Чрезвычайные ситуации. Вероятность их возникновения. Экологические последствия

ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ  СИТУАЦИИ. ВЕРОЯТНОСТЬ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ 

§1. КЛАССИФИКАЦИЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

     Под чрезвычайной ситуацией следует понимать внезапное изменение в биосфере, создающее реальную угрозу гибели всего живого. Чрезвычайные ситуации (ЧС) могут носить природный или антропогенный характер.

     ЧС, носящие природный  характер, возникают в результате трудно-контролируемых стихийных действий сил природы, они разновероятны в различных географических районах. По характеру своего действия отдельные явления природы могут быть аналогичны воздействию некоторых поражающих факторов ЧС антропогенного характера (например, пожары). К ЧС природного характера кроме пожаров относятся также землетрясения, наводнения, селевые потоки и оползни, снежные лавины, бури и ураганы. Частично ЧС природного характера могут быть предотвращены при четкой работе метеослужб и высоком уровне технического оснащения общества.

     ЧС, носящие антропогенный  характер, возникают либо в результате нарушения технологического цикла потенциально биологически опасных производств, появления аварийных ситуаций, нарушения регулярности профилактических мероприятий, либо в результате применения термоядерного, биологического или химического оружия при военном разрешении конфликтов. К результатам ЧС антропогенного характера относятся: радиационное, химическое, бактериологическое заражения биосферы, пожары. Вероятность возникновения ЧС, носящих антропогенный характер, определяется экономическим и политическим состоянием в обществе и может быть сведена к минимуму при стабильной общественно-экономической ситуации как внутри отдельного государства, так и в мире в целом. В связи с этим ЧС могут носить «условно локальный» или глобальный характер.

     В данном параграфе рассматриваются  ЧС, приводящие к глобальным экологическим катастрофам, связанным с антропогенной деятельностью. Такие ЧС, как правило, возникают в результате нарушения экологического равновесия. Ежегодно человек извлекает из земных недр около 200 млрд т горных пород, сжигает более 9 млрд т условного топлива, рассеивает на полях до 3 млрд х пестицидов и т. п. Особо острой проблемой стала проблема загрязнения окружающей среды антропогенными токсикантами. Мировое поступление составляет: для оксидов углерода — 25,5 млрд т, для оксидов азота — 65 млрд т.

     Быстродействующее отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают антропогенные источники ЧС: промышленные предприятия, автотранспорт, испытания ядерного оружия, чрезмерное применение минеральных удобрений и пестицидов и др. Интенсивные темпы деградации окружающей среды создают реальную угрозу существованию самого человека. И здесь провести грань между постоянной опасностью для процесса жизнедеятельности и ЧС практически нельзя. Иными словами, мы живем в постоянных условиях возникновения ЧС.

     Экологическое отравление привело к массовой деградации здоровья. Этот процесс усугубляют социальные и экономические трудности. Становится все более очевидным, что в создавшихся условиях многие традиционные методы лечения и оздоровления теряют свою адекватность.

     За  последние десятилетия во многих регионах Земли внешняя среда  по токсической и радиолучевой агрессивности стала иной по сравнению с той, в которой происходила эволюция органического мира. По существу, мы как бы переселились на другую, более жестокую планету, лишь внешне похожую на Землю, где миллионы лет формировался наш организм. Адаптационные системы организма оказались беззащитными перед новыми видами биологической агрессии. Трагедия экологии переросла в трагедию эндоэкологии (приставка «эндо» означает «внутри организма»).

     Загрязнения внешней среды привели к загрязнению  среды внутренней. Мало того, что  катастрофически падает здоровье людей; появились ранее не известные заболевания, причины которых бывает очень трудно установить. Многие болезни стали излечиваться труднее.

     Кроме накопительных факторов нарушения  экологического равновесия, безусловно, важное значение имеют и внезапные, непредвиденные изменения в биосфере — «классические» антропогенные ЧС, которые в принципе в мирное время должны быть исключены. Однако чернобыльские события 1986 г. показали, что, например, ядерная энергетика, кроме выгод в области энергообеспечения и сохранения природных ресурсов, несет с собой и опасности, имеющие глобальный характер. Сюда относятся переносы радиоактивности при крупных радиационных авариях, потенциальная опасность ядерных мирных объектов (АЭС) в военных условиях.

     Поскольку ядерная энергия является одним  из наиболее опасных видов энергии, то при создании АЭС особое внимание уделяют решению вопросов обеспечения безопасности при возникновении аварийных ситуаций, исключить которые полностью невозможно, как и в любой области человеческой деятельности. Повышение надежности всех систем АЭС обеспечивают в первую очередь через органы регулирования, блокировки и сигнализации, а также путем создания специальных устройств, локализующих радиоактивные вещества и исключающих их попадание во внешнюю среду.

    Рис. 1 Схема ядерного реактора:

    1 –  активная зона

    2 –  теплоноситель (Na)

    3 –  насос

    4 –  теплообменник

    5 –  турбина  

На рис. 1 изображена принципиальная схема типичного ядерного реактора.

При больших  значениях коэффициента размножения нейтронов ядерная реакция перестает быть регулируемой, и тогда возможен ядерный взрыв.

     В общем случае взрыв представляет собой процесс выделения энергии за короткий промежуток времени, связанный с мгновенным физико-химическим изменением состояния вещества, приводящим к возникновению скачка давления или ударной волны. Взрыв сопровождается образованием сжатых газов или паров, способных производить работу. Он приводит к образованию сильно нагретого газа (плазмы) с очень высоким давлением, который при моментальном расширении оказывает ударное механическое воздействие (давление, разрушение) на окружающие тела. Взрыв в твердой среде сопровождается ее разрушением и дроблением, в воздушной или водной вызывает образование воздушной или гидравлической ударной волны, которая оказывает разрушающее воздействие на помещенные в ней объекты. Взрывы происходят за счет освобождения химической энергии (главным образом взрывчатых веществ), внутриядерной энергии (ядерный взрыв), электромагнитной энергии (искровой разряд, лазерная искра и др.), механической энергии (при падении метеоритов на поверхность Земли и др.), энергии сжатых газов (при повышении давления предела прочности сосуда: баллона, трубопровода и т. п.).

     Когда авария реактора возможна? Тогда, когда  полностью прекратится отвод тепла (исчезла вода во втором контуре АЭС). В результате произойдет повышение температуры в активной зоне, что приведет к росту давления в реакторе.

     В конечном счете корпус реактора может  разрушиться, и огромное количество радиоактивных продуктов будет выброшено в атмосферу. Такая авария называется тепловым взрывом реактора. Возникновение подобной аварии возможно при отказе аварийных систем подпитки и охлаждения реактора, систем сброса давления, а также всех органов блокировки и аварийной остановки реактора. Количественная оценка вероятности возникновения такой аварии, базирующаяся на теории надежности, показывает, что она сравнима с вероятностью падения крупного метеорита на Землю и составляет примерно 10^-7. Она на два порядка ниже вероятности смерти от воздействия естественных факторов окружающей среды и на четыре порядка ниже риска смерти от автомобильной катастрофы.

     Для предотвращения любых возможных  аварийных ситуаций все оборудование, включая активную зону реактора, заключено  в прочный корпус, который может  выдержать значительное избыточное давление. Трубопроводы, циркуляционные насосы, компенсаторы объема и др. размещаются в герметичных толстостенных боксах, выполняющих одновременно и функцию биологической защиты.

     В настоящее время предусмотрены  специальные системы клапанов для перераспределения давления в случае его повышения, а также мгновенно срабатывающие аварийные системы подпитки и охлаждения в случае утечки теплоносителя или внезапного повышения температуры и безотказная система аварийной защиты, обеспечивающая невозможность протекания цепной реакции. Разветвленная система контроля режимов работы реактора позволяет на ранней стадии предотвратить развитие аварии. Разнообразные меры защиты дублирующей блокировкой применяются и на других биологически потенциально опасных производствах (химических, фармацевтических, военных).

     ЧС, возникающие в результате военного конфликта, имеют свои особенности. Моделирование экологических процессов, связанных с военными действиями, к которым может привести крупный ядерный конфликт, показывает, что наряду с известными факторами ядерного взрыва (ударной волной, световым излучением, радиацией) в верхние слои атмосферы после ядерного взрыва неизбежно поднимаются пыль и огромное количество сажи. В результате высокой концентрации энергии взрыва возникают самоподдерживающиеся пожары, при которых сгорают не только горючие материалы, но и металл. Облака сажи в этом случае в сотни раз плотнее подобных облаков после лесных пожаров. Постепенно сажевые облака сливаются, и через два месяца вся Земля может оказаться под сажевым покрывалом, практически не пропускающим солнечного света. Произойдет перестройка атмосферной циркуляции, исчезнут существующие циклы, в которых теплый воздух в экваториальных областях поднимается вверх, а затем растекается в полярные области, где, охлаждаясь, опускается вниз, потом вдоль земной поверхности снова возвращается в экваториальные области.

     На  материках температуры будут  отрицательными. Положительной останется температура только в экваториальных зонах океана из-за большой теплоемкости воды. Поскольку на материках температура будет отрицательной, источники пресной воду замерзнут, урожай на всей Земле погибнет. Погибнут тропические леса и их обитатели. Некоторые шансы перенести похолодание имеют леса и животный мир севера, однако если уровень радиации превзойдет критическую дозу, то эти шансы равны нулю. Одновременное разрушение радиацией озонового слоя, поглощающего жесткое УФ-излучение, дополнит губительное действие радиационного фона для млекопитающих, человека, растительного мира.

     В океане причина гибели организмов будет  обусловлена гибелью микроскопических водорослей (фитопланктона), способных осуществлять реакцию фотосинтеза, основой которого является энергия Солнца.

     Постепенно (в течение нескольких лет) сажа под  действием силы тяжести начнет оседать  на Землю, атмосфера будет просветляться и медленно прогреваться, но биосфера планеты уже перестроится, поскольку высшие животные вряд ли смогут сохраниться или долго просуществовать при высоком уровне радиации и мощных потоках жесткого УФ-излучения.

     По  существующим оценкам, биосфера после  ядерной войны будет пригодна для жизни человека не ранее чем  через миллион лет.

     В отличие от ядерного воздействия  в результате военного конфликта химическое и бактериологическое заражения биосферы после применения соответствующего оружия носят в основном локальный характер. Действие этих видов оружия направленно на поражение (заражение) конкретного вида объекта биосферы. Их основа — химические вещества (ХВ), отравляющие вещества (ОВ) или бактериологические препараты (БП), предназначающиеся для поражения людей, животных, атмосферы, гидросферы, продовольствия, кормов.

     В частности, болезнетворные микроорганизмы, химические вещества, вирусы, гельминты  легко могут проникать в атмосферу, воду, почву, в тела различных животных организмов, в том числе и человека.

     Наиболее  опасны возбудители инфекционных заболеваний. Они имеют различную устойчивость в окружающей среде. Одни способны жить вне организма человека всего  несколько часов: находясь в воздухе, в воде, на разных предметах, они быстро погибают. Другие могут жить в окружающей среде от нескольких дней до нескольких лет. Для третьих окружающая среда является естественным местом обитания. Для четвертых другие организмы, например дикие животные, являются местом сохранения и размножения.

     Часто источником инфекции является почва, в  которой постоянно обитают возбудители столбняка, ботулизма, газовой гангрены, некоторых грибковых заболеваний. В организм человека они могут попасть при повреждении кожных покровов, с продуктами питания, при нарушении правил гигиены.

     Болезнетворные  микроорганизмы могут проникнуть в  фунтовые воды и стать причиной инфекционных болезней человека, поэтому воду из артезианских скважин, колодцев, родников необходимо перед питьем кипятить. Особенно загрязненными бывают открытые источники воды: реки, озера, пруды. Известны многочисленные случаи, когда загрязненные источники воды стали причиной эпидемий холеры, брюшного тифа, дизентерии. Поражение людей и животных в основном происходит через дыхательный аппарат и желудочно-кишечный тракт.

     В настоящее время существует ряд  эффективных медицинских, химических и технических средств обнаружения, защиты и ликвидации последствий заражения окружающей среды ХВ, ОВ и БП. Однако внезапность применения этих видов оружия существенно осложняет любые меры борьбы с ними. 

§2. ВОЗДЕЙСТВИЕ ПОРАЖАЮЩИХ ФАКТОРОВ ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ НА ПРОЦЕССЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

     В предыдущем параграфе упоминались  ЧС, связанные с природными явлениями. Такие ЧС принято называть стихийными бедствиями, которые по характеру своего воздействия на промышленные и бытовые объекты, людей, животный и растительный мир во многом аналогичны воздействию ряда поражающих факторов антропогенного характера.

     Как и между всеми природными процессами, между стихийными бедствиями существует взаимная связь. Одна катастрофа оказывает влияние на другую, бывает, первая катастрофа служит спусковым механизмом последующих. Генетическую зависимость природных катастроф можно представить схемой (рис. 2).

     Рассмотрим  наиболее важные стихийные бедствия.

     Рис. 2. Взаимосвязь ЧС природного происхождения. Стрелками изображено направление природных процессов. Чем стрелка жирнее, тем эта зависимость очевиднее 

     Землетрясение — процесс высвобождения накапливающейся энергии в литосфере, проявляющийся в виде подземного удара. В центре очага удара условно выделяется точка, именуемая гипоцентром, а проекция этой точки на поверхность земли называется эпицентром. В период землетрясения от гипоцентра во все стороны распространяются упругие сейсмические волны, продольные и поперечные, а по поверхности земли во все стороны от эпицентра расходятся поверхностные сейсмические волны.

     Сейсмические  волны регистрируют с помощью  приборов, именуемых сейсмографами. В наше время они представляют собой весьма сложные электронные устройства, позволяющие улавливать самые слабые колебания земной поверхности.

     Существует  необходимость простого и объективного определения величины землетрясений, причем с помощью такой меры, которую можно было бы легко вычислить и свободно сравнивать. Такого рода шкала была предложена японским ученым Вадати в 1931 г. В 1935 г. ее усовершенствовал известный американский сейсмолог Ч. Рихтер. Такой объективной мерой величины землетрясений является магнитуда, обозначаемая М. Понятие балла характеризует интенсивность сотрясения в точке наблюдения. В нашей стране с 1964 г. используют 12-бальную шкалу МSК-64. Следует отметить, что несейсмологи зачастую характеризуют в баллах саму силу землетрясения в очаге. Это неверно, поскольку в шкале Рихтера используется безразмерная величина магнитуды М землетрясения, пропорциональная логарифму выделенной в очаге энергии. Путаница возникла в связи с двумя обстоятельствами:

     1)  магнитуды известных до сих  пор землетрясений не превышают 9 единиц (в каталогах есть только М_макс, равная 8,9), то есть магнитуда численно близка к значениям баллов сотрясений;

     2) мы привыкли к тому, что любой  параметр имеет размерность (метры,  килограммы, градусы), а логарифмы  любых параметров всегда безразмерны;  поэтому если в печати появляются  сообщения типа «землетрясение имело 7 баллов по шкале Рихтера», то в действительности  это означает,  что магнитуда землетрясения М = 7. А ощущаться в разных пунктах оно может силой 10 баллов, 8 баллов, 5 баллов — это зависит от расстояния до очага. Таким образом, если балльность зависит от расстояния до очага, то магнитуда не зависит.

     Причины землетрясений определяются динамичными  характеристиками Земли и теми медленными движениями, которые происходят в ее коре — литосфере, толщина которой колеблется от 10 до 70 км. Под литосферой действуют силы, принуждающие плиты перемещаться со скоростью, как правило, нескольких сантиметров в год. Причина этих глубинных сил не вполне ясна. Они могут быть вызваны, например, медленными течениями горячего пластичного вещества в недрах. Течения возникают в результате тепловой конвекции в сочетании с динамическими эффектами вращения Земли. В некоторых областях новое вещество поднимается наверх из земных недр, оттесняя плиты в стороны (это происходит, например, в Срединно-Атлантическом хребте); в других местах плиты проскальзывают одна вдоль другой (как вдоль разлома Сан-Андреас в Калифорнии); есть области, называемые зонами субдукции (подвига), где одна плита при встрече заталкивается под другую (например, в океане у западных берегов Южной и Центральной Америки, у побережья Аляски и Японии). Несогласованность в движении плит при любом его направлении заставляет каменную толщу растрескиваться, создавая таким образом землетрясения.

     Неудивительно, что большинство землетрясений (почти 95 %) происходит по краям плит. Землетрясения, вызванные движением плит, называются тектоническими. Хотя обычно они происходят на границах плит, все же небольшая доля их возникает внутри плит. Некоторые другие землетрясения, как, например, на Гавайских островах, имеют вулканическое происхождение, и совсем редко они бывают вызваны деятельностью человека (заполнением водохранилищ, закачкой воды в скважины, горными работами большими взрывами).

     Зона  землетрясений, окружающая Тихий океан, называется Тихоокеанским поясом: здесь происходит около 90 % всех землетрясений земного шара. Другой район высокой сейсмичности, включающий 5—6 % всех землетрясений, — это Альпийский пояс, протягивающийся от Средиземноморья на восток через Турцию, Иран и Северную Индию. Остальные 4—5 % землетрясений происходят вдоль срединно-океанических хребтов или внутри плит.

     В табл. 1 приведена шкала Рихтера, характеризующая каждое из возможных землетрясений. Закономерностями землетрясений является то, что при увеличении балльности землетрясения нарушается целостность грунта, разрушаются здания, выходят из строя коммуникационные и энергетические сети, возможны человеческие жертвы. В горах наблюдаются обвалы и лавины. Если землетрясение происходит под водой, то возникают волны цунами, вызывающие страшные разрушения на суше.

     Для проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ во всех странах привлекают специальные отряды и технику. При этом в очаге землетрясения прежде всего извлекают из-под завалов людей, которым оказывают первую медицинскую помощь; спецподразделения устраивают в завалах проезды, локализуют и устраняют аварии на инженерных сетях, которые угрожают жизни людей, организуют энерго-, водоснабжение и связь.

     Кроме мер, принимаемых государственными службами, жителям сейсмоопасных районов важно знать следующее.

• До землетрясения. Необходимо иметь дома исправный батарейный радиоприемник, карманный электрический фонарик и аптечку. Уметь оказывать первую помощь. Следует знать расположение основных выключателей электричества и газовых кранов. Не ставить на полки и не держать в шкафах тяжелых предметов. Закрепить у стен тяжелую мебель. Разработать план контактов со всеми членами семьи и родственниками на случай землетрясения.

• Во время землетрясения. Прежде всего следует сохранять спокойствие. Если человек находится вне помещения, то ему следует оставаться на улице; если внутри здания — рекомендуется оставаться там. Больше всего рискуют оказаться ранеными те, кто в панике выбегает из домов или бежит в укрытие. Находясь в помещении, следует стоять у опорных стен или в дверном проеме. На улице надо держаться подальше от электрических проводов и по возможности не задерживаться на узких улицах. Никогда во время землетрясения не следует входить в лифт и на лестницы.

• После землетрясения. Нужно оказать первую помощь себе и тем, кому она требуется. Необходимо проверить газ, электричество и водопровод на наличие повреждений, в этом случае их следует отключить. Следует остерегаться поврежденных зданий: дымоходы и кирпичная кладка в них могут обрушиться. Нельзя выходить к морю, может иметь место цунами. И главное, во всех случаях необходимо сохранять спокойствие! Больше всего пострадавших бывает в случае излишней паники.

     Менее катастрофическими, по крайней мере поддающимися в большей степени прогнозированию, чем землетрясения, являются такие стихийные бедствия, как оползни, наводнения, селевые потоки, бури и ураганы, пожары.

     В частности, оползни могут быть вызваны действием разных факторов. Земная поверхность состоит главным образом из склонов. Некоторые из них устойчивы, другие в силу различных условий становятся неустойчивыми. Это происходит тогда, когда изменяется угол наклона откоса склона или если склон оказывается отягощен рыхлым материалом. Тем самым сила тяжести оказывается больше силы связности грунта. Склон становится неустойчивым и при сотрясениях, поэтому каждое землетрясение в условиях горного рельефа сопровождается смещениями по склону.

     Оползание происходит в рыхлых слабосцементированных  породах вследствие того, что крутой и высокий склон по мере подрезания его рекой, водохранилищем, морем теряет свою устойчивость и значительные горные массы крупными блоками начинают смещаться вниз по склону. Оползневое движение всегда связано с наличием грунтовых вод. Их обилие — необходимое условие оползания. Однако не грунтовые воды служат причиной оползня. Для возникновения оползней наиболее благоприятны такие геологические условия, когда в основании оползневого склона залегают водоупорные пласты, а выше лежат водоносные породы. Но даже если склон и сложен только водоносными породами, а водоупорного пласта нет, все равно будет происходить разгрузка подземных вод, уровень которых будет плавно снижаться от междуречий в сторону долины или берега моря (озера). При достаточной крутизне и высоте склонов оползни неизбежно возникнут.  

     Чтобы избежать сползания, нельзя допускать:

• перегрузки верхней части оползня;

• подрезания основания (рекой, водохранилищем, инженерными мероприятиями);

• дополнительного  увлажнения всего косогора.

     Известно, что вода является главной причиной оползания, поэтому первым этапом охранительных работ должно явиться собирание и отведение поверхностных вод. На оползнеопасном участке рекомендуется вычерпать воду из колодцев. Затем следует осушение с помощью подземного дренажа. Большое значение имеет и искусственное преобразование рельефа. В зоне отрыва уменьшают нагрузку на склон, ослабляя тем самым действие силы тяжести и повышая силы сцепления горных пород.

     В отличие от оползней возникновение  наводнения хотя и предсказуемо, но по срокам внезапность его возникновения  практически не прогнозируется. Под наводнением понимается временное затопление части суши, вызываемое обильными осадками, совместным действием паводковых вод и ледяных заторов, подводными землетрясениями.

     Страны, подверженные наводнениям, как правило, имеют необходимые условия для проведения спасательных и неотложных аварийно-восстановительных работ.

     В результате продолжительных ливней, бурного таяния ледников и снега и обрушения в русла горных рек большого количества рыхлообломочного материала могут возникать селевые потоки (или сели). При большой массе и скорости передвижения (до 20 км/ч) сели разрушают все на своем пути. Особенно опасны сели, движущиеся не по руслу, а выходящие на смежные структурные пути, где располагаются различные постройки и могут находиться люди.

Основные  способы борьбы с  селями:

• закрепление  и развитие почвенного растительного покрова склонах (в местах возможных селей);

• уменьшение поступления поверхностных вод;

• спуск  талой воды;

• правильное размещение на склонах гор гидротехнических сооружений;

• создание специальных улавливающих котлованов.

     При прохождении глубинных  циклонов, представляющих собой движение воздуха (ветра), со скоростью более 30м/с возникают бури (на воде) и ураганы (на суше).

     Энергии такого ветра достаточно для разрушения некоторых домов, линий связи  и электропередачи, различной техники. В результате короткого замыкания  электросетей возникают пожары, прекращается работа объектов. Люди могут оказаться под обломками разрушенных зданий. Время появления бурь и ураганов может прогнозироваться метеослужбами, при этом должны оповещаться соответствующие службы и население.

     В отличие от всех упомянутых выше пожары являются универсальными стихийными бедствиями, возникающими как «самостоятельно», так и в виде «сопровождения» практически всех стихийных бедствий. Под пожаром понимается стихийное распространение горения, проявляющееся в уничтожающем действии огня, вышедшего из-под контроля человека.