земного шара тропические циклоны имеют местные названия: на острове Гаити – тайно, у западного побережья Мексики – кордонасо, на Филиппинах – багуйо (или баруйо), в Австралии – вили-вилли. Внетропические циклоны имеют диаметр в 5-10 раз больше и характеризуются малыми перепадами давления; давление в них ниже 950 мбар бывает только в исключительных случаях, тогда как для тропических циклонов давление ниже 950 мбар является обычным. Различаются циклоны и величиной барического градиента: 1-3 мбар/100 км - для внетропического циклона и 60 мбар/100 км - для тропического (в центре циклона он может достигать 100 мбар/100 км). Поясним, что миллибар внесистемная единица давления, равная одной тысячной доле бара; обозначается: русское мбар, международное mbar. 1 мбар = 102 Н/м2 (точно) = 103 дuн/см2 = 0,986923 •

10-3 атм. = 0,75006 мм рт. ст. Муссон (от арабского «маусим»время года) - сезонный ветер. Впервые это название было применено к ветрам в Аравийском море, дующим в течение 6 мес. с северо-востока, а следующие 6 мес. – с югозапада. Муссоны достигают наибольшей силы в Южной и Восточной Азии, а также на тропических побережьях, когда общая циркуляция атмосферы слабая и не подавляет их. Для побережья Мексиканского залива характерны более слабые муссоны. Во время летнего муссона суша теплее океана, и теплый воздух, поднимаясь над ней, в верхних слоях атмосферы растекается в стороны. В результате вблизи поверхности создается низкое давление, что способствует притоку влажного воздуха с океана. Во время зимнего муссона суша холоднее океана, поэтому холодный воздух опускается над сушей и стекает в сторону океана. Муссонный климат характеризуется ярко выраженной сезонной сменой районов, из которых поступают воздушные массы (континентальные зимой и морские летом); преобладанием ветров, дующих с моря летом и с суши зимой; летним максимумом осадков, облачности и влажности. Классическим примером района с муссонным климатом являются окрестности Бомбея на западном побережье Индии. В феврале там примерно 90% времени дуют ветры северо-восточных румбов, а в июле 92% времени – юго-западных. Средняя сумма осадков в феврале 2,5 мм, а в июле – 693 мм. Среднее число дней с осадками в феврале 0-1, а в июле – 21. Средняя облачность февраля 13%, июля – 88%. Средняя относительная влажность составляет 71% в феврале и 87% - в июле. Сильный мороз – сохранение в течение 5 сут. и более минимальной температуры воздуха (-400С и ниже для некоторых районов). Сильное гололедно–изморозевое отложение на проводах. Диаметр отложения на проводах – 20 мм и более - для гололеда, 35 мм и более - для сложного отложения или налипания мокрого снега, 50 мм и более - для зернистой и кристаллической изморози. Заморозки – понижение температуры воздуха или поверхности почвы до значений 20

ниже 0 на фоне положительных средних суточных температур в период активной вегетации. Сильная жара – сохранение максимальной температуры воздуха +30°С и выше в течение 5 сут. и более. Чрезвычайно большую опасность представляют высокие температуры воздуха для лесного хозяйства, так как увеличивается вероятность возникновения лесных пожаров. Засуха атмосферная - в вегетационный период при отсутствии эффективных осадков (более 5 мм/сут.) в течение не менее 20 дней подряд при максимальной температуре воздуха выше +25°С. Связана с нарушением атмосферной циркуляции. Засуха приводит к гибели скота, растительности и, следовательно, к голоду среди населения. Засуха почвенная – в вегетационный период года (не менее 30 дней) запасы продуктивной влаги в слое почвы 0-20 см составляют не более 10 мм. Ученые считают, что примерно 15% от общего урона, наносимого стихийными бедствиями, приносит засуха. Засуха - это не только гибель растительности, падеж скота, голод, но зачастую еще и гибель людей. Так, от теплового удара, полученного при повышенной температуре воздуха и пониженной влажности, ежегодно погибают 180-200 человек. Засуха может быть косвенной причиной возникновения других стихийных бедствий. В настоящее время еще не найдены достаточно эффективные способы воздействия на разрушительную силу засухи. Имеющиеся средства позволяют лишь зафиксировать возникновение атмосферного явления, которое ее провоцирует, спрогнозировать возможное направление, время подхода к определенным районам, оценить мощность и предполагаемые последствия. Суховей – сохранение в течение 3 дней подряд и более относительной влажности не более 30% при скорости ветра более 7 м/с и температуре выше +25°С. Немного истории: 1988 г., август. После продолжительной засухи в некоторых государствах африканского континента прошли сильные ливневые дожди, что привело к бурным паводкам на реках. Погибли около 2 тыс. человек, миллионы людей остались без крова, были

уничтожены посевы на больших площадях. 1995 г. Летом на северный Китай обрушилась засуха, уничтожившая около 3 млн. га посевов.

Пожары обычно ассоциируют с засухами. Пожарами (табл. 2.7) называют неконтролируемое горение вне специального очага, сопровождающееся уничтожением ценностей и представляющее собой опасность для жизни людей. Принято выделять следующие основные составляющие пожара: зона пожара – пространство, в котором происходит пожар; зона горения – пространство, в котором протекает процесс горения - физико-химический процесс с выделением тепла, света, дыма (для возникновения горения необходимо наличие трех факторов: горючего материала, окислителя, источника зажигания); зона задымления – пространство, примыкающее к зоне горения, заполненное дымом. Причиной возникновения пожара могут быть как естественные факторы (разряд молнии, самовозгорание, трение, падение космического тела), так и нарушение человеком требований пожарной безопасности (около 80% возгораний). Ущерб от природных пожаров велик: уничтожение громадных лесных массивов, гибель животного и растительного мира, загрязнение атмосферы, нарушение теплового баланса, эрозия почвы. Так, на о-ве Калимантан в 1997-1998 гг. выгорело более половины всех лесов, занимавших площадь 10 000 га. В результате погибли чуть ли не все редчайшие малайские медведи и орангутанги. Ежегодно в мире регистрируется около 200 000 пожаров, в которых выгорает 40 млн. га леса, что составляет 0,1% всех лесных запасов планеты. Кроме поверхностных пожаров имеют место пожары на глубине нескольких метров, когда горят пласты угля или торфа. Угольные пласты полыхают в США, Индонезии, Китае, Австралии. Особенно масштабные подземные пожары бушевали в Индонезии в 1997-1998 гг. Зачастую эти пожары провоцируют лесные пожары на поверхности. Потушить полыхающий пласт очень сложно.

Пожар возникает на глубинах от одного до нескольких десятков метров и может протянуться на десятки километров. 21

Пласты почти всегда выходят на поверхность на склонах возвышенностей. Именно здесь они и возгораются. В пласте возникает дугообразная каверна, простирающаяся вглубь. Со временем огню начинает не хватать воздуха, почва осыпается, образуя проемы и трещины, через которые пламя получает кислородную подпитку. Обычно уголь тлеет, но как только возникает новая трещина, вспыхивает с новой силой. Пламя всасывает воздух не только через трещины, но и через рыхлый грунт. Одним из способов остановить продвижение огня является выемка угля на пути его распространения и окапывание горящего угольного пласта, но полностью потушить пожар можно, если точно представлять схему распространения огня (Сэмюэл, 2002). В настоящее время подземные пожары выявляют и изучают с помощью космической разведки. В германском аэрокосмическом центре запущен спутник BIRD, его тепловизионную аппаратуру используют

для съемки угольных пожаров. Ученые из Международного института геоинформации и наблюдения Земли (Эншед, Голландия) провели исследования с использованием инфракрасного датчика, установленного на американском ИСЗ «Landsat». Полученные ими данные подтверждают имеющиеся сведения, согласно которым в КНР ежегодно выгорает до 100 • 106 т угля, а это намного больше, чем его сжигают намеренно (Сэмюэл, 2002). Немного истории: В горном поселке Сентралия (штат Пенсильвания, США) местный житель решил спалить мусор в заброшенной шахте. В итоге занялся многокилометровый пласт угля. Несколько лет в шахту закачивали воду, заливали вентиляционные тоннели бетоном и даже пробовали поднимать горящий уголь на поверхность. Когда затраты превысили несколько миллионов долларов, власти сдались и 1 100 жителей поселка переселили в другое место. Сегодня в Сентралии никто не живет. Полагают, что огонь под поселком будет полыхать еще несколько столетий (Сэмюэл, 2002).

Таблица 2.7 Классификация пожаров Пожары Низовые Верховые Торфяные

Степные Камышовые В угольных пластах

Общие данные Горят нижние части деревьев, трава, подлесок, валежник. Скорость распространения 2,5-3,0 м/мин. Высота пламени от 5 до 1,5 м Горение и быстрое продвижение огня по кронам деревьев при сильном ветре. Скорость достигает 400-500 м/мин Возникают в местах нахождения торфяных полей и месторождений торфа. При возгорании происходит быстрое распространение огня по поверхности поля, при сильном ветре частицы торфа переносятся на значительные расстояния и образуют новые очаги. При проникновении огня вглубь торфяного массива происходит возгорание нижних слоев. Скорость распространения - несколько метров в сутки. Прорвавшееся наружу пламя является причиной возникновения наземных пожаров в населенных пунктах, лесных массивах. При торфяных пожарах выделется большое количество дыма Возникают вследствие возгорания сухой травы или зрелых посевов сельскохозяйственных культур, распространяются со скоростью до 120 км/ч Возникают от возгорания сухого камыша и наводной растительности. Характерная особенность - высокая плотность огня, дым Возникают в случае поджога выходящих на поверхность угольных пластов в результате лесных и степных пожаров или хозяйственной деятельности человека, выделяется большое количество дыма и характеризуются большой длительностью горения

22

Наводнения (табл. 2.8) – грозные стихийные явления, связанные с быстрым подъемом воды в реках, возникающие в результате комплекса причин и сопровождающиеся большим экономическим ущербом и человеческими жертвами. Основные причины наводнений рассмотрим ниже. Заторы льда – скопление льда во время ледохода, создающее стеснение русла на отдельных участках реки и вызывающее подъем уровня воды до опасных отметок. Усиливающие факторы: низкие температуры воздуха зимнего периода, течение реки с юга на север, сужение русла, острова, крутые берега, перекаты. Зажоры льда – скопление масс шуги и донного льда в период осеннего ледохода и в начале ледостава, создающее стеснение русла и вызывающее подъем уровня воды. Дождевой паводок – быстрый подъем уровня воды, возникающий от сильных дождей. Дождевые паводки наносят большой ущерб, так как распространяются на большую площадь. Низкая межень - маловодье – приводит к нарушению транспортного потока на реках, снижению выработки электроэнергии. Половодье (наводнение) – подъем уровня воды в реках, озерах, морях, вызываемый таянием снега, которое происходит при одновременном снеготаянии на больших площадях. Усиливающими факторами являются резкое повышение температуры воздуха, выпадение обильных осадков и заторы. Половодье обычно происходит несколькими волнами. Большая часть Европы, Азии и Северной Америки подвержена действию наводнений, возникающих при таянии снега и ледников. Это типичные сезонные половодья, повторяющиеся в определенные месяцы. Причинами наводнения являются также ветровые нагоны воды в устье реки и на морское побережье, загромождение русла реки льдом или бревнами при сплаве леса, цунами, прорыв гидротехнических сооружений, оползни и обвалы в долинах водотоков, внезапный выход на поверхность обильных грунтовых вод. В зависимости от нанесенного материального ущерба и площади затопления

наводнения делят на низкие, высокие, выдающиеся, катастрофические. Немного истории: С древнейших времен наводнения являются для человека самым страшным стихийным бедствием. В религиях многих народов наводнение выступает как «кара Господня». Достаточно вспомнить библейский «Всемирный потоп». Весьма вероятно, что описанные события в шумерской, вавилонской литературе и в Библии реально имели место. Абсолютный рекорд по величине последствий наводнений принадлежит рекам Хуанхе и Янцзы. Катастрофические наводнения на реке Хуанхе зарегистрированы летописными источниками в 1642, 1782, 1791 гг. В 1887 г. вода в реке поднялась на 3 м и затопила 3 000 селений: пострадали около 4 млн. человек. В 1950 г. от разлива этой реки погибли 500 тыс. чел. (конечно, нужно брать во внимание особую заселенность данной территории). В 1931 г. разлилась река Янцзы. Под водой оказались 16 китайских провинций, погибли около 1 млн. человек, пострадали более 40 млн. человек. Самое крупное катастрофическое наводнение в Китае произошло в июне-июле 1959 г., тогда разлив рек на северо-востоке привел к гибели 2 млн. человек. 1991 г., 30 апреля. Тропический тайфун стал причиной сильнейшего наводнения в Бангладеш, унесшего жизни почти полмиллиона человек. В Восточной Сибири довольно часто происходят паводковые наводнения на реке Лена. Одно из крупнейших (2001 г.) лишило крова 25 000 человек. В 1989 г. в Хабаровском и Приморском краях прошли сильные ливневые дожди. Уровень воды в реках поднялся на 8 м. Было затоплено более 140 населенных пунктов. До строительства Иркутской ГЭС на Ангаре отмечались зимние наводнения при ледоставе (чаще всего в декабре-январе); вода заливала нижнюю набережную и центральную часть Иркутска. Одно из таких наводнений произошло в 1786 г. Вот как описано это событие иркутским летописцем П.И. Пежемским: «... января 5 река Ангара покрылась льдом, от которого произошло страшное наводнение: вода затопила всю набережную Троицкого прихода, вливаясь в дома, текла по улицам и доходила до каменного дома Резанцева, что ныне купца Зубова. Такого наводнения в Иркутске еще не бывало».

Несколько слов нужно сказать о нагонных наводнениях. Причиной их возникновения является ветровой нагон воды в устья и дельты рек. Совместные усилия волн, ветра, осадков приводят к затоплению прибрежных территорий. После спада воды происходит проседание зданий и земли, засоление почвы. Наводнение подобного типа произошло 12-13 ноября 1970 г. в районе островов и прибрежной полосы Бенгальского залива. Мощная нагонная волна высотой 23

10 м, вызванная ураганом, в течение нескольких десятков минут накрыла густонаселенные острова и значительную часть материкового побережья. Погибли около 500 тыс. человек, были разрушены 400 тыс. домов, под водой оказались более 300 тыс. голов скота. Наводнение вызвало вспышку холеры и брюшного тифа. В России нагонные наводнения типичны для Санкт-Петербурга, населенных пунктов Волги, Урала, Кубани. Так, 23 сентября 1924 г. повернувшаяся вспять Нева затопила Ленинград. Под водой оказались Васильевский о-в, Петроградская сторона и другие районы города. Причиной нагонного наводнения явились ветры и циклоны, возникшие над Балтийским морем. Для прибрежных морских районов, где береговые территории защищаются дамбами, причиной наводнения становится шторм. В 1953 г. в Нидерландах ураган вызвал огромные морские волны, которые прорвали защитные дамбы и проникли во внутренние районы страны. Высота волны в местах затопления достигала 5-9 м. Погибло более 2 000 человек, всего пострадало более 1 млн. человек.

В литературе о природных стихиях иногда встречаются сообщения о так называемых штормовых приливах, приводящих к большим разрушениям и человеческим жертвам. Причиной их возникновения является совпадение по времени нагонного наводнения с морским или океанским приливами. В прошлом от этого явления особенно страдали прибрежные территории Голландии и Германии в Европе, Бангладеш в Азии. Иногда причиной наводнения являются повреждения плотин, дамб и других гидротехнических сооружений. При этом масса воды из водохранилища устремляется по руслу реки, что вызывает резкое изменение ширины, глубины, скорости течения водного потока, который за короткое время заливает прибрежные территории. В частности, в Италии в 1923 г. разрушение плотины Глено высотой 75 м привело к прорыву 5 млн. м3 воды. В районах Южной и ЮгоВосточной Азии, а также на других тропических побережьях очень часто происходят катастрофические наводнения, вызываемые муссонными дождями (см. выше «муссон»). Таблица 2.8

Типы наводнений Наводнения Низкие Высокие

Выдающиеся

Катастрофические

Основные черты Характерны для равнинных рек. При этом заливается водой не более 10% земель, расположенных в низких местах Приводят к затоплению больших площадей в долинах рек, что связано с необходимостью частичной эвакуации населения и материальных ценностей. При таких наводнениях затапливается 15% земель Характеризуются охватом целых речных бассейнов, нанесением большого материального и морального ущерба, нарушением хозяйственной деятельности в городах и сельских районах, необходимостью проведения массовых эвакуаций из зоны затопления. Затапливается до 70% сельскохозяйственных угодий Характеризуются затоплением обширных территорий в пределах одной или нескольких речных систем, временным прекращением производственно-хозяйственной деятельности, изменением жизненного уклада населения, огромными материальными убытками и человеческими жертвами. Затапливаются более 70% сельскохозяйственных земель, города, населенные пункты, промышленные предприятия, дороги, коммуникации

Примечание: водная оболочка Земли (гидросфера) занимает 71% ее поверхности. Основная масса воды содержится в морях и океанах - 94%. Запас воды в реках составляет ~ 1 200 км3.

24

Немного истории: 7-14 августа 1968 г. муссонные дожди в Индии вызвали разлив реки Тапи и наводнение в штате Гуджарат. Утонули и умерли от холеры 2 000 человек. Город Сурат оказался первым из крупнейших населенных пунктов, который ощутил на себе свирепость стихии воды, льющейся с неба. За несколько часов город был затоплен на 3 м и в этом состоянии оставался в течение недели. В Гуджарате и соседнем штате Раджастахан утонули свыше 80 000 голов крупного рогатого скота; разлагающиеся трупы не успевали убирать. Заражение питьевой воды вызвало по всему штату эпидемическую вспышку холеры, которая унесла жизни 1 000 жителей. В период муссонных дождей происходит увеличение численности москитов, являющихся переносчиками энцефалита. Каждый год от этой болезни умирают несколько сотен индийцев.

Часто бывает, что вторичные поражающие факторы наводнений вызывают еще большие бедствия, чем само наводнение. Ужасная трагедия постигла египетскую провинцию Асьют в 1994 г. Вызванное ливнем наводнение привело к короткому замыканию на складе нефтепродуктов. После мощного взрыва пылающее горючее залило близлежащий поселок; погибли более 500 человек. В 1994 г. в Индии многодневные ливни вызвали наводнение, а затем оползни, в которых погибли более 75 человек. В том же году в Италии наводнением в долине р. По было снесено в море более 20 000 т вредных веществ. Прогнозировать наводнения можно, проводя гидрологический прогноз. Последний включает в себя исследования, направленные на научное обоснование характера и масштаба этого стихийного бедствия. Прогнозы могут быть локальными и территориальными, краткосрочными (10-12 суток), долгосрочными (до 3 недель) и сверхдолгосрочными (более 3 месяцев). Масштабы и последствия наводнений зависят от их продолжительности, рельефа местности, времени года и погоды, характера почвенного слоя, скорости движения и высоты подъема воды, состава водного потока, степени застройки населенного пункта и плотности проживания населения, состояния гидротехнических и мелиоративных сооружений, точности прогноза и оперативности проведения ПСР в зоне затопления. Для предотвращения или уменьшения отрицательных последствий наводнений

выполняются организационные и инженерно-технические мероприятия: укрепление гидротехнических сооружений; устройство дополнительных дамб, валов для задержания водных потоков; накопление аварийных материалов для заделывания промоин, наращивания высоты плотин и дамб; подготовка аварийных плавсредств. Выделяются транспортные средства для возможной эвакуации населения и материальных ценностей. Осуществляется постоянный гидрологический прогноз, отслеживается уровень воды в водохранилищах, организуется подготовка населения и специальных формирований для работы в условиях наводнений. Сильный туман представляет собой облако, расположенное у самой земной поверхности. Облака возникают при конденсации водяного пара в атмосфере, когда образуются либо капельки воды, либо кристаллы льда. Туман опускается на землю в тихие, ясные ночи, когда воздух влажный, а земная поверхность охлаждается, излучая в пространство тепло. Туман также может образоваться при прохождении теплого влажного воздуха над холодной поверхностью суши или воды. Если холодный воздух оказывается над поверхностью теплой воды, возникает туман испарения. Видимость при тумане - 50 м и менее. Сход снежных лавин является результатом скапливания на крутых склонах снежных масс и обильных снегопадов в горах, при которых происходит быстрое внезапное движение снега и льда вниз по крутым склонам гор. Лавины бывают склоновыми, лотковыми и прыгающими. Скорость схода лавин составляет в среднем 70-100 км/ч. Разрушительная сила лавины складывается из энергии падающего снега и предлавинной воздушной волны. Сила удара волны может достигать 50 т/м2. Для сравнения: деревянный дом выдерживает удар не более 3 т на 1 м2, а удар силой 10 т на 1 м2 выворачивает с корнем вековые деревья. Объем снега, переносимого одной лавиной, может достигать 200 000 м3. В многоснежные зимы на Кавказе лавины переносят в год до 3-4 млн. м3 снега. Снег в лавине может накапливаться в течение нескольких десятилетий. Лавина приходит в движение или под собственным весом, когда появляется 25

возможность преодоления силы трения внутри снежника, или при сильных звуковых колебаниях воздуха и даже слабых землетрясениях. Обычно территория, пораженная лавиной, невелика и включает в себя склон, по которому она сходит в долину, и подножье горы. Лавины сходят с гор с определенной периодичностью, характерной для данного места (слабые лавины - несколько раз в год). Сход крупных лавин приносит значительный ущерб хозяйственным объектам и населенным пунктам, располагающимся у подножий лавиноопасных склонов. Различают пассивные противолавинные методы (использование опорных сооружений, дамб, лавинорезов, надолбов, снегоудерживающих щитов, восстановление леса и др.) и активные (искусственное провоцирование схода лавины в выбранное время при соблюдении мер безопасности). Для уменьшения отрицательных последствий на пути лавин устраиваются препятствия, "козырьки", коридоры, вызывается принудительный сход снега, прекращается доступ людей в лавиноопасные районы. Немного истории: 218 г. до н.э. Лавина в Альпах едва не погубила все войско карфагенского царя Ганнибала. 1986 г. При покорении пика Советов (Средняя Азия) неосторожным ударом ледоруба по насту была «разбужена» лавина, что привело к гибели 10 человек. В Перу лавина сошла с горы Часкари и накрыла городок Невада-Каскари, погибли 4 000 человек.

Грозовые фронты (табл. 2.9) возникают в кучево-грозовых облаках и обусловлены разрядкой атмосферного электричества в виде молний между облаками и облаками и землей. Объем грозового облака достигает от сотен до нескольких тысяч кубических километров, масса водно-ледяных частиц при этом объеме – 106-107 т. Потенциальная энергия грозового облака составляет от 1013 до 1014 Дж. Заряд облака (части облака) образует мельчайшие одноименно заряженные частицы воды (в жидком и твердом состоянии). Почти всегда гроза сопровождается молнией, которая представляет собой высокоэнергетический заряд, возникающий вследствие установления разности электрических потенциалов между поверхностями облачного покрова и земли. Основ-

ной формой релаксации разрядов атмосферного электричества является молния. Длина молнии зависит от высоты облаков (от 2 до 50 км). Сила тока составляет 50-60 • 103 А, иногда 200 • 103 А. Температура в молниевом канале достигает 30 • 107 °С. Напряженность электрического поля внутри облака – 105 В/м. Диаметр канала молнии равен 1 см, продолжительность разряда - доли секунды. Особо опасными являются «сухие» грозы, которые часто приводят к возникновению пожаров в лесах и степных пространствах. Наблюдения на Крайнем Севере и Сибири показывают, что при низких температурах во время сильных снегопадов и метелей электризация снега настолько велика, что происходят зимние грозы. В такие моменты в облаках снежной пыли бывают видны синие и фиолетовые вспышки, наблюдается свечение остроконечных предметов, образуются шаровые молнии. Очень сильные метели иногда заряжают телеграфные провода так сильно, что подключаемые к ним электрические лампочки светятся полным накалом; такие же явления наблюдаются во время сильных пыльных (песчаных) бурь. Существует несколько разновидностей гроз, образующихся в разных условиях, имеющих разную силу, сообразно которой необходимо планировать свои действия. Молния является мощным поражающим опасным фактором. Прямой удар молнии приводит к механическим разрушениям зданий, сооружений, скал, деревьев, пожарам и взрывам; является прямой или косвенной причиной гибели людей. Механические разрушения вызываются мгновенным превращением воды и вещества в пар высокого давления на пути протекания тока молнии в названных выше объектах. Прямой удар молнии называют первичным воздействием атмосферного электричества. Ко вторичному воздействию относятся электростатическая и электромагнитная индукция, занос высоких потенциалов в здания и сооружения. Гром – это звуковое явление, вызванное колебаниями воздуха при повышении давления на пути молнии; слышен в виде продолжительных раскатов, а не как одиночный удар, так как возникает вдоль всего 26

Таблица 2.9 Классификация гроз Балл 1

Характеристика

Степень опасности

Одноячеечные

Грозы

Образуются при наличии сильного локального восходящего потока воздуха. Скоротечны, длятся меньше получаса и не вызывают серьезных изменений погоды

2

Многоячеечные линейные

Представляют линию гроз с явно выраженным фронтом, имеющим значительные (десятки километров) линейные размеры. Распознаются по темной стене облаков, обычно покрывающей горизонт с западной стороны

3

Многоячеечные кластерные

4

Сверхмногоячеечные

Грозовые ячейки находятся на различных уровнях развития грозового жизненного цикла. В начале развития грозы доминируют отдельные ячейки. Новые ячейки имеют тенденцию формироваться - вдоль края грозы, направленного против ветра (обычно западного или югозападного), причем зрелые ячейки расположены в центре, а рассеянные ячейки - вдоль подветренного края грозы (восточного или северо-восточного) Отличаются мощностью, наличием сильного вращения восходящих потоков воздуха. Характерно разделение ячеек грозы. Фланговые потоки воздуха поддерживают центральный поток

Могут сопровождаться градом небольших размеров, непродолжительными, но сильными дождями, а иногда и слабыми смерчами. Данные погодные условия наблюдаются на всем пути прохождения грозы. Предсказать развитие грозы чрезвычайно трудно. Степень опасности – низкая Линия шквалов приносит резкую смену погоды вблизи поверхности раздела восходящих и нисходящих потоков воздуха на переднем крае грозы. Характерны порывистые ветры, возможен град величиной с шарик для гольфа. Иногда возможны наводнения, если линия шквалов замедляет свое поступательное движение или останавливается, или грозы, перемещающиеся параллельно линии, многократно проходя через одну и ту же область Смена погоды может быть самой разнообразной. Сопровождаются частыми грозовыми разрядами, градом средних размеров, наводнениями и слабыми торнадо. Наиболее интенсивная смена погодных условия наблюдается вблизи поверхности раздела восходящих потоков воздуха, которая, в свою очередь, расположена в тылу грозы и вблизи фронта. Степень прогнозирования возможного ущерба и степень опасности для человека – средняя Редкий тип гроз. Наиболее опасный, приносит много бедствий. Характеризуется сильными дождями, крупным градом; возможны наводнения

канала разряда молнии; поэтому звук преодолевает расстояние от своего источника до наблюдателя в несколько этапов. В районе о-ва Ява грозы бывают 322 дня в году. Во время грозы может возникнуть редкое атмосферное явление – шаровая молния. Она представляет собой светящийся шар диаметром 20-25 см, медленно переносимый

потоками воздуха. Сияние шара - обычно красное, оранжевое или желтое. Время «жизни» такого шара - от нескольких секунд до нескольких минут, после чего он исчезает или взрывается, что может привести к пожару или гибели людей. В отличие от быстрого разряда линейной молнии шар движется сравнительно медленно. Шаровая молния 27

может сиять, как 100-ваттная лампочка без видимого источника питания. Она не излучает тепла, хотя способна проникать через окна, расплавляя при этом стекло. Еще одной уникальной способностью шаровой молния является ее способность двигаться против ветра, проникать в узкие щели, дымоходы, появляться в кабинах летящих самолетов. Раньше сообщения о шаровых молниях часто считали плодом больного воображения. Однако за последние несколько десятилетий количество свидетелей загадочного явления перевалило за 10 тыс. В силу недолговечности шаровых молний и невозможности воспроизвести их в лабораторных условиях им пока не найдено научного объяснения. Самая распространенная теория гласит, что шаровая молния образуется, когда в результате удара обычной молнии происходят испарение и разложение содержащегося в почве кремнезема. Пары кремния уплотняются, образуя шары из тонкодисперсной пыли, удерживаемой электрическими разрядами. Затем происходит процесс окисления, и шар начинает светиться. Согласно другой теории шаровая молния это плазма, перегретый газ, атомы которого лишены электронов. Существует также мнение, что шаровая молния - это тонкий сферический слой сжатого воздуха, внутри которого циркулирует интенсивный свет. Грозовой разряд образует замкнутую область с повышенным давлением; в такую замкнутую область попадает интенсивное световое излучение, и начинает работать механизм самофокусировки света, который создает собственное избыточное давление (Лукьянова, 2003). Немного истории: 1753 г. В Санкт-Петербурге во время изучения атмосферно-электрических явлений от шаровой молнии погиб ученый Г.Рихман. 1983 г. Шаровая молния в графстве Стаффордшир (Англия) разворотила пятифунтовую дыру в крыше дома, в соседнем доме высадила окна, вырвала из стен электрические розетки и оставила огромное отверстие в крыше.

Огни Святого Эльма являются разновидностью молний и представляют собой кольцевидное или пучкообразное свечение заостренных предметов, в том числе шпилей башен, концов рей и топов мачт кораблей. В

далеком прошлом это явление сильно поражало воображение путешественников и воспринималось ими как предупреждение покровителя моряков святого Эльма о приближении грозы. Суть явления заключается в том, что при усилении электрического поля поверхность некоторых тел получает электрический заряд высокого потенциала, вследствие чего происходит пробой электрического сопротивления воздуха у верхушек заостренных предметов, где наблюдается истечение электрического заряда, который и возбуждает молекулы газа, вызывая их легкое свечение. Немного истории: Раньше полагали, что огни Святого Эльма являются добрым предзнаменованием. На самом деле при данных атмосферных условиях растет вероятность того, что молния поразит как раз те места, которые облюбовали огни Святого Эльма. Считается, что не без участия огней Святого Эльма произошла катастрофа, радикально изменившая воздухоплавание. 6 мая 1937 г. во время посадки прибывшего из Германии роскошного пассажирского дирижабля «Гинденбург» в Лейкерсте, штат Нью-Джерси, появилась огромная туча. Капитан отложил посадку огромного наполненного водородом судна до окончания грозы. Когда гроза сменилась моросящим дождем, корабль пошел на снижение, и члены экипажа выбросили на землю посадочные тросы. К ужасу команды вскоре вокруг хвоста «Гинденбурга» появились язычки пламени и быстро объяли всю поверхность дирижабля. Погибли 36 человек. Расследование катастрофы привело к выводу, что выходящий в местах утечки водород, был подожжен электрическим током, бежавшим вверх с земли по посадочному канату. Обычно безвредное свечение огней Святого Эльма зародило пожарище, погубившее не только «Гинденбург», но и дирижабль как вид транспорта (Силы природы, 1988).

Гало - световое кольцо вокруг Солнца или Луны - относится к группе оптических атмосферных явлений. Гало возникают вследствие преломления и отражения света ледяными кристаллами, образующими перистые облака и туманы. Явления гало весьма разнообразны: имеют вид радужных (в случае преломления) и белых (при отражении) полос, пятен, дуг и кругов на небесном своде. Наиболее обычные формы гало: радужные круги вокруг диска Солнца или Луны с угловым радиусом 22° либо 46°; паргелии, или "ложные солнца", - яркие радужные пятна справа и слева от Солнца (Луны) на расстоянии 22°, реже 46°; около28

зенитная дуга - отрезок радужной дуги, касающейся верхней точки 46-градусного круга и обращенной выпуклостью к Солнцу; паргелический круг - белый горизонтальный круг, проходящий через диск светила; столб - часть белого вертикального круга, проходящего через диск светила (в сочетании с паргелическим кругом образует белый крест). Гало следует отличать от венцов, которые имеют другое (дифракционное) происхождение. Для возникновения некоторых гало необходимо, чтобы ледяные кристаллы, имеющие форму 6-гранных призм, были ориентированы по отношению к вертикали одинаковым или хотя бы преимущественным образом. Теория гало детально разработана. Так, 22-градусный паргелий возникает в результате преломления лучей в вертикально ориентированных кристаллах при прохождении луча через грани, образующие углы в 60°; 46-градусный круг создаётся преломлением при гранях, составляющих углы в 90°; вертикальные и горизонтальные круги получаются вследствие отражения от горизонтальных и вертикальных граней кристаллов. Гало случаются круглый год, но чаще наблюдаются в период с ранней весны до поздней осени. Немного истории: В древности гало принимали за небесные знамения, предвещающие всяческие беды и несчастья. Масштаб грядущего бедствия оценивался по полноте открывавшейся картины: чем ярче гало, чем большую небесную площадь оно покрывает, чем оно красивее — тем хуже.

Ложные солнца. Иногда верхние слои воздуха бывают настолько неподвижны, что маленькие кристаллики льда располагаются почти параллельно горизонту. В эти минуты они превращаются в своеобразное небесное зеркало и создают благоприятные условия для наблюдения ложного солнца. Серебристые облака (мезосферные облака) - очень тонкий слой облаков на высоте 70-90 км, иногда заметный вследствие их слабого серебристо-синего свечения на фоне ночного неба. Природа серебристых облаков до сих пор не вполне изучена. Предполагается, что они состоят из мельчайших частиц, покрытых льдом и потому

отражающих свет. Появление таких частиц в верхней атмосфере связывается с выбросом вулканической пыли при сильных извержениях или попаданием межпланетной пыли. Существует серия наблюдений, связывающая образование серебристых облаков с запусками мощных ракет в атмосфере Земли. При каждом запуске ракетоноситель выбрасывает около 1 200 т водяного пара в связи, с чем предполагается увеличение интенсивности облакообразования в мезосфере в последующие десятилетия более чем на 50%. В ночь с 30 июня на 1 июля 1908 г. после взрыва знаменитого Тунгусского метеорита яркие серебристые облака наблюдались на территории более 12 млн. км2. Аномально яркие сумерки непрерывно отмечались в течение нескольких ночей, свет исходил из светящейся дымки облаков. В 1985 г. при работе на орбитальной станции «Слют-7» космонавту-исследователю В.П. Савиных удалось наблюдать уникальный случай образования аэрозольных облаков, имеющих сходство с серебристыми, при мощном извержении вулкана Руис в Колумбии. Серебристые облака медленно движутся в направлении воздушных течений. В отличие от тропосферных они находятся в зоне активного взаимодействия атмосферы Земли с космическим пространством. Внешне эти облака мало похожи на тропосферные; наблюдаются в ночное время суток и в летний период в основном в средних широтах; отличаются собственным свечением, т.е. всегда выглядят светлыми на фоне темного неба (табл. 2.10). Необыкновенный флюоресцирующий свет, исходящий от них, и необычная форма почти всегда привлекают взгляд наблюдателя. Вот как их описал в 1885 г. один из первых исследователей, русский астроном В.К. Цераский: "… Облака эти ярко блистали на ночном небе чистыми, белыми, серебристыми лучами, с легким голубоватым отливом, принимая в непосредственной близости от горизонта желтый, золотистый оттенок. Были случаи, что от них делалось светло, стены зданий весьма заметно озарялись, и неясно видимые предметы резко выступали. Иногда облака образовывали слои или пласты, иногда своим видом похожи были на ряды волн или напоминали песчаную отмель, покрытую рябью 29

или волнистыми неровностями..." (Цераский, 1890). Немного истории: Обнаружены были серебристые облака неожиданно в целом ряде стран. 8 июня 1885 г. их наблюдал в Германии Т.Бакгауз, 12 июня в России В.К. Цераский, 10 июня в Чехии - В. Ласка, 23 июня в Эстонии - Э. Гартвиг. Научный мир был удивлен открытием этого нового атмосферного явления. Странным казалось то, что при развитой европейской науке об атмосфере (а в то время в Европе и России работали десятки астрономических обсерваторий и сотни метеорологических станций) ночные светящиеся облака почему-то остались неизученными. Были отдельные наблюдения похожих облаков в разное время, но качественных, полноценных описаний не существовало. Создавалось впечатление, что до июня 1885 г. яркие серебристые облака просто не появлялись. В 1886 г. эти необычные облака снова наблюдались во многих северных странах Европы. А уже в 1888 г. их обнаружили в Чили.

Полярные сияния представляют собою свечение верхних, сильно разреженных слоев атмосферы Земли под воздействием потоков заряженных частиц (электронов и протонов), вторгающихся из околоземного космического пространства. Сияния могут быть видны в ночные часы и во время сумерек.Высоты свечения обычно заключены в

пределах от 80-100 до 300-400 км, иногда до 1000 км. Сияния простираются в долготном направлении на тысячи и десятки тысяч километров, в широтном - до тысячи километров и более, а в высоту - на десятки и сотни километров. Вызванные ими возмущения разогрев атмосферы, возникновение в ней волн - проявляются на еще больших площадях. Таким образом, полярные сияния оказывают влияние на состояние всей верхней атмосферы Земли. Формы полярных сияний, их яркость, цвет, структура могут быть очень разнообразными и изменчивыми. Возникновение полярных сияний сопровождается рядом других геофизических явлений, с которыми они тесно связаны: магнитными бурями, нарушением состояния ионосферы и условий распространения радиоволн, нарушением работы телефонных и телеграфных линий и т.д., а также изменениями в околоземном пространстве. Сияния чаще всего появляются в полярных областях северного и южного полушарий Земли, главным образом в двух кольцеобразных зонах, охватывающих геомагнитные полюса планеты. На территории России зона сияний проходит примерно вдоль берега Евразии через северную часть Кольского п- ва, о-ва Таблица 2.10

Оценка яркости серебристых облаков Балл 1 2 3 4 5

Характеристика Очень слабые серебристые облака, едва заметные на фоне сумеречного сегмента; обнаруживаются только при очень внимательном осмотре неба Облака легко различимы, но их яркость весьма мала Облака хорошо заметны и резко выделяются на фоне сумерек Яркие облака, привлекающие к себе внимание Исключительно яркие серебристые облака

Новая Земля, п-ов Таймыр, Новосибирские о-ва, о-в Врангеля. Общее количество света, излучаемого яркими сияниями, сравнимо со светом полной Луны. Иногда, если сияния сосредоточены в одной части неба, могут быть видны тени от предметов. Активная фаза сияний длится недолго, обычно несколько минут. После нее подвижность и яркость сияний быстро уменьшаются, но при этом могут наблюдаться пульсации более или менее ритмичные быстрые изме-

нения яркости. Свечение сдвигается к полюсу, и постепенно явление возвращается к исходному виду. Активность сияний изменяется на протяжении суток, от ночи к ночи и может быть неодинаковой в разные месяцы. Наблюдаются также изменения активности с периодом в несколько лет. Современная классификация полярных сияний разработана специальным комитетом по решению Ассоциации геомагнетизма и аэрономии международного союза 30

геофизики и геодезии и введена с I января 1964 г. Согласно этой классификации явление полярного сияния описывается формой, структурой, яркостью, положением, активностью, характером и цветом. 2.3. Климатические опасности. Эль-Ниньо и Ля-Ниньо. Глобальное потепление Под климатом принято понимать многолетний режим погоды некой географической области, проявляющийся в вариациях значений и повторяемости отклонений от средних показателей температуры, скорости атмосферной циркуляции, осадков и других элементов погоды. Представления о климате складываются, главным образом, на основе статистической обработки результатов метеорологического мониторинга или фенологических наблюдений, если это касается исторических сведений. Любые климатические изменения представляют собой опасность, поскольку могут оказаться триггером для активизации биологических опасностей и возникновения энергетического кризиса. Эль-Ниньо и Ля-Ниньо. В последние годы выяснилось, что с явлением Эль-Ниньо связано формирование крупных климатических аномалий. Явление известно давно. Так, еще в ХV в. рыбаки Южной Америки заметили, что на Рождество вдоль берегов океана периодически появляется необычно теплое течение. В честь Христа течение назвали El Nino (от испанского - «дитя»). По данным геологических и палеоклиматических исследований данный феномен существует не менее 100 000 лет. Сущность явления - в резком повышении температуры (на 5-9°С) поверхностного слоя воды на востоке Тихого океана. В обычных погодных условиях, когда фаза Эль-Ниньо еще не наступила, теплые поверхностные воды океана удерживаются восточными ветрами (пассатами) в западной зоне тропической части Тихого океана, где формируется теплый бассейн. Глубина теплого слоя воды достигает 100-200 м. В это время температура поверхности воды на западе океана в тропической зоне составляет 29-30°С, на

востоке - 22-24°С. Такое различие в температурах обусловлено поднятием глубинных холодных вод на востоке при подсосе воды пассатными ветрами. При этом образуется самая большая площадь тепла и стационарного неустойчивого равновесия в системе «океан-атмосфера» (http//www.zerkalo-nedeli). Данную ситуацию называют нормальным балансом. По неизвестным пока причинам с интервалом 3-7 лет пассаты ослабевают, температурный баланс нарушается, и теплые воды западного бассейна Тихого океана направляются на восток, создавая мощное теплое течение. На огромной площади в тропических и центральных экваториальных частях океана происходит резкое повышение температуры поверхностного слоя воды. Это и есть наступление фазы Эль-Ниньо: возникают внезапные шквальные западные ветры. Они сменяют обычные слабые пассаты над теплой западной частью Тихого океана и препятствуют подъему на поверхность холодных глубинных вод. Происходит блокировка апвеллинга (подъем вод из глубины водоема к поверхности). Над территориями США, Филиппин, Индонезии, Японии проносятся ураганы и штормы, несущие чрезвычайно большое количество осадков. Скорость ураганных ветров достигает 100 м/с, вследствие чего океанские волны затапливают прибрежные территории. Одновременно в других регионах возникают жесточайшие засухи (Австралия, западная часть Тихого океана, Африка, Индия, ШриЛанка). Последствия Эль-Ниньо сказались на формировании интенсивного атмосферного юго-западного переноса воздушных масс над Европой и европейской частью России зимой 1983-1984 гг. В результате зима над этими регионами была аномально теплой, не замерзло даже Охотское море. В некоторых районах уменьшение устойчивости атмосферы и повышение температуры поверхности центральной и восточной частей Тихого океана после Эль-Ниньо 1982-1983 гг. привели к изменению траектории тайфунов. Вследствие этого французская Полинезия в течение пяти месяцев 1982-1983 гг. шесть раз подвергалась воздействию тайфунов (Борисенков, Пасецкий, 1988). По данным американских специалистов в 1982-1983 гг. 31

экономический ущерб от последствий ЭльНиньо составил 13 млрд. долл. Противоположная фаза явления ЭльНиньо называется Ла-Ниньо. В этой фазе температура вод приэкваториальной части Тихого океана опускается ниже нормы. Холодная погода устанавливается на востоке Тихого океана. Во время формирования ЛаНиньо восточные ветры с западного побережья обеих Америк значительно усиливаются, сдвигают зону теплой воды тропического теплого бассейна, и протяженность «языка» холодных вод достигает 5 000 км. Располагается Ла-Ниньо именно в том месте (Эквадор – острова Самоа), где при ЭльНиньо был пояс теплых вод. Ла-Ниньо возникает также примерно раз в 6-7 лет. ЭльНиньо и Ла-Ниньо проявляются, как правило, с декабря по март. Согласно последним наблюдениям достоверность наступления Эль-Ниньо и ЛаНиньо можно точно определить по показаниям барометров, установленных в городе Дарвин (Австралия) и на острове Таити. Для этого сравнивают тенденцию движения атмосферного давления на обеих станциях: при Эль-Ниньо давление на Таити будет высоким, а на Дарвине – низким; при ЛаНиньо – наоборот (http//www.primpogoda.ru). Немного истории: Годы, в которые был зафиксирован ЭльНиньо: 1864, 1871, 1877-1878, 1884, 1891, 1899, 19111912, 1925-1926, 1939-1941, 1957-1958, 1965-1966, 1972, 1976, 1982-1983, 1986-1987, 1992-1993, 19971998. Впечатляющие последствия имел Эль-Ниньо 1997-1998 гг. За всю историю наблюдений он был самым сильным. В 1998 г. приповерхностная температура была рекордно высокой как для Земли в целом, так и для отдельных полушарий. Феномен развивался быстро, температура поднялась до наивысших отметок. Сильный ветер и ливни в Центральной и Южной Америке смели сотни домов; были затоплены целые районы. А Перу на месте пустыни, где дожди случаются один раз в десять лет, образовалось огромное озеро площадью десятки километров. При этом дожди на тихоокеанском побережье Колумбии вызвали оползни; необычайно теплая погода была зарегистрирована в Южной Африке, на юге Мозамбика, в центральных и южных областях Мадагаскара. В Кении наблюдались сильные наводнения; умерли от малярии свыше 1 500 человек. В Индонезии и на Филиппинах явление вызвало сильную засуху, которая привела к лесным пожарам. В европейской части России, Румынии весной и на протяжении октябрядекабря фиксировалось переувлажнение; Северная Корея пострадала от катастрофических неурожаев, в

Индии не было обычных муссонных дождей, в засушливом Сомали количество осадков превысило норму. Эль-Ниньо 1997-1998 гг. существенным образом повлиял на среднюю глобальную температуру воздуха Земли: она превысила обычную на 0,44°С. От феномена Эль-Ниньо страдает рыбная промышленность некоторых стран. Холодная, богатая планктоном вода не может подняться из глубин на поверхность океана – ее не пускают теплые воды ЭльНиньо; стаи промысловых рыб в поисках корма кочуют в другие места, сокращается рыбный промысел, что приносит громадный экономический ущерб. Так, во время Эль-Ниньо в 1982-1983 гг. в районе Эквадора исчезли сардины, анчоусы; сократился промысел ставриды, камбалы. У берегов Мексики и КостаРики стали гибнуть кораллы – существа очень чувствительные к изменениям температуры воды. В Чили изголодавшиеся бакланы начали совершать налеты на рыбные рынки. В Перу из-за нехватки сырья закрылись несколько фабрик, перерабатывающих рыбу в муку.

Глобальные потепления и похолодания. Главную причину глобального потепления многие ученые видят в так называемом «парниковом эффекте» атмосферы Земли. Изучение явления восходит к работам французского математика и физика Жана Батиста Жозефа Фурье, который и открыл этот эффект в 1824 г. В 1860 г. английский физик Джон Тиндаль выяснил, что СО2 подобно водяному пару экранирует большую часть инфракрасного излучения Земли. В конце XIX в. шведский химик Сванте Аррениус количественно оценил влияние изменения концентрации атмосферного СО2 на температуру земной поверхности. Ученый считал, что чередование ледниковых и межледниковых эпох в четвертичном периоде связано с колебаниями концентрации СО2 и что человечество ставит рискованный эксперимент над климатом планеты, сжигая ископаемое топливо и тем самым увеличивая «парниковый эффект» атмосферы. Кроме того, антропогенное увеличение главного газообразного биогенного вещества должно повлиять на состояние сельского хозяйства и лесоводство. Английский геолог Р.Шерлок в 1922 г. писал, что влияние человека на климат уже началось. Российский ученый А.Е. Ферсман подчеркивал, что произошло бы грандиозное изменение геологических процессов, если бы действительно осуществилось удвоение СО2 в воздухе. Он осмысливал факт антропогенного изменения атмосферы с точки зрения геохимика. 32

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Ля-Ниньо (коллекция НАСА)

Эль-Ниньо (коллекция НАСА)

Распределение метана в атмосфере Земли (коллекция НАСА)

Озоновая “дыра” над Антарктидой, 1998 г. (коллекция НАСА)

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Землетрясение в Андах,1946 г.

Сход лахара с вулкана СентХеленс, 1980 г.

Землетрясение в Вальпараисо, 1970 г.

Подводное извержение вулкана Кавачи, май 2000 г.

Извержение вулкана Попокатепетль, Мексика, 1994 г.

Мнения современных исследователей о проблеме «парникового эффекта» и его последствиях кардинально разделились. Что же представляет собой данное явление? 30% солнечного излучения, падающего на Землю, отражается в пространство, 20% поглощается атмосферой и поверхностью планеты. Сама Земля тоже излучает тепло, которое частично поглощается атмосферой, а частично уходит в космическое пространство. Соотношение тепла получаемого и тепла отдаваемого называется тепловым балансом. В атмосфере находятся газы, обладающие большой способностью удерживать тепло, например, водяные испарения и углекислый газ (углекислый газ удерживает 18% земного тепла). Если его количество в атмосфере увеличивается, следовательно, тепла удерживается больше, и воздушная оболочка нашей планеты понемногу разогревается. По мнению ученых за последние 30 лет количество углекислого газа в атмосфере выросло на 80%, что связывают с деятельность человека (сжигание различных видов ископаемого топлива). Регулярные наблюдения за концентрацией углекислого газа в воздухе планеты были начаты в 1958 г. в обсерватории на вершине гавайского вулкана Мауна-Лоа. Сторонники «парникового эффекта» видят причину глобального потепления именно в увеличении в атмосфере углекислого газа. Хотя исследования образцов льда из скважин в Антарктиде показали, что за последние 30 000 лет содержание углекислого газа в атмосфере менялось много раз, причем в довольно большом диапазоне – от 200 до 320 частей на миллион. К парниковым газам относят также метан СН4 (также компонент углеродного цикла), озон О3, фреоны (углеводороды, содержащие бром, фтор или хлор) и некоторые другие соединения. Другая точка зрения заключается в том, что увеличение количества газа в атмосфере является скорее следствием, а не причиной потепления. Согласно этой версии углекислый газ не предшествует потеплению, а идет после него, поскольку 90% СО2 растворено в Мировом океане, и процесс изъятия углекислого газа из воды бесконечен. Если допустить нагревание океана на 0,5°С, то он должен выбросить большую

массу углекислого газа в атмосферу. В случае похолодания океаны, наоборот, поглощают углекислый газ. Существует еще одна точка зрения на глобальное потепление, согласно которой солнечная активность воздействует на атмосферу и меняет обычный облачный покров, определяющий температуру Земли. В периоды, когда поток космических частиц в атмосфере уменьшается, облачность и уровень выпадения осадков снижаются. В последние годы наблюдается уменьшение потока космических лучей в атмосфере, следовательно, уменьшается количество облаков и занятая ими площадь. Это уменьшение должно вызывать постепенное увеличение температуры на планете. Интересной и достаточно аргументированной является гипотеза, согласно которой периодические потепления и оледенения на Земле вызваны разложением и образованием гидратов. Относительно недавно на дне Мирового океана обнаружены огромные залежи газовых гидратов. Основной неводный компонент природных газогидратов – метан, концентрация которого в атмосфере примерно в 200 раз ниже, чем концентрация СО2. При этом радиационная активность метана примерно в 21 раз выше, чем углекислого газа. В ближайшие 50 лет ожидается удвоение концентрации метана. Существуют данные, что в середине прошлого века парниковый эффект от метана составлял 6% по отношению к эффекту, производимому углекислым газом; в начале XXI в. уже 10%, а еще через полвека достигнет 14%. Причина прироста пока неясна. Ученые допускают, что это могут быть наблюдаемые и скрытые выбросы метана при разложении природных газовых гидратов. Сейчас ученые задумываются над проблемой: как повлияет происходящее потепление на чувствительные к параметрам среды газогидраты. Дальнейшее потепление может вызвать их разложение, а освободившийся метан приведет к дальнейшему потеплению и ускорению этого процесса.О возможных последствиях потепления очень образно высказался Сергей Петрович Капица в одном из интервью (http//nauka.relis.ru): «… В климатическом отношении человечество движется вверх по лестнице, ведущей вниз …» 33

(«вниз» - медленное похолодание, связанное с продолжением ледникового периода, «вверх» - потепление, вызванное как локальными погодными циклами, так и антропогенным воздействием на природу). Немного истории: Во времена Петра Великого в Европе было гораздо холоднее. Это был пик так называемого малого ледникового периода, одного из нескольких периодов похолодания в исторические времена. Живопись старых голландских мастеров показывает, что каналы были покрыты льдом, а люди (и стар, и млад) катались на коньках. В ту пору и Темза в Лондоне замерзала. В 1740 г. по приказу Анны Иоанновны в центре Санкт-Петербурга был построен дворец изо льда, который простоял полтора месяца. За последние два столетия можно выделить два периода: холодный – с 1815 по 1919 гг. (в рассказах Джека Лондона о золотоискателях на Аляске слюна его героев замерзала на лету, замерзал Ниагарский водопад (Северная Америка), в СанктПетербурге и Москве по льду на реках Нева и Москва ездили на санях) и теплый – с 1920 по 1976 гг. первые полярные станции дрейфовали по открытой воде (нынешние стоят на толстом арктическом льду). После извержения индонезийского вулкана Тамбора в 1815 г. наблюдались аномально холодные зимы. 18 мая 1980 г. взорвался вулкан Сент-Хеленс в США и 28 марта 1982 г. - вулкан Эль-Чичон в Мексике. Они выбросили примерно 0,5 км3 мельчайших частиц. Это во много раз больше среднего количества пыли, поступающего в атмосферу за год (выбросы вулкана Эль-Чичон достигли высоты 35 км). Результатом стали последовавшие за извержениями несколько холодных зим.

На ведущихся в настоящее время переговорах в ООН идет борьба за ратификацию Киотского протокола (1997 г.), по которому многие развитые страны, прежде всего США, Япония и страны Западной Европы, должны будут уменьшить ежегодную часть общих промышленных выбросов в атмосферу двуокиси углерода. Не подписывают соглашение США (на их долю приходится 20% всех выбросов вредных газов в атмосферу), Индия и Китай, также вносящие значительный вклад в загрязнение атмосферы парниковыми газами. Основным препятствием в решении проблемы предотвращения возникновения парникового эффекта является отсутствие единого мнения на происхождение парниковых газов: действительно ли промышленные выбросы настолько существенны, чтобы усилить парниковый

эффект атмосферы или количество парниковых газов в атмосфере увеличивается из-за каких-то более мощных природных процессов. Климатические изменения действительно оказывают огромное влияние на окружающую среду. Так, анализ потеплений и похолоданий в геологическом прошлом Земли показывает, что крупные биосферные кризисы возникали на временных границах между потеплениями и похолоданиями. (Добрецов, 2004; Климат…, 2004). В различных источниках информации обсуждаются многочисленные последствия глобального потепления; медики, в частности, полагают, что существенно повысится заболеваемость сердечно-сосудистыми, респираторными и некоторыми другими заболеваниями. Потепление нарушит функционирование экосистем, затронет некоторые элементы инфраструктуры разных стран, что в конечном итоге может стать причиной социальных и экономических потрясений. Повышение температуры в странах с прохладным климатом снизит смертность от простудных заболеваний и переохлаждения, однако этот положительный факт может оказаться несравнимо слабее, чем отрицательные последствия. Повышение температуры может вызвать увеличение экологических ниш некоторых вредоносных насекомых и иных живых организмов, являющихся переносчиками различных болезней. Предполагают, что, например, малярийный комар и брюхоногие моллюски (переносчики шистоматоза) расширят границы своих ареалов обитания. Это может вызвать увеличение частоты заболевания людей малярией. В настоящее время опасности заболевания малярией подвергается около 45% населения Земли, но предполагают, что в результате потепления во второй половине XXI в. риск подобных заболеваний может возрасти до 60%. Для недопущения такого природного кризиса необходимо усовершенствовать службы здравоохранения, разработать долговременные программы контроля состояния окружающей среды, предусмотреть меры по ее охране и ликвидации возможных чрезвычайных ситуаций. Кроме того, необходимо разработать различные технологии 34

защиты зданий и систем жизнеобеспечения, кондиционирования воздуха, очистки воды и т. д. Если же наблюдающееся в настоящее время потепление климата сменится похолоданием, то возникнут другие проблемы. Прежде всего человечество может испытать топливно-энергетический кризис из-за исчерпания запасов природного топлива; увеличится количество различных простудных заболеваний, особенно в регионах с теплым и комфортным климатом. Сокращение сельскохозяйственных угодий может привести к нехватке продовольствия. В конечном итоге можно ожидать и начала миграции населения, что неминуемо вызовет нежелательные социально-экономические последствия. Для решения данной проблемы необходимо разрабатывать технологии извлечения большого количества энергии из возобновляемых природных источников, повышения урожайности сельскохозяйственных угодий, создания эффективных медицинских средств защиты для снижения заболеваемости населения и условий для предотвращения социально-экономических последствий похолодания. Население планеты должно научиться выживать в условиях неотвратимой климатической цикличности. 2.4. Геологические опасности Землетрясения. Наиболее опасным видом природных катаклизмов являются землетрясения. Они возникают как результат деформаций упругого слоя литосферы в тех случаях, когда накопленные в среде напряжения превышают прочность слагающих его горных пород. Считается, что землетрясения с М < 5,5 обусловлены развитием «мелкой» трещиноватости в среде и подвижками по плоскостям разломов, землетрясения с М > 5,5 – лавинным разрывообразованием и прорастанием крупных разломов протяженностью от нескольких десятков до нескольких сотен километров. Сосредоточенная сейсмичность проявляется в подвижных горноскладчатых поясах Земли. Именно здесь происходят наиболее мощные землетрясения, сопровождающиеся человеческими жертвами и большим социальноэкономическим ущербом. Рассеянная сейс-

мичность характерна для внутриплитных областей и имеет более низкий энергетический уровень. Такие землетрясения могут быть опасными при неглубоком залегании очагов и плохом инженерно - техническом уровне строительства сооружений. Как правило, землетрясения протекают в виде серии толчков, которые включают форшоки, главный толчок и афтершоки. Число толчков и промежутки времени между ними могут быть различными. Главный толчок имеет наибольшую силу. Существуют также землетрясения антропогенного характера, возникающие в результате деятельности человека и являющиеся следствием взрывов большой мощности, обрушения подземных инженерных сооружений, продавливания верхнего слоя земной поверхности при сооружении искусственных водохранилищ с большим объемом содержания воды, возведения городов с высокой плотностью застройки многоэтажными зданиями. Наиболее разрушительными и часто повторяющимися являются тектонические землетрясения. Основной поражающий фактор землетрясения - сейсмическая волна, расходящаяся от очага во всех направлениях. Скорость распространения продольных волн около 6 км/с, поперечных - в среднем 3,5 км/с, поверхностных - около ~ 2 км/с. В 1935 г. профессор Ч. Рихтер предложил оценивать энергию землетрясений, используя для этого 9-магнитудную шкалу. Для оценки интенсивности сейсмических колебаний на урбанизированных территориях (табл. 2.11) в 1964 г. была предложена шкала MSK-64 (Медведев, Шпонхойер, Карник, 1965). Она позволяет оценить силу землетрясений по произведенному ими эффекту на поверхности и имеет сходство со шкалой (табл. 2.12) Меркалли-Канкани (1902). В Японии оценка ущерба от землетрясения оценивается по 7-балльной шкале. Краткая характеристика деформации горных пород и изменения режима поверхностных и подземных вод (Иванов, Тржцинский, 2001) приведена в табл. 2.13; шкала интенсивности сильных землетрясений по сейсмодислокациям (Солоненко, 1975) – в табл. 2.14. Новейшие исследования по общему сейсмическому районированию территории Россиипоказали, что более 15% общей площади 35

страны занимают чрезвычайно опасные в сейсмическом отношении 8-9-балльные зоны. Байкальская рифтовая зона (БРЗ) входит в число таких регионов. За последние 260

лет в пределах БРЗ произошло более 180 землетрясений с М > 5,0; 40 из них были записаны региональными сейсмическими станциями (Ключевский, Демьянович, 2001). Таблица 2.11

Шкала MSK-64 в сравнении с магнитудной шкалой Ч. Рихтера Балл 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Краткая характеристика последствий

Магнитудная шкала Ч. Рихтера Землетрясение людьми не ощущается. Вибрацию регистрируют 0-4,3

только приборы Землетрясение ощущается на верхних этажах зданий Землетрясение ощущается на всех этажах. Легкие колебания предметов. Определяется длительность землетрясения Землетрясение уверенно ощущается в зданиях. Звенит посуда, качаются деревья, трещат деревянные стены Землетрясение ощущается на улице. Скрипят двери. Просыпаются спящие. Трескаются стекла в окнах. Заклиниваются двери Землетрясение уверенно ощущается всеми. Походка людей становится неустойчивой. Бьются окна, падают картины со стен, опрокидывается мебель, появляются трещины в фундаментах Трудно удержаться на ногах. Ломается мебель. Печные трубы обламываются на уровне крыш и падают на землю. Звенят колокола в церквях Здания начинают разрушаться. Панели отрываются от каркасов. Падают водонапорные башни. Обламываются ветви на деревьях. Начинают появляться трещины в грунте Дома разрушаются. Рвутся подземные коммуникации. Появляются различные трещины на земной поверхности. Всеобщая паника Почти все постройки разрушаются. Появляются трещины земной поверхности шириной до 1 м. Ломаются стволы деревьев Только очень немногие железобетонные здания сохраняют устойчивость. Разрушаются все мосты. Множество широких разломов на земной поверхности, оползни Полное разрушение зданий и сооружений. Изменяется ландшафт. В воздухе летают обломки

Немного истории: За прошедшие 500 лет на Земле от землетрясений погибли около 4,5 млн. человек. Согласно международной статистике за 1947-1970 гг. погибли 151 тыс. человек, 1970-1976 гг. – 700 тыс. человек, 1979-1989 гг. – 1,5 млн. человек. В Иркутской области и Республике Бурятия одним из самых сильных было землетрясение 1861 г. (31 декабря в 2 ч 18 мин по полудни). В Иркутске ощущался ряд подземных толчков разной силы; закачались и затрещали все строения, колокола звонили во всех церквях сами собой, люди не могли держаться на ногах. На Ангаре и Ушаковке был слышен сильный шум и треск от ломающегося льда, а в городе - от растрескивания замерзшей земли. В каменных строениях появились значительные трещины, во

4,3-4,8

4,8-6,2

6,2-7,3

7,3-8,9

многих деревянных домах растрескались или повалились трубы; песок выбил половицы в избах, вода затопила землю на 1/2 аршина, почти во всех церквях образовались трещины на сводах и другие повреждения. Подземные толчки, но уже легкие, продолжались почти непрерывно в течение дня и всю ночь на 1 января 1862 г. В здании института благородных девиц сильно трещал третий этаж, с потолка валились куски штукатурки. Ущерб после землетрясения составил: погибло 17 276 голов разного скота, 19 576 пудов немолотого хлеба, 14 873 пуда зернового хлеба, 9 500 пудов хлеба в муке, 97 934 копны сена (всего на сумму 537 697 руб.). Наиболее разрушительное действие землетрясение произвело в северовосточной части дельты Селенги на берегу Байкала в селениях: Кудара, Шерашева, Инкина, Красникова,

36

Дубинина, Оймур и бурятских улусах. Отмечался сильный подземный гул, люди и скот не могли держаться на ногах, 20-пудовые бочки с рыбой перекатывались во дворах. В земле образовались щели, из которых шла вода с илом, из колодцев выбрасывало илистую воду на сажень вышины.

Из трещины близ села Инкино в 1 аршин ширины и до 2 саженей глубины вода вышла с особенною силой и разлилась почти на версту. В деревне Красниково образовался новый лог до 20 сажен ширины и 3 глубины, из образовавшихся в земле трещин появился ключ. В Кударе купол церкви обрушился внутрь

Таблица 2.12 Последствия землетрясений в зависимости от интенсивности по международной шкале Ж. Меркалли Балл 1 2 3 4 5 6 7

8

9 10 11 12

Краткая характеристика последствий Не ощущается людьми. Отмечается только сейсмическими приборами Ощущается в спокойной обстановке на верхних этажах зданий Ощущается в помещениях; кажется, будто под окнами проезжает легкий грузовик. Качаются висячие предметы Кажется, будто проезжает тяжелый грузовик; звенят оконные стекла, посуда; скрипят двери Общее сотрясение зданий; колебания ощущаются на улице; качается мебель; выплескивается из посуды жидкость; трескаются оконные стекла и штукатурка; пробуждаются спящие Ощущается всеми; испуганные люди выбегают на улицу; трескаются штукатурка и кирпичная кладка; сдвигается и переворачивается мебель; лопаются оконные стекла, слегка повреждаются здания Трудно стоять на ногах; ощущается водителями движущихся автомобилей; осыпается штукатурка, падают кирпичи, керамическая плитка и т.д.; звенят большие колокола; на поверхности водоемов возникают волны, появляются трещины в стенах каменных зданий. Антисейсмичные и деревянные здания остаются невредимыми Трудно вести автомобиль; падает штукатурка, рушатся некоторые кирпичные стены, дымовые трубы, башни, памятники; обламываются ветки деревьев; в сыром грунте и на крутых склонах гор образуются трещины; отмечаются сильные повреждения в домах Общая паника; лопаются каркасы строений и подземные трубы; образуются значительные трещины в грунте и песчаные воронки; сильно повреждаются и разрушаются каменные дома Рушится большинство кирпичей кладки, каркасных сооружений и фундаментов; серьезно повреждаются плотины и насыпи; рушатся мосты; возникают мощные оползни Отмечаются серьезные деформации железнодорожных путей; полностью выходят из строя подземные трубопроводы Полное разрушение; нарушается линия горизонта; взлетают в воздух отдельные предметы

храма. Осела Цаганская степь с 5 улусами, вода прибывала постепенно целые сутки. В Селенгинске церковные колокола звонили сами собой, наклонились кресты. На Гусином и Щучьем озерах весь лед растрескался и из трещин вытекала вода с илом и галькой. В Верхнеудинске в течение суток было 14 колебаний земли; от ударов падали трубы, в каменных зданиях образовались трещины. В Чите и Нерчинске землетрясение тоже было ощутимо, в Тункинском крае – уже слабее. На о-ве Ольхон (оз. Байкал) были отмечены 13 ударов. В Урике в церкви разорвало железную связь и повредило многие строения. Землетрясение ощущалось на западе и северо-западе (Тунка, Нижнеудинск, Илимск), на северо-востоке

(Киренск), на востоке (Александровский завод Нерчинского округа); южная граница проходила через Ургу в Монголию. 1905 г. Разрушительные землетрясения в Монголии; вскрылась система трещин протяженностью более 400 км; произошли обвалы в горах, разрушились постройки в населенных пунктах. 1957-1959 гг. - землетрясения в Монголии и Прибайкалье. Эпицентр одного из них находился в Гобийском Алтае, М > 6,9. Количество жертв среди населения было невелико, так как это малонаселенные районы Монголии. 1967 г. Серия сильных землетрясений в Монголии.

37

1995 г. Самое катастрофическое землетрясение (по числу человеческих жертв) в Сибири - в Нефтегорске (о-в Сахалин); погибли 1 841 человек (М = 6,7-7).

За последние 56лет от 4 крупных землетрясений на территории бывшего СССР (Ашхабад, Ташкент, Спитак, о. Сахалин), погибли более 150 тыс. человек, сотни тысяч были ранены.

Таблица 2.13 Характеристика остаточных деформаций горных пород и изменение режима поверхностных и подземных вод по шкале MSK-64 Балл 1 2 3 4 5 6 7

8

9

10

11

12

Последствия землетрясений Не наблюдаются Не наблюдаются Не наблюдаются Не наблюдаются В некоторых случаях меняется дебит источников В немногих случаях на поверхности Земли возможны трещины шириной до 1 см, в горных районах - отдельные случаи оползней; изменение дебита источников и уровня воды в колодцах На поверхности воды образуются волны; вода становится мутной вследствие поднятия ила. Изменяется уровень воды в колодцах и дебит источников. В некоторых случаях возникают новые или пропадают существующие источники воды; иногда возникают оползни на берегах рек Появляются небольшие оползни на крутых откосах выемок и насыпей дорог; трещины в горных породах достигают ширины нескольких сантиметров. Возникают новые водоемы. Иногда пересохшие колодцы наполняются водой или существующие колодцы иссякают. Во многих случаях изменяется дебит источников и уровень воды в колодцах Происходят наводнения на равнинах; часто заметны наносы песка и ила. Возникает большое количество тонких трещин на почве, трещины в горных породах достигают ширины 10 см, а по склонам и берегам рек - свыше 10 см. Скалы обваливаются; часты оползни и осыпи; на поверхности воды большие волны Появляются трещины в горных породах шириной несколько дециметров, в некоторых случаях - до 1 м. Параллельно руслам водных потоков появляются широкие разрывы. Осыпаются рыхлые породы с крутых склонов. Возможны большие оползни на берегах рек и крутых морских побережьях. В прибрежных районах перемещаются песчаные и илистые массы; выплескивается вода из каналов, озер, рек и т. д. Возникают новые озера Отмечаются широкие трещины на почве, разрывы и перемещения в вертикальном и горизонтальном направлениях, многочисленные горные обвалы. Определение интенсивности сотрясения (балльности) требует специального исследования Происходят радикальные изменения земной поверхности. Наблюдаются значительные трещины в горных породах с обширными вертикальными и горизонтальными перемещениями, горные обвалы и обвалы берегов рек на больших площадях. Возникают озера, образуются водопады, изменяются русла рек. Определение интенсивности сотрясения (балльности) требует специального исследования

38

Таблица 2.14 Характеристика остаточных деформаций сильных землетрясений по сейсмодислокациям (Сейсмическая шкала..., 1975) Балл 8

Магнитуда 5,5-6,5

9

6,5-7,0

10

7,0-7,75

11

7,75-8,25

12

Более 8,5

Остаточные деформации В зонах активных разломов тектонические трещины до 20 см на протяжении нескольких километров. Под разломами в водоносных грунтах проявления грязевых извержений и провальных воронок. В горных районах обвалы и оползни. На пологих склонах возможны осовы и оползни в лёссовых грунтах. На низменных участках возможно прохождение видимых земляных волн. Изменение уровня подземных вод и режима источников В зонах активных разломов разрывные нарушения шириной до 1,5 м с амплитудой вертикального смещения до 1,2 м; за пределами активной зоны - трещины в грунтах, разрывы и крошение мерзлого грунта и льда. Массовые грязевые извержения и просадки водоносных мелкоземистых грунтов. Земляные лавины и потоки. На низменных участках земляные волны с амплитудой до первых дециметров В зонах активных разломов трещины длиной от нескольких (сбросы, взбросы) до 100 см (сдвиги). Ширина трещин в рыхлых фунтах до 20 м. Возможно движение блоков земной коры площадью 250-300 км2 и вертикальное смещение до 8 м; за пределами активной зоны - растрескивание покровных отложений. Осушение озер и возникновение новых. Массовые обвалы, оползни, каменные и земляные лавины и потоки на площади до 40 тыс. км2. В отдельных случаях грабенообразные просадки и сколы вершин гор. Взламывание и торошение льда и мерзлых грунтов. Земляные волны с амплитудой до нескольких дециметров. Резкие изменения гидрогеологических условий, грязевые извержения Региональные движения земной коры с амплитудой до нескольких метров на площади до 120 тыс. км2. Перемещение активных блоков земной коры площадью 20-30 • 60-90 км2. Тектонические разрывы на площади до нескольких тысяч квадратных километров. Длина зон разрывов до 350 км при ширине трещин до 20м. Земляные волны с амплитудой 4-5 м. Смещение частей гор; обвалы, оползни, земляные лавины на площади до 150 тыс. км2 на расстоянии до 230 км от эпицентра. Земляные и каменные потоки длиной до 15км. Иногда опускание отдельных блоков горных пород на десятки метров. Фонтанирование грунтов, резкие изменения гидрографии Региональные сейсмотектонические движения земной коры до нескольких метров (иногда до 15 м) на площади 300 тыс. км2. В отдельных случаях срывы вершин гор, опускание горных блоков и изменение глубин морей до нескольких сотен метров на площадях десятков квадратных километров. Длина зон тектонических трещин до 420 км с амплитудами смещения 10-12 м, земляные волны с амплитудой до 7-8 м

Вулканические извержения являются результатом проявления эффузивного магматизма. Для реализации этого процесса требуется хорошее термостатирование недр на глубинах формирования магматических очагов (как правило, 80-100 км от поверх-

ности). Еще одним условием является согласованность скоростей подъема изотермальной поверхности, контролирующей температуру солидуса расплава и магматического очага. Подъем расплава по разрезу литосферы происходит в соответствии с за39

коном Стокса. Двигаясь с глубины 80-100 км, расплав по мере приближения к поверхности замедляет свое движение, так как оказывается в окружении все менее и менее плотных пород. При этом он теряет тепло и становится более тяжелым и вязким. В таких условиях, если температурный режим недр будет нарушен за счет оттока тепла в трещинные зоны, очаг может раскристаллизоваться, так и не достигнув глубин, с которых расплав может быть выдавлен на поверхность. Извержение вулканов - довольно частое явление для ряда регионов Земли. Различают действующие, уснувшие и потухшие вулканы. К уснувшим относят вулканы, об извержениях которых нет сведений, но они сохранили свою форму и под ними происходят локальные землетрясения. Потухшие – это вулканы без какой-либо видимости вулканической активности. Извержения вулканов бывают длительными и кратковременными. Существует пять главных типов вулканических извержений. Они различаются по составу и объему продуктов, поступающих на поверхность при извержении, интенсивности и продолжительности извержения. Но бывает, что характер извержений меняется от одного события к другому, а иногда и в ходе одного и того же извержения. Тектоника плит определяет не только местоположение вулканов, но и тип вулканической деятельности (табл. 2.15). Гавайский тип извержений преобладает в районах «горячих точек» и в рифтовых зонах. Плинианский, пелейский и вулканский типы характерны для зон субдукции. Известны и исключения, например, стромболианский тип наблюдается в различных геодинамических условиях. Интенсивность вулканических извержений (табл. 2.16) оценивается в баллах VEI (Volcanic Explosion Index). В настоящее время к числу действующих относят 850 вулканов, большинство из которых – подводные. 20-40 вулканов ежегодно извергаются. Их общая характерная годовая «производительность» - 3-6 • 109 т извергаемого вещества. Районом наибольшего числа действующих вулканов являются Большие и Малые Зондские о-ва Малайского архипелага, на которых насчитывается 95 действующих вулканов. Две

трети действующих вулканов сосредоточены на островах и берегах Тихого океана. Только в Чили более 30 действующих вулканов, на о-ве Ява - 35, на Аляске и Алеутских о-вах - 50. Вулканические извержения включают в себя несколько явлений, которые могут грозить катастрофическими следствиями: Лава – силикатный расплав, насыщенный газами. От характера лавы зависит характер самого извержения. Лава вязкая, богатая летучими компонентами – сильные взрывы, серии сильных взрывов, вертикальных или наклонных. Лава вязкая, обедненная летучими компонентами – выжимание экструзивных куполов, сопровождаемое средней силы взрывами и скатыванием раскаленных лавин. Лава средней вязкости – средней силы взрывы и излияния потоков с глыбовой поверхностью. Лава низкой вязкости – слабые взрывы, излияния потоков с волнистой, канатной и другого типа сглаженными поверхностями (Мархинин,1980). В основном распространены базальтовые лавы, которые при выходе на поверхность имеют температуру до 1100-1200°С. Такие жидкие, подвижные лавы текут со скоростью до 60 км/ч и при небольших уклонах образуют лавовые «реки». Лавовые потоки разрушают здания, перекрывают дороги и сельскохозяйственные земли, которые на много столетий исключаются из хозяйственного использования, пока в результате процессов выветривания не сформируется новая почва. Вулканические бомбы имеют двоякий смысл. Когда наблюдают извержение, то бомбами называют все крупные обломки и обрывки лавы, вылетающие из кратера. Как правило, это бесформенные куски шлака или пемзы. После извержения бомбами называют обычно только характерные образования, имеющие специфическую форму и поверхность, появившиеся в процессе полета и падения обрывка еще не застывшей лавы. Бывают гигантские вулканические бомбы, достигающие в длину нескольких метров и массы в сотни и тысячи килограммов, но известны микробомбы, размеры которых исчисляются миллиграммами. Предполагают, что после крупнейших изверже40

ний вулканов средняя температура атмосферы Земли понижается на несколько градусов за счет выброса мельчайших частиц в виде

аэрозолей и вулканической пыли (при этом тонкая пыль попадают в стратосферу и сохраняется там в течение 1-2 лет). Таблица 2.15

Основные типы вулканических извержений Тип Гавайский

Стромболианский

Вулканский

Плинианский

Пелейский

Основные признаки Жидкая базальтовая лава медленно вытекает по трещинам. Образуются мощные покровы. Пирокластических продуктов выбрасывается мало, большую их часть составляют брызги, падающие вблизи источника извержения. Часто образуются лавовые озера, которые, фонтанируя на высоту в сотни метров, выбрасывают жидкие куски лавы типа «лепешек», создающие валы и конусы разбрызгивания. К вулканам такого типа относятся вулканы Исландии (вулкан Крабла) Название происходит от вулканического острова Стромболи в Средиземном море. Извержение характеризуется непрерывной эруптивной деятельностью на протяжении нескольких месяцев и даже лет и не очень большой высотой эруптивного столба (до 10 км). Вулкан Стромболи находится в состоянии активности более 400 лет, вулкан Ясур на о. Тана в Тихом океане - в течение 200 лет. Стратовулканы образуются последовательными напластованиями тефры. Лава выбрасывается газовыми взрывами в виде шлаков. Кратковременные излияния лавы. Чередования большей и меньшей активности. Состав продуктов извержений обычно базальтовый, реже андезитовый. Некоторые извержения этого типа создают шлаковые конусы. Диаметр шлакового конуса у основания колеблется от 0,25 до 2,5 км, средняя высота составляет 170 м Название происходит от острова Вулькано в Средиземном море. Извержения непродолжительны (от нескольких минут до нескольких часов), но возобновляются каждые несколько дней или недель на протяжении нескольких месяцев. Стратовулкан с центральным куполом. Вязкие лавы забивают подводящий канал. Время от времени происходит прорыв кратера давлением газов и осуществляются извержение и выброс тефры. Высота эруптивного столба достигает 20 км. Характерно формирование лавовых потоков; пепловые выбросы и экструзивные купола возникают не всегда. После эксплозии лава вытекает спокойно Называется по имени римского ученого Плиния Старшего, который погиб при извержении Везувия в 79 г. н.э. Извержения этого типа характеризуются наибольшей интенсивностью и происходят непрерывно в течение нескольких часов и даже дней. Из глубоко расположенного магматического очага на земную поверхность изливается лава, насыщенная газами. Сильными эксплозиями она выбрасывается в атмосферу и выпадает в виде пепла. Пепел разносится ветром на большие расстояния. Извержение может завершиться обрушением вулканического сооружения и образованием кальдеры. Иногда при извержении возникают палящие тучи, но лавовые потоки образуются не всегда. Активность эпизодическая, наблюдаются долгие периоды покоя Называется по извержению в 1902 г. вулкана Монтань-Пеле на о. Мартиника. Характеризуется очень вязкой лавой, которая затвердевает до выхода из жерла с образованием одного или нескольких экструзивных куполов, выжиманием над ним обелиска, выбросами палящих туч

41

42

< 100 100-1 000 м 1-5 км 3-15 км 10-25 км > 25 км > 25 км

Высота плюма

100 км3 1 000 км3

10 • 103 м3 10 • 104 м3 10 • 106 м3 10•107 м3 10 • 108 м3 1 км3 10 км3

Объем изверженного материала

* VEI – вулканический эксплозивный индекс.

Суперколоссальное > 25 км Мегаколоссальное > 25 км

Невзрывное Тихое Взрывное Сильное Катастрофическое Параксизмальное Колоссальное

0 1 2 3 4 5 6

7 8

Описание

VEI* Гавайский Стромболианский Стромболианский, вулканский Вулканский Вулканский, плинианский Плинианский Плинианский, ультраплинианский Ультраплинианский Ультраплинианский

Тип извержения

1 000 лет 10 000 лет

дни дни недели годы десятки лет сотни лет сотни лет

Длительность извержения

Эмпирическая шкала интенсивности вулканических извержений

Тамбора, 1815 Йелоустон, 2•106 лет тому назад

Килауэа Стромболи Галерас, 1992 Руиз,1985 Галунггунг, 1982 Сент-Хеленс, 1981 Кракатау, 1983

Примеры

Таблица 2.16

ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Извержение вулкана Гекла на фоне полярного сияния, Исландия (коллекция НАСА)

Извержение вулкана Гримсветтен, Исландия, 1996 г.

Цунами, последствие подводных землетрясений или вулкаческих извержений

Последствия схода селевого потока в Южном Прибайкалье, 1971 г.

Сход снежной лавины во Французских Альпах, 1971 г.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОПАСНОСТИ

Чума у филистимлян, 1248 г.

Массовое размножение грызунов часто приводит к возникновению эпидемических заболеваний и наносит большой сельскохозяйственный ущерб

Эпидемия холеры в Европе, 1835 г.

Чума в Европе унесла более 70 млн.жизней, 1347-1350 гг.

Чума в Европе, 1347-1350 гг. (Меккензи, 2003)

Вулканические пеплы – продукты природного измельчения магмы, состоят из смеси пыли и песка с размером частиц менее 2 мм. Они возникают в результате распыления жидких и твердых лав различного состава. Образуют основную массу всех вулканических продуктов. Мельчайшие частицы пеплов переносятся на огромные расстояния. Так, например, в 1956 г. во время извержения вулкана Безымянного (Камчатка) пепел долетел до Великобритании, а при извержении вулкана Кракатау (Индонезия) в 1883 г. мельчайшие вулканические пылинки облетели вокруг Земли почти два раза. Вулканический материал размерностью 5,0-1,0 см называется лапиллями. Вследствие вулканических извержений на крышах зданий накапливаются мощные слои пепла, что грозит их обрушением. Попадание в легкие мельчайших частиц пепла приводит к падежу скота. Взвесь пепла в воздухе представляет опасность для автомобильного и воздушного транспорта. Часто на время пеплопадов закрывают аэропорты. Вулканические грязекаменные потоки (лахары) – бурные потоки воды с пеплом, камнями, грязью, снегом. Образуются, как правило, в результате того, что кратеры в промежутках между извержениями заполняются водой, стекающей с окружающих склонов. Стенки кратера часто сложены пеплом, в котором легко образуются бреши как при дальнейшей вулканической деятельности, так и под давлением заполняющей кратер воды. При этом бурные потоки воды с пеплом, камнями, грязью и снегом устремляются вниз по склону горы с большой скоростью, снося все на своем пути. Второй причиной образования лахаров является интенсивное выпадение осадков, которые провоцируют это явление. Палящие тучи – это плотные облака газов и раскаленного твердого материала, которые, перевалившись через край кратера, быстро устремляются вниз по склону. Они отличаются высокой подвижностью и, следоательно, скоростью, вследствие выделения газов и раскаленных частиц, поддерживающиеся давлением газа, подобно кораблю, на воздушной подушке. В результате от ожогов и удушья погибают люди, животные, растения.

Вулканические газы. Многочисленные пробы, взятые учеными на разных вулканах, показывают, что в любых вулканических газах преобладает водяной пар, составляющий 95-98%. Второе место занимает двуокись углерода СО2; далее следуют газы, содержащие серу, хлористый водород, фтористый водород, аммиак, окись углерода и т. д. Места выхода вулканических газов на поверхность называются фумаролами. Температура газов колеблется от 40-50 до 1000°С. Газы поднимаются в атмосферу и обычно не причиняют вреда, однако частично могут возвращаться на поверхность земли в виде кислотных дождей. Многие ученые массовое вымирание на границе мела и палеогена объясняют как раз выпадением кислотных дождей. Иногда рельеф местности способствует тому, что вулканические газы (сернистый газ, хлористый водород или углекислый газ) распространяются близ поверхности земли, уничтожая растительность или загрязняя воздух в концентрациях, превышающих предельно допустимые нормы. Ярким примером может послужить катастрофа на озере Ниос (Центральная Африка). Озеро вулканическое, периодически выбрасывает углекислый газ, источником которого является магма, залегающая глубоко под дном. Выброс сопровождается сильным взрывом; люди, живущие по берегам озера, погибают от удушья. В результате выхода газового облака из воды кратерного озера 21 августа 1986 г. погибли более 1 700 человек и огромное количество скота. Нередко фумаролы выделяют «холодный» газ с температурой около 100°С и ниже. Такие выделения холодных газов называют мофетами (лат. «испарение»). Для их состава наиболее характерен углекислый газ. Скапливаясь в низинах, он представляет смертельную опасность для всего живого. В 1948 г. в Исландии при извержении вулкана Гекла углекислый газ накопился в ложбине у подножия вулкана. Находившиеся там овцы погибли, пастухи же ничего не почувствовали, так как их головы были выше уровня пласта углекислого газа. Вулканические газы могут наносить и косвенный вред. Содержащиеся в них соединения фтора захватываются пепловыми частицами; выпадая на поверхность земли, последние заражают пастбища и во43

доемы, вызывая тяжелые заболевания скота. Таким же образом загрязняются открытые источники водоснабжения населения. Вулканологами разработана эмпирическая шкала вулканических извержений, учитывающая высоту плюмов, объем изверженного материала, тип и длительность извержения (см. табл. 2.16). Немного истории: Слово «вулкан» происходит от имени бога огня Вулкана, в честь которого была названа огнедышащая гора в Средиземном море. 1912 г. В результате извержения вулкана Новарупта на Аляске образовалась знаменитая Долина десяти тысяч дымов, где на поверхности вулканических выбросов площадью около 120 км2 возникло множество высокотемпературных фумарол. В настоящее время в Долине действует лишь несколько фумарол с довольно низкой температурой.

Снижение ущерба от вулканических извержений достигается прогнозированием их полной неожиданностей «жизни» и проведением необходимых профилактических мероприятий. Составляются карты вулканической опасности с показом характера и ареалов распространения продуктов прошлых извержений. Ведется мониторинг предвестников извержений. С помощью приборов регистрируются магнитное поле Земли и сейсмические колебания под вулканом. Если обычно количество слабых вулканических землетрясений не превышает 10 в сутки, то непосредственно перед извержением возрастает до нескольких сотен. Ведутся инструментальные наблюдения за самыми незначительными деформациями поверхности. Точность измерения вертикальных перемещений, фиксируемых лазерными приборами, составляет 0,25 мм, горизонтальных - 6 мм, что позволяет выявлять наклон поверхности всего в 1 мм / 0,5 км. Данные об изменениях высоты, расстояния и наклонов используются для выявления центра вспучивания, предшествующего извержению, или прогибания поверхности после него. Перед извержением повышаются температуры фумарол, иногда изменяются состав вулканических газов и интенсивность их выделения. Приближение извержения вулкана определяется по особенностям поведения вблизи него представителей флоры и фауны. Однако с уверенностью предска-

зать, когда именно произойдет извержение, очень трудно. Систематические инструментальные наблюдения ведутся в специальных обсерваториях. Первая вулканологическая обсерватория была основана в 1841 г. на Везувии в Италии. С 1912 г. начала действовать обсерватория на вулкане Килауэа на Гавайских овах. Мониторинг вулканов проводится в США, Индонезии, Исландии, России (институт вулканологии РАН на Камчатке), Японии, Папуа-Новая Гвинея, Колумбии, Коста-Рика, на о-вах Гваделупа и Мартиника. Если действующий вулкан находится вблизи населенного пункта, строят дамбы для отвода лавовых потоков, производят бомбардировку лавового потока для превращения лавы в менее жидкую за счет перемешивания ее с землей. Во избежание возникновения лахара кратерное озеро иногда спускают с помощью тоннеля (вулкан Келуд на о-ве Ява). В Японии при извержении вулкана Миякедзима в 1985 г. успешно применялось охлаждение фронта лавового потока морской водой. Все эти мероприятия позволяют резко снизить возможный ущерб, наносимый вулканическим извержением. Цунами в переводе с японского языка означает «высокая волна в заливе» (табл. 2.17). Это гигантские, высотой иногда более 30 м, океанские или морские волны, возникающие в результате мощных подводных землетрясений или вулканических извержений. В открытом море волна цунами почти незаметна, так как имеет небольшую высоту, но большую ширину. В глубоководных районах цунами вообще не проявляется, даже если высота волн достигает нескольких метров, потому что расстояние между их гребнями чрезвычайно велико. Возникнув в каком-либо месте, цунами может пройти несколько тысяч километров, почти не уменьшаясь. Волна начинает нарастать по высоте только в прибрежной области. Скорость цунами зависит от глубины воды; достигнув мелководья, волна резко замедляется, ее фронт вздымается и разбивается со страшной силой, особенно если он стеснен в эстуарии или узком заливе. Первый признак цунами – отступление океана от берега. Смолкает привычный шум прибоя, на сотни 44

метров от берега обнажается дно, через несколько минут появляется вертикальная стена пенящейся воды. Чаще всего бывает от 3 до 10 волн. Самая мощная - обычно третья или четвертая. Цунами сопровождается разрушительными последствиями, большими человеческими жертвами, а иногда, как следствие, возникают наводнения. Даже волна высотой 1-2 м может повредить пришвартованные на мелководье суда, ударив их о дно; разрушить лодочные станции, прибрежные дороги и дамбы. Цунами от южноамериканских землетрясений доставляли много неприятностей в Новой Зеландии, Японии, Гаваях. Цунами характеризуются следующими показателями: высота морской волны - расстояние по вертикали между гребнем и подошвой волны. Непосредственно над очагом возникновения цунами высота волны составляет от 0,1 до 5 м. Попадая на мелководье, она уменьшает скорость движения, и ее энергия идет на увеличение высоты. Конечная высота волны зависит от рельефа дна океана, контура и рельефа берега. На плоских и широких побережьях высота цунами не более 5-6 м. Волны большой высоты образуются на отдельных, сравнительно небольших участках побережья с узкими бухтами и долинами. Примером такого рельефа могут служить побережья Японии, Гавайских о-вов; длина морской волны – расстояние по горизонтали между двумя вершинами или подошвами смежных волн; сокращается по мере уменьшения глубины океана; фазовая скорость волны – линейная скорость перемещения какой–либо фазы волны; колеблется в пределах от 50 до 1 000 км/ч. Чем больше глубина океана, тем с большей скоростью перемещается волна. Пересекая Тихий океан, где средняя глубина около 4 км, цунами движется со скоростью 650-800 км/ч; при прохождении глубоководных желобов скорость увеличивается до 1 000 км/ч, при подходе к берегам - быстро падает и на глубине 100 м составляет около 100 км/ч. Энергия цунами обычно соответствует 1-10% энергии вызвавшего его землетрясения.

К поражающим факторам цунами относятся ударная волна, размытие, затопление. Колоссальная кинетическая энергия волны позволяет цунами рушить все, что встречается на пути. В результате многочисленных наблюдений в 95% случаев цунами возникают вследствие землетрясений. Детальная обработка сейсмических данных позволяет определить координаты его эпицентра и магнитуду, а также возможность возникновения цунами с опасной высотой волн. Источниками цунами могут служить и вулканические извержения. Крупные подводные извержения имеют такой же эффект, что и землетрясения. Некоторые ученые считают, что причиной цунами могут быть оползни. На морском дне может произойти оползень в рыхлых осадочных отложениях. Цунами такого типа возникают редко. Известно, что при землетрясении на Аляске в залив Литуя сползла масса земли объемом 30 млн.м3. Оползень поднял воду в заливе, и образовалась волна высотой до 600 м. По мнению проф. Гуттенберга иногда цунами возникали, когда эпицентр толчка находился на суше (Эйби, 1982). Скорости распространения сейсмических волн в твердом теле Земли и цунами на акватории океана различаются на несколько порядков. Поэтому между началом регистрации землетрясения береговой сейсмической станции и приходом волны к берегу всегда есть пауза, длительность которой определяется расстоянием от эпицентра землетрясения и конкретным участком побережья. Наличие паузы позволяет службе оповещения заблаговременно передать предупреждение в населенные пункты о надвигающейся опасности и осуществить мероприятия по предотвращению возможного ущерба от цунами на берегу и в море. Такие службы есть на российском побережье Тихого океана, Гавайских островах. На Алеутских островах и в Японии опасные землетрясения зачастую происходят слишком близко от берега. Однако в Японии организована срочная связь, по которой передаются сообщения из пораженных районов в районы, куда волна еще не дошла. Подобная система оповещения работает на Сахалине и Камчатке.

45

Немного истории: 15 июня 1896 г. в области Санрикю (Япония)местные жители отмечали народный праздник. На улицах находились тысячи людей. Во второй половине дня стали ощущаться толчки. Многие жители поспешили укрыться в горах, но через полчаса, успокоившись, спустились к берегу и увидели, что море отошло от берега намного дальше, чем при обычном отливе. Вечером послышались шипение и свист, как

будто десятки поездов приближались на всех парах. Вскоре шипение перешло в грохот, и океан обрушился на берег волнами высотой около 35 м. Рыбаки, находившиеся в океане в районе эпицентра, не заметили цунами из-за малой амплитуды волн над глубоководьем, но когда вернулись в порт, перед их глазами предстала картина страшных разрушений. Целые деревни сравнялись с землей. Погибло более 27 000 человек.

Таблица 2.17 Характеристика энергетического воздействия цунами на берег (шкала Амбрейсиса) Балл 1 2

Цунами Очень слабое Слабое

3

Среднее

4

Сильное

5

Очень сильное

6

Катастрофическое

Последствия Волна регистрируется только мореографами Может затопить плоское побережье. Волна заметна только специалистами Отмечается всеми. Плоское побережье затоплено, легкие суда могут быть выброшены на берег. Портовые сооружения подвергаются слабым разрушениям Побережье затоплено. Прибрежные постройки повреждены. Крупные парусные и небольшие моторные суда выброшены на сушу, а затем снова смыты в море. Берега засорены песком, илом, обломками камней, деревьев, мусора. Возможны человеческие жертвы Приморские территории затоплены. Волноломы и молы сильно повреждены. Крупные суда выброшены на берег. Здания и сооружения имеют разрушения разной сложности в зависимости от удаленности от берега. Все кругом усеяно обломками. В устьях рек высокие штормовые нагоны. Имеются человеческие жертвы Полное опустошение побережья и приморских территорий. Суша затоплена на значительное расстояние вглубь от берега моря

Оползни возникают как в рыхлых, так и в скальных породах при наличии полого наклонных водоупоров, выполняющих роль «смазки», или избыточном увлажнении грунтов. В какой-то момент сила связанности грунтов или горных пород оказывается меньше силы тяжести, и вся масса приходит в движение. Возникновение оползней вызывают обводненность грунта, изменение вида насаждений или уничтожение растительного покрова, выветривание, сотрясения. По скорости смещения склоновые процессы подразделяются на три категории: медленные, со средней скоростью и быстрые. Медленные иногда называют волочениями; скорость сползания не превышает несколько десятков сантиметров в год. Опасность этих смещений состоит в том, что они могут по-

степенно перейти в быстрые, что и происходит со многими крупными оползнями. Смещения со средней скоростью – метры в час или метры в сутки. Скорость быстрых оползней составляет несколько десятков километров в час. Такие оползни могут стать причиной катастроф с многочисленными человеческими жертвами. Оползневый участок состоит из зон отрыва, скольжения и фронтальной зоны (аккумуляции). В зоне отрыва бывают различимы основная трещина отрыва и плоскость скольжения, по которой тело оползня отделилось от подстилающей породы. По механизму оползневого процесса выделяют сдвиг, выдавливание, гидравлический вынос. Оползни различают по глубине залегания поверхности скольжения: 46

поверхностные (до 1 м), мелкие (до 5 м), глубокие (до 20 м) и очень глубокие (свыше 20 м). По мощности вовлекаемой в процесс массы горных пород оползни распределяют на: малые, крупные и очень крупные. Немного истории: Геологические изыскания показали, что самый крупный оползень в истории Земли произошел в США 30 млн. лет назад. Он накрыл территорию площадью 2 000 км2. В Иране 10 тыс. лет назад со склона хребта Кабир-Куг сошел оползень объемом 20 км3. Каменный поток толщиной 300 м сполз в ближайшую долину, прошел ее, преодолел очередной хребет высотой 600 м и остановился в следующей долине, пройдя расстояние 20 км.

Как правило, обвалы и оползни начинаются не внезапно. Вначале появляются трещины в горной породе или грунте. Важно вовремя заметить первые признаки, составить правильный прогноз развития стихийного бедствия и провести профилактические мероприятия, которые делятся на активные и пассивные. К первым относят подпорные стенки, свайные ряды и т.п, ко вторым – запрещение строительства, производства взрывных работ, нарезку оползневых склонов.

Сели – грязекаменные потоки, возникающие при чередовании длительных и более или менее засушливых периодов времени с контрастными колебаниями суточных температур. При этом происходит физическое выветривание скальных горных пород с кратковременными периодами ливневого выпадения осадков. Вероятность схода селей возрастает не только от объема выпавших осадков, но и от их интенсивности. Сель несет в себе миллионы кубических метров вязкой массы. Размеры валунов в селе могут достигать в поперечнике 3-4 м. Обладая большой массой и скоростью в 1520 км/ч, сель приводит к большим разрушениям. Немного истории: 1970 г. Сход селя на город Юнгай в Перу; число погибших составило 18 000 чел. 1995 г. Под селевым потоком было погребено более 200 домов в городе Семиркенте (Турция). 1963 г. Три волны селей накрыли озеро Иссык (Казахстан), озеро перестало существовать, его чаша наполнилась глиной и обломками горных пород. 1988 г. В Казахстане сель объемом 200 млн. м3 разрушил мост длиной 115 м.

Таблица 2.18 Классификация обвалов, оползней и селей Балл

Тип перемещаемых грунтовых масс

0 1 2 3 4 5 6 7

Мелкие Небольшие Довольно большие Большие Очень большие Огромные Грандиозные Катастрофические

Для борьбы с селями организуется противоселевая защита. Она представляет собой комплекс инженерно-технических мероприятий по предотвращению возникновения и развития селевых процессов, а также своевременное информирование населения об угрозе возникновения селей. К про-

Объем перемещаемых грунтовых масс, м3 101 102 103 104 105 106 107-108 109-1010

Примерное значение энергии, Дж 106–107 108 109 1010 1011 1012 13 10 -1014 1015-1016

филактическим противоселевым мероприятиям относятся: строительство селезадерживающих, селенаправляющих и других гидротехнических сооружений, спуск талой воды, закрепление растительного слоя на горных склонах, лесопосадочные работы, уменьшение уровня воды в горных озерах с 47

помощью мощных насосов. Классификация обвалов, оползней и селей по объему перемещаемых грунтовых масс представлена в табл. 2.18. Обвалы. Образуются в условиях контрастных колебаний суточных температур, которые способствуют интенсивному физическому выветриванию скальных пород. Продукты разрушения накапливаются на крутых склонах и при достижении критической массы под собственным весом обрушиваются вниз по склону. Перемещение обвальных масс может быть спровоцировано также резкими перепадами атмосферного давления, звуковыми колебаниями или землетрясениями. 2.5. Биологические опасности Остановимся на таких явлениях, как эпидемии, пандемии, эпизоотии и эпифитотии. Иногда они проявляются вследствие природных процессов: засухи, голода, наводнения и т.д. Русский гелиобиолог А.Л. Чижевский в своей работе «Космический пульс жизни» связывал развитие заболевания людей и животных с минимумами и максимумами солнечной деятельности: «Нельзя сомневаться также и в том, что момент появления эпидемии и ее течение обусловлены результатом сложного процесса взаимодействия всех биологических, геофизических и социальных факторов …» (1995). Эпидемии и пандемии Эпидемия – массовое, прогрессирующее во времени и пространстве в пределах определенного региона распространение инфекционной болезни людей, значительно превышающее обычно регистрируемый на данной территории уровень заболеваемости. В основе обусловленной социальными и биологическими факторами эпидемии лежит эпидемический процесс – непрерывный процесс передачи возбудителя инфекции, развитие взаимосвязанных инфекционных состояний (заболевание, бактерионосительство). Пандемия. Заболевание охватывает территории нескольких стран или континентов. Эпидемии или пандемии распространяются либо водным, пищевым, воздушно-

капельным, трансмиссивным, либо несколькими способами одновременно. Некоторые инфекционные заболевания свойственны только людям: азиатская холера, натуральная оспа, брюшной тиф, сыпной тиф, скарлатина и другие. Существуют также общие для человека и животных инфекционные заболевания: сибирская язва, сап, ящур, пситтакоз, туляремия, грипп и т.д. Чума – острое инфекционное природно-очаговое заболевание, проявляющееся тяжелой общей интоксикацией, специфическим поражением лимфатических узлов, легких и других органов. Относится к особо опасным карантинным инфекциям, является трансмиссивным зоонозом. Попадает в организм через кожу, слизистые оболочки дыхательных путей, пищеварительного тракта, коньюктиву. Способ проникновения возбудителя в организм определяет клиническую форму заболевания. При заражении человека в природных очагах развивается бубонная форма чумы (бубон – образуется в результате воспалительного процесса в лимфатических узлах), которая может осложниться вторичной легочной чумой. При воздушно-капельной передаче возбудителя от больных вторичной легочной чумой развивается первичная легочная чума. Септическая форма характеризуется многочисленными кровоизлияниями в коже, слизистых оболочках и различных органах. Инкубационный период 1-5 дней (у привитых 8-10 дней). Природные очаги чумы связаны с дикими грызунами – источниками и хранителями возбудителя в природных условиях. Ко вторичным очагам инфекции относятся очаги домовой, крысиной или портовой чумы, когда источниками чумы служат синантропные виды крыс и мышей. Человек заражается в основном через укусы блох. Возбудителем чумы могут быть и люди при переходе чумы в легочную форму. Предполагается, что жертвами чумы во все времена стали более 200 млн. человек. «Черная» смерть во многом определила историческое развитие западной цивилизации. Немного истории: 541-544 гг. н.э. Первая пандемия чумы (Юстинианова чума) в Египте; занесена из Эфиопии. Охватила Северную Африку, Европу, центральную и южную Азию и Аравию. Степень смертности оцени-

48

вается историками между 15-40% для отдельных местностей. Установлено, что с 541 по 700 гг. н.э. погибло 50-60% населения. Несомненно, такое вымирание населения не связано только с чумой, так как и другие эпидемии (например, оспа) возникали в течение этого периода. Многие экономические, религиозные и политические последствия приписывают этой первой пандемии. 1347 г. Вторая пандемия чумы в Сицилии. Распространение, вероятно, шло из западных степей центральной Азии в западном направлении вдоль торговых маршрутов. К этому периоду относятся начало клинических исследований, попытки лечить пациентов, а не только изолировать. 1855 г. Третья пандемия чумы в китайской провинции Юннань. Морским путем чума распространилась на Африку, Австралию, Европу, Гавайи, Индию, Японию, Средний Восток, Филиппины, Северную и Южную Америку. 1894 г., июнь. Эпидемия чумы в Гонгконге. Alexandre Yersin & Shibasaburo Kitasato независимо друг от друга заявили о выделении чумного возбудителя. Началась новая ступень в исследовании и лечении чумы. 1903 г. Эпидемия чумы в Индии унесла жизни 1 млн. человек; всего 12,5 млн. индусов умерли в период с 1898 по 1918 гг. 1994 г. В сентябре-октябре вспыхнули две эпидемии чумы в западной Индии. Этот факт напомнил человечеству, что чума не является искорененным заболеванием, имевшим место только в средневековой истории. Чума остается одним из наиболее опасных инфекционных заболеваний, отличается удивительной способностью преодолевать защитные барьеры млекопитающих.

Холера – острое инфекционное заболевание, возникающее в результате бурного размножения в просвете тонкой кишки холерного вибриона. Инкубационный период от 2 ч до 5 сут. (чаще 2-3 дня). Источником инфекции является только больной или человек - вибриононоситель. Немного истории: Одно из первых описаний холеры относится к 1031 г. А.Л.Чижевский подчеркивал в своих работах, что интервалы между пандемиями холеры приходятся на годы минимальной солнечной деятельности, а расширение пандемий идет параллельно с увеличением интенсивности пятнообразовательного процесса на Солнце. Холерные пандемии: I – 1816-1827 гг. (началась в Индии); II – 1827-1837 гг. (началась в Бенгалии и Индонезии); III – 1844 – 1860 гг. (началась в Индии); IV – 1863-1875 гг. (началась в Бенгалии); V – 1883-1886 гг. (началась в Индии); VI – 1892-1896 гг. (началась в Индии). Нужно отметить, что эпидемии холеры случались и в ХХ в., например, эпидемия в России в 1920 г.

Бешенство (гидрофобия) – природно-очаговая вирусная инфекция животных и человека, распространенная преимущественно среди млекопитающих семейства собачьих и передающаяся от них, как правило, через укус, реже - путем ослюнения. Возбудитель – из группы микровирусов. Инфицированные животные начинают выделять вирус со слюной в конце инкубационного периода – за 7-8 дней до появления клинических симптомов. После внедрения через поврежденную кожу вирус по нервным стволам достигает головного мозга, вызывая в нем характерные изменения (отек, кровоизлияние, дегенерация нервных клеток). Вирус проникает также в слюнные железы и со слюной выделяется во внешнюю среду. Заболевший человек неизбежно погибает. Брюшной тиф – острое инфекционное заболевание, вызываемое бактерией из рода сальмонелл. Инкубационный период длится от 1 до 3 недель. Характеризуется лихорадкой, общей интоксикацией, увеличением печени и селезенки, энтеритом и своеобразным поражением лимфатического аппарата кишечника. Источник распространения – больной или человек-бактерионоситель. Палочки брюшного тифа переносятся грязными руками, мухами, сточными водами. Зачастую эпидемия вспыхивает в районах, подвергшихся наводнениям, когда затапливаются основные колодцы питьевой воды. Грипп – острая вирусная инфекция, вызывается непосредственно вирусом гриппа, относящимся к семейству ортомиксовирусов. Грипп – инфекция птичья. Среди людей циркулируют всего три вида вируса, а у птиц их известно пятнадцать. Биологические и антигенные свойства вируса гриппа (особенно типа А) изменчивы. Постоянно возникают новые антигенные варианты. В Санкт-Петербурге в Эрмитаже хранится мумия, возраст которой 3 000 лет. Вирус гриппа, который ученые выделили из ее тканей, совсем не похож на те, которые вызывают болезнь в наши дни. Грипп и ОРВИ занимают первое место по частоте и количеству случаев в мире, и составляют 95% всех инфекционных заболеваний. Эпидемии гриппа случаются каждый год обычно в холодное время года и 49

поражают до 15% населения земного шара. В России ежегодно регистрируют от 27,3 до 41,2 млн. заболевших гриппом и другими ОРВИ. Среди инфекционных и паразитарных заболеваний смертность от гриппа стоит на третьем месте после туберкулеза и менингита. Немного истории: Первые упоминания о гриппе были отмечены много веков назад - еще в 412 г. до н.э. Описание гриппоподобного заболевания было сделано Гиппократом. Гриппоподобные вспышки были отмечены в 1173 г. Первая пандемия гриппа, унесшая много жизней, случилась в 1580 г. В 1889-1891 гг. произошла пандемия средней тяжести. Печально известная пандемия гриппа «испанка» проявилась в 19181920 гг. Это самая сильная из известных пандемий, унесшая по самым скромным подсчетам более 20 млн. жизней. От «испанки» серьезно пострадало 2040% населения земного шара. Смерть наступала крайне быстро. Человек мог быть еще абсолютно здоров утором, к полудню заболевал и умирал к ночи. Те же, кто не умер в первые дни, часто умирали от осложнений, вызванных гриппом, например, пневмонии. Необычной особенностью «испанки» было то, что она часто поражала молодых людей (обычно от гриппа в первую очередь страдают дети и пожилые люди). В 1957-1958 гг. случилась пандемия, которая получила название «азиатский грипп». Пандемия началась в феврале 1957 г. на Дальнем Востоке и быстро распространилась по всему миру. Только в США во время этой пандемии скончалось более 70 тысяч человек. В 1968-1969 гг. возникла эпидемия «гонконгского гриппа»; она была средней по тяжести; пандемия началась в Гонконге в начале 1968 г. Наиболее часто от вируса страдали пожилые люди старше 65 лет. Всего число погибших от этой пандемии составило 33 800 человек. В 1977-1978 гг. произошла относительно легкая по степени тяжести пандемия, названная «русским» гриппом. Вирус гриппа, вызвавший эту пандемию, уже был причиной эпидемии в 50-х гг. Поэтому в первую очередь пострадали лица, родившиеся после 1950 г.

Атипичная пневмония. Носителем вируса могут являться свиньи, крупный рогатый скот, кошки, собаки. Вспышка произошла в 2001 г. в Азии, где в качестве домашних животных держат зверьков из отряда виверр. Специалисты до сих пор спорят, каким образом вирус перешел от животных к человеку, но многие уверены: скорее всего, имел место контактный путь передачи. Всемирная организация здравоохранения признала, что вирус атипичной пневмонии распространяется не только воздушнокапельным путем, но и контактным. Он со-

храняется на поверхностях от 4 ч до 2 сут. Опасность инфекции – в тяжелых осложнениях. В период болезни большие участки легких из-за отеков остаются без кислорода, и ткань погибает. Даже после выздоровления человек может остаться инвалидом. Оспа – острое высококонтагиозное заболевание вирусной природы. Характеризуется тяжелым течением, лихорадкой и папуло-пустулезной сыпью. Относится к особо опасным инфекциям. Вирус оспы внедряется в организм преимущественно через слизистую оболочку верхних дыхательных путей, где размножается, а затем гематогенным путем заносится в кожу и слизистые оболочки, вызывая сыпь, которая постепенно превращается в папулы темно-красного цвета. Инкубационный период длится 6-16 (редко 17-22) дней. В 1980 г. в СССР прекращена вакцинация от оспы. Считается, что оспа в мире уничтожена. Немного истории: На протяжении всей истории человечества оспа была одним из наиболее распространенных эпидемических заболеваний, оставивших в истории человечества печальные страницы, повествующие о повальном бедствии, «море» и «моровом поветрии». Некоторые палеопатологи предполагают, что рубцы на лицах мумий древнеегипетских фараонов, в частности на лице мумии Рамзеса V (около 1100 г. до н.э.), являются следами перенесенной оспы. В начале IV в. в Римской империи разразилась эпидемия оспы. Зло причинило колоссальный ущерб государству и ускорило его падение, парализовав политическую и социальную жизнь огромной империи. В эпоху средневековья и в более позднее время в Западной Европе периодически возникали страшные эпидемии оспы, уносившие сотни тысяч человеческих жизней. Епископ Мариус упоминает в 570 г. об эпидемии, от которой сильно пострадали Франция и Италия. У летописца впервые встречается слово "variola" (оспа), очевидно, латинского происхождения от "varius" (пестрый, пятнистый) или от "varix" (прыщик). Вирус оспы проник и на американский континент. Один раб-негр из войска Кортеса занес оспу в Америку в самом начале испанского завоевания, т.е. около 1520 г. В результате эпидемии погибли 3,5 млн. коренных жителей Мексики. Это только облегчило дело испанских колонизаторов. В Северной Америке оспа опустошала племена, деревни, города. Заболевшим оспой королеве Англии Анне Стюарт, французскому королю Людовику XIV, русской императрице Анне Иоанновне, великому князю

50

Петру Федоровичу (будущему русскому императору Петру III) посчастливилось выздороветь. В 1913 г. в России от оспы умерли 152 000 человек.

Скарлатина - острое инфекционное заболевание, характеризующееся симптомами общей интоксикации, ангиной и высыпаниями на коже. Источником болезни является больной человек. Инкубационный период - от нескольких дней до нескольких недель. Смертность при скарлатине в прошлом была велика, в Петербурге в начале века (данные по стационарам) -15 %, у детей до 1 года - 50 %. В настоящее время смертность от скарлатины благодаря разработанным программам лечения и профилактики почти сведена к нулю. Немного истории: В конце ХVI в. эпидемии скарлатины отмечались в большинстве стран Европы. Заболевание протекало в основном в легкой форме, но иногда – в очень тяжелой. Так, в Испании в средние века описана эпидемия тяжелой скарлатины; протекала с резко выраженным увеличением шейных лимфоузлов, характеризовалась высокой летальностью; получила название "garotillo", что значит «железный ошейник».

Малярия – острое протозойное заболевание, характеризующееся циклическим рецидивирующим течением со сменой лихорадочных приступов, анемией, увеличением печени и селезенки. Источником инфекции является только человек – больной малярией или гаметоноситель. Инфекция передается различными видами комаров. Малярию человека вызывают 4 вида возбудителя. В настоящее время от малярии страдает около 400 млн. человек, каждый год фиксируется 130 млн. новых случаев заболевания. Тропическая малярия вызывает смерть почти 2 млн. заболевших в год. В Африке от этой болезни каждые 20 с умирает один ребенок. Пляска Святого Витта. В европейских хрониках упоминаются вспышки неистовых массовых плясок в некоторых районах Германии и Нидерландов в XIV в. Танцоры, как в бреду, часами совершали дикие прыжки, не замечая ничего вокруг. Часто это состояние напоминало эпилептические припадки. Предполагают, что истерию могла вызвать спорынья, грибковая болезнь, поражающая злаковые, в том числе

рожь, из которой выпекали хлеб. Немецкий летописец сообщает, что в Страсбурге в 1518 г. «сотни мужчин и женщин плясали и прыгали на рыночной площади, в переулках и на улицах. Многие по нескольку дней ничего не ели, пока болезнь не затихала. Эта напасть была названа пляской Святого Витта». При возникновении очага инфекционного заражения на пораженной территории вводятся карантин или обсервация. Карантин – система противоэпидемических и режимных мероприятий, направленных на полную изоляцию очага заражения от окружающего населения и ликвидацию заболевания нем. Вокруг очага устанавливается вооруженная охрана, запрещаются въезд и выезд, вывоз имущества. Под строгим медицинским контролем производится снабжение через специальные пункты. Обсервация – система изоляционно-ограничительных мероприятий, направленных на ограничение въезда, выезда и общения людей на опасной территории, усиление медицинского наблюдения, предупреждение распространения и ликвидацию инфекционных заболеваний. Обсервация вводится при установлении возбудителей инфекции, не относящихся к группе особо опасных, на пораженной территории, а также в районах, соприкасающихся с границей карантинной зоны. Сроки карантина и обсервации зависят от длительности максимального инкубационного периода заболевания - с момента госпитализации последнего больного и окончания дезинфекции. Немного истории: В Ассирии и Вавилоне заболевших изгоняли из города, сжигали вещи больных и умерших; в Древней Греции привлекали переболевших людей к уходу за больными; на Руси запрещали навещать больных и совершать с ними обряды. В XIII в. в Европе начали применять карантин. Так, для изоляции прокаженных создавались лепрозории. Больным запрещалось посещать церкви, пункты питания, пользоваться колодцами. Эти мероприятия помогли остановить распространение лепры по Европе.

Эпизоотии, панзоотии и энзоотии Эпизоотия - прогрессирующее во времени и пространстве распространение инфекционной болезни среди большого числа одного или многих видов сельскохо51

зяйственных животных. Эпизоотии различаются по масштабам распространения (частные, объектовые, местные и региональные), степени опасности (легкие, средней тяжести, тяжелые и чрезвычайно тяжелые) и экономическому ущербу (незначительный, средний и большой). Панзоотия - это массовое одновременное распространение инфекционной болезни сельскохозяйственных животных свы-

соким уровнем заболеваемости на огромной территории с охватом нескольких стран или даже материков. Энзоотия - массовое заболевание животных, которое проявляется на одной территории в течение ряда лет. Ниже приводятся краткие сведения об основных инфекционных заболеваниях животных, опасных для людей, употребляющих в пищу мясо (табл. 2.19). Таблица 2.19

Эпизоотическая классификация инфекционных болезней животных Группа Инфекции Характер инфицирования и вызываемые заболевания 1 Алиментарные Передаются через почву, корм и воду. Поражаются органы пищеварительной системы. Возбудитель может передаваться через инфицированные корма, навоз и почву. Сибирская язва, ящур, сап, бруцеллез 2 Респираторные Передаются воздушно-капельным путем. Поражаются оболочки дыхательных путей и легких. Парагрипп, экзотическая пневмония, оспа овец и коз, чума плотоядных 3 Трансмиссивные Передаются кровососущими насекомыми. Энцефаломиелиты, туляремия, инфекционная анемия лошадей 4 Инфекции-1 Передаются через наружные покровы без участия переносчиков. Столбняк, бешенство, оспа коров 5 Инфекции-2 Источник заражения неизвестен. Неклассифицированная группа заболеваний Сибирская язва (антракс, углевик, сибиреязвенный карбункул) - острое инфекционное заболевание бактериальной природы из группы нетрансмиссивных зоонозов, проявляющееся единичной и групповой заболеваемостью. Споры являются основной формой микроба при заражении людей и животных. Инкубационный период болезни длится от нескольких часов до 14 дней, чаще всего 2-3 дня. Резервуаром возбудителя сибирской язвы в природе служат сельскохозяйственные животные и инфицированная почва, в которой споры сохраняются длительное время. Основным источником инфекции являются травоядные домашние животные (овцы, козы, коровы и др.) Сибирской язвой поражаются также дикие копытные животные и грызуны. Сибирская язва относится к глобальным инфекциям; по данным ВОЗ более чем в 60 странах мира регистрируются случаи этого заболевания

среди людей. В настоящее время значительное распространение сибирской язвы отмечается, главным образом, в развивающихся странах Азии, Африки и Южной Америки. Ящур. Возбудителем болезни является пикорнавирус, который имеет семь разновидностей и несколько подвидов. Болезнь относится к разряду очень заразных и легко распространяемых. Наиболее часто встречается в странах Азии, Африки, Южной Америки, иногда в Европе. Ящур поражает свиней, крупный рогатый скот, овец, оленей, медведей, жирафов, слонов, крыс любого возраста и пола. Устойчивы к вирусу только лошади. Люди заражаются редко, в основном обслуживающий персонал ферм. Болезнь у человека легко поддается лечению. Вирус ящура в основном передается воздушно-капельным путем от животного к животному, может оказаться на спецодежде обслуживающего персонала, инвентаре и в 52

корме. Сначала вирус попадает в кровеносную систему, затем поражает эпителий пасти, ног, вымени, ноздрей, сердечной мышцы; распространяется с большой скоростью. Инкубационный период длится в среднем от 3 до5 дней (максимум 21 день). У пораженных животных появляются лихорадка, депрессия; они покрываются волдырями, которые через несколько дней превращаются в саднящие язвы. Смертность среди заболевших ящуром взрослых животных достигает 5 %, у молодняка - до 75%. Переболевшие животные еще в течение 2 лет остаются носителями вируса. При зафиксировании случаев заболевания ящуром производится немедленный забой заболевших животных и даже тех, у которых только подозревается инфекция; прекращается передвижение скота и ограничивается передвижение людей в зоне радиусом не менее 3 км от очага вспышки ящура; кроме того, создаются карантинные зоны радиусом от 16 до 24 км, осуществляется полная дезинфекция и уничтожаются предметы, которые могут быть заражены. Немного истории: 1996 г. В Великобритании свыше 500 тыс. голов сельскохозяйственных животных заразилось чумой крупного рогатого скота. Больные животные были уничтожены, а их останки утилизированы. В результате потребление мяса в Европе значительно уменьшилось и, как следствие, произошла дестабилизация европейского рынка мясных изделий.

Эпифитотии, панфитотии и энфитотии Эпифитотия - массовое, прогрессирующее во времени и пространстве инфекционное заболевание сельскохозяйственных растений и (или) резкое увеличение численности вредителей растений, сопровождающееся массовой гибелью растений и снижением их продуктивности. Панфитотия - массовое заболевание растений и резкое увеличение вредителей растений на территории нескольких стран или континентов. Энфитотия - массовое заболевание растений, проявляющееся на одной территории в течение ряда лет. Последствия эпифитотий, панфитотий и энфитотий сказываются главным образом на урожайности плодовых и сельскохозяйственных культур.

Возбудители инфекционных заболеваний растений относятся к разным группам организмов. Типичными паразитами растений являются многие грибы, бактерии и миксомицеты. Из представителей животного мира в качестве вредителей наиболее часто выступают насекомые, клещи, нематоды и некоторые простейшие. Грибы вызывают наибольшее число опасных болезней растений. К классу грибов относятся возбудители черной гнили яблок и фитофтороза картофеля. Аскомицеты вызывают мучнистую росу, рак каштана и болезни завядания ряда важных сельскохозяйственных культур: хлопчатника, томатов, картофеля и капусты. Базидиомицеты являются возбудителями головни и ржавчины – опасных болезней зерновых культур. Для борьбы с паразитическими грибами применяют обработку различными химикатами. Бактерии являются возбудителями болезней растений, которые ежегодно приводят к значительным потерям урожая; поражают свыше 150 родов растений из 50 с лишним семейств. От бактериозов страдают такие важные культуры, как хлопчатник, картофель, кукуруза, рис, табак, бобы, томаты, ячмень, пшеница, яблони и сахарный тростник. Хотя болезнь может поражать все части растения – корни, стебли, листья и плоды, – особенно уязвимы молодые сочные ткани. Типичные симптомы бактериозов – карликовость и изменение окраски, мягкая гниль и образование раковых наростов. В распространении бактерий участвуют ветер, дождь, насекомые, птицы и переходящий с места на место скот. Наиболее эффективные методы защиты от фитобактериозов – правильный севооборот, стерилизация почвы, обработка ядохимикатами, обеззараживание семян, использование здоровых семян и устойчивых сортов. Серая гниль - грибковое заболевание; в основном поражает отмирающие части растения, а при благоприятных температуре и влажности - и здоровое растение. Чаще подвержены заболеванию бутоны и цветки растений в условиях повышенной влажности. Характерным признаком болезни является белый, а затем пепельно-серый пуши53

стый налет на пораженных частях растения. Соцветия буреют и увядают, пораженные участки размягчаются. На листьях и стеблях заболевание проявляется в виде многочисленных мелких пятен разной формы коричневого цвета или побурения краев листьев. Пятна покрываются пушистым налетом. Меры борьбы: удаление при появлении первых признаков заболевания больных листьев, соцветий и целых растений; регулярное проветривание и прореживание, хорошее освещение и опрыскивание раствором различных ядохимикатов. Антракноз - заболевание, которому чаще подвержены пальмы и фикусы. На листьях пораженных растений появляются темные пятна, а на концах листьев - темнокоричневые потеки. Развитию болезни способствуют теплые влажные условия, поэтому чаще всего поражаются растения в теплицах, а не в комнатах. Немного истории: 1835 г. Гусеницы дубового заболотника погубили 30 тыс. дубов в Беженском лесу в Германии.

Саранча наносит ни с чем не сравнимый ущерб сельскому хозяйству в странах Африки, Азии и Ближнего Востока; передвигается со скоростью 0,5-1,5 км/ч, съедая на своем пути всю растительность. В 1958 г. только одна стая саранчи уничтожила в Сомали за день 400 тыс. т зерна. Под тяжестью стай саранчи ломаются деревья. Личинки саранчи чрезвычайно прожорливы. Грызуны (сурки, суслики, серые полевки, пеструшки и др.) потребляют огромное количество пищи. Поэтому жертвой грызунов становятся почти все сельскохозяйственные культуры. Во время массовых размножений их численность возрастает в 100-200 раз. В XVIII-XIX вв. нашествия грызунов отмечались в Сибири и на Камчатке. 2.6. Энергетические и эмпирические шкалы интенсивности опасных природных явлений Внедрение в 60-х годах прошлого века в геологические исследования методов математической статистики позволило описать поведение многих процессов в виде

регрессионных уравнений, которые могут использоваться в качестве основы построения шкал потенциальной энергии опасных процессов или выразить эту опасность в терминах шкал интенсивности. Ниже авторы данного учебного пособия на обширном материале покажут согласованность известных шкал классификации опасных процессов по энергии и интенсивности. В качестве опорных шкал будут использоваться уже рассмотренные выше шкалы сейсмической интенсивности, неплохо зарекомендовавшие себя на практике, и шкала Бофорта для гидрометеорологических процессов. Известно, что энергетический баланс Земли каждый год примерно одинаков, следовательно, шкалы, характеризующие степень опасности различных процессов на энергетическом уровне, должны быть устойчивыми во времени. Построение таких эмпирических шкал позволит сделать прорыв в зонировании и картографировании территорий по типам опасных процессов на числовой основе с учетом возможности совмещения в пространстве и времени одновременно нескольких опасных процессов. Для начала оттолкнемся от шкалы сейсмической интенсивности и определим потенциальную энергию активных разломов. Энергетическая шкала импактных событий. Такая шкала может быть легко составлена, поскольку все привходящие и необходимые расчетные и эмпирические данные известны, остается только их правильно соединить. Итак, первое - известна вероятная частота падения космических тел заданного размера на поверхность Земли (см. табл. 2.2). Второе – размер импактной структуры зависит от величины и массы космического тела, угла вхождения тела в атмосферу Земли и ориентировки орбиты тела по отношению к направлению вращения нашей планеты. Зная эти параметры, можно оценить энергию, которая выделится при соударении тел. Эмпирические данные показывают, что размеры импактных структур варьируют, однако приближенные оценки выделившейся энергии возможны по порядку величин. Известно, что многие метеоры – «космические пришельцы или странники» – из-за малой массы не достигают по54

верхности земли; они просто испаряются в атмосфере. Некоторые болиды, перемещаясь в атмосфере со скоростью от 12 до 70 км/с, разрушаются в атмосфере и могут породить «метеоритный, или каменный дождь». Такие «дожди» известны по историческим данным. Один из них случился в Устюге Великом 3 июля 1290 г. Вот как сообщают об этом событии старинные русские хроники (http://www.geokhi.ru/~meteorit/letop.html): "…Бысть же о полудни найде внезапу над град Устюг облак темен и бысть яко нощ темная... И посем явишася и восташа со все четыре страны тучи великие, из них же исхождаше молния огненная безпристани, и грому убо многу и страшну бывшу над градом Устюгом, яко же не слышати, что друг с другом глаголати... Бывшу же долгому от святаго Прокопия и от всего народа к Богу и к Пречистой Богородице прилежному с рыданием молению, пременися воздух и тучи страшнии с блистаниями и громами отъидоша на пустынная места, отстоящая от града за двадесять поприщ и тамо одождивше камение велие разженное, попалища многие лесы и дебри, тем же многим и безчисленным камением ови древеса из корени избиша, а иные в полы поломиша, и от человек и скотов никого же убиша заступлением Пресвятыя Богородицы и молитвами святаго Прокопия…". Еще один подобный «каменный дождь», возникший в результате взрыва большого метеорита над Красным морем в VII в., выпал на Аравийском п-ове близ Мекки и Медины (Морозов, 1998). Некоторые болиды взрываются, не достигнув поверхности Земли, но производят при этом значительные разрушения, подобно Тунгусскому феномену. Последний взорвался на высоте 7-10 км и вызвал вывалы леса на площади 2 150 км2. Материалы, приведенные на сайте «Impakt Data Base», позволяют заключить, что изменение размеров импактных структур на порядок пропорционально изменению кинетической энергии на четыре порядка. Именно из такого расчета и составлена энергетическая шкала импактных событий (см. вкладыш). И хотя подобные катастрофические явления происходят не часто, мы должны реально представлять себе всю

мощь этой космической стихии. Некоторые столкновения Земли с «космическими странниками» могут в сотни и тысячи раз превосходить по энергии все известные на сегодня земные опасности. Энергетические шкалы и шкалы сейсмической интенсивности для землетрясений. Шкалы сейсмической интенсивности для землетрясений начали создаваться еще в XIX в. Это была попытка хоть какимто образом оценить мощность грозной стихии, классифицируя ее по тем эффектам проявления на поверхности, которые производят землетрясения. Выше были приведены современные инструментальные (читай энергетические) и эмпирические шкалы интенсивности землетрясений, используемые в научных исследованиях и строительной практике. Они хорошо зарекомендовали себя и в нашем случае послужат для согласования со шкалами, разработанными для других опасностей, и теми шкалами, для работы над которыми мы приглашаем коллег в целях развития технологий числового картографирования опасных природных процессов и зонирования их в согласованных терминах. Однако следует отметить, что в современной сейсмологии существует четыре попарно увязанных шкалы: 9-балльная Ч. Рихтера и 7-балльная Х. Канамори – энергетические; 12-балльная Ж. Меркалли и MSK64 – интенсивности землетрясений. Грубо магнитуда ML по шкале Ч. Рихтера есть отношение магнитуд объемных и поверхностных волн. Это локальная оценка; зависит от местных условий и относится к некому стандарту. Во многих отношениях она удобна для оценки мощности землетрясений в каждом конкретном регионе, не требует привлечения дополнительных параметров в диапазоне энергий от Е = 100 до 1017-1019 Дж. Однако при высоких значениях энергии ЕL магнитудная оценка по Ч. Рихтеру оказывается грубой. Поэтому позднее в связи с появлением в конце 60-х - начале 70-х гг. ХХ в. публикаций К. Аки по оценке сейсмического момента землетрясений как работы, выполненной в процессе землетрясения по перемещению горных масс при данной энергии сейсмического события, появилась так называемая «момент55

ная» MW магнитудная шкала Х. Канамори. Она отличается от шкалы Рихтера более высокими значениями магнитуд и может быть использована для оценки энергий событий с МL не менее 3, но близких к 9. Какое - то время шкала Х. Канамори была популярна в научных кругах как более точная, но ее главный недостаток – сложность оценки сейсмического момента М0 для землетрясений малых энергий, что и вернуло все на круги своя. Шкала Ч. Рихтера так и осталась до настоящего времени некоторым стандартом. Существуют и другие магнитудные сейсмические шкалы, но они менее «популярны» и мы не будем их комментировать. Шкалы Ж. Меркалли и MSK-64 мало отличаются друг от друга: обе 12–балльные. Вызванные землетрясениями последствия весьма схожи и призваны оценивать мощность землетрясений по результатам ощущений или разрушений. Они особенно популярны среди строительных и проектирующих организаций в силу простоты применения. Шкалы дополняются сравнительной шкалой остаточных деформаций горных пород и изменения режима поверхностных и подземных вод в связи со шкалой MSK-64 (Иванов, Тржцинский, 2001) и шкалой интенсивности сильных землетрясений по сейсмодислокациям В. П. Солоненко (Сейсмическая шкала..., 1975). Энергетические шкалы и шкалы сейсмической интенсивности для землетрясений не существуют каждая сама по себе, связаны между собой эмпирическими уравнениями вида Y = a•X + b (коэффициенты а и b подбираются исходя из местных условий) и вследствие своей глубокой проработки являются более предпочтительными для калибровки аналогичных шкал для прочих опасных процессов. Энергетическая шкала и шкала интенсивности для вулканических извержений. В современной вулканологии для оценки интенсивности вулканических извержений применяется шкала в терминах VEI – вулканического эксплозивного индекса, структура которого приведена в табл. 2.16. Он установлен для многих современных и исторических извержений, но имеет по мнению авторов отвлеченный от реаль-

ностей характер, связанный с неопределенностью составляющих VEI элементов. Более интересными представляются оценки энергии вулканических извержений, израсходованной на удаление избыточного тепла из недр Земли и вынос на поверхность продуктов вулканической деятельности. Для некоторых извержений выполнены, но не систематизированы достаточно подробные описания их эколого-социальных последствий. Таким образом, имеются несколько не увязанных между собой характеристик вулканических извержений, согласование которых возможно и необходимо для наших целей. Для разработки энергетической шкалы вулканических извержений авторы учебного пособия воспользовались той частью базы данных, в которой для одних и тех же вулканов имелись определения VEI и энергии извержения. Таких данных оказалось немного, но они позволили оценить тенденции этой связи, что собственно и было необходимо для построения энергетической шкалы вулканических извержений (табл. 2.20). Это соотношение описывается уравнениями огибающей для поля точек: EVmax = 9,37 VEI 7,21; VEI = 1,73 EVmax 0,08, где EVmax=10х – энергия вулканических извержений эрг; VEI – вулканический эксплозивный индекс, баллы. Вычисленные значения параметров характеризуют максимально возможные их значения. Однако VEI - не единственная из возможных величин, посредством которой можно оценить энергетический потенциал вулканических извержений. В базе данных авторов содержится некоторое количество сведений о высоте вулканических плюмов HPL и энергии извержений EVmax. Их соотношение описывается уравнениями EVmax = 87,8 HPL 2,95 HPL = 0,46 EVmax 0,28. 56

и

С помощью величины HPL можно оценить и значения VEI, поскольку в базе данных имеются и такие сведения. Соотношение этих величин описывается уравнениями HPL = 1,98 VEI 0,28

и

VEI = 0,34 HPL 2,73. Во всех случаях энергия вулканических извержений оценена в эргах. Таким образом, мы получили косвенные приближенные оценки энергии вулканических извержений для составления необходимой стандартной шкалы и ее увязки по энергетическим параметрам с соответствующими сейсмическими шкалами. Для приведения шкалы вулканических извержений в соответствие с другими описательными эмпирическими шкалами осталось составить описательную шкалу вулканических извержений с учетом их социально-экономических и экологических последствий. В базе данных также имелось достаточное количество описаний типичных извержений, необходимых для подобных построений. Составленная шкала приведена в табл. 2.20 (сопоставление полученных шкал см. на вкладыше). Если с увязкой сейсмических шкал нет проблем, поскольку все измеряемые в сейсмологии величины коррелируют друг с другом, то при увязке энергетической шкалы вулканических извержений с близкой ей магнитудной школой Ч.Рихтера выявляются некоторые особенности вулканической шкалы. Вулканические извержения, имеющие значения VEI = 0, соответствуют землетрясениям ML = 1-3; извержения VEI = 1 соответствуют ML = 4-5; VEI = 2 ≈ ML = 6. Далее дробность шкалы VEI увеличивается вдвое и VEI = 3-4 соответствует ML = 7, VEI = 5-6 ≈ ML = 8, VEI = 7 ≈ ML = 9. Извержения же, имеющие VEI = 8, энергетически более мощные, чем при ML = 9, и родственны импактным событиям, которые могут вызывать «космические странники» с поперечником 102 км. По мнению астрофизиков подобные извержения способны выбрасывать вулканический материал на такие высоты, когда обломки не могут вернуться на Землю и

превращаются в «космических странников» земного происхождения, аналогичных известным ныне «марсианским» метеоритам.

Эмпирическая шкала Амбрейсиса для оценки интенсивности цунами (см. табл. 2.17). Известно, что на образование волны цунами источником (землетрясением, вулканическим извержением, оползнем или обвалом) расходуется около 10% энергии. Поэтому мы можем сравнить 6-балльную шкалу Амбрейсиса со шкалой сейсмической интенсивности MSK-64. Результаты сравнения приведены на вкладыше. Из сравнения становится очевидным, что волны цунами могут возникать от цунамигенных процессов интенсивностью более 6 баллов. Шкала интенсивности ветров и штормов Бофорта и шкала интенсивности гроз. Шкала Бофорта считается международной и широко используется в практике при оценке интенсивности турбуленции атмосферы и верхнего слоя воды в океанах, морях, озерах и прочих водоемах. Ее описание приведено в табл. 2.6. По структуре она схожа со шкалой сейсмической интенсивности MSK-64 и шкалой Меркалли. В ней приведены сведения о масштабах разрушений, вызываемых ветрами и морскими штормами, что удобно для сравнения с другими эмпирическими шкалами. Сходство последствий от различных процессов при согласованности балльных систем позволяет сделать и энергетические оценки того или иного процесса. Результат сравнения шкалы Бофорта со шкалами сейсмической интенсивности приведен на вкладыше. Шкала гроз в отличие от шкалы Бофорта 4балльная и хорошо увязывается по характеру последствий со шкалой MSK-64. Ее особенностью является то, что самая слабая гроза по количеству реализованной энергии сопоставима с 7-балльным землетрясением, энергетический эквивалент которого Е = 1011 Дж. В то же время сильные сверхмногоячеечные грозы обладают потенциалом или реализуют ≥ Е = 1015 Дж, что по минимуму соответствует сейсмическому событию по шкале Ч. Рихтера ML = 7. Таким образом, и здесь равновесие энергий разных процессов сохраняется. 57

58

до 1 до 3-5

до 5

до 7

до 10

1020-1022

1023

1024

2

3

4

до 15

15-35

до 70-80

Не известна

1025

1026

1026 - 1027

≥1027

5

6

7

8

0 1

Высота плюма, км

Энергия извержения Е, эрг ≤1017 1017-1020

VEI

1823 г.- Килауэа, Гавайские о-ва 1971 г. - Сьерро-Негро, Никарагуа 1952-1955 гг. - Нгаурухое, Новая Зеландия 1875 г. - Свейнагья, Исландия

1956 г. - Ньямурагира, Африка

1957 г. - Файял, Азорские о-ва

Примеры

Сильное эксплозивное извержение вулкана, лавовые потоки, палящие тучи, высота пепловой колонны до 10 км; землетрясения, цунами, разрушение пахотных земель, жертвы Очень сильное, эксплозивное извержение, большой объем продуктов из- 1362 г. - Ораефаекулль, Исландия вержения, черные облака, лавовые потоки, агломератовые потоки, потоки грязи, песка, камней и горячей воды; цунами, разрушение пахотных земель, разрушение зданий, гибель людей 1883 г. - Кракатау, Индонезия Мощное (до катастрофического) извержение вулкана, сильные землетря1912 г. - Катмай, Аляска сения, взрывы, интенсивные пеплопады на расстояние более 10 тыс. км. Аномальные атмосферные явления по всему земному шару, понижение среднемировых температур воздуха на 0,5 - 1°С, обычная высота пепловых выбросов 12-15 км, цунами с высотой 30-35 м в ближней зоне и на удалении более 10 тыс. км до 0,5-1 м; разрушения, гибель людей Катастрофическое извержение эксплозивное; землетрясения, плюмы вы- 1812-1815 гг. - Тамбора, Индонесотой до 70-80 км, пеплопады; воздушные волны вырывают деревья с зия корнями; разрушение домов, пахотных земель, гибель людей и животных. Необычные атмосферные явления - окрашенные закаты Солнца и сумерек в удаленных на тысячи километров от извержения регионах Земли. Извержение может сопровождаться высокими волнами цунами (более 35-40 м); понижение температуры воздуха на земном шаре на 1°С В историческом прошлом не происходили 2•106 лет т.н. - Йелоустон, США

Очень слабое извержение Извержение на суше или подводное извержение, столбы пара и/или пепловые выбросы достигали высоты 5 км Слабое эксплозивное извержение, лавовые потоки, фреатические эксплозии, грязевые извержения, человеческие жертвы Извержение эксплозивное средней силы; лавовые потоки, максимальная высота пепловых облаков 6-7 км, столбы пламени до высоты 2 км

Описание типичного извержения

Энергетическая шкала вулканических извержений (составлена авторами данной книги)

Таблица 2.20

Энергетическая и эмпирическая шкалы гравитационных инженерно-геологичес ких процессов. Структура этой шкалы при ведена в табл. 2.18. Это 8-балльная шкала, в основе которой лежат объемы перемещенных масс обломочного материала. Энергетический потенциал для составления шкалы (см. вкладыш) был оценен только по порядку величин при допущении, что во всех случаях массы были перемещены на 1 м. Поэтому истинные значения энергий, вероятно, оказались заниженными. Однако это позволило создать энергетическую шкалу гравитационных экзогенных процессов, что крайне необходимо для составления карт районирования нового типа для опасных экзогеодинамических процессов. Энергетическим эквивалентом обвала 101 м3 ≈ 106 -107 Дж является землетрясение ML = 2, тогда как обвал объемом 107 - 108 м3 эквивалентен землетрясению ML = 5-6. Однако бывают и катастрофические лавины. Одна из таких была вызвана 18 мая 1980 г. извержением вулкана Сент-Хеленс (шт. Вашингтон, США) Лавина двигалась по склону со скоростью 400 км/ч, а ее объем составил 2,8 млрд. м3. Таким образом, энергетический потенциал гравитационных процессов в целом не так велик, если, конечно, процесс не сопровождается какими-либо дополнительными обстоятельствами, как это было в предыдущем случае, или, например, 9 июля 1958 г. во фьордоподобном заливе Литуйя на Аляске, США. Тогда огромный оползень вызвал волну цунами рекордной высоты 524 м, - которая со скоростью 160 км/ч прокатилась по узкому заливу. Построенная авторами энергетическая шкала гравитационных экзогеодинамических процессов полезна уже потому, что она есть и может совершенствоваться путем уточнения энергетических расчетов. Шкалы потенциальной энергии сейсмогенерирующих геолого-геофизических процессов. Выше авторы учебного пособия обсуждали шкалы сейсмической интенсивности, созданные для калибровки уже состоявшихся землетрясений, теперь попытаются оценить энергетический потенциал некоторых геолого-геофизических процессов, приводящих к землетрясениям.

Известно, что энергетический потенциал территории может быть определен путем анализа соотношения мощностей сейсмоактивного и упругого слоев литосферы (Леви и др., 2002). Толщина этих единиц меняется в зависимости от скорости тектонических деформаций литосферы и плотности глубинного теплового потока. Способ оценки этого отношения разъяснен в упомянутом издании, а здесь авторы только приводят соотношение параметров LS / Le с ML магнитудной шкалы Ч. Рихтера, которое собственно и позволяет определить энергетический потенциал сейсмогенерирующего (упругого) слоя литосферы (см. вкладыш). Опираясь на разработки того же издания, можно оценить сейсмический потенциал территорий для «сейсмических» структур литосферы и объем WS (км3) при заданных значениях ML. Это важно, поскольку для определения параметра WS необходимо выполнить анализ эпицентрального поля. На основании же статистического анализа уточненных данных выявлено, что ML по Рихтеру связано с WS следующим уравнением: ML = 1,7 WS 0,11. Таким образом, появляется возможность оценить энергетический потенциал аномалий эпицентрального поля с учетом глубин гипоцентров. Известно, что землетрясения - это отражение прорастания разломов в геологической среде или подвижек по разломам. Следовательно, возможно оценить потенциальную энергию сейсмогенерирующего разлома, опираясь на соотношение, полученное Ж. Дриммелем (1979): ML = 2 lg LS + 1,7, где LS – длина сейсмогенерирующего разлома, км. К сожалению, в геологогеофизической практике не всегда удается определить длину сейсмогенерирующего разлома и собственно его сейсмогенерирующую роль. Однако существует интересный геологический параметр – плотность активных разломов NS, - введенный в гео59

логический обиход С.С. Самедовым (1957) и хорошо развитый С.И. Шерманом (1977). В данной работе показана связь плотности активных разломов с энергией землетрясений и возможность использования этого параметра для построения шкалы потенциальной энергии разломов. Уравнение связи NS и ML выражается как: ML = 0,11 NS + 2,95. Применение этого уравнения позволяет оценить энергетический потенциал территории, используя только данные о характере деструкции верхних горизонтов литосферы, и выполнить соответствующее районирование в энергетических терминах. Энергетическая шкала лесных пожаров. Подобная шкала авторам в литературе не встречалась, однако может быть составлена, исходя из некоторых стандартных параметров, которые примем с соответствующими оговорками. Создание шкалы важно для учета энергетического баланса Земли с приобщением к общему расчету ряда экзогенных процессов, но на уровне средних или наиболее характерных величин. Эти же условия будут приняты и для других экзогенных процессов, работающих как с выделением, так и поглощением энергии. При лесных пожарах полностью выгорает лесная подстилка. Ее объем меняется в зависимости от влажности в пределах 1,9-2,8 кг/м2. Энергия сгорания лесной подстилки это энергия тепловыделения в «чистом» виде. В процессе верховых пожаров выгорает примерно 10% древостоя. Это тоже важная величина при энергетических расчетах. Объем древостоя в составе «лиственница + сосна» в бореальных лесах Сибири оценивается как 60% + 40% (Усольцев, 2001 и 2002; Фуряев, 1996). Оценим количество тепловой энергии, выделяющейся при полном сгорании лесной подстилки объемом 1,9-2,8 кг/м2, или 1,9-2,8 • 106 кг/км2 и 10% древостоя, состоящего из свежей древесины с влажностью около 50%. Количество энергии, выделяющейся при сгорании такой древесины, составляет 20,5 • 103 Дж/г, или 2 • 107 Дж/кг. Некоторые справочники (Кухлинг, 1985) сообщают иные значения тепло-

ты сгорания древесины – 8-15 • 106 Дж/кг. Если плотность древесины составляет 0,8 кг/дм3, то количество выделившейся при сгорании 1 м3 древесины энергии составит 6,4-16 • 106 Дж/м3. Объем древесины на площади 1 га варьирует от 27 до 660 м3/га, а сами бореальные леса севера Евразии имеют III бонитет. При таком бонитете один ствол дерева в среднем имеет диаметр 0,3 м и высоту около 25 м, а объем древесины составляет около 490 м3/га, или 4,9 • 104м3/км2. Выше было отмечено, что обычно при верховом лесном пожаре выгорает около 10% древостоя, следовательно, для расчета выделившейся энергии примем величину 4,9 3 3 2 • 10 м /км . Отсюда получаем, что при сгорании древостоя на площади 1 км2 выделяется 3,2-7,8 • 1010 Дж тепловой энергии. Но при любом типе пожара лесная подстилка выгорает полностью. Поэтому к полученной величине энергии необходимо добавить то количество энергии, которое выделится при сгорании лесной подстилки на площади 1 км2, то есть 1,5-6,4 • 107 Дж. Таким образом, при лесном пожаре на площади 1 км2 по порядку величин выделится 1010 Дж тепловой энергии. Эта величина сопоставима с возникновением землетрясения с магнитудой МL = 4 по Ч. Рихтеру, но с той лишь разницей, что при землетрясении энергия выделяется почти мгновенно. Используя такой нехитрый подсчет, можно составить энергетическую и эмпирическую шкалы для лесных пожаров. Для этого оценим выделившуюся энергию оного из самых больших лесных пожаров в Сибири, зарегистрированного в 1915 г. Тогда леса горели на площади 1,6 • 106 км2. Энергия пожара могла составить 5,1 16 17 • 10 – 1,2 • 10 Дж, что эквивалентно энергии землетрясения МL ≥ 7 по Ч. Рихтеру. Таким образом, имеем два крайних значения выделившейся энергии: 1010 и 1017 Дж. Однако Г.Н. Коровин и Н.В.Зукерт (http://www.rusrec.ru/kyoto/articles/art_climate _forest.htm) приводят сведения о горимости лесов в Сибири и на Дальнем Востоке. По их данным за 50 прошедших лет здесь выгорело 80-90 • 106 га, или 8-9 • 105 км2 лесных угодий. Это говорит о том, что в среднем ежегодно выгорает 1,8 • 104 км2 лесов, что сопоставимо с ежегодным выделением тепловой энергии 5,8 • 1014 Дж. 60

Таким образом, мы получили минимальное, среднее и максимальное значения энергий, необходимых для построения шкалы потенциальной энергии и эмпирической шкалы интенсивности лесных пожаров (см. вкладыш). В качестве примера приведем 1915 г. Тогда лесные пожары в Сибири охватили территорию площадью 1 600 000 км2, а выделившаяся тепловая энергия составила 1,6 • 106 Дж и была эквивалентна землетрясению МL = 7, растянувшемуся по времени на весь пожароопасный период. Шкала кинетической энергии R атмосферных осадков. Атмосферные осадки являются обязательным элементом при реализации большого комплекса экзогеодинамических процессов и потому авторы данного учебного пособия сочли необходимым оценить в первом приближении энергию метеорных осадков. Напомним, что количество выпадающих осадков варьирует в весьма широких пределах: от 0,1 мм/год слоя на Тихоокеанском побережье Чили, между Арикой и Антофагастой до 1870 мм/сут. на о-ве Реюньон в Индийском океане. Для оценки энергетических характеристик примем следующие стандартные условия: суточные значения обильности осадков; характерную ширину воздушного фронта, несущего осадки (300-400 км), его протяженность (1000 км) и высоту нижней кромки дождевой облачности (1000 м). Отсюда с учетом суточных вариаций высоты слоя атмосферных осадков и значения ЕR = 10n Дж получаем соотношение ER = 0,41 Ln (R) + 5,96 , где ER – энергия атмосферных осадков 10n Дж; R – толщина слоя атмосферных осадков, мм. Сравнение энергетической шкалы атмосферных осадков с магнитудной шкалой Ч. Рихтера показало, что даже самый сильный дождь по количеству выделившейся энергии не превосходит МL ≥ 3 (см. вкладыш). Это небольшие значения выделившейся энергии, однако известно, что для возникновения водо- или грязекаменного

потока достаточно всего 5% воды, чтобы придать ему разрушительную способность, сопоставимую с МSK-64 ≥ 7-8 баллов. Следовательно, даже этой сравнительно малой энергии атмосферных осадков оказывается достаточно для приведения в действие куда более мощных и опасных природных процессов. Шкала потенциальной энергии криолитосферы. В отличие от рассмотренных выше процессов, протекающих с выделением энергии, оттаивание мерзлоты идет с ее поглощением. Следовательно, исходя из закона сохранения баланса энергии, во время оттаивания мерзлоты какие-то процессы ее, эту энергию, недополучают. Процессы деградации мерзлоты опасны для северных территорий Евразии и Северной Америки и потому достойны особого внимания. Для оценки энергии, требуемой для оттаивания мерзлоты, необходим ряд параметров. В.Н. Конищев (http://doktora.nm.ru/10.12.02.htm) сообщает, что площадь распространения вечной мерзлоты в северной Евразии оценивается 13 • 106 км2, ее толщина на севере Западной и Восточной Сибири изменяется от 0,4 до 0,65 км; температура мерзлых пород варьирует от 0°С до -15°С, глубина оттаивания мерзлоты - от 0,2 до 5 м, а содержание льда в горных породах зависит от их пористости и составляет в среднем 12-40% от общего объема вечно мерзлого слоя. Воспользуемся рядом табличных данных (Кухлинг, 1985): удельная теплоемкость льда 2,1 • 103 Дж / (кг • К); удельная теплоемкость воды 4,2 • 103 Дж / (кг • К); удельная теплота плавления льда 3,4 • 105 Дж / кг. Сначала нужно растопить лед, нагрев его от -15°С до 0°С, а для получения устойчивого состояния воды (чтобы она вновь не замерзла) - нагреть талую воду до температуры +10°С. Для нагревания 1 кг льда с температурой -15°С до 0°С потребуется 3,2 • 104 Дж тепловой энергии, для его расплавления понадобится еще 3,4 • 105 Дж и для нагревания талой воды до +10°С – 4,2 • 104 Дж. Суммируя эти величины, получаем потребное количество энергии EFR, необходимой для перехода 1 кг льда в устойчивое талое состояние: EFR = (32 + 340 + 42) • 103 Дж = 4,14 • 105 Дж. 61

Если допустить, что над всей территорией распространения мерзлых толщ в северной Евразии 13 • 106 км2 установились одинаково благоприятные условия для таянья льда, то при затратах энергии 4,14 • 105 Дж получаем слой талой воды толщиной 8 • 10-10 мм (это одно крайнее значение для построения шкалы потенциальной энергии криолитосферы). Для получения второго крайнего значения допустим самое невероятное - мерзлота вытаяла полностью! Приведем некоторые объемные характеристики криолитосферы северной Евразии: общий объем WFR вечно мерзлых пород составляет 13 • 106 км2 18 18 3 • 0,4 - 0,65 км ≈ 5,2 • 10 - 8,4 • 10 дм ; масса льда в этом объеме мерзлых пород соответствует 5,2 • 1018 - 8,4 • 1018 дм3 • 0,12 - 0,4 • 1,0 кг =1 - 3,4 • 1018 кг. Отсюда потребное количество энергии для полного уничтожения мерзлоты EFR = 4,14 • 1023 1,41 • 1024 Дж (это вторая крайняя позиция для построения шкалы). Теперь найдем значения внутри числового ряда. Известно, что за сезон обычно оттаивает слой толщиной от 0,2 до 5 м. Объем и масса слоя толщиной 0,2 м составит 1,3 • 1015 дм3 и 1,3 • 1015кг. Тогда количество тепловой энергии, которая будет потрачена на выполнение этой «работы» при сохранении идеальности всех прочих условий, EFR = 5,4 • 1020 Дж. Объем и масса слоя толщиной 5 м ≈ 6,5 • 1016 дм3 и 6,5 • 1016кг, а потребное количество энергии составит EFR = 2,7 • 1022 Дж. Простые подсчеты показывают, что изменение массы вытаивающей мерзлоты на один порядок приводит к изменению потребного количества энергии тоже на один порядок: WFR • 10n кг ≈ EFR • 10m Дж = 100

≈ -105; 101 ≈ -106; 102 ≈ -107; 103 ≈ -108 …. 1018 ≈ -1024 (знак «-» указывает на то, что энергия поглощается). Заметим, что суммарная площадь распространения мерзлоты в северном полушарии составляет ~ 20 • 106 км2; суммарная масса ~ 1-5,2 • 1018 кг. Для полного уничтожения мерзлоты требуется ~ 4,1 • 1023 – 2,2 • 1024 Дж тепловой энергии. При этом Земля ежегодно получает от Солнца 10241026 Дж энергии, вариации которой зависят от периодов солнечной активности. Таким образом, для полного уничтожения мерзлоты необходимо израсходовать почти все годовое поступление солнечной энергии к Земле. Это не реально, поэтому вечно мерзлые толщи горных пород будут существовать всегда, увеличиваясь или уменьшаясь в размерах в зависимости от обстоятельств. Но это не мешает нам попытаться построить шкалу потенциальной энергии криолитосферы (см. вкладыш). Однако заметим, что поглощаемая тепловая энергия несмотря на достаточно большое ее числовое значение рассредоточена на обширных (106 км2) территориях и по времени. Шкала составлена только в первом приближении и, безусловно, нуждается в уточнении и корректировке. Подводя итог, отметим, что авторы в этой главе рассматривали те природные опасности и необычные природные явления, которые отмечались в исторических хрониках и которые могут быть оценены энергетически. Знакомство с сущностью этих опасностей позволит далее анализировать не бездушные слова и цифры, а со знанием дела проследить ход возникновения экстремальных ситуаций во времени и выявить статистические закономерности их повторяемости.

62

Глава 3. ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ КАК ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ Под чрезвычайной ситуацией понимается любое изменение сочетания условий и обстоятельств жизнедеятельности общества (потенциальное или фактическое), приводящее к человеческим жертвам, материальным потерям и нарушению окружающей среды. Учебник спасателя (http://tcmp.nm.ru) трактует чрезвычайную ситуацию как обстановку на определенной территории, сложившуюся в результате аварии, опасного природного явления, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь за собой или уже повлекли человеческие жертвы, принести ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, а также значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. 3.1. Стихийные явления и бедствия. Некоторые определения и характеристики В рамках курса нас интересуют чрезвычайные ситуации, обусловленные катастрофами природного и природнотехногенного происхождения. Разумеется, такое деление несколько условно, так как в большинстве своем все катастрофы могут быть отнесены к природно-техногенным. Поэтому используются два основных понятия, классифицирующих чрезвычайные ситуации на две группы: 1 группа — чрезвычайные ситуации, обусловленные стихийными бедствиями; 2 группа — чрезвычайные ситуации, обусловленные техногенными авариями (Кофф и др., 1997). Вторая группа рассматриваться в данной книге не будет. Стихийные бедствия - природные явления, проявляющиеся как могущественные разрушительные силы, не подчиняющиеся влиянию человека. Стихийные бедствия - катастрофические природные явления и процессы, характеризующиеся неопределенностью во времени наступления и неоднозначностью последствий; могут вызвать

человеческие жертвы и нанести материальный ущерб. Естественно, что не все неблагоприятные и опасные природные процессы и явления могут вырасти до размеров чрезвычайной ситуации. Статистика показывает, что наибольшее число чрезвычайных ситуаций природного происхождения обусловлено наводнениями (34% от общего числа). Ураганы, бури, тайфуны, смерчи вызывают 19% чрезвычайных ситуаций; сильные или особо длительные дожди - 14%; землетрясения - 8%; сильные снегопады и метели - 8%; оползни и обвалы - 5%. Однако приведенное процентное соотношение может меняться. Существуют официальные критерии отнесения тех или иных событий к категории чрезвычайных (см. п. 3.2.1). Ниже авторы дают краткую характеристику отдельным составляющим опасных процессов, приводящих к возникновению ЧС. Извержение вулканов. В России опасности извержения вулканов подвергаются территории Камчатки, Курильских овов и Сахалина. В зоне непосредственной вулканической опасности располагаются 25 населенных пунктов на Курилах и несколько городов на Камчатке. С вулканическими извержениями связаны опасные для жизнедеятельности человека явления (Болт и др., 1978; Уолтхэм, 1982; Кофф и др., 1997 и др.): раскаленные лавовые потоки. Обычно имеют толщину менее 5 м; скорость течения вещества в них составляет от нескольких метров в сутки до 100 км/ч; способны проходить путь до нескольких десятков километров, покрывая площадь до сотен километров; палящие лавины. Состоят из глыб, песка, пепла и вулканических газов с температурой до 600°С, перемещаются по склонам вулкана со скоростью до 150-200 км/ч и часто проходят путь длиной до 10-20 км. газопепловые тучи. Выбрасываются при извержении в атмосферу на высоту 1520 км, а при мощных взрывах — более чем 63

на 80 км. Толщина слоя пепла, оседающего близ вулканов, может превышать 10 м, а на расстоянии 100-200 км - составлять 1 м. Пыль, выпадающая с осадками, может оказаться токсичной для растений и животных; взрывные волны и разброс обломков; водо- и грязекаменные потоки (лахары). Обычно движутся со скоростью 90100 км/ч и проходят путь до 50-300 км, заливая площади до нескольких сот квадратных километров. Такие потоки с высоких вулканических вершин длятся до нескольких десятков минут, а объем перемещенного материала достигает 150 млн. м3. Землетрясение - это колебание поверхности земли, вызываемое прохождением сейсмических волн, излученных из некоторого источника, называемого очагом землетрясения (Болт и др., 1978). Очаг землетрясения - область, из которой во время землетрясения выделяется сейсмическая энергия. Ее размеры определяются по полю эпицентров форшоков и афтершоков, макросейсмическим данным, изосейстам, данным о цунами и т.д. Повидимому, с наибольшей точностью границу очага можно провести для класса сильнейших землетрясений по афтершокам первого года после события. Сейсмичность - это распределение землетрясений в пространстве и во времени. Интенсивность («балльность») землетрясений - это мера повреждений, причиненных сооружениям, нарушений на поверхности грунта, а также человеческой реакции на сотрясения. Ввиду того, что оценка интенсивности землетрясения базируется не на показаниях приборов, а на наблюдениях реальных явлений в мезосейсмической зоне, можно указать интенсивность даже для исторических (т.е. древних) землетрясений. Первую шкалу интенсивности разработали в 80-х годах прошлого века итальянец де Росси и швейцарец Форель. Более совершенная шкала была предложена в 1902 г. итальянским вулканологом и сейсмологом Меркалли (см. гл.2). Для построения шкалы использовались макросейсмические данные, т.е. неинструментальные данные о землетрясении, основанные на качественном описании поведения людей, жи-

вотных, предметов, зданий, изменений рельефа и т.п. Описания позволяют численно оценить степень разрушений в местах, испытавших землетрясение. Районы, в которых оценена интенсивность землетрясений, могут быть оконтурены на карте изолиниями, которые и образуют карту изосейст - линий одинаковой интенсивности, разделяющих области с разной интенсивностью колебаний земной поверхности. Такая карта дает грубые, но ценные сведения о распределении сотрясений на поверхности Земли, о влиянии почвенного слоя и подстилающих геологических образований, размерах очага и о других фактах, важных для решения задач страхования и строительства. В России используется близкая к шкале Меркалли шкала MSK-64 (см. гл. 2). Шкалы интенсивности землетрясений основаны на субъективных ощущениях и приспособлены к социальным и техническим условиям той или иной страны. В Японии используется 7-балльная шкала. По ней землетрясение в Кобе (январь 1995 г.) оценивалось интенсивностью до VI баллов, тогда как по шкале MSK-64 - до Х баллов. Относительная мощь землетрясений, классифицируемая субъективно как интенсивность, может быть измерена с помощью сейсмографов путем сравнения определенных особенностей сейсмограмм. Эти характеристики, или параметры землетрясения, включают в себя продолжительность записанных колебаний, амплитуду некоторых пиков волн и т. д. Обычно используемая инструментальная шкала, разработанная Ч. Рихтером, базируется на измерении наибольших амплитуд волн, записанных сейсмографом при землетрясении. По Ч. Рихтеру магнитуда землетрясения – это «логарифм (десятичный) амплитуды наибольшей сейсмической волны (в микронах), записанной стандартным сейсмографом (сейсмографом Вуда—Андерсона) на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения». Сейсмическая энергия – это количество выделившейся упругой энергии из очага землетрясения. Возрастание магнитуды на единицу соответствует увеличению выделившейся энергии в 30 раз. Таким образом, энергия землетрясения с магнитудой 64

8,6, например Аляскинского землетрясения 1964 г., превышает энергию землетрясения, имеющего магнитуду 4,3, не вдвое, а почти в 2 млн. раз! (Болт и др., 1978). Для наглядности сравним данные о магнитуде некоторых землетрясений с энергией ядерных взрывов. Так, наиболее слабые землетрясения, приводящие к повреждению зданий, имеют магнитуду около 5-5,5. Такая магнитуда была у Ташкентского землетрясения 1966 г., которое разрушило центр города. Примерно такой же сейсмический эффект имел взрыв ядерной бомбы на атолле Бикини, где выделилось примерно 1013 Дж энергии. Землетрясения с магнитудой М ≥ 8,0 могут приводить к катастрофам, при которых изменяется рельеф земной поверхности, полностью разрушаются целые города. Подобный сейсмический эффект может вызвать взрыв ядерной бомбы в 5 Мт, энергия которого составляет ≈ 1016 Дж. Землетрясениям предельных магнитуд (8,5 – 9,0) по количеству выделившейся энергии эквивалентны бомбе мощностью 300 Мт, или ≈ 1018 Дж. Цунами - морские волны, возникающие вследствие подводного землетрясения или подводного взрывного извержения вулкана (Кофф и др., 1997). Энергетические оценки и оценки интенсивности цунами сделаны выше (см. гл.2). Опасные атмосферные вихри. К ним относятся циклоны, тайфуны, шквалы, смерчи (торнадо). Их зарождение обусловлено мощными восходящими потоками теплого и влажного воздуха (см. гл.2). Воздух в них быстро вращается против часовой стрелки в Северном и по часовой - в Южном полушариях (Болт и др., 1978; Кофф и др., 1997); без подпитки влагой они быстро теряют энергию и угасают. Фактором опасности при атмосферных вихрях является, прежде всего, скорость воздушного потока. Наивысшая зарегистрированная скорость ветра в урагане - более 80 м/с (280 км/ч), вычисленная по величине разрушений - до 110 м/с (400 км/ч) (Кофф и др., 1997). Наивысшая измеренная скорость ветра в смерче - 115 м/с (420 км/ч), рассчитанная по разрушениям - более 300 м/с (1000 км/ч). Для достижения столь высоких скоростей ветра необходимы особые местные условия.

Шквалы - горизонтальные вихри, возникающие в атмосферных фронтах. Энергетические характеристики атмосферных фронтов обсуждались выше (см. гл. 2). Скорость движения воздуха в вихре может достигать ураганной - 60-80 м/с. Их ширина составляет не более 50 км в передней части фронта, длина пути варьирует от 20 до 200 км, но редко превышает 700 км, длительность действия - не более 30 мин. Шквалы обязательно сопровождаются пылью, ливнями, грозами и градом. Смерчи (торнадо - в Северной Америке) - мощные вихри с вертикальной осью вращения. Процесс образования смерча длится иногда лишь 20-30 мин и начинается с появления восходящей струи теплого влажного воздуха, порождающей особо крупное и высокое грозовое облако. Дождь и град выпадают вокруг восходящей струи воздуха. Затем завеса дождя закручивается в спираль в виде цилиндра или конуса, касающегося земли. Для поддержания смерча требуется постоянная подкачка влажного воздуха вверх, что способствует падению давления в «трубе» восходящего воздушного потока. 90% смерчей связаны с холодными фронтами. Скорость движения смерчей в среднем 50-60 км/ч, редко более 150 км/ч. Площадь сопровождающих его разрушений в среднем менее 1 км2, максимум до 400 км2. Засухи – опасное явление для сельского и лесного хозяйства, бытового и промышленного водоснабжения, судоходства и гидроэлектростанций. Засухи связаны с дефицитом атмосферных осадков (см. гл. 2). К устойчиво сухим и засушливым районам относится 40-45% площади континентов, где проживает более 1/3 населения планеты (Кофф и др., 1997; Шойгу и др., 1997). На территориях, где засухи возможны хотя бы изредка, размещается 3/4 населения бывшего СССР, под угрозой засух находится около 70% площади пахотных земель. Наводнения занимают первое место в мире по числу возникающих в связи с ними ЧС (~ 40% от числа всех бедствий), но имеют исключительно региональный характер (Кофф и др., 1997; Шойгу и др., 1997). На территории России угроза наводнений висит над 746 городами и несколькими ты65

сячами населенных пунктов. Различают: нагонные наводнения. Возникают на приморских территориях при прохождении глубоких циклонов, особенно ураганов (тайфунов) на фоне приливной волны. Последние часто именуют штормовыми приливами; ливневые (дождевые) наводнения. Наиболее часты и сильны в районах с муссонным климатом (между 40° с.ш. и 40° ю.ш.); поражают развитые страны и наносят большой экономического ущерб. В странах Западной Европы катастрофические наводнениях охватывают до 4% территории, где проживает до 4% населения европейских стран; зажорные и заторные наводнения. Присущи предгорным участкам рек, покрывающихся льдами; характерны для большинства рек Евразии и Северной Америки севернее 35° с.ш. Зажоры – это скопление шуги и мелкобитого льда (образуются в зимнее время); заторы — скопления льдин во время весеннего ледохода (Иваньо, 1997). Эрозия почв – это разрушение почвенного покрова, вызванного комплексом гидрометеорологических причин; имеет региональный характер и чаще всего обусловлена техногенными причинами. Плоская эрозия почв возникает там, где выпадают интенсивные осадки. Ее скорость обычно измеряется толщиной слоя, сносимого в среднем за год, или массой материала, сносимого с единицы площади (Баженова и др., 1997). Естественная скорость плоской эрозии на междуречьях равнин умеренного климатического пояса соответствует 0,01 – 0,5 мм/год и соизмерима со скоростью накопления гумуса. Более высокие скорости эрозии приводят к срезанию почвы. Ветровая эрозия (дефляция) почв легкого механического состава возможна при скорости ветра от 4-6 м/с, если почва сухая (что достигается при относительной влажности воздуха около 50% и менее) и не защищена растительностью. Овражная (линейная) эрозия подменяет плоскую на склонах с углом наклона более 5-7°. В природных условиях оврагообразование возможно при исключительном стечении обстоятельств, например, при вы-

падении осадков вскоре после выгорания растительности. Почти все растущие ныне овраги или преобладающая доля их общего числа имеют антропогенное происхождение (Баженова и др., 1997). Сели - русловые потоки, включающие в себя большие объемы обломочного материала ≥10-15% и имеющие плотность в 1,5-2 раза больше плотности воды; движутся в виде волны с высотой фронта до 20-40 м и скоростью до 20-30 м/с (10-100 км/ч). Давление такого потока на препятствия достигает десятков тонн на квадратный метр, а объем - нескольких миллионов кубометров (Болт и др., 1978; Кофф и др., 1997). Селевые потоки характерны для горных долин с наклоном русла 6-20°; длятся обычно десятки минут, реже до 4-5 ч; могут эродировать русло на глубину до десятков метров, проходить путь длиной в километры, реже несколько десятков километров; образуют аккумулятивные конусы шириной в десятки, длиной в сотни метров при толщине разовых отложений обычно до 5, редко до 10 м. Селевые потоки формируются в речных бассейнах, насыщенных обломочным материалом. Накопление последнего происходит преимущественно во время длительных периодов засушливой с контрастной температурой воздуха погоде, обеспечивающей интенсивное физическое выветривание горных пород. Для схода селевых потоков необходимо выпадение ливневых осадков. Основными селеопасными районами на территории северной Евразии являются горные районы Карпат, Крыма, Северного Кавказа, Закавказья, Средней Азии, Урала, Восточного Казахстана, Забайкалья, Дальнего Востока. Оползни – это смещение горных масс (рыхлых и скальных) вниз по склонам долин рек, озер и морей. По механизму оползневого процесса различают несколько типов оползней: оползни сдвига (срезающие, консеквентные, срезающе-консеквентные); оползни выдавливания (вязкопластичные, оползни-потоки, сплывины, оплывины); оползни гидродинамического выноса (суффозионные, гидродинамического выдавливания); оползни внезапного разжижения, возникающие вследствие разрушения структурных связей в слабоуплотненных глини66

стых породах, и оползни сложного, комбинированного механизма (Кофф и др.,1997). Объем пород, смещаемых при оползнях, колеблется от нескольких сот до многих миллионов кубометров. Деформации земляной массы при оползнях достигают 100-1200 м вдоль склона и на 80-150 м вглубь массива, высота оползня варьирует от 4-5 до 40-50 м. Снежные лавины - обвалы снега, возникающие на склонах с углом наклона ≥ 25° с относительной высотой 20-40 м и более при толщине снежного покрова ≥ 30-40 см. Длина пути лавин измеряется сотнями метров или немногими километрами; скорость их перемещения достигает нескольких десятков метров в секунду, а объем может

составлять миллионы кубических метров. Лавины способны оказывать давление на препятствия до 100 т/м2. Для примера сообщим, что при давлении 0,5 т/м2 выламываются окна и двери, при 3 т/м2 разрушаются деревянные постройки, при 100 т/м2 - каменные здания (Болт и др., 1978; Кофф и др., 1997). Размеры ориентировочного социально-экономического ущерба от развития наиболее опасных природных процессов и явлений на территории России в соответствии с материалами государственной научнотехнической программы "Безопасность" приводятся в табл. 3.1 (Кофф и др., 1997). Таблица 3.1

Типизация природных ЧС по тяжести последствий для территориальных комплексов населения и хозяйства Чрезвычайные ситуации Легчайшие

Легкие, слабые

Средние

Тяжелые, сильные

Уничтожающие

Полнота восстановления Полностью

Сроки восстановления

Характер последствий ЧС. Максимальное число прямых жертв в наиболее населенных районах мира

В основном нарушения работы коммуникаций. Число жертв до n • 10. Прочие потери (повреждения сооружений, посевов и др.) малы и неощутимы Полностью До 1 года Повреждения коммуникаций, предприятий, населенных пунктов, потери урожая и т.п. Число жертв до n • 102–n • 103 Полностью До 5-7 лет Повреждения и разрушения населенных пунктов, предприятий, потеря урожая и т.п., но без существенного ущерба для природной среды. Число жертв до n • 104 – n • 106 Не полностью ≥ 5-7 лет Разнообразный ущерб, в котором наиболее существенны потери природной основы и (или) населения. Число жертв до n • 105 – n • 106 В экономиче- В экономиче- Разнообразный ущерб, рески обозримые ски обозри- шающую часть которого сосроки невос- мые сроки не- ставляет почти полная потеря становимы восстановимы природной основы, ведущая к потере территориального комплекса

Вероятное число ЧС/год

До 3 сут.

67

n • 102

n • 10

_

_

_

Не всякая природная или техногенная катастрофа имеет статус чрезвычайной ситуации. Критерии, в соответствии с которыми ситуация относится к категории чрезвычайных, приводятся в приложении к Инструкции ГКЧС о порядке обмена в Российской Федерации информацией о чрезвычайных ситуациях. Катастрофическая ситуация природного происхождения относится к разряду чрезвычайной в случае, если имеет место хотя бы один из указываемых ниже критериев (приводятся по Кофф и др., 1997). 3.2. Основные критерии оценки катастроф 3.2.1. Ситуации природного происхождения Геологические опасные явления: (извержения вулканов, оползни, обвалы, осыпи, осадки земной поверхности, землетрясения 4 и более баллов; число пострадавших 15 человек и более; число погибших 4 человека и более; прямой материальный ущерб 500 тыс. руб. и более; влияние на функционирование других отраслей. Гидрометеорологические и гелиогеофизические опасные явления — число пострадавших 10 человек и более; число погибших 2 человека и более; прямой материальный ущерб 500 тыс. руб. и более. Характеризуются следующими критериями: сильный ветер (смерчи, шквалы); скорость ветра при порывах 25-30 м/с и более; в Арктике и на Дальнем Востоке, а также в горных районах - 35-45 м/с; сильный дождь (ливень) - интенсивность 120 мм/12 ч и более на Черноморском побережье Кавказа; на остальной территории 80 мм/12 ч и более или суммарно 150 мм и более в течение двух суток, в селеопасных горных районах 30-50 мм/12 ч и более; крупный град - размер градин более 20 мм; сильный снегопад - 30 мм и более в течение 12 ч; сильная метель (снежные заносы) ветер 20 м/с и более в течение суток с выпадением снега;

сильный гололед - диаметр отложений на проводах 20 мм и более; сильный мороз или сильная жара (критерий устанавливается территориальными гидрометеослужбами); тропические циклоны (тайфуны) сильный ветер, дождь, высокое волнение на морях, ветровые нагоны, дождевые паводки; заморозки - понижение температуры воздуха ниже 0°С в экстремально поздние (весна - начало лета) и в экстремально ранние сроки (лето - начало осени) в период активной вегетации сельхозкультур; приводят их к гибели; засуха - сочетание высоких температур воздуха, дефицита осадков, низкой влажности воздуха, малых влагозапасов в почве; приводит к гибели урожая полевых культур; цунами. Высота опасных волн цунами устанавливается территориальными органами исполнительной власти; высокие уровни воды (наводнения) при половодьях, дождевых паводках, заторах, зажорах, ветровых нагонах - превышение особо опасных (высоких) уровней воды для конкретных населенных пунктов и хозяйственных объектов; низкие уровни воды - ниже проектных отметок водозаборных сооружений и навигационных уровней на судоходных реках в течение месяца и более; сели, лавины (при угрозе населенным пунктам, народнохозяйственным объектам, туристским комплексам и т.д.); ухудшение радиационный обстановки в околоземном космическом пространстве плотность потока протонов с энергией более 25 мэв составляет 5 • 10 см-2 с-1 и более; уменьшение общего содержания озона в атмосфере - уменьшение содержания озона на 25% и более над отдельными регионами в течение 2-3 месяцев в период вегетации растений. Природные пожары (лесные, торфяные) - число пострадавших 15 человек и более; число погибших 4 человека и более; прямой материальный ущерб 100 тыс. руб. и более; крупные неконтролируемые пожары на площади 25 га в европейской части России и на 200 га в азиатской. 68

Особо опасные инфекционные болезни и поражения токсичными химическими веществами: эпидемии - заболевания 30 человек; групповые заболевания невыявленной этимологии 20 человек; лихорадочные заболевания неустановленного диагноза 15 человек; уровень смертности или заболеваемости превышает среднестатистический в 3 раза и более; эпизоотии - факты массовых заболеваний или гибели животных; эпифитотии - массовая гибель растений. 3.2.2. Ситуации природно-техногенного происхождения Связанные с изменением состояния суши (почвы, недр, ландшафтов): катастрофические просадки, оползни, обвалы земной поверхности из-за выработки недр при добыче полезных ископаемых и другой деятельности человека; наличие тяжелых металлов (в том числе радиоактивных) и других вредных веществ в почве (грунте) сверх ПДК (ПДУ); число пострадавших 15 чел. и более; число погибших 4 чел. и более; прямой материальный ущерб 100 тыс. руб. и более; превышение ПДК (ПДУ) по химически опасным и экологически вредным веществам в 50 и более раз или по радиоактивным веществам в 100 и более раз; катастрофические пыльные (черные) бури - разрушение и уничтожение почвенного покрова или гибель посевов сельскохозяйственных культур или природной растительности на площади более 1000 га; катастрофические проявления водной эрозии почв, сопровождающиеся смывом почвенного покрова и оврагообразованием при ливне и стоке талых вод со склонов, - разрушение и уничтожение почвенного покрова или гибель посевов сельскохозяйственных культур или природной растительности на площади более 1000 га; загрязнение земель и недр токсикантами промышленного происхождения - более 50 ПДК или 100-кратное превышение фоновых значений; загрязнение почв пестицидами - более 50 ПДК по санитарно-токсикологи-

ческим критериям или более 10 ПДК по фитотоксикологическим критериям на площади более 100 га; захламление земель несанкционированными свалками опасных отходов на площади более 10 га; катастрофическое проявление процессов опустынивания пастбищных земель (включая оленьи пастбища) - уничтожение почвенного и растительного покрова с образованием пустынных территорий на площади более 1000 га/год; затопление земель при наводнениях, несанкционированное подтопление земель в результате строительства водохранилищ; гибель посевов сельскохозяйственных культур и многолетних насаждений на площади более 1000 га; порча и разрушение народнохозяйственных объектов с прямым материальным ущербом более 500 тыс. руб.; сели (как следствие нерационального хозяйственного использования земель и уничтожения защитного растительного покрова); число пострадавших 15 чел. и более; число погибших 4 чел. и более; прямой материальный ущерб 100 тыс. руб. и более; уничтожение посевов сельскохозяйственных культур на площади более 1000 га. Связанные с изменением состава и свойств атмосферы (воздушной среды): превышение ПДК вредных примесей в атмосфере в 50 раз и более; в 30-49 раз в течение 8 дней; в 20-29 раз в течение 2 мес.; образование обширной зоны кислотных осадков. Связанные с изменением состояния гидросферы: резкая нехватка питьевой воды вследствие истощения источников или их загрязнения; истощение водных ресурсов, необходимых для организации хозяйственно-бытового водоснабжения и обеспечения технологических процессов; максимальное разовое превышение ПДК загрязняющих веществ в поверхностных подземных и морских водах (в 100 и более раз), если эти акватории не являются зонами хронического загрязнения; появление запаха воды интенсивностью более 4 баллов. снижение содержания растворенного в воде кислорода - до 2 мг/л и ниже. 69

Связанные с изменением состояния животного и растительного мира: массовая гибель (заболевание) рыб и других водных животных и растений, приобретение ими не свойственных ранее посторонних запахов и привкусов, отклонение от нормального развития икры, личинок и молоди рыб, нарушение путей миграции, мест нагула, нереста; массовая гибель (заболевание) животных, в том числе диких, когда смертность (количество заболеваний) превышает среднестатистический показатель в 3 и более раз; гибель растительности (ожоги, усыхание и другие признаки), в том числе лесов и сельскохозяйственных растений; резкое ухудшение здоровья (смерть) людей, оказавшихся в зоне загрязнения; обнаружение факторов вторичного воздействия загрязняющих веществ и иных видов воздействия вследствие попадания их в организм с растительными и животными продуктами.

3.3. Классификация чрезвычайных ситуаций Для классификации чрезвычайных ситуаций имеется большое количество критериев и созданы различные шкалы. С.М. Мягков и К.А. Козлов рекомендуют подразделять чрезвычайные ситуации на пять категорий (см. табл. 3.1). Особое значение они придают срокам восстановления потерь от катастрофы. Последствия кратких ливневых наводнений, интенсивных снегопадов и т. д. устраняются в течение нескольких дней. Такого рода чрезвычайные ситуации лишь слегка нарушают режим жизни населения и работы предприятий и не требуют перехода на резервные варианты жизнеобеспечения. При длительном сроке восстановления последствий (год и более) такой переход необходим. Если потери восстановимы за 5-7 лет, то встает вопрос о выборе между простым восстановлением поврежденных элементов территориального комплекса и (или) их модернизацией.

70

Глава 4. РИСК И УЩЕРБ. СУЩНОСТЬ, ВИДЫ И СПОСОБЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

4.1. Определения понятия риска В буквальном переводе «риск» означает «принятие решения», результат которого неизвестен и может быть небезопасен. Риск - это нечто, что может случиться, а может и не случиться. Риск является объективным явлением в любой сфере человеческой деятельности и проявляется как множество различных обособленных рисков. Измерение риска возможно математическим путем с помощью применения теории вероятности и закона больших чисел. Это событие с отрицательными экономическими последствиями, которые возможно наступят в будущем в какой-то момент в неизвестных размерах. Г.Л. Кофф и И.В. Чеснокова (1997) со ссылкой на В.Г. Горского рассматривают риск как двумерную величину, включающую вероятность наступления нежелательного случайного события и связанные с этим событием потери. Все риски подразделяются в зависимости от источника опасности на природные и техногенные, от объема ответственности на индивидуальные и универсальные. Особую группу составляют специфические риски: аномальные и катастрофические. К рискам, связанным с проявлением стихийных сил природы, относятся землетрясения, наводнения, сели, лавины, цунами, оползни, обвалы и т.д. Обычно эти риски относятся к числу катастрофических. По международной классификации катастрофические риски подразделяются на местные, происходящие под воздействием метеорологических факторов и условий, и риски, которые происходят “под воздействием качества земли” (эрозия почв, абразия и др.). Огромное значение имеет определение объективного и субъективного риска, а также допустимых уровней риска. Объективные риски выражают вредоносное воздействие неконтролируемых сил природы и

иных случайностей на объекты страхования, не зависят от воли и сознания человека. Субъективные риски связаны с недостаточным познанием процессов окружающего мира и зависят от воли и сознания человека. В классификации рисков принято выделять также экологические, транспортные, политические и специальные риски. Таким образом, если риск понимается как возможное отрицательное отклонение, то ущерб определяется как практическое отрицательное отклонение. Риск это гипотетическая возможность наступления ущерба. Понятия «риск» и «ущерб» тесно связаны между собой. Риск реализуется и приобретает конкретные измеримые очертания только через ущерб. Риск и ущерб связаны с преобразующей деятельностью человека в процессе познания природы. Наибольший ущерб проявляется через риски, сущность которых остается еще непознанной человеком. Под геологическим риском понимается вероятность проявления и активизации природных и природно-техногенных геологических процессов или явлений в определенном районе, которые вызывают негативные изменения состояния объектов и зон их влияния. Нужно подчеркнуть, что геологический риск можно рассматривать только в сочетании с конкретными экономическими и социальными условиями. Любой геологический процесс не представляет серьезной опасности, если происходит на территории, где нет человека и объектов его деятельности. При инженерно-геологических исследованиях в зависимости от поставленных задач и информационного обеспечения применяют два основных способа оценки риска (Кофф, Чеснокова, 1997). По первому учитывают только сравнительные качественные оценки инженерно-геологических условий - относительный риск. Оценочные 71

шкалы строятся по принципу последовательного нарастания степени риска: от нуля, когда риск отсутствует, до максимальной его величины. Число градаций выбирается в зависимости от инженерно-геологических условий. Шкалы оценочного риска учитываются при составлении карт оценочного инженерно-геологического районирования. Второй способ оценки риска определяет вероятностные оценки частоты тех или иных негативных событий - вероятностный риск. В зависимости от масштабного подхода к факторам, формирующим риск, выделяют региональный и локальный риски. Региональный устанавливается путем картирования соответствующих парагенетических ассоциаций природных процессов, обуславливающих различный характер взаимодействия с техногенезом. Этот риск может быть определен при разделении территорий по распространению парагенетических ассоциаций геологических и инженерно-геологических процессов по степени их опасности, что должно соответствовать определенной сложности условий. Степень риска находится в прямой зависимости от состояния геологической среды и влияния на нее строительства, эксплуатации сооружений и средств инженерной защиты территорий. 4.2. Определения понятия ущерба В литературе встречается много терминов, отражающих понятие ущерба («вред», «урон», «убыток», «потеря») в зависимости от профессиональной сферы деятельности автора. Понятия «вред» и «урон» используют в юридической практике, «убыток» - в страховании, «вред» - в экологической практике и т. д. Достаточно полный анализ понятия «экономический ущерб» приведен в монографии «Оценка чрезвычайных ситуаций» (Кофф и др., 1997). Под экономическим ущербом от нежелательных действий природного или антропогенного характера понимаются: потеря материальных благ или их потребительских свойств, созданных предыдущим трудом; потеря потенциальных материальных благ при понесенных затратах;

недополучение ожидаемого результата при неосуществленных затратах или потеря естественных природных благ; дополнительные затраты на компенсацию понесенных потерь; нерациональное использование наличных материальных и финансовых ресурсов. Величина ущерба может определяться только с той или иной степенью вероятности вследствие несовпадения по месту и времени возникновения негативных последствий того или иного действия. Общая схема формирования ущерба (рисунок), наносимого объекту или территории в результате воздействия природного и антропогенного характера, приведена в работе Р.М. Лобацкой, Г.Л. Коффа (1997). Одно из первых определений ущерба было предложено В.Т. Халдеевым (1971): «Под ущербом понимаются дополнительные затраты, необходимые для ликвидации негативных социально-экономических последствий загрязнения воздушного бассейна, выраженные в стоимостной форме». О.Ф. Балацкий (1976) под экономическим ущербом понимает фактические или возможные потери, урон, отрицательные изменения природы, живых существ, которые возникают при каких-то событиях, комбинациях и выражены в стоимостной форме. Одни ученые экономический ущерб оценивают как выраженные в стоимостной форме фактические и возможные убытки, причиняемые народному хозяйству, или дополнительные затраты на компенсацию этих убытков. Другие под ущербом понимают разность между совокупным общественным продуктом, который мог бы быть получен, и фактически полученным, т. е. это определение уже близко к понятию упущенной выгоды. До недавнего времени понятие «упущенная выгода» в экономической практике не применялось. В упрощенном виде оно трактуется как недополучение планируемого результата труда при неосуществленных затратах либо потеря естественных природных благ в результате загрязнения среды. Определение экономического ущерба, принятого сейчас в качестве официаль72

ного, предложено в книге «Временная типовая методика» (1986), авторы которой трактуют экономический ущерб как дополнительные затраты, возникающие в народном хозяйстве и у населения вследствие повышенного загрязнения окружающей среды сверх такого ее состояния, при котором не возникают негативные последствия от воздействия загрязнителей, при современном уровне знаний об отрицательных последствиях, выраженных в стоимостной форме. Авторами уточняется, что под экономическим ущербом подразумевается минимально необходимая сумма приведенных затрат на предотвращение воздействия загрязненной среды на реципиентов и затрат, вызываемых этим воздействием. Особенность этой формулировки в том, что предлагается считать дополнительные затраты на предотвращение воздействия загрязнителей, т. е. превентивные затраты.Согласно современным представлениям выделяют три основных уровня оценки экономического ущерба: народнохозяйственный (национальный, государственный, правительственный), хозрасчетный (коммерческий, фирмы, предприятия) и субъективноиндивидуальный (домохозяйства) (Кофф и др., 1997). В эколого-экономических расчетах ущерб подразделяется на прямой и косвенный. Под прямым понимается ущерб, возникающий в народном хозяйстве в текущем воспроизводительном цикле; выражается в виде ухудшающихся показателей социально-экономического развития. Все виды потерь, не влияющих на результаты работы народного хозяйства в текущем году, относят к косвенным. Однако это разделение условно, так как одни и те же потери могут опосредоваться в различных формах. Заметное место в теории экономического ущерба принадлежит проблеме обоснования критериев потерь. В зависимости от того, какие критерии используются для характеристики результата производства на различных иерархических уровнях, экономический ущерб может выступать в виде потерь валового общественного продукта, конечного общественного продукта, национального дохода, личного дохода и т. п. Экономический ущерб от природных катастроф является комплексной величиной, со-

стоящей из суммы реципиентных ущербов. Большинство экономистов выделяет следующие типы реципиентов: население, основные фонды промышленности, объекты жилищно-коммунального хозяйства, сельское хозяйство, лесное хозяйство и т.д. Эта классификация может быть дополнена еще двумя критериями: внутренние и внешние факторы. По классификации О.Ф. Балацкого (1979) различают потенциальный, возможный, фактический, предотвращенный и ликвидированный ущербы. По мнению других авторов (Кофф и др., 1997) потенциальный и возможный экономические ущербы являются эквивалентными понятиями и могут быть заменены понятием возможного ущерба. 4.3. Способы определения ущерба Существует два подхода к определению экономического ущерба: метод прямого счета и метод косвенной оценки. По первому методу величина ущерба определяется для конкретного объекта путем прямого подсчета различных составляющих потерь, выраженных в стоимостной форме. Второй метод основан на принципе перенесения на исследуемый объект общих закономерностей ущербообразующих факторов. Такая косвенная оценка экономического ущерба предполагает использование системы нормативных показателей. Особенностью методики является то, что экономический ущерб определяется не в целом по населенному пункту или какому-то региону, а для конкретно обследуемого предприятия или точечного источника. Метод прямого счета реализуется на практике тремя способами. Первый - метод контрольных районов - основан на сопоставлении показателей в загрязненном и контрольном (условно чистом) районе. Второй метод аналитических зависимостей – базируется на статистической обработке фактических данных о влиянии различных факторных признаков на изучаемый показатель; при этом строятся уравнения регрессии, характеризующие закон изменения исследуемого ущербообразующего признака в зависимости от значения факторов, определяющих его величину. Третий - комбинированный метод - основан на сочетании методов 73

Èñòî÷íèê Ïðèðîäíûé

Òèï âîçäåéñòâèÿ

Ïðèðîäíîòåõíîãåííûé

Ïî âðåìåíè: êðàòêîñðî÷íûé ñðåäíåñðî÷íûé äëèòåëüíûé

Ïî ìàñøòàáó:

ëîêàëüíûé ñóáðåãèîíàëüíûé ðåãèîíàëüíûé

Ïðÿìûå

Ïî ïðîãíîçèðóåìîñòè:

ïðåäâèäèìîå íåïðåäâèäèìîå

Êîñâåííûå Õàðàêòåð èçìåíåíèé

Íåîáðàòèìûå

Îáðàòèìûå Ýôôåêò Ïî îòíîøåíèþ ê ÷åëîâåêó ïîä ðèñêîì:

Ïî âðåìåíè: íåìåäëåííûé îòäàëåííûé

Ýêîíîìè÷åñêèé

ñìåðòåëüíûé íå ñìåðòåëüíûé

Óùåðá

(ïîòåðè, óäàëåííûå ïîòåðè)

Ñîöèàëüíûé

Äëèòåëüíûé, êðàòêîâðåìåííûé; ïðåäâèäåííûé, íåïðåäâèäåííûé; ïðåäîòâðàùåííûé, íåïðåäîòâðàùåííûé ïðÿìîé, êîñâåííûé; ïðèåìëåìûé, íåïðèåìëåìûé

Îáùàÿ ñõåìà ôîðìèðîâàíèÿ óùåðáà ïðè âîçäåéñòâèè îïàñíûõ ïðèðîäíûõ è àíòðîïîãåííûõ ïðîöåññîâ (Ëîáàöêàÿ, Êîôô, 1997)

74

контрольных районов и аналитических зависимостей. Все три метода точные и объективные, однако, в настоящее время, практическое применение их ограничено из-за чрезвычайно высокой трудоемкости расчетов, отсутствия специально подготовленных специалистов и современного технического обеспечения.

С использованием указанных методик рассчитан среднемноголетний потенциальный социально-экономический ущерб (таблица) от последствий опасных природных процессов по территории России (Кофф, Чеснокова, 1997). В таблице приведены данные подсчетов для ВосточноСибирского экономического региона.

Среднемноголетний потенциальный социально-экономический ущерб от последствий опасных природных процессов по Восточно-Сибирскому экономическому району РФ (трлн. руб., цены до деноминации 1998 г.) Параметр Плотность населения, чел./км2 Количество городов Наводнения Ураганы, смерчи Землетрясения Оползни, обвалы Лавины Сели Абразия Карст Эрозия Подтопление Просадочность Мерзлотные явления

Красноярский край 4,2

Иркутская, обл. 3,6

Читинская обл. 3,2

Республика Бурятия 3,0

Республика Тыва 1,8

Республика Хакасия 9,4

66

82

55

35

8

23

0,2812 0,0563 2,3625 0,1296 0,0009 0,0036 0,0072 0,0540 0,0400 0,5040 0,0021 0,2340

0,2812 0,0538 16,5375 0,2592 0,0036 0,0144 0,0056 0,0675 0,0224 0,3600 0,0009 0,1560

0,8436 0,0691 4,7250 0,1296 0,0018 0,0072 0,0270 0,0304 0,2880 0,0015 0,1560

1,1248 0,0563 16,5375 0,6480 0,0081 0,0324 0,0016 0,0945 0,0304 0,1440 0,0006 0,1560

0,1406 0,0102 2,3625 0,0648 0,0018 0,0072 0,0135 0,0176 0,0720 0,0003 0,0390

0,1406 0,0102 4,7250 0,0648 0,0018 0,0072 0,0016 0,0135 0,0192 0,0720 0,0006 0,0390

Существуют методы сценарной оценки риска и ущерба при чрезвычайных ситуациях, когда учитывается изменение уязвимости территорий, объектов и социальной среды во времени (Лобацкая, Кофф, 1997). Необходимо отметить важный аспект проблемы оценки ущерба от природных катастроф. Катастрофические события могут существенно нарушать структуру населе-

ния, влиять на массовую психологию людей, дестабилизировать социально-политические процессы в регионах. В ряде работ (Воробьев, 1997; Кофф, Чеснокова, 1997, 1998) отмечается, что серьезный ущерб экономике России наносит паника, возникающая вследствие недостаточной сейсмической грамотности населения и проникновения через различные средства массовой информации необоснованных прогнозов.

75

Глава 5. ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В РОССИИ

Вопросы защиты человека при катастрофах природного и техногенного характера в России подняты на уровень государственной политики и закреплены в законодательном порядке. В ст. 72 Конституции Российской Федерации (1993) записано, что в совместном ведении Российской Федерации и субъектов Российской Федерации находятся “осуществление мер по борьбе с катастрофами, стихийными бедствиями, эпидемиями и ликвидация их последствий”. В специальном законе Российской Федерации “О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера” (принят в 1994), целями которого являлись предупреждение возникновения и развития катастроф, снижение размеров ущерба и потерь от них, а также ликвидация их последствий, были определены решения этих вопросов в России и расписаны полномочия органов государственной власти всех уровней, в том числе Президента Российской Федерации, Федерального собрания, правительства Российской Федерации, федеральных органов исполнительной власти и местного самоуправления. В 1990 г. был создан Российский корпус спасателей на правах Государственного комитета Российской Федерации, который после ряда преобразований в 1994 г. превратился в Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России). Министерство выступает как общегосударственный орган по организации обеспечения безопасности населения и государства при различных катастрофах, в качестве центра, организующего необходимые исследования и интегрирующего достижения науки и техники, мировой опыт в этой области, а также штаба, координирующего

усилия органов государственной исполнительной власти всех уровней, органов местного самоуправления и соответствующих сил в сфере гражданской обороны, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. В обязанности МЧС России входят (Шойгу и др., 1997): разработка предложений по государственной политике в области гражданской обороны, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций, в том числе преодоления последствий радиационных аварий и катастроф, проведения подводных работ особого назначения; руководство гражданской обороной Российской Федерации, войсками гражданской обороны, поисково-спасательной службой МЧС России; обеспечение функционирования и развития единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС); организация и осуществление государственного надзора за готовностью к действиям при возникновении чрезвычайных ситуаций и выполнением мероприятий по их предупреждению; руководство работами по ликвидации крупных аварий, катастроф и других чрезвычайных ситуаций; проведение подводных работ особого назначения, создание и обеспечение готовности сил и средств, необходимых для ликвидации чрезвычайных ситуаций; координация деятельности федеральных органов исполнительной власти, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, предприятий, учреждений и организаций по преодолению последствий радиационных аварий и катастроф; контроль за осуществлением мероприятий в этой области; 76

организация разработки и реализации федеральных целевых и научно-технических программ, направленных на предотвращение и ликвидацию чрезвычайных ситуаций; координация работ по созданию и использованию системы чрезвычайных резервных фондов, включая государственные резервы, для проведения первоочередных работ по ликвидации чрезвычайных ситуаций; организация обучения и подготовка населения, должностных лиц органов управления и формирований гражданской обороны, подразделений РСЧС к действиям в чрезвычайных ситуациях; организация международного сотрудничества по вопросам, входящим в компетенцию министерства. В апреле 1992 г. для реализации государственной политики по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций постановлением правительства Российской Федерации была образована российская служба спасения - Российская система предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях, - преобразованная в 1995 г. в единую государственную систему предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Цель создания этой системы - объединение усилий центральных органов федеральной исполнительной власти, органов представительной и исполнительной власти субъектов Российской Федерации, городов и районов, а также организаций, учреждений и предприятий, их сил и средств в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. РСЧС строится по территориальнопроизводственному принципу, включает в себя территориальные и функциональные подсистемы и имеет пять уровней: федеральный, региональный, территориальный, местный и объектовый (рисунок). Территориальные подсистемы РСЧС создаются в субъектах Российской Федерации и состоят из звеньев, соответствующих административно-территориальному делению этих территорий. Каждая территориальная подсистема предназначена для предупреждения и лик-

видации чрезвычайных ситуаций на подведомственной территории; включает в себя руководящий орган (комиссию по чрезвычайным ситуациям) и орган повседневного управления (собственные силы и средства территории, а также силы и средства функциональных подсистем на данной территории, в том числе финансовые, продовольственные, медицинские и материальнотехнические ресурсы, системы связи, оповещения, информационного обеспечения, защитные сооружения, а также специальные учебные заведения). Функциональные подсистемы РСЧС создаются федеральными органами исполнительной власти для организации работы по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций в сфере их деятельности и порученных им отраслях экономики (рис. 3). Имеется несколько функциональных подсистем, а именно (Шойгу и др., 1997): подсистема наблюдения и контроля за стихийными гидрометеорологическими и гелиофизическими явлениями и состоянием окружающей среды на базе Росгидромета; подсистема охраны лесов от пожаров на базе Федеральной службы лесного хозяйства Российской Федерации; подсистема контроля обстановки на потенциально опасных объектах на базе Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору Российской Федерации; подсистема сейсмологических наблюдений и прогноза землетрясений на базе Российской Академии наук и др. К федеральному уровню РСЧС относятся органы управления, силы и средства центрального подчинения, действия которых координирует МЧС России, а также органы управления, силы и средства, непосредственно подчиненные федеральным органам исполнительной власти (Шойгу и др., 1997). Региональный уровень РСЧС образован в соответствии с делением России на 9 регионов. Каждый регион объединяет несколько субъектов Российской Федерации. Органом управления, ответственным за функционирование сил и средств подсистем РСЧС в регионе, является соответствующий региональный центр по делам гражданской 77

Ïðàâèòåëüñòâî Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè Ì×Ñ Ðîññèè ÌÂÊ ×Ñ Ñèëû Ì×Ñ Âîéñêà ÃÎ ÏÑÑ ÖÀÌÎ

Ôèíàíñîâûå è ìàòåðèàëüíûå ðåçåðâû

Òåððèòîðèàëüíûå ïîäñèñòåìû

Ôóíêöèîíàëüíûå ïîäñèñòåìû Ìèíèñòåðñòâà, âåäîìñòâà è îðãàíèçàöèè ÐÔ

Îðãàíû èñïîëíèòåëüíîé âëàñòè ñóáúåêòîâ ÐÔ

Êîìèññèè ïî ×Ñ

Êîìèññèè ïî ×Ñ

Óïðàâëåíèÿ, îòäåëû ÃÎ×Ñ

Îðãàíû ìåñòíîãî ñàìîóïðàâëåíèÿ

Ñèëû è ñðåäñòâà

Ôèíàíñîâûå è ìàòåðèàëüíûå ðåçåðâû

Êîìèññèè ïî ×Ñ

Ðóêîâîäñòâî îáúåêòîâ ýêîíîìèêè

Êîìèññèè ïî ×Ñ

Êîìèòåòû, ãëàâíûå óïðàâëåíèÿ, óïðàâëåíèÿ ÃÎ×Ñ Ñèëû è ñðåäñòâà

Óïðàâëåíèÿ, îòäåëû ÃÎ×Ñ Ñèëû è ñðåäñòâà

Ôèíàíñîâûå è ìàòåðèàëüíûå ðåçåðâû

Îòäåëû, ñåêòîðû ÃÎ×Ñ

Ñèëû è ñðåäñòâà

Åäèíàÿ ãîñóäàðñòâåííàÿ ñèñòåìà ïðåäóïðåæäåíèÿ è ëèêâèäàöèè ÷ðåçâû÷àéíûõ ñèòóàöèé

78

Ôèíàíñîâûå è ìàòåðèàëüíûå ðåçåðâû

Ôèíàíñîâûå è ìàòåðèàëüíûå ðåçåðâû

обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихий. К территориальному уровню относятся органы исполнительной власти, силы и средства территориальных подсистем РСЧС с элементами функциональных подсистем, дислоцированных на этих территориях. Местный уровень охватывает территорию района, города (района в городе), а объектовый - территорию предприятия, учреждения и организации. Основным органом управления, ответственным за противодействие чрезвычайным ситуациям на соответствующей территории, является комиссия по чрезвычайным ситуациям соответствующего органа исполнительной власти. Важнейшей составной частью государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций являются ее силы и средства. Они подразделяются на силы и средства наблюдения и контроля и силы и средства ликвидации чрезвычайных ситуаций (Шойгу и др., 1997). Силы и средства наблюдения и контроля включают те органы, службы и учреждения, которые осуществляют государственный надзор, инспектирование, мониторинг, контроль состояния природной среды, хода природных процессов и явлений, потенциально опасных объектов, продуктов питания, фуража, веществ, материалов, здоровья людей и т.д. К этим силам и средствам относятся силы и средства органов государственного надзора, гидрометеослужбы, ветеринарной службы и др. Благодаря их деятельности предупреждается часть катастроф, прогнозируется их возникновение, оповещаются органы управления и население. Силы ликвидации чрезвычайных ситуаций включают: войска гражданской обороны; поисково-спасательную службу МЧС России; соединения и воинские части Вооруженных Сил, предназначенные для ликвидации последствий катастроф; противопожарные, аварийно-спасательные, аварийно-восстановительные формирования министерств и ведомств;

учреждения и формирования служб экстренной медицинской помощи и т.д. Как правило, ликвидация чрезвычайных ситуаций осуществляется силами и средствами того звена РСЧС, той территориальной или функциональной подсистемы, на территории или объектах которых они возникли. Если территориальная или ведомственная комиссия по чрезвычайным ситуациям не может самостоятельно справиться с локализацией и ликвидацией чрезвычайной ситуации, то она обращается за помощью к вышестоящей комиссии по чрезвычайным ситуациям. Целевыми функциями РСЧС являются (Шойгу и др., 1997): предупреждение возникновения чрезвычайных ситуаций; снижение потерь и ущерба от чрезвычайных ситуаций; ликвидация чрезвычайных ситуаций. Расчеты показывают, что нормальное функционирование подсистем РСЧС способно уменьшить ущерб от чрезвычайных ситуаций на 25-30%, а при хорошем их взаимодействии - на 30-40% и более (Шойгу и др., 1997). Основная профилактическая функция РСЧС (предупреждение возникновения чрезвычайных ситуаций) включает в себя следующие основные направления деятельности: контроль за радиационно-, химически-, взрыво- и пожароопасными объектами; надзор за безопасным ведением работ в промышленности, энергетике и на транспорте; прогнозирование возможности возникновения чрезвычайных ситуаций, а также опасных природных явлений, которые могут быть предупреждены, и принятие упреждающих мер по смягчению чрезвычайных ситуаций; проектирование и строительство объектов промышленности и социально-бытовой сферы с учетом возможных потенциальных опасностей возникновения на данной территории чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера. Другая профилактическая функция РСЧС - снижение потерь и ущерба от чрезвычайных ситуаций - выполняется в пред79

видении того, что предотвратить чрезвычайную ситуацию нельзя; и если она происходит, надо принимать превентивные и оперативные меры, направленные на минимизацию возможного урона. К основным направлениям деятельности и мерам по снижению потерь и ущерба относятся (Шойгу и др., 1997): рациональное размещение производительных сил, объектов хозяйственной и социальной инфраструктуры в целях обеспечения их техногенной и природной безопасности; планирование и осуществление превентивных мер по защите населения, персонала, природной среды, включая строительство убежищ, создание систем оповещения, повышение физической стойкости особо опасных объектов, создание защитных противоселевых, противооползневых и других инженерных сооружений; заблаговременная эвакуация или отселение населения из потенциально опасных и неблагоприятных зон; подготовка населения и руководящих органов к действиям в чрезвычайных ситуациях, а также создание необходимых резервов материальных и финансовых средств на случай ликвидации чрезвычайных ситуаций. Третья целевая функция - ликвидация чрезвычайных ситуаций. На РСЧС официально возложено проведение аварийноспасательных и других неотложных работ в

ходе ликвидации чрезвычайных ситуаций, восстановление первоочередного жизнеобеспечения населения. К таким работам относятся локализация или подавление очага поражения, розыск, извлечение и спасение людей, оказание медицинской помощи пострадавшим и их эвакуация в безопасное место, разборка и расчистка завалов, дегазация, дезактивация и дезинфекция, неотложные ремонтно-восстановительные работы для восстановления жизнеобеспечения населения. Еще одной важной функцией РСЧС является обучение. В составе РСЧС создана и продолжает развиваться система подготовки граждан России к действиям в чрезвычайных ситуациях, предусматривающая подготовку как специалистов РСЧС, так и всего населения. В настоящее время эта система осуществляет: подготовку должностных лиц государственных и местных органов управления, работников организаций, учреждений и предприятий, призванных участвовать в решении проблем чрезвычайных ситуаций; подготовку, переподготовку и повышение квалификации всех категорий специалистов по чрезвычайным ситуациям; подготовку органов управления и формирований РСЧС в целом; обучение населения.

80

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Проблемы предотвращения катастроф, смягчения и ликвидации их последствий весьма актуальны не только в нашей стране, но и во всем мире. Ежегодное увеличение количества и масштабов катастроф, рост людских и материальных потерь, которые несет человечество, сдерживает развитие цивилизации и в некоторых случаях ставит под угрозу само ее существование. Знание причин возникновения катастроф и закономерностей их проявления увеличивает вероятность прогноза и определяет возможность реализации превентивных мероприятий для защиты населения и промышленных объектов от проявлений опасных природных процессов. Огромное значение в связи с этим приобретает организация и поддержка мониторинговых сетей, пополняющих базы данных по различным проявлениям стихии. Без этих наблюдений человечество никогда не научится предсказывать катастрофы. Серьезным фактором защиты от катастроф является готовность общества, его грамотность в отношении проявления стихийных бедствий, готовность служб спасения, наличие у государства резервов для ликвидации и минимизации последствий катастроф. Граждане не должны оставаться один на один с проявлениями грозных сил природы. В связи с этим важное значение приобретает контролирующая и регулирующая роль государственных органов.

81

Библиографический список

Арнольд В.И. Теория катастроф. – М.: Наука, 1990. – 128 с. Баженова О.И., Любцова Е.М., Рыжов Ю.В., Макаров С.А. Пространственно-временной анализ динамики эрозионных процессов на юге Восточной Сибири. – Новосибирск: Наука, 1997. – 208 с. Балацкий О.Ф Экономика защиты воздушного бассейна. – Харьков: Вища школа, ХГУ, 1976. – 100 с. Балацкий О.Ф. Экономика чистого воздуха. Киев: Наукова думка, 1979. – 296 с. Бараш С.И. Космический «дирижер» климата и жизни на Земле. – М.: Изд-во АСВ, 2001. – 367 с. Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А., Скотт Р.Ф. Геологические стихии. – М.: Мир, 1978. – 438 с. Борисенков Е.П., Пасецкий В.М. Тысячелетняя летопись необычайных явлений природы. – М.: Мысль, 1988. – 524 с. Викулин А.В., Дроздюк В.Н., Семенец Н.В., Широков В.А. К землетрясению без риска. – Петропавловск - Камчатский: Изд. Центр СЭТО-СТ, 1997. – 119 с. Воробьев Ю.Л. Международные механизмы снижения риска социально-политических последствий катастроф (российский опыт). – М.:РЭФИА, 1997. – 117 с. Временная типовая методика определения экономической эффективности природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба, причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. – М.: Экономика, 1986. – 48 с. Голенецкий С.И. Землетрясения в Иркутске. Иркутск: Изд-во ИГУ, 1997. – 110с. Дементьева Л.С. Выстрел в небо // Ломоносов. 2003. –№ 9/15. – С. 76-80. Дикан Т.Г., Проховник Л.Б. Опасные природные гидрометеорологические явления, мониторинг пути снижения природных рисков // Анализ, оценка и управление рисками на уровне региона: техногенные, природные и социальные аспекты. – Иркутск, 2001. – С. 220-229. Добрецов Н.Л. Что мы знаем и чего не знаем об эволюции // Наука из первых рук. – 2004. – № 0. – С. 9-19. Добровольский С.Г. Климатические изменения в системе «гидросфера – атмосфера». – М.: Геос, 2002. – 231 с. Иванов И.П., Тржцинский Ю.Б. Инженерная геодинамика. – С-Пб.: Наука, 2001. – 415 с. Иваньо Я.М. Экстремальные природные явления исторического прошлого на территории Иркутской области. – Иркутск: Изд-во ИГУ, 1997. – 96 с. Известия постоянной центральной сейсмической комиссии. –С-Пб, 1907. –Т. 2. –Вып. III. –307 с.

Климат в эпохи крупных биосферных перестроек / Под. ред. М.А. Семихатова, Н.М. Чумакова. – М.: Наука, 2004. – 299 с. Ключевский А.В., Демьянович В.М. Динамические параметры смещений скального грунта в городах восточной Сибири от землетрясений южного Прибайкалья // Анализ, оценка и управление рисками на уровне региона: техногенные, природные и социальные аспекты. – Иркутск, 2001. – С.210-213. Кофф Г.Л., Гусев А.А., Воробьев Ю.Л., Козьменко С.Н. Оценка чрезвычайных ситуаций. – М.:РЭФИА, 1997. – 364 с. Кофф Г.Л., Чеснокова И.В. Информационное обеспечение страхования от опасных природных процессов (на примере землетрясений). – М.: ПОЛТЭКС, 1998. – 168 с. Кофф Г.Л., Чеснокова И.В. К методике страхования природных рисков // Анализ и оценка природного и техногенного риска в строительстве. – М.: ПНИИИС, 1997. – С.128-130. Кукал З. Природные катастрофы. – М.: Знание, 1985. – 240 с. Кухлинг Х. Справочник по физике. – М.: Мир, 1985. – 519 с. Леви Д.Х. Звезды и планеты. – М.: Белый город, 1988. – 288 с. Леви К.Г. Неотектонические движения в сейсмоактивных зонах литосферы. Тектонофизический анализ. – Новосибирск: Наука, 1991. – 166 с. Леви К.Г., Задонина Н.В., Бердникова Н.Е. и др. Современная геодинамика и гелиогеодинамика. 500-летняя хронология аномальных явлений в природе и социуме Сибири и Монголии: Учеб. пособие для вузов. - Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2003. – Кн. II. – 384 с. Леви К.Г., Язев С.А., Задонина Н.В. и др. Современная геодинамика и гелиогеодинамика: Учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2002. – 182 с. Лесотаксационный справочник. – М.: Лесная промышленность, 1980. – 286 с. Ли Д. Природные катастрофы. – Смоленск: Русич, 1996. – 400 с. Лобацкая Р.М., Кофф Г.Л. Разломы литосферы и чрезвычайные ситуации – М.: Российское экологическое федеральное информационное агентство, 1997. – 196 с. Лукьянова И. Свет, который крутится и катится // Ломоносов. – 2003. –№ 2/8. – С. 86-90. Ляшков В.И., Кузьмин С.М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. – Тамбов: Издво Тамб. гос. техн. ун-та, 2003. – 96 с. Мархинин Е.К. Вулканы и жизнь. – М.: Изд-во Мысль, 1980. – 195 с.

82

Медведев С.В., Шпонхойер В., Карник В. Шкала сейсмической интенсивности MSK-64. – М.: – 1965. – 11 с. Морозов Н.А. Из вековых глубин. – М.: КРАФТ+ЛЕАН, 1998. – Ч. 1. – 637 с. Мягков С.М. География природного риска. – М.: Изд-во МГУ, 1995. – 154 с. Мягков С.М., Козлов К.А. Распространенность чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в России // Вестник МГУ. Серия 5. География, 1993. – №5. – С. 18-23. Петрукович А., Зеленый Л. В объятиях Солнца // Наука и жизнь. – 2001. - № 7. – С. 23-27. Рихтер Ч. Элементарная сейсмология. – М.: Изд-во ин. лит-ры, 1963. – 670 с. Самедов С.С. О закономерности связи разбитости структур с глубиной залегания горизонта и высотой складок Апшеронского п-ова // Учен. зап. Азерб. ун-та. – 1957. – № 12. – С.87-91. Сейсмическое районирование Восточной Сибири и его геолого-геофизические основы / Отв. ред. В.П.Солоненко. – Новосибирск: Наука, 1977. – 301 с. Силы природы. Энциклопедия курьезов и необычных фактов. – М: Терра, 1988. – 143 с. Спиридонов Д.А. Применение теории катастроф для оценки динамики опасных геологических процессов // Оценка и управление природными рисками: Мат-лы общероссийской конференции “Риск-2000”. – М., 2000. – С. 13-15. Сэмюэл Е. Горит ад под ногами // Ломоносов. – 2002. – № 11/5. – С. 78-84. Угроза с неба: рок или случайность / Под ред. А.М. Микиша, М.А. Смирнова. – М.: Космоинформ, 1999. – 218 с. Уолтхэм Т. Катастрофы: неистовая Земля. – Л.: Недра, 1982. – 223 с. Усольцев В.А. Фитомасса лесов Северной Евразии. База данных и география. – Екатеринбург: УрО

РАН, 2001. – 707 с. Усольцев В.А. Фитомасса лесов Северной Евразии. Нормативы и элементы географии. – Екатеринбург: УрО РАН, 2002. – 763 с. Фуряев В.В. Роль пожаров в процессе лесообразования. – Новосибирск: Наука, 1996. – 252 с. Халдеев В.Т. Расчет ущерба, наносимого сельскому хозяйству выбросами в атмосферу химическим комбинатом // Растения и промышленная среда. – Киев: Наукова думка, 1971. – С.116-120. Цераский В.К. О светящихся облаках // Труды Московской обсерватории. – М.,1890. – Серия 2. – Т. 2. – С. 55-57. Чижевский А.Л. Космический пульс жизни. – М.: Изд-во Мысль, 1995. – 766 с. Шерман С.И. Физические закономерности развития разломов земной коры. – Новосибирск: Наука, 1977. – 101 с. Шойгу С.К., Воробьев Ю.Л., Владимиров В.А. Катастрофы и государство. – М.: Энергоатомиздат, 1997. – 160 с. Эйби Дж.А. Землетрясения. – М.: Недра, 1982. – 262 с. Язев С.А., Жукова О.В. Природные риски космического происхождения // Анализ, оценка и управление рисками на уровне региона: техногенные, природные и социальные аспекты. – Иркутск, 2001. – С.190-200. Яковец Ю.В. Циклы, кризисы, прогнозы. – М.: Изд-во Наука, 1999. – 447 с. Aki K. Evolution of quantitative models of earthquaqe // Fract. Mech. Proc. Symp. Appl. Math. Amer. Math. Soc. And Soc. Ind.. and Appl. Math. – New York City. 1978. – P. 137-141. Drimmel J. On the assessment of maximum earthquake in the Alps and adjacent areas // Tectonophysics. 1979. – V. 55. – No 3-4.

Ссылки на информационные ресурсы WWW http//nauka.relis.ru/09/0101/09101046.htm http//www.tunguska/ru/nc/stat/cer/ http//www.zerkalo-nedeli.com/nn/show/326/29222 http://chronicl.chat.ru/index.htm http://doktora.nm.ru/10.12.02.htm http://phys.web.ru/db/msg/1182190/page1.html http://planetk.narod.ru/meteor/index.html http://seminarium.narod.ru/moip/lib/kosmo/planets.html#meteorit http://spaceyear.iatp.by/index.htm http://st.ya1.ru/topic.php?topic=95 http://tcmp.nm.ru/Rescuer’s%20Guidebook/Index.htm http://www.bayovac.com http://www.dmsweb.org/ http://www.geokhi.ru/~meteorit/metengl.htm http://www.krugosvet.ru/articles/20/1002090/1002090a1.htm http://www.membrana.ru/articles/global/2004/05/19/204600.html http://www.meteorite.narod.ru/proba/novosti.htm http://www.ogmi.farlep.odessa.ua/news/KLIMAT/global1.htm

83

http://www.oie.int http://www.phisic.ut.ee/~vladisp/asteroid/deep_impact.html http://www.rusrec.ru/kyoto/articles/art_climate_forest.htm http://www.sci.aha.ru/ALL/ http//www.primpogoda.ru/article.aspx?id

84

Оглавление ВВЕДЕНИЕ (Саньков В.А.)…………………..……………………………………..……...

3

Глава 1. СВЕДЕНИЯ О МАТЕМАТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ КАТАСТРОФ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ОПАСНОСТЕЙ (Саньков В.А.)………………………………………………………………

4

Глава 2. ГЛАВНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ОПАСНОСТИ И НЕОБЫЧНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ЯВЛЕНИЯ (Задонина Н.В.)…………………………………...…………… 2.1. Космические опасности……………………………………………………..……... 2.1.1. Опасности от дальних космических источников…………………………... 2.1.2. Опасности от близких космических источников…………………….…….. 2.1.3. Опасности от космических «пришельцев»…………………………...……... 2.2. Гидрометеорологические опасности……………………………………………... 2.3. Климатические опасности. Эль-Ниньо и Ля-Ниньо. Глобальное потепление………………………………………………………………………………... 2.4. Геологические опасности………………………………………………….............. 2.5. Биологические опасности………………………………………………….............. 2.6. Энергетические и эмпирические шкалы интенсивности опасных природных явлений (Леви К.Г, Задонина Н.В.)………………………………............ Глава 3. ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ КАК ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ (Саньков В.А.)………………………………………………………….............. 3.1. Стихийные явления и бедствия. Некоторые определения и характеристики………………………………………………………….......................... 3.2. Основные критерии оценки катастроф как чрезвычайных ситуаций........................................................................................................................................ 3.2.1. Ситуации природного происхождения………………….……………............ 3.2.2. Ситуации природно-техногенного происхождения…………………............ 3.3. Классификация чрезвычайных ситуаций………………………………............. Глава 4. РИСК И УЩЕРБ. СУЩНОСТЬ, ВИДЫ И СПОСОБЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УЩЕРБА (Саньков В.А.)............................................................................ 4.1. Определения понятия риска………………………………………………............. 4.2. Определения понятия ущерба…………………………………………….............. 4.3. Способы определения ущерба……………………………………………..............

6 6 6 7 7 12 31 35 48 54

63 63 68 68 69 70 71 71 72 73

Глава 5. ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ НАСЕЛЕНИЯ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В РОССИИ (Саньков В.А.)…………..................... 76 ЗАКЛЮЧЕНИЕ (Саньков В.А.)……………………………………………………………

81

Библиографический список……………………………………………………….............

82

85

Наталья Витальевна Задонина Владимир Анатольевич Саньков Кирилл Георгиевич Леви

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА И ГЕЛИОГЕОДИНАМИКА Природные катастрофы и организация превентивных мероприятий при чрезвычайных ситуациях Книга IV Учебное пособие Отв. редактор д-р геол.-минералог. наук, профессор А.Г. Дмитриев

Подготовила к печати редактор, ведущий специалист издательства

Е.М. Сякерская

Подписано в печать 05.10.2004. Формат 60х84 1/8. Бумага типографская. Печать RISO. Уч.-изд. л. 12,0. Усл. печ. л. 12,25. Тираж 300 экз. Заказ 384. ИД № 06506 от 26.12.2001 664074, Иркутск, ул. Лермонтова, 83 Иркутский государственный технический университет Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Института земной коры СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 128

Cyan Magenta Yellow Black Registration Back OBLOGA

Леви Кирилл Георгиевич – доктор геолого-минералогических наук, профессор, заведующий лабораторией современной геодинамики, зам. директора Института земногй коры СО РАН, зав. кафедрой современной геодинамики и природных катастроф ИрГТУ, член научного совета РАН по физике солнечноземных связей, научный руководитель проекта “Современная геодинамика и гелиогеодинамика”

Задонина Наталья Витальевна – историк-этнограф, научный сотрудник кафедры прикладной геофизики и геоинформатики ИрГТУ, главный специалист лаборатории современной геодинамики ИЗК СО РАН

Саньков Владимир Анатольевич – кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории ИЗК СО РАН, специалист в области современной геодинамики

Cyan Magenta Yellow Black Registration Face OBLOGA

Н.В. ЗАДОНИНА В.А. САНЬКОВ К.Г. ЛЕВИ

СОВРЕМЕННАЯ ГЕОДИНАМИКА И ГЕЛИОГЕОДИНАМИКА ПРИРОДНЫЕ КАТАСТРОФЫ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРЕВЕНТИВНЫХ МЕРОПРИЯТИЙ ПРИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЯХ

ИРКУТСК 2004