Закономерности природных опасностей

1. Закономерности  природных опасностей. Краткая характеристика.

     К природным опасностям относятся  стихийные явления, которые представляют непосредственную угрозу для жизни и здоровья людей. Например, землетрясения, извержения вулканов, снежные лавины, сели, оползни, камнепады, наводнения, штормы, цунами, тропические циклоны, смерчи, молнии, туманы, космические излучения и космические тела и многие другие явления. Будучи естественными феноменами жизни и развития природной среды, они в то же время воспринимаются человеком как аномальные.

     В безопасности деятельности рассматриваются  не все природные катастрофы и  стихийные явления, а лишь те из них, которые могут принести ущерб  здоровью или привести к гибели людей.

Некоторые природные опасности нарушают или  затрудняют нормальное функционирование систем и органов человека. К таким опасностям относятся, например, туман, гололед, жара, барометрическое давление электромагнитные излучения, холод и другие.

Несмотря  на глубокие различия в существе, все  природные опасности подчиняются некоторым общим закономерностям.

     Во-первых, для каждого вида опасностей характерна определенная пространственная приуроченность. Во-вторых, установлено, что чем больше интенсивность (мощность) опасного явления, тем реже оно случается. В-третьих, каждому виду опасностей предшествуют некоторые специфические признаки (предвестники). В-четвертых, при всей неожиданности той или иной природной опасности ее проявление может быть предсказано. Наконец, в-пятых, во многих случаях могут быть предусмотрены пассивные и активные защитные мероприятия от природных опасностей.

     Говоря  о природных опасностях, следует  подчеркнуть роль антропогенного влияния на их проявление. Известны многочисленные факты нарушения равновесия в природной среде в результате деятельности человека, приводящие к усилению опасных воздействий. Так, согласно международной статистике, происхождение около 80% современных оползней связаны с деятельностью человека. В результате вырубок леса возрастает активность селей, увеличивается паводковый расход (рис. 12). В настоящее время масштабы использования природных ресурсов существенно возросли. Это привело к тому, что стали ощутимо проявляться черты глобального экологического кризиса. Природа как бы мстит человеку за грубое вторжение в ее владение. Об этом более ста лет назад предупреждал Ф. Энгельс: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она мстит». Отмеченное обстоятельство следует иметь в виду в хозяйственной деятельности.

Соблюдение  природного равновесия является важнейшим профилактическим фактором, учет которого позволит сократить число опасных явлений.

Между природными опасностями существует взаимная связь. Одно явление может  послужить причиной, спусковым механизмом последующих.

По имеющимся оценкам, число опасных природных событий на Земле с течением времени не растет или почти не растет, но человеческие жертвы и материальный ущерб увеличиваются. Ежегодная вероятность гибели жителя планеты Земля от природных опасностей ориентировочно равна 10~⁵, т. е. на каждые сто тысяч жителей погибает один человек.

Предпосылкой  успешной защиты от природных опасностей является изучение их причин и механизмов. Зная сущность процессов, можно их предсказывать. А своевременный и точный прогноз опасных явлений является наиважнейшей предпосылкой эффективной защиты. На рис. 14 графически отображена примерная зависимость - между изученностью опасностей, их прогнозом и защитой от них.

По вертикальной оси расположена шкала, показывающая уровни знания сущности процесса (нуль означает, что природа явления совсем не изучена, 100% — полное знание существа явления). То же самое относится к оси прогноза и защиты.

Защита  от природных опасностей может быть активной (строительство инженерно-технических сооружений, интервенция в механизм явления, мобилизация естественных ресурсов, реконструкция природных объектов и др.) и пассивной (например, использование укрытий). В большинстве случаев активные и пассивные методы сочетаются.

По локализации природные опасности могут быть с определенной степенью условности разделены на 4 группы: литосферные (например, землетрясения, вулканы, оползни); гидросферные (например, наводнения, цунами, штормы); атмосферные (например, ураганы, бури, смерчи, град, ливень); космические (например, астероиды, планеты, излучения). 

ЛИТОСФЕРНЫЕ ОПАСНОСТИ

 Землетрясения. Определение. Сила. Интенсивность. Действия населения при землетрясении.

Планета Земля представляет по форме трехосный  эллипсоид со средним радиусом 6371 км. Земля состоит из нескольких различных по составу и физическим свойствам оболочек-геосфер. В центре Земли находится ядро, за ним следует мантия, затем земная кора, гидросфера и атмосфера. Верхняя граница мантии проходит на глубине от 5 до 70 км по поверхности Мохоровичича (см. рис. 16), нижняя — на глубине 2900 км по границе с ядром Земли. Мантия Земли делится на верхнюю толщиной около 900 км и нижнюю — около 2000 км. Верхняя мантия вместе с земной корой образуют литосферу. Температура в мантии считается равной 2000-2500°С, а давление находится в пределах 1-130 ГН/м². Именно в мантии происходят тектонические процессы, вызывающие землетрясения. Наука, изучающая землетрясения, называется сейсмологией.

Землетрясения — это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Природа землетрясений до конца не раскрыта. Землетрясения происходят в виде серии толчков, которые включают форшоки, главный толчок и афтершоки. Число толчков и промежутки времени между ними могут быть самыми различными. Главный толчок характеризуется наибольшей силой. Продолжительность главного толчка обычно несколько секунд, но субъективно людьми толчок воспринимается как очень длительный. Согласно данным психиатров и психологов, изучавших землетрясения, афтершоки иногда производят более тяжелое психическое воздействие, чем главный толчок. У людей под воздействием афтершоков возникало ощущение неотвратимости беды, и они, скованные страхом, бездействовали вместо того, чтобы искать безопасное место и защищаться.

Очаг  землетрясения — это некоторый  объем в толще Земли, в пределах которого происходит высвобождение  энергии. Центр очага — условная точка, именуемая гипоцентром, или фокусом.

Проекция  гипоцентра на поверхность Земли  называется эпицентром. Вокруг него происходят наибольшие разрушения. Это так называемая плейстосейстовая область.

Количество  землетрясений, ежегодно регистрируемых на земном шаре, измеряется сотнями тысяч, а по данным других авторов — миллионами. В среднем каждые 30 с регистрируется одно землетрясение. Однако большинство из них относится к слабым, и мы их не замечаем. Силу землетрясения оценивают по интенсивности разрушений на поверхности Земли. Существует много сейсмических шкал интенсивности. Шкалу интенсивности в 80-е гг. XIX в. создали Де Росси и Форель (от I до X), в 1920 г. итальянец Меркалли предложил другую шкалу с диапазоном значений от I до XII, в 1931 г. эта шкала была усовершенствована Вудом и Ньюменом. В 1963 г. С. Медведев с соавторами предложили новую шкалу. По международной шкале MSK-64 сила землетрясений оценивается в баллах.

Линии, соединяющие пункты с одинаковой интенсивностью колебаний, называются изосейстами.

В 1935 г. профессор Калифорнийского технологического института Ч. Рихтер предложил оценивать энергию землетрясения магнитудой (от лат. magnitude — величина). Сейсмологи используют несколько магнитудных шкал. В Японии используют шкалу из семи магнитуд. Именно из этой шкалы исходил Рихтер К. Ф., предлагая свою усовершенствованную 9-магнитудную шкалу. Шкала Рихтера — сейсмическая шкала магнитуд, основанная на оценке энергии сейсмических волн, возникающих при землетрясениях. Магнитуда самых сильных землетрясений по шкале Рихтера не превышает 9.

Магнитуда землетрясений — условная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясением. Магнитуда пропорциональна логарифму энергии землетрясений и позволяет сравнивать источники колебаний по их энергии.

Значение  магнитуды землетрясений определяется из наблюдений на сейсмических станциях. Колебания грунта, возникающие при  землетрясениях, регистрируются спец. приборами — сейсмографами.

Результатом записи сейсмических колебаний является сейсмограмма, на которой записываются продольные и поперечные волны. Наблюдения над землетрясениями осуществляются сейсмической службой страны

Землетрясения распространены по земной поверхности очень неравномерно. Анализ сейсмических, географических данных позволяет наметить те области, где следует ожидать в будущем землетрясений и оценить их интенсивность. В этом состоит сущность сейсмического районирования.

Карта сейсмического районирования — это официальный документ, которым должны руководствоваться проектирующие организации.

Пока  не решена проблема прогноза, т. е. определения  времени будущего землетрясения. Основной путь к решению этой проблемы —  регистрация «предвестников» землетрясения: слабых предварительных толчков (форшоков), деформации земной поверхности, изменений параметров геофизических полей и др. Знание временных координат потенциального землетрясения во многом определяет эффективность мероприятий по защите во время землетрясений.

В районах, подверженных землетрясениям, осуществляется сейсмостойкое, или антисейсмическое строительство. Это значит, что при проектировании и строительстве учитываются возможные воздействия на здания и сооружения сейсмических сил. Требования к объектам, строящимся в сейсмических районах, устанавливаются строительными нормами и правилами и другими документами. По принятой в России 12-балльной шкале опасными для зданий и сооружений считаются землетрясения, интенсивность которых 7 баллов и более. Строительство в районах с сейсмичностью, превышающей 9 баллов, неэкономично. Поэтому в правилах и нормах указания ограничены районами 7-9-балльной сейсмичности. Обеспечение полной сохранности зданий во время землетрясений обычно требует больших затрат на антисейсмические мероприятия, а в некоторых случаях практически неосуществимо. Учитывая, что сильные землетрясения происходят редко, нормы допускают возможность повреждения элементов, не представляющих угрозы для людей. Наиболее благоприятными в сейсмическом отношении считаются скальные грунты. Сейсмостойкость сооружений существенно зависит от качества строительных материалов и работ. Методы расчетной оценки сейсмостойкости сооружений имеют приближенный характер. Поэтому нормы вводят ряд обязательных конструктивных ограничений и требований. К их числу относится, например, ограничение размеров строящихся зданий в плане и по высоте. Для уточнений данных сейсмического районирования проводится сейсмическое микрорайонирование, с помощью которого интенсивность землетрясений в баллах, указанная на картах, может быть скорректирована на + 1...2 балла в зависимости от местных тектонических, геоморфологических и грунтовых условий.

Землетрясение — грозная стихия, не только разрушающая  города, но и уносящая тысячи человеческих жизней. Так, в 1908 г. землетрясением с  магнитудой 7,5 разрушен г. Мессина (Италия), погибло более 100 тыс. человек. В 1923 г. катастрофическое землетрясение (магнитуда 8,2) с эпицентром на острове Хонсю (Япония) разрушило Токио, Иокогаму, погибли около 150 тыс. человек. В 1948 г. землетрясением разрушен Ашхабад, магниту да 7, сила — IX баллов.

Иногда  землетрясениям предшествуют грозовые разряды в атмосфере, выделения  метана из земной коры. Это так называемые «предвестники» землетрясений. Возникающие  при землетрясении колебания  могут быть причиной вторичных эффектов в виде оползней и селевых потоков, цунами (сейши), снежных лавин, наводнений, разломов в скальных породах, пожаров, коробления земной поверхности.

Проблема  защиты от землетрясений стоит очень  остро. В ней необходимо различать  две группы антисейсмических мероприятий:

а) предупредительные, профилактические мероприятия, осуществляемые до возможного землетрясения;

б) мероприятия, осуществляемые непосредственно перед, во время и после землетрясения, т. е. действия в чрезвычайных ситуациях.

К первой группе относится изучение природы землетрясений, раскрытие его механизма, идентификация предвестников, разработка методов прогноза и др.

На основе исследований природы землетрясений  могут быть разработаны методы предотвращения и прогноза этого опасного явления. Очень важно выбирать места расположения населенных пунктов и предприятий с учетом сейсмостойкости района. Защита расстоянием — лучшее средство при решении вопросов безопасности при землетрясениях. Если строительство все-таки приходится вести в сейсмоопасных районах, то необходимо учитывать требования соответствующих правил и норм (СНиПов), сводящиеся в основном к усилению зданий и сооружений. Эффективность действий в условиях землетрясений зависит от уровня организации аварийно-спасательных работ и обученности населения, эффективности системы оповещения.

Цунами. Определение. Сила. Интенсивность. Характерные  особенности по баллам. Поражающие факторы. Виды спасательных работ.

Цунами  — это гравитационные волны очень  большой длины, возникающие в  результате сдвига вверх или вниз протяженных участков дна при сильных подводных землетрясениях, реже вулканических извержениях.

В силу малой сжимаемости воды и быстроты процесса деформации участков дна опирающийся  на них столб воды также смещается, не успевая растечься, в результате чего на поверхности воды образуется некоторое возвышение или понижение. Образовавшееся возмущение переходит в колебательное движение толщи воды, распространяющееся со скоростью, пропорциональной квадратному корню из глубины моря (50-1000 км/ч). Расстояние между соседними гребнями волн находится в пределах 5...1500 км. Высота волн в области их возникновения находится в пределах 0,1-5 м, у побережья — до 10 м, а в клинообразных бухтах, долинах рек — свыше 50 м. В глубь суши цунами могут распространяться до 3 км. Это и есть волны-цунами (япон.).

Известно  более 1000 случаев цунами, из них около 100 с катастрофическими последствиями.

Основной  район, где проявляются цунами, —  побережье Тихого океана (80% случаев), а также Атлантический океан  и реже Средиземное море. Цунами очень быстро достигают берега. Обладая большой энергией, достигающей иногда 10²⁰ эрг, цунами производят большие разрушения и представляют угрозу для людей.

Цунами, 6,5 балла (по шкале Рихтера) с эпицентрами  на глубинах менее 50 км, хотя в некоторых случаях причинами могут быть обвалы, оползни дна и вулканические извержения. Не все такие землетрясения вызывают Цунами и механизм их образования может быть различным. Так как источники большинства Цунами расположены на больших глубинах в море, то их точная локализация, вероятно, выяснится не скоро. Сформировавшаяся волновая система чрезвычайно походит на систему волн, образующуюся при бросании камня в середину широкого мелководного бассейна.

100% защиты от цунами нет. Мероприятиями по частичной защите является сооружение волнорезов, молов, насыпей, посадка лесных полос, устройство гаваней. Цунами не опасно для судов в открытом море.

Важное  значение для защиты населения от цунами имеют службы предупреждения о приближении волн, основанные на опережающей регистрации землетрясений береговыми сейсмографами.

Так как  цунами могут сопровождаться сильным  наводнением, необходимо соблюдать  меры защиты, характерные для обычного наводнения.

 Системы предупреждения цунами строятся главным образом на обработке сейсмической информации. Если землетрясение имеет магнитуду более 7,0 (в прессе это называют баллами по шкале Рихтера) и центр расположен под водой, то подаётся предупреждение о цунами. В зависимости от региона и заселённости берегов условия выработки сигнала тревоги могут быть различными.

Вторая  возможность предупреждения о цунами это предупреждение «по факту» — способ более надёжный, так как практически отсутствуют ложные тревоги, но часто такое предупреждение может быть выработано слишком поздно. Предупреждение по факту полезно для телецунами — глобальных цунами, оказывающих влияние на весь океан и приходящих на другие границы океана спустя несколько часов. Так, индонезийское цунами в декабре 2004 года для Африки является телецунами. Классическим случаем являются Алеутские цунами — после сильного заплеска на Алеутах можно ожидать существенный заплеск на Гавайских островах. Для выявления волн цунами в открытом океане используются придонные датчики гидростатического давления. Система предупреждения, основанная на таких датчиках со спутниковой связью с приповерхностного буя, разработанная в США, называется DART (en:Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis). Обнаружив волну тем или иным образом, можно достаточно точно определить время её прибытия в различные населённые пункты.

Существенным  моментом системы предупреждения является своевременное распространение информации среди населения. Очень важно, чтобы население представляло, какую угрозу несёт с собой цунами. В Японии имеется множество образовательных программ по природным катастрофам, а в Индонезии население в основном не знакомо с цунами, что и стало основной причиной большого количества жертв в 2004 году. Также важное значение имеет законодательная база по застройке прибрежной зоны.