Стихийные бедствия геологического характера
Стихийные бедствия, связанные с геологическими природными явлениями, подразделяются на бедствия, вызванные землетрясениями, извержениями вулканов, оползнями, селями, снежными лавинами, обвалами, просадками земной поверхности в результате карстовых явлений.
Землетрясения – это подземные толчки и колебания земной поверхности, вызванные в основном геофизическими причинами. Под действием глубинных тектонических сил возникают напряжения, слои земных пород деформируются, сжимаются в складки и с наступлением критических перегрузок смещаются, образуя разломы земной коры. Разрыв совершается мгновенным толчком или серией толчков, имеющих характер удара. При землетрясении происходит разрядка энергии, накопившейся в недрах. Энергия, выделившаяся на глубине, передается посредством упругих волн и достигает поверхности Земли, где и происходят разрушения.
Размеры очага землетрясения обычно колеблются в пределах от нескольких десятков метров до сотен километров. Располагаются они в основном в земной коре, а также в верхней части мантии Земли.
Известны два главных сейсмических пояса: Среднеземноморско-Азиатский, охватывающий Португалию, Италию, Грецию, Турцию, Иран, Сев. Индию и далее до
Малайского архипелага, и Тихоокеанский, включающий Японию, Китай, Дальний Восток, Камчатку, Сахалин, Большую Курильскую гряду. На территории России примерно 28% районов сейсмоопасны. Районы возможных 9-балльных землетрясений находятся в Прибайкалье, на Камчатке и Курильских островах, 8-балльных в Южной Сибири и на Северном Кавказе.
Основными параметрами, характеризующими землетрясение, являются их интенсивность и глубина очага. Интенсивность проявления землетрясения на поверхности Земли оценивается в баллах.
Землетрясения классифицируются также и по причине их возникновения. Они могут возникать в результате тектонических и вулканических проявлений, обвалов (горные удары, оползни) и, наконец, в результате деятельности человека (заполнение водохранилищ, закачка воды в скважины).
Одно из значительных землетрясений (7,3 балла) произошло 6 октября 1948 г. в Туркмении. Город Ашхабад был полностью разрушен, под развалинам погибли ПО тыс. человек. 7 декабря 1988 г. землетрясение силой 7,7 балла произошло в Армении.
Практически полностью были разрушены 3 города: Спитак, Ленинакан, Кировакан. Погибли около 30 тыс. человек, из-под развалин спасли около 15 тыс. человек. 17 января 1995 г. мощнейшее землетрясение с эпицентром в районе крупного порта Кобе поразило обширные густонаселенные территории на западе Японии, сровняв до основания кварталы жилых застроек, уничтожив коммуникационные артерии, похоронив под завалами 5 тыс. человек и оставив без крова почти полмиллиона семей.
Все эти землетрясения тектонического характера, то есть вызваны перемещением масс земной коры. По заключениям многих ученых, сейсмическая активность Земли в ближайшие годы будет нарастать.
Вулканическая деятельность, которая возникает в результате постоянных активных процессов, происходящих в глубинах Земли. На глубине от 10 до 30 км накапливаются расплавленные горные породы, или магма. При тектонических процессах в земной коре образуются трещины, магма устремляется по ним к поверхности. Процесс сопровождается выделением паров воды и газов, которые создают огромное давление, устраняя преграды на своем пути. При выходе на поверхность часть магмы превращается в шлак, а другая изливается в виде лавы. Из выброшенных в атмосферу паров и газов на землю оседают вулканические породы, именуемые тефрой.
Вулканические шлаки, пемза, пепел, горные породы нагромождаются вокруг выводного отверстия, образуя гору преимущественно конусообразной формы, которая и называется вулканом. В верхней части находится кратер, имеющий форму воронки.
По степени активности вулканы классифицируют на действующие, дремлющие и потухшие. Из всех существующих вулканов около 900 считаются активными, но поскольку их деятельность сменяется периодами длительного покоя, то классификация носит несколько условный характер. К действующим относят те, что извергались в историческое время. Дремлющие характеризуются тем, что они периодически проявляют себя, но до извержения дело не доходит.
По данным ЮНЕСКО, за последние 500 лет число жертв от вулканических извержений составляет свыше 200 тыс. человек. В России деятельность вулканов наблюдается лишь в малонаселенных и труднодоступных районах Камчатки и Курильских островов.
Наиболее опасные явления, сопровождающие извержения вулканов, – это лавовые потоки, выпадение тефры, вулканические грязевые потоки, вулканические наводнения, палящая вулканическая туча и вулканические газы.
Лавовые потоки – это расплавленные горные породы с температурой 900 – 1000 °С. Скорость потока зависит от уклона конуса вулкана, степени вязкости лавы и ее количества. Диапазон скоростей довольно широк: от нескольких сантиметров до
нескольких километров в час. В отдельных и наиболее опасных случаях скорость лавы доходит до 100 км/ч, но чаще всего не превышает 1 км/ч.
Тефра состоит из обломков застывшей лавы. Наиболее крупные именуются вулканическими бомбами, те, что помельче, – вулканическим песком, а мельчайшие – пеплом. Выпадение тефры приводит к уничтожению животных, растений, а в отдельных случаях и к гибели людей.
Грязевые потоки – это мощные слои пепла на склонах вулкана, которые находятся в неустойчивом положении. В некоторых случаях пепел пропитывается водой, в результате чего образуются вулканические грязевые потоки. Их скорость может достигать нескольких десятков километров в час.
Вулканические наводнения. При таянии ледников во время извержений может очень быстро образоваться огромное количество воды, что и приводит к наводнениям.
Палящая вулканическая туча представляет собой смесь раскаленных газов и тефры. Ее поражающее действие обусловлено возникновением ударной волны, распространяющейся со скоростью до 40 км/ч, и валом жара с температурой до 1000 °С.
Вулканические газы. Извержение всегда сопровождается выделением газов в смеси с водяными парами – смесью сернистого и серного окислов, сероводорода, хлористоводородной и фтористоводородной кислот в газообразном состоянии, а также углекислого и угарного газов в больших концентрациях, смертельно опасных для человека. Выделение этих газов может продолжаться очень долго даже после того, как вулкан перестал выбрасывать лаву и пепел.
Классификация вулканов производится по условиям их возникновения и по характеру деятельности.
По первому признаку различаются следующие четыре типа.
1. Вулканы в зонах субдукции, или зонах сдвига океанической плиты под материковую. За счет тепловой концентрации в недрах Земли плиты раздвигаются и на их границах накапливается лава, которую приносят восходящие конвекционные потоки. Накопленная здесь лава устремляется к поверхности, что и приводит к вулканическим извержениям.
2. Вулканы в рифтовых зонах. Они возникают в связи с ослаблением земной коры и выпучиванием границы между корой и мантией Земли. Образование подобных вулканов связано с тектоническими явлениями.
3. Вулканы в зонах крупных разломов.
4. Вулканы зон горячих точек. В отдельных районах под океаническим дном в земной коре образуются горячие точки, где сосредоточивается особенно высокая тепловая энергия. В этих местах горные породы расплавляются и в виде базальтовой лавы выходят на поверхность.
Оползни – это скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Образуются они в различных породах в результате нарушения их равновесия или ослабления прочности. Вызываются как естественными, так и искусственными (антропогенными) причинами. К естественным относятся: увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки. Искусственными причинами оползней являются: дорожные выемки, чрезмерный вынос грунта, вырубка леса, неразумное ведение сельского хозяйства на склонах.
Согласно международной статистике, до 80% современных оползней связано с деятельностью человека. Значительное их количество происходит в горах на высоте от 1000 до 1700 м.
Оползни могут происходить на всех склонах, начиная с крутизны 19°, однако на глинистых почвах случаются и при крутизне склона 5-7°. Для этого достаточно избыточного увлажнения пород. Сходят они чаще в весенне-летний период.
Классифицируются оползни по масштабам, скорости движения и активности, механизму процесса, мощности и месту образования. По масштабам оползни классифицируются на крупные, средние и мелкие.
Крупные оползни вызываются, как правило, естественными причинами и образуются вдоль склонов на сотни метров. Их толщина достигает 10-20 и более метров. Оползневое тело часто сохраняет свою монолитность. Средние и мелкие оползни имеют меньшие размеры и характерны для антропогенных процессов.
Масштаб часто характеризуется вовлеченной в процесс площадью. В этом случае оползни подразделяются на грандиозные – 400 га и более, очень крупные – 200-400 га, крупные – 100-200 га, средние – 50-100 га, мелкие – 5-50 га и очень мелкие – до 5 га.
По активности оползни подразделяются на активные и неактивные. Главными факторами при этом являются породы склонов и наличие влаги. По механизму процесса могут быть оползни сдвига, выдавливания, вязкопластические, гидродинамического выноса.
По мощности процесса оползни делятся на малые – до 10 тыс. м3, средние – от 11 до 100 тыс. м3, крупные – от 101 до 1000 тыс. м3, очень крупные – свыше 1000 тыс.
м3 вовлекаемой в процесс массы горных пород.
По месту образования оползни подразделяются на нагорные, подводные, смежные и искусственных земляных сооружений (котлованов, каналов, отвалов пород).
Оползни наносят существенный ущерб народному хозяйству. Они угрожают движению поездов, автомобильному транспорту, жилым домам и другим постройкам. При оползнях интенсивно идет процесс выбывания земель из сельскохозяйственного оборота. Нередко они приводят и к человеческим жертвам.
Сель (селевый поток) – это бурный грязевый или грязекаменный поток, состоящий из смеси воды и обломков горных пород и внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек. Характеризуется резким подъемом уровня воды, волновым движением, кратковременностью действия (в среднем от одного до трех часов), значительным эрозионно-аккумулятивным разрушительным эффектом. Селевые потоки создают угрозу населенным пунктам, железным и автомобильным дорогам и другим сооружениям, находящимся на их пути. Непосредственными причинами зарождения селей служат
ливни, интенсивное таяние снега, прорыв водоемов, реже – землетрясения, извержения вулканов.
Все селевые потоки по механизму зарождения подразделяются на три типа: эрозионный, прорывной и обвально-оползневый. При эрозионном вначале идет насыщение водного потока обломочным материалом за счет смыва и размыва прилегающего грунта и затем уже формируется селевая волна. Прорывной селевой поток характеризуется интенсивным процессом накопления воды, одновременно размываются горные породы и происходит прорыв водоема (озера, внутриледниковой емкости, водохранилища). При обвально-оползневом потоке происходит срыв массы водонасыщенных горных пород (включая снег и лед). Каждому горному району свойственны свои причины возникновения селей. Например, на Кавказе они происходят главным образом в результате дождей и ливней (85%).
В последние годы к естественным причинам формирования селей горнодобывающих предприятий, взрывы при прокладке дорог и строительстве других сооружений, порубки леса, неправильное ведение сельхозработ и нарушение почвенно-растительного покрова.
По главному фактору возникновения сели могут быть:
- зонального проявления; главным фактором формирования являются климатические условия (осадки);
- регионального проявления; главный фактор формирования – геологические процессы; сход происходит эпизодически, а пути движения непостоянны;
- антропогенные; это результат хозяйственной деятельности человека. Сход –
эпизодический.
Классифицируются сели также и по их воздействию на сооружения: маломощный (небольшие размывы), среднемощный (сильные размывы, повреждение и снос бесфундаментных строений), мощный (большая разрушительная сила, разрушение опор мостов, каменных строений, дорог), катастрофический (полное разрушение строений, участков дорог вместе с полотном и сооружениями).
Иногда применяется классификация бассейнов по высоте истоков селевых потоков: высокогорные, среднегорные, низкогорные.
Снежные лавины – это низвергающиеся со склонов гор под воздействием силы тяжести снежные массы. Снег, накапливающийся на склонах гор, под влиянием тяжести и ослабления структурных связей внутри снежной толщи соскальзывает или осыпается со склона. Начав свое движение, он быстро набирает скорость, захватывая по пути все новые снежные массы, камни и другие предметы. Движение продолжается до более пологих участков или дна долины, где тормозится и останавливается. Такие лавины очень часто угрожают населенным пунктам, санаторно-курортным комплексам, железным и автомобильным дорогам, линиям электропередачи и другим хозяйственным сооружениям.
Формирование лавин происходит в пределах лавинного очага. Лавинный очаг – это участок склона и его подножья, в пределах которого движется лавина. Каждый очаг состоит из 3 зон: зарождения (лавиносбор), транзита (лоток), остановки лавины (конус выноса).
К лавинообразующим факторам относятся: высота старого снега, состояние подстилающей поверхности, прирост свежевыпавшего снега, плотность снега, интенсивность снегопада, оседание снежного покрова, метелевое перераспределение снежного покрова, температура воздуха и снежного покрова.
Лавины образуются при достаточном снегонакоплении и на безлесных склонах крутизной от 15 до 50 °. При крутизне более 50 ° снег просто осыпается и условия к образованию снежной массы не возникают. Оптимальные ситуации для возникновения лавин складываются на заснеженных склонах крутизной от 30 до 40 °. Там лавины сходят тогда, когда слой свежевыпавшего снега достигает 30 см, а для старого (лежалого) необходим покров толщиной 70 см. Считается, что ровный травянистый склон крутизной более 20 ° лавиноопасен, если высота снега на нем превышает 30 см. С увеличением крутизны склонов возрастает вероятность образования лавин. Кустарниковая растительность не является препятствием для схода снежных лавин.
Многое зависит и от интенсивности снегопада. Если за 2–3 дня выпадает 0,5 м снега, то это обычно не вызывает опасения, но если это же количество выпадет за 10–12 ч, то сход лавин вполне возможен. В большинстве случаев интенсивность снегопада 2-3 см/ч близка к критической. Немалое значение имеет и ветер. Так, при сильном ветре достаточно прироста снега в 10-15 см, как уже может возникнуть лавина. Средняя критическая скорость ветра равна примерно 7-8 м/с.
Поражающая способность снежных лавин различна. Лавина в 10 м3уже представляет
опасность для человека и легкой техники. Крупная в состоянии разрушить капитальные инженерные сооружения, образовать трудно- или непреодолимые завалы на транспортных трассах. Скорость является одной из основных характеристик движущейся лавины. В отдельных случаях может достигать 100 м/с.
Плотность лавинного снега является одним из важнейших физических параметров, от которого зависит сила удара снежной массы, трудозатраты на ее расчистку или возможность движения по ней. Она составляет для лавин из сухого снега 200-400 кг/м3. для мокрого – 300-800 кг/м3.
Важным параметром, особенно при организации и проведении аварийно- спасательных работ, служит высота лавинного потока, чаще всего достигающего 10-15 м. Потенциальный период лавинообразования – это временной интервал между сходами первых и последних лавин. Эта характеристика обязательно учитывается при планировании режима деятельности людей на опасной территории.
В подавляющем большинстве в горных районах лавины сходят ежегодно, а иногда и несколько раз в год. По характеру движения и в зависимости от строения лавинного очага различают следующие три типа лавин: лотковые, осовые, прыгающие. Лотковая движется по определенному каналу стока, или лавинному лотку. Осовая представляет собой снежный оползень, не имеет определенного канала стока и скользит по всей ширине участка. Прыгающая возникает из лотковых – там, где в канале стока имеются отвесные стены или участки с резко возрастающей крутизной.
В зависимости от свойств снега лавины могут быть сухими, влажными и мокрыми. По характеру поверхности скольжения выделяют следующие типы лавин: пластовые, когда движение осуществляется по поверхности нижележащего слоя снега; грунтовые – движение происходит непосредственно по поверхности грунта.
В зависимости от факторов образования лавины делятся на следующие четыре класса.
1. Имеющие в качестве непосредственной причины возникновения метеорологические факторы.
2. Возникающие в результате совокупного действия метеорологических факторов и процессов, происходящих внутри снежной толщи при таянии.
3. Являющиеся следствием исключительно процессов, происходящих внутри снежной толщи.
4. Образующиеся в результате землетрясения, деятельности человека (взрывы, полет реактивных самолетов на малой высоте и др.).
По степени воздействия на хозяйственную деятельность и природную среду лавины подразделяются на:
- стихийные (особо опасные), когда их сход наносит значительный материальный ущерб населенным пунктам, спортивным и санаторно-курортным комплексам, железным и автомобильным дорогам, линиям электропередачи, трубопроводам, промышленным и жилым сооружениям;
- опасные, когда их сход затрудняет деятельность предприятий и организаций, спортивных сооружений, а также угрожает населению и туристским группам.
По повторяемости снежные лавины делятся на два класса – систематические и спорадические. Систематические сходят каждый год или один раз в 2-3 года.
