1.3. Виды стихийных бедствий и их основные поражающие факторы
Землетрясение. Колебания земной поверхности при землетрясениях носят волновой характер. Колебания грунта возбуждают колебания зданий и сооружений, вызывая в них инерционные силы. При недостаточной прочности (сейсмостойкости) происходит их разрушение.
Наиболее частой причиной землетрясений является появление чрезмерных внутренних напряжений и разрушений пород. Потенциальная энергия, накопленная при упругих деформациях пород, при разрушении (разломе) переходит в кинетическую энергию сейсмической волны в грунте. Землетрясение такого плана называется тектоническим.
Место разрушения пород называют гипоцентром. В зависимости от глубины гипоцентра землетрясения подразделяются на нормальные (при глубине до 70 км), промежуточные (от 70 до 300 км) и глубокофокусные (более 300 км).
Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром, а расстояние от гипоцентра до некоторой точки – гипоцентральным расстоянием. По мере удаления от эпицентра усиливаются горизонтальные колебания, которые представляют наибольшую опасность для зданий.
Классификация землетрясений по величине и мощности ведется по шкале магнитуд. Магнитуда землетрясения является мерой общего количества энергии, излучаемой при сейсмическом толчке в форме упругих волн.
Проявление землетрясения в тех или иных районах называют сейсмичностью. Количественно сейсмичность характеризуется как магнитудой, так и интенсивностью. Интенсивность землетрясения характеризует силу землетрясения, которая зависит от расстояния, убывая от эпицентра к периферии. Интенсивность землетрясения на поверхности земли оценивается по 12 - балльной шкале Института физики Земли.
По интенсивности землетрясений осуществляется сейсмическое районирование, которое заключается в том, что сейсмически опасные районы разделяют на зоны с одинаковым сейсмическим воздействием. На основе этого районирования разработаны карты сейсмического районирования и список населенных пунктов РФ, расположенных в сейсмических районах, с указанием принятой для них сейсмичности в баллах и повторяемости землетрясений.
Классификация землетрясений в зависимости от причины их возникновения приведена на рис. 1.
Рис. 1. Классификация землетрясений в зависимости от причин их возникновения
Землетрясения, в зависимости от интенсивности колебаний поверхности земли, разделяются на следующие группы: слабые (1 – 3 балла); умеренные (4 балла); довольно сильные (5 баллов); сильные (6 баллов); очень сильные (7 баллов); разрушительные (8 баллов); опустошительные (9 баллов); уничтожающие (10 баллов); катастрофические (11 баллов); сильно катастрофические (12 баллов).
Количество спасенных людей – это предельно сжатые сроки выполнения спасательных работ, так как через сутки после землетрясения 40% от числа пострадавших, получивших тяжелые травматические повреждения, относятся к безвозмездным потерям, через трое суток – 60%, а через шесть суток – 95%. Данная статистика свидетельствует о необходимости проведения спасательных работ по извлечению людей из завалов как можно быстрее. Даже при массовых разрушениях спасательные работы необходимо завершить в течение 5 суток.
Цунами – это длинные морские волны, которые возникают вследствие землетрясений (90% случаев), деятельности вулканов и мощных подводных взрывов. Цунами возникают лишь после тех землетрясений, которые связаны с быстрым образованием на дне океана сбросов, обвалов, оползней. Это смещение, действуя по принципу поршня, толкает воду, вызывая образование цунами.
Возникновение значительных цунами связано с землетрясениями, очаги которых расположены сравнительно неглубоко – на глубине не более 40–60 км. Образовавшись в каком-либо месте, цунами может пройти несколько тысяч километров, почти не уменьшаясь. Это связано с длиной волны. Цунами имеют весьма большую длину, обычно превышающую 100 км.
Цунамиопасными регионами нашей страны являются Курильские острова, Камчатка, Сахалин, побережье Тихого океана.
Умеренные цунами, приводящие к небольшому затоплению низких участков побережья, происходят в мире два раза в год, а в Курило-Камчатской зоне – один раз в 5,5 лет. Один раз в 10 лет происходит катастрофическое цунами (в Курило-Камчатской зоне – один раз в 200 лет), приводящие к полному разрушению на берегу протяженностью более 400 км.
По мере распространения волны цунами от места образования обычно формируется группа волн, примерно десять, которые достигают берега с периодом от 5 до 90 мин. Как правило, наибольшей является одна из первых трех волн.
Цунами особенно опасны для поселков, городов и сооружений, расположенных на низменных берегах океана, а также находящихся в вершинах заливов и бухт, широко открытых океану и клинообразно сужающихся в сторону суши. Сюда, как в воронку, цунами нагоняет большую массу воды, которая в конце бухт огромной волной выплескивается на берег, затопляя устья и долины рек на несколько километров.
Вторичными последствиями разрушительного действия цунами могут быть пожары, возникающие в результате повреждений нефтехранилищ, пожароопасных предприятий, морских судов, повреждения электросетей. Разрушение химически- и радиационно опасных объектов, а также коммунальных систем может вызвать химические, радиационные и другие загрязнения, которые быстро распространяются на обширные территории за счет потоков воды.
Вторичными последствиями могут быть оползни, обрушение склонов, гибель сельскохозяйственных угодий и природных ландшафтов, а также обрушение сооружений.
Ураганы, бури, штормы – метеорологические опасные явления, характеризующиеся высокими скоростями ветра. Эти явления вызываются неравномерным распределением атмосферного давления на поверхности земли и прохождением атмосферных фронтов, разделяющих воздушные массы с разными физическими свойствами. Они зарождаются вокруг мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха (циклоны и тайфуны – над океанами), быстро вращаются против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке – в Южном, при этом смещаются вместе с окружающей воздушной массой. По пути (в благоприятных условиях подпитываясь влагой) они могут усиливаться.
Считается, что возникновение урагана связано с наличием области низкого давления, а его поддержание – с некоторым постоянным источником энергии, который представляет влажный воздух, поднимающийся над водной поверхностью. Выделяющееся при конденсации воды тепло питает ураганы энергией.
Важнейшими характеристиками ураганов, бурь и штормов, определяющими объемы возможных разрушений и потерь, являются скорость ветра, ширина зоны, охваченной ураганом, и продолжительность его действия. Скорость ветра при ураганах, бурях и штормах в районах европейской части РФ изменяется от 20 до 50 м/с, а на Дальнем Востоке достигает 60 – 90 м/с и более.
Разрушительная способность ветра выражается условными баллами и зависит от скорости:
0 баллов – 18-32 м/с, слабые разрушения;
1 балл – 33-49 м/с, умеренные разрушения;
2 балла – 50-69 м/с, значительные разрушения;
3 балла – 70-92 м/с, сильные разрушения;
4 балла – 98-116 м/с, опустошительные разрушения.
Для достижения высоких скоростей ветра необходимы особые местные условия, в частности для ураганов – прохождение над возвышенностями.
Смерч (торнадо) – это вихри, возникающие в теплое время года, в основном на мощных атмосферных фронтах, но иногда и при особо интенсивной местной циркуляции.
Смерчи, называемые в Северной Америке «торнадо», – мощные сконцентрированные вихри с вертикальной осью вращения, порождаемые грозовыми облаками на высоте до 12–15 км.
Процесс образования смерча протекает иногда лишь за 20-30 мин. и начинается с появления восходящей струи теплого влажного воздуха, порождающей особо крупное и высокое грозовое облако. Из него начинается выпадение дождя и града в кольце вокруг восходящей струи. В какой-то момент завеса дождя закручивается в спираль в форме цилиндра или конуса, касающегося земли. Цилиндр (конус) стремится расшириться вследствие центробежной силы, что создает пониженное давление в трубке. Для поддержания смерча требуется продолжение подачи влажного воздуха вверх (что облегчается пониженным давлением в трубке) и определенная плотность вращающейся стенки, состоящей из дождя и града. Начальное условие – мощное грозовое облако и обильные осадки из него – обычно достигается при комбинировании тепловой конвекции и поднятия теплого воздуха подтекающим под него клином холодного. Поэтому 90% смерчей связаны с холодными фронтами, остальные – с экстремально сильной внутримассовой конвекцией.
Среднее время существования смерча – 10-30 мин. Смерчи движутся со скоростью атмосферного фронта, на котором они родились (в среднем 50 – 60 км/ч, редко более 150 км/ч). Средний диаметр смерча у земли – 200 – 400 м.
Обвал – внезапное (быстротечное) отделение массы горных пород на крутом склоне с углом больше угла естественного откоса, происходящее вследствие потери устойчивости склона под влиянием различных природных и производственных факторов. Нередко причины обвала – выветривание и тектонические явления. Как правило, обвалы происходят в периоды дождей, таяния снега, весенних оттепелей. Поражающий фактор – движение (падение) больших масс горных пород.
Оползень. Причины, вызывающие оползни, условно можно разделить на две группы – естественные и искусственные (антропогенные). К естественным причинам относятся увеличение крутизны склонов, подмыв их оснований речными и морскими водами, сейсмические толчки. Искусственными причинами являются разрушения склонов дорожными выемками, чрезмерным выносом грунта, вырубкой леса, неразумным ведением сельского хозяйства на склонах.
Оползни могут возникать на всех склонах, начиная с крутизны 19С. Однако на глинистых грунтах они случаются и при крутизне склона 5 – 7С.
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. Средние и мелкомасштабные 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 и очень мелкие – до 5 га.
По скорости движения оползни классифицируются на исключительно быстрые, со скоростью движения 3 м/с, очень быстрые – 0,3 м/мин, быстрые – 1,5 м/сут., умеренные – 1,5 м/мес., очень медленные – 1,5 м/год, исключительно медленные – 0,06 м/год.
По активности оползни подразделяются на активные и неактивные.
Сель. Селевые потоки бывают водно-каменными, водно-песчаными, водно-пылеватыми, грязевыми, грязекаменными и водно-снежно-каменными.
Водно-каменный сель – такой поток, в составе которого преобладает крупнообломочный материал. Формируется в основном в зоне плотных пород.
Водно-песчаный – такой поток, в котором преобладает песчаный и пылеватый материал. Возникает в основном в зоне лессовидных и песчаных почв во время интенсивных ливней, смывающих огромное количество мелкозема.
Грязевой сель близок к водно-пылеватому. Формируется в районах распространения пород преимущественно глинистого состава.
Грязекаменный сель характеризуется значительным содержанием в твердой фазе глинистых и пылеватых частиц с явным их преобладанием над каменной составляющей потока.
Водно-снежно-каменный сель – это переходная стадия между, собственно селем, в котором транспортирующей средой является вода, и снежной лавиной.
Формирование селей происходит в селевых водосборах, которые включают три основные зоны, в которых формируются и протекают селевые процессы:
- зона селеобразования (питание селей водой и твердой составляющей);
- зона транзита (движение селевого потока);
- зона разгрузки (массового отложения селевых выносов).
Продолжительность действия селей колеблется от десятков минут до нескольких часов.
Иногда сели могут проходить волнами по 10 – 30 мин с промежутками между ними до нескольких десятков минут.
Лесной пожар – это неконтролируемое горение растительности, стихийно распространяющееся по лесной территории.
Лесные пожары при сухой погоде и ветре охватывают значительные территории. При жаркой погоде, если дожди не выпадают в течение 15–18 дней, лес становится настолько сухим, что любое неосторожное обращение с огнем вызывает быстро распространяющийся пожар.
Лесные пожары вызываются различными причинами. До 80% пожаров возникает из-за нарушения населением мер пожарной безопасности при обращении с огнем в местах труда и отдыха, а также в результате использования в лесу неисправной техники. Леса загораются также от молний во время грозы. В отдельных районах Сибири и Дальнего Востока в весенний период основной причиной возникновения пожаров являются сельскохозяйственные палы, которые проводятся с целью уничтожения прошлогодней сухой травы и обогащения почвы зольными элементами.
Отдельные локализованные, но не дотушенные, небольшие очаги могут превратиться в массовые пожары при резком изменении природных условий и непринятии оперативных мер по их тушению.
В зависимости от того, в каких элементах леса распространяется огонь, пожары подразделяются на низовые, подземные и верховые. В зависимости от скорости продвижения кромки пожара и высоты пламени – на слабые, средней силы и сильные.
Низовые пожары подразделяются на беглые и устойчивые. При низовом беглом пожаре сгорает живой и мертвый надпочвенный покров, самосев леса, опавшие листья, хвоя, обгорают кора нижней части деревьев и обнаженные корни, хвойный подрост и подлесок. Такой пожар распространяется с большой скоростью, обходя места с повышенной влажностью покрова, поэтому часть площади остается незатронутой огнем. Беглые пожары чаще всего происходят весной, когда просыхает лишь самый верхний слой мелких горючих материалов. При низовом беглом пожаре преобладает пламенный тип горения, при устойчивом – беспламенный.
При подземных пожарах горит торф, залегающий под лесными массивами. Возникновение и распространение подземных пожаров обычно связано с низовыми лесными пожарами, при которых огонь (отдельными очагами) заглубляется в слой торфа на наиболее подсохших участках, чаще всего у стволов деревьев, а затем постепенно распространяется в стороны.
Верховые пожары характеризуются распространением огня по надпочвенному покрову и по кронам деревьев. При этом сгорают хвоя, листья, мелкие, а иногда и крупные ветки. Чаще всего верховые пожары возникают в горных лесах при распространении огня вверх по крутым склонам.
Различают верховой устойчивый и верховой беглый пожары. При верховом устойчивом пожаре огонь распространяется по кронам по мере продвижения кромки низового пожара.
При верховом беглом пожаре, который начинается при сильном ветре, огонь продвигается обычно по пологу «скачками», иногда значительно опережая фронт низового пожара.
При продвижении огня по кронам ветер разносит искры, горящие ветви и хвою, которые создают новые очаги низовых пожаров за несколько десятков, а иногда и сотен метров впереди основного очага. Во время скачка пламя разносится по кронам со скоростью 15–20 км/ч.
По площади, охваченной огнем, лесные пожары подразделяются на шесть классов (табл. 1.2)
Торфяные пожары. Скопление торфа на определенной площади в виде однородных или различных по характеру и мощности слоев называется торфяной залежью. Средняя мощность торфяных залежей в нашей стране составляет около двух метров. Однако встречаются торфяники мощностью пласта 8–13 м. В зависимости от водно-минералогических условий различают три типа торфа: низинный, переходный и верховой.
Таблица 1.2