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.

В недрах земли постоянно происходят сложные процессы. Под действием глубинных тектонических сил, возникают напряжения, слои земных пород деформируются, сжимаются в складки и с наступлением критических перегрузок смещаются и рвутся, 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, передаётся посредством упругих волн в толще земной коры 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: Средиеземноморско-Азиатский, охватывающий Португалию, Италию, Грецию, Турцию, Иран, Сев. Индию и далее до Малайского архипелага и Тихоокеанский, включающий Японию, Китай, Дальний Восток, Камчатку, Сахалин, Курильскую гряду. На территории России примерно 28% районов сейсмоопасны. Районы возможных 9-бальных землетрясений находятся в Прибайкалье, на Камчатке и Курильских островах, 8-бальных — в Южной Сибири и на Северном Кавказе.

Основные параметры, характеризующие землетрясение их интенсивность и глубина очага. Интенсивность проявления землетрясения на поверхности Земли оценивается в баллах.

Классификация землетрясений по интенсивности колебаний грунта по поверхности земли.

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).

Не малый интерес представляет классификация землетрясений не только по балльности, но и по численности (частоте повторяемости) в течение года на нашей планете.

Где вероятнее всего могут произойти землетрясения, какова их сила и площадь, хорошо видно из нижеприведенной таблицы.

Одно из значительных землетрясений (7,3 балла) произошло 6 октября 1948 г. в Туркмении. Город Ашхабад был полностью разрушен, под развалинами погибли 110 тыс. человек.

• 1 декабря 1988 г. землетрясение силой 7,7 балла произошло в Армении. Практически полностью 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 густонаселённые территории на западе Японии, сровняв до основания кварталы жилых застроек, уничтожим коммуникационные артерии, похоронив под завалами 5 тыс. человек и оставив без крова почти полмиллиона семей.
• 27 мая 1995 г., суббота, ночь. Мощнейшим подземным толчком (9,2 балла) практически полностью уничтожен город Нефтегорск (на севере Сахалина). Разрушений такого масштаба не было даже в Спитаке. Президент Б. Ельцин принял решение об объявлении в России 31 мая дня траура. За время аварийно-спасательных работ из-под завалов извлекли 2247 человек, из которых 1841 погибших. Медицинскую помощь оказали 764 пострадавшим.

Начало декабря 1995 г. ознаменовалось серией мощных в 6−8 баллов, подземных толчков с эпицентром в океане на удалении 100−150 км от Курильских островов Итуруп и Уруп.

В январе 1996 г. стихия продолжила свою активную деятельной 1>. 14 многоквартирных домов в городе Охе на севере Сахалина, в которых проживали 800 семей, стали непригодными для жилья в результате землетрясения силой 6,1 балла, происшедшего в ночь с 8 на 9 января. В течении двух часов было зафиксировано 7 толчков. В это время трясло не только Сахалин, но и остров Уруп на Курилах.

Все эти землетрясения — тектонического характера, то есть вызванные перемещением масс земной коры. По заключениям многих учёных, сейсмическая активность Земли в ближайшие годы будет нарастать.

Вулканическая деятельность возникает в результате постоянных активных процессов, проходящих в глубинах Земли. Ведь внутренняя часть постоянно находится и разогретом состоянии. Па 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 своём пути. При выходе на поверхность часть магмы превращается в шлак, а другая часть изливается в виде лавы. Из выброшенных в атмосферу паров и газов выседают на землю вулканические породы, именуемые тефрой.

Вулканические шлаки, пемза, пепел, горные породы нагромождаются вокруг, образуя гору преимущественно конусообразной формы, которая и называется вулканом. В верхней части находится кратер, имеющий форму воронки, связанной каналом с источником магмы.

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, классификация носит несколько условный характер. К действующим относятся те, что извергались в историческое время. Потухшие, наоборот, не извергались. 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 малонаселённых и труднодоступных районах Камчатки и Курильских островов.

Наиболее опасные явления, сопровождающие извержения вулканов, — 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°. Скорость потока зависит от уклона конуса вулкана, степени вязкости лавы и её количества. Диапазон скоростей довольно широк: от нескольких сантиметров до нескольких километров в час. В отдельных и наиболее опасных случаях она доходит до 100 км, но чаще всего не превышает 1 км/ч. защита чрезвычайная техногенный ядовитое Тефра состоит из обломков застывшей лавы. Наиболее крупные именуются вулканическими бомбами, те, что-то 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. Когда на них ложатся новые порции пепла, они соскальзывают по склону. В некоторых случаях пепел пропитывается водой, в результате чего образуются вулканические грязевые потоки. Их скорость может достигать нескольких десятков километров в час. Такие потоки обладают значительной плотностью и могут во время своего движения увлекать крупные глыбы, что увеличивает их опасность. Из-за большой скорости движения затрудняются проведение спасательных работ и эвакуация населения.

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 раскалённых газов и тефры. Поражающее действие ее обусловлено возникновением ударной волны (сильным ветром), распространяющейся со скоростью до 40 км/ч, и валом жара с температурой до 1000°.

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 угарных 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.

Классификации вулканов, производится по условиям их возникновения и по характеру деятельности.

По первому признаку различаются четыре типа.

Первый. Вулканы в зонах субдукции или зонах поддвига океанической плиты под материковую. За счёт 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.

Второй. Вулканы в рифтовых зонах. Они возникают в связи с ослаблением земной коры и выпучиванием границы между корой мантией Земли. Образование вулканов здесь связано с тектоническими явлениями.

Третий. Вулканы в зонах крупных разломов. Во многих местах земной коры имеются разрывы (разломы). Там происходит медленное накопление тектонических сил, которые могут превратиться во внезапный сейсмический взрыв с вулканическими проявлениями.

Четвёртый. Вулканы зон горячих точек. В отдельных районах под океаническим дном в земной коре образуются «горячие точки», где сосредотачивается особенно высокая тепловая энергия. В этих местах горные породы расплавляются и в виде базальтовой лавы выходят на поверхность.

По характеру деятельности вулканы подразделяются на пять типов.

Вулканы Камчатки и Курильских островов обладают рядом признаков, присущих первому, второму, и четвёртому типам.

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 их прочности. Вызываются как естественным, так и искусственными (антропогенными) причинами. К естественным относятся: увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований морскими и речными водами, сейсмические толчки. Искусственными являются разрушение склонов дорожными выемками, чрезмерным выносом грунта, вырубкой леса, неразумным ведением сельского хозяйства на склонах. Согласно международной статистике, до 80% современных оползней связано с деятельностью человека. Значительное количество оползней происходит в горах на высоте от 1000 до 1700 м (90%).

Оползни могут происходить на всех склонах, наминая с крутизны 19°. Однако на глинистых грунтах они случаются и на крутизне склона 5−7°. Для этого достаточно избыточного увлажнения пород.

Сходят они в любое время года, но большей часть в весенне-летней период.

Классифицируются оползни по масштабам явления, скорости движения и активности, механизму процесса, мощности и месту образования. По масштабам оползни классифицируются на крупные, средние и мелкомасштабные.

Крупные 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 мелкомасштабные имеют меньшие размеры и характерны для антропогенных процессов.

Масштаб часто характеризуется вовлечённой в процесс площадью. В этом случае они подразделяются на грандиозные — 400 га, очень крупные — 200−400 га, крупные — 100−200 га, средние — 50−100 га, мелкие — 5−50 га и очень мелкие — до 5 га.

По скорости движения весьма разнообразны, что видно из таблицы.

По активности оползни подразделяются на активные и неактивные. Главными факторами здесь являются породы склонов и наличие влаги. В зависимости от количества влаги они делятся на сухие, слабо влажные, влажные и очень влажные. Например, очень влажные содержат такое количество воды, которое создаёт условия для жидкого течения.

По механизму процесса подразделяются: на оползни сдвига, выдавливания, вязкопластические, гидродинамического выноса, внезапного разжижения. Часто имеют признаки комбинированного механизма.

По мощности процесса оползни делятся на малые, до 10 тыс. м ³, средние — от 11 до 100 тыс. м ³, крупные — от 101 до 1000 тыс. м ³, очень крупные — свыше 1000 тыс. м ³ вовлекаемой в процесс массы горных пород.

По месту образования они подразделяются на горные, подводные, смежные и искусственных земляных сооружений (котлованов, каналов, отвалов пород).

Оползни наносят существенный ущерб народному хозяйству. Они угрожают движению поездов, автомобильному транспорту, жилам домам и другим постройкам. При оползнях интенсивно идёт процесс из сельскохозяйственного оборота.

Нередко они приводят к человеческим жертвам. Так, 23 января 1984 г. в результате землетрясения в Гиссарском районе Таджикистана произошёл оползень шириной 400 м и длиной 4,5 км. Огромные массы земли накрыли посёлок Шарора. Погребенными оказались 50 домов, погибли 207 человек.

В 1989 г. оползни в Ингушетии привели к разрушениям в 82 населенных пунктах. Оказались повреждёнными 2518 домом, 44 школы. 4 детских сада, 60 объектов здравоохранения, культуры, торговли и бытового обслуживания.

Сель (селевый поток) — бурный грязевый или грязекаменный поток, состоящий из смеси воды и обломков горных пород, внезапно возникающий в бассейнах небольших горных рек. Характеризуется резким подъёмом уровня воды, волновым движением, кратковременностью действий (в среднем от одного до трех часов), значительным эрозионно-аккумулятивным разрушительным эффектом. Селевые потоки создают угрозу населённым пунктам, железным и автомобильным дорогам и другим сооружениям, находящимся на их пути.

Непосредственными причинами зарождения селей служат ливни, интенсивное таяние снега, прорыв водоёмов, реже землетрясения, извержения вулканов.

Все сели по механизму зарождения подразделяются на три типа: эрозионный, прорывной, и обвально-оползневый.

При эрозионном вначале идёт насыщение водного потока обломочным материалом за счёт смыва и размыва прилегающего грунта и затем уже формируется селевая волна.

Прорывной характеризуется прорывным процессом накопления воды, одновременно размываются горные породы, наступает предел и происходит прорыв водоёма (озёра, внутриледниковой ёмкости, водохранилища), Селевая масса устремляется вниз по склону или руслу реки.

При обвально-оползневом происходит срыв массы водонасыщенных горных пород (включая снег и лёд). Насыщенность потока в этом случае близка к максимальной.

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 добавились техногенные факторы: нарушение правил и норм работы горнодобывающих предприятий, взрывы при прокладке дорог и строительстве других сооружений, порубки леса, неправильно ведение сельхозработ и нарушение почвенно-растительного покрова. При движении сель представляет собой сплошной поток грязи, камней и воды. Крутой передний фронт селевой высотой от 5 до 15 м образует «голову» селя. Максимальная высота вала водо-грязевого потока иногда достигает 25 м.

В России до 20% территории находится в селеопасных зонах. Особенно активно селевые потоки формируются в Кабардино-Балкарии, Северной Осетии, Дагестане, в районе Новороссийска, Саяно-Байкальской области, зоне трассы Байкало-Амурской магистрали, на Камчатке, в пределах Станового и Верхоянского хребтов. Они также происходят в некоторых районах Приморья, Кольского полуострова и на Урале. Ещё в 1966 г. на территории СССР было зарегистрировано более 5 тысяч селевых бассейнов. В настоящее время их количество возросло.

На основе главных факторов возникновения сели классифицируются следующим образом.

Главный фактор формирования — геологические процессы. Сход происходит эпизодически, а пути движения непостоянны; антропогенные. Это результат хозяйственной деятельности человека.

Происходит там, где наибольшая нагрузка на горный ландшафт. Образуются новые селевые бассейны. Сход — эпизодический.

Пути движения регионального проявления.

Классификация на основе первопричин возникновения селей.

Классификация по мощности (по перенесённой твёрдой массе):

• 1. Мощные (сильной мощности), с выносом более 100 тыс. м ³ материалов. Бывают один раз в 5−10 лет
• 2. Средней мощности, с выносом от 10 до 100 тыс. м ³ материалов. Бывают один раз в 2−3 года.
• 3. Слабой мощности (маломощные), с выносом менее 10 тыс. м ³ материалов. Бывают ежегодно, иногда несколько раз в году.

Классификация по объёму единовременных выносов.

Классификация селевых бассейнов по повторяемости селей характеризует интенсивность развития или его селеактивность. По частоте схода селей можно выделить три группы селевых бассейнов:

• — высокой селевой активности (с повторяемостью один раз в 3−5 лет и чаще);
• — средней селевой активности (с повторяемостью один раз в 6−15 лет);
• — низкой селевой активности (с повторяемостью один раз в 16 лет и реже).

Классифицируются сели также и по их воздействию на сооружения:

• 1. Маломощный — небольшие размывы, частичная забивка отверстий, водопропускных сооружений.
• 2. Среднемощный — сильные размывы, полная забивка отверстий, повреждение и снос бесфундаментных строений.
• 3. Мощный — большая разрушительная сила, снос мостовых ферм, разрушение опор мостов, каменных строений, дорог.
• 4. Катастрофический — полное разрушение строений, участков дорог вместе с полотном и сооружениями, погребение сооружений под наносами.

Иногда применяется классификация бассейнов по высоте истоковых селевых потоков:

• — высокогорные. Истоки лежат выше 2500 м, объём выносов с 1 км ² составляет 15−20 тыс. м ³ за один сель;
• — низкогорные. Истоки лежат ниже 1000 м, объём выносов с 1 км ² составляет 5−15 тыс. м ³ за один сель;
• — низкогорные. Истоки лежат ниже 1000 м, объём выносов с 1 км ² менее 5 тыс. м ³ за один сель.

Снежные лавины — 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, спортивным и санаторно-курортным комплексам, железным и автомобильным дорогам, линиям электропередачи, объектам горнодобывающей промышленности 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 трех зон: зарождение (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 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 складывается 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 схода лавин. Кустарниковая растительность не является препятствием для сходи.

Наилучшим условием для начала движения снежной массы и набирания ею определенной скорости является длина открытого склона от 100 до 500 м.

Многое зависит от интенсивности снегопада. Если за 2−3 дня выпадает 0,5 м снега, то это обычно не вызывает опасения, но если это же количество выпадает за 10−12 ч, то сход 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 в 10−15 см, как уже может возникнуть лавина. Средняя критическая скорость ветра равна примерно 7−8 м/с.

Одним из важнейших факторов, влияющих на образование снежных лавин, является температура. Зимой при относительно теплой погоде, когда температура близка к нулю, неустойчивость снежного покрова резко увеличивается, но быстро проходит (либо сходят лавины, либо снег оседает). По мере понижения температуры периоды лавинной опасности становятся более длительными. Весной с потеплением возрастает вероятность схода мокрых лавин.

Поражающая способность различна. Лавина в 10 м ³ уже представляет опасность для человека и легкой техники. Крупные — в состоянии разрушить капитальные инженерные сооружения, образовать трудноили непреодолимые завалы на транспортных трассах.

Скорость является одной из основных характеристик движущейся лавины. В отдельных случаях она может достигать 100 м/с.

Дальность выброса важна для оценки возможности поражения объектов, расположенных в лавиноопасных зонах. Различают максимальную дальность выброса и наиболее вероятную, или среднемноголетнюю. Наиболее вероятную дальность выброса определяют непосредственно на местности. Ее оценивают при необходимости размещения сооружений в зоне действия лавин на длительный период. Она совпадаете границей конуса выноса лавинного очага.

Повторяемость схода лавин является важной временной характеристикой лавинной деятельности. Различают среднемноголетнюю и внутригодовую повторяемость схода. Первая определяется как частота образования лавин в среднем за многолетний период. Внутригодовая повторяемость — это частота схода за зимний и весенний периоды. В отдельных районах лавины могут сходить по 15−20 раз в год. 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/м ³, для мокрого 300−800 кг/м ³.

Важным параметром особенно при организации и проведении аварийно-спасательных работ служит высота лавинного потока, чаще всего достигающего 10−15 м.

Потенциальный период лавинообразования — это интервал времени между сходами первых и последних лавин. Эта характеристика обязательно учитывается при планировании режима деятельности людей на опасной территории. Необходимо также знать количество и площадь лавинных очагов, сроки начала и окончания лавиноопасного периода. В каждом регионе эти параметры различны.

В России чаще всего такие стихийные бедствия случаются на Кольском полуострове, Урале, Северном Кавказе, на юге Западном и Восточной Сибири, Дальнем Востоке. Лавины на Сахалине имеют свои особенности. Там они охватывают все высотные зоны — от уровня моря до горных вершин. Сходя с высоты 100−800 м, вызывают частые перерывы в движении поездов на Южно-Сахалинской железной дороге.

В подавляющем большинстве в горных районах лавины сходя! ежегодно, а иногда и несколько раз в год.

Как они классифицируются?

По характеру движения и в зависимости от строения лавинного очага различают следующие три типа: 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. Встретив крутой уступ, лавина отрывается от земли и продолжает движение по воздуху в виде огромной струи. Скорость их особенно велика.

В зависимости от свойств снега лавины могут быть сухими, влажными и мокрыми.

По характеру поверхности скольжения выделяют следующие типа: пластовые, когда движение осуществляется по поверхности нижележащего слоя снега; грунтовые — движение происходит непосредственно по поверхности грунта.

В зависимости от факторов лавинообразования делятся на четыре класса:

• 1. Непосредственная причина возникновения: метеорологические факторы.
• 2. Возникающие в результате совокупного действия метеорологических факторов и процессов, происходящих внутри снежной толщи при таянии.
• 3. Возникают исключительно в результате процессов, происходящих внутри снежной толщи.
• 4. В результате землетрясения, деятельности человека (взрывы, полет реактивных самолетов на малой высоте и др.).

Первый класс в свою очередь подразделяется на три типа: обусловленные снегопадами, метелями и резкими понижениями температуры.

Второй класс делится на четыре типа: связанные с радиационными оттепелями (на южных склонах гор), весенними оттепелями, дождями и оттепелями при переходе к положительным температурам.

Третий класс образует два типа: лавины, связанные с образованием слоя глубинной изморози и возникающие в результате снижения прочности снежного покрова под длительным действием нагрузки.

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 кой комплексам, железным и автомобильным дорогам, линиям электропередачи, трубопроводам, промышленным и жилым помещениям;
• — опасные явления — сход лавин, затрудняющих деятельность предприятий и организаций, спортивных сооружений, а также угрожающих населению и туристским группам.

По степени повторяемости делятся на два класса систематические и спародические. Систематические сходят каждый год или один раз в 2−3 года. Спародические — 1−2 раза в 100 лет. Место их определить заранее довольно трудно. Известно много случаев, когда, например, на Кавказе существовавшие 200 и 300 лет, вдруг оказались погребенными пол толстым слоем снега.