Опасные атмосферные процессы.

ВВЕДЕНИЕ

К опасным природным явлениям относятся все те, которые отклоняют состояние природной среды от диапазона, оптимального для жизни человека и для ведущегося им хозяйства. Они представляют катастрофические процессы эндогенного и экзогенного происхождения: землетрясения, извержения вулканов, цунами, наводнения, лавины и сели, а также оползни, оседания грунтов.

По размеру разового ущерба воздействия опасные природные явления изменяются от мелких до создающих стихийные бедствия.

Стихийное бедствие – любое непредотвратимое грозно разрушительное природное явление, причиняющее экономический ущерб и несущее угрозу здоровью и жизни людей. Когда речь идет об измерении потерь, пользуются термином – чрезвычайная ситуация (ЧС). При ЧС прежде всего измеряются абсолютные потери – для быстрого реагирования, для решения о необходимой внешней помощи пораженному району и т.п.

Бюро ООН по оказанию помощи при бедствиях (ЮНДРО) ЧС подразделяют на происшествия (угроза для жизни людей), несчастные случаи (число пострадавших до 1000 чел.), бедствия и катастрофы (число пострадавших до и более 1 млн. чел.)

ЧАСТЬ 1

Разнообразие опасных природных явлений.

Землетрясения

Землетрясения -это подземные удары и колебания поверхности земли, вызванные главным образом тектоническими процессами. Землетрясения происходят в результате пульсационно-колебательного развития литосферы – сжатия ее в одних регионах и расширения в других. При этом наблюдаются тектонические разрывы, смещения и поднятия. Энергия землетрясения оценивается по шкалам или энергетическим классам, поверхностный эффект – в баллах шкалы интенсивности (по 12-балльной шкале). Принято различать магнитуду и интенсивность землетрясений. Магнитуда определяется амплитудой сейсмических волн и измеряется по 12-балльной шкале Рихтера. Интенсивность оценивается по реакции людей и состоянию сооружений в пострадавшей местности и определяется по наиболее распространенной 12-балльной шкале Меркали.

По имеющимся подсчетам, за последние 4 тыс. лет землетрясения унесли более 13 млн. жизней, миллиардами исчисляются экономические потери, которые связаны с пожарами, разрушением и повреждением материальных ценностей (зданий, инженерных сооружений, дорог, линий связи и др.).

В СНГ наиболее крупные катастрофические землетрясения отмечались в 1948 и 1968 гг. (ашхабадские), в 1966 г. (ташкентское), в 1970 г. (дагестанское) и в 1988 г. (армянское). Землетрясение в Армении унесло более 25 тыс. жизней, полностью разрушенными оказались многие населенные пункты.

Причинами землетрясений могут быть также взрывные работы, ядерные испытания, создание крупных гидротехнических сооружений и водохранилищ, разгрузки напряжений в земной коре в результате интенсивных подземных выработок. Так, например, материалы геодезических и геофизических измерений по таким водохранилищам мира, как Кариба в Африке или Гувер в США и другие, показывают, что после заполнения их водой происходят землетрясения, крупные оседания и прогибания земной коры. Скорость проседания под водохранилищами часто достигает 1-2 см в год, а магнитуда землетрясений может достигать 4-6 баллов. При этом возникают трещины на поверхности, повреждаются плотины, имеются разрушения и даже человеческие жертвы.

В настоящее время на земном шаре выделены зоны землетрясений разной активности. К зонам сильных землетрясений относят территории Тихоокеанского и Средиземноморского поясов. В нашей стране более 20% территории подвержены землетрясениям.

Катастрофические землетрясения (9 баллов и более) охватывают районы Камчатки, Курильских островов, Памира, Забайкалья, Закавказья и ряда других горных районов. В таких районах инженерное строительство, как правило, не ведется.

Сильные (от 7 до 9 баллов) землетрясения бывают на территории, простирающейся широкой полосой от Камчатки до Карпат, включая Сахалин, Прибайкалье, Саяны, Крым, Молдавию и др. Здесь должно проводиться только сейсмостойкое строительство.

Большая часть территории России относится к сейсмичной зоне, в которой крайне редко бывают землетрясения небольшой силы. Так, в 1977 г. в Москве были зарегистрированы толчки силой в 4 балла, хотя эпицентр самого землетрясения находился в Карпатах.

Несмотря на большую работу, проведенную учеными по предсказанию сейсмической опасности, прогнозирование землетрясений – очень сложная проблема. Для ее решения строят специальные карты, математические модели, организуют с помощью сейсмических приборов систему регулярных наблюдений, составляют описание прошедших землетрясений на основе изучения комплекса факторов, включая и поведение живых организмов, анализируя их географическое распространение.

1.2Вулканическая деятельность

Вулканизм -это совокупность процессов и явлений, связанных с движением магмы в верхней мантии, земной коре и на поверхности земли. В результате извержения вулканов образуются вулканические горы, вулканические лавовые плато и равнины, кратерные и запрудные озера, грязевые потоки, вулканические туфы, шлаки, брекчии, бомбы, пепел, в атмосферу выбрасываются вулканическая пыль и газы.

Вулканы располагаются в сейсмоактивных поясах, особенно в Тихоокеанском. В Индонезии, Японии, Центральной Америке насчитывается по несколько десятков активных вулканов – всего на суше от 450 до 600 действующих и около 1000 “спящих” вулканов. В опасной близости от активных вулканов находится около 7% населения Земли. На срединно-океанических хребтах имеются по меньшей мере несколько десятков крупных подводных вулканов.

В России опасности вулканических извержений и цунами подвергаются Камчатка, Курильские острова, Сахалин. Потухшие вулканы есть на Кавказе и Закавказье.

Наиболее активные вулканы извергаются в среднем раз в несколько лет, все активные ныне – в среднем 1 раз в 10-15 лет. В деятельности каждого вулкана имеются, видимо, периоды относительного понижения и повышения активности, измеряемые тысячами лет.

При извержениях островных и подводных вулканов часто возникают цунами. Кроме того, образующиеся при подводных извержениях облака всплывающих газов и пара могут служить причиной гибели морских судов. Возможно, газ способен выделятся не только в точках извержения, но и на соседних с ними больших пространствах морского дна. С такого рода событиями можно связать, например, загадки “Бермудского треугольника”

Нередко вблизи вулканов располагаются населенные пункты, ведется активная хозяйственная деятельность. Все это предполагает разработку мер защиты от вулканических извержений. В настоящее время применяется охлаждение наползающей на населенные пункты лавы сильными струями воды, отклонение движения лавовых потоков посредством сооружения защитных барьеров, систем тоннелей и даже бомбардировок. Создаются специальные карты районирования по размещению населенных пунктов в менее опасных вулканических районах, расширяется сеть постоянных наблюдений за вулканами.

1.3Цунами

Цунами – японский термин, обозначающий необычно крупную морскую волну. Это волны большой высоты и разрушительной силы, возникающие в зонах землетрясений и вулканической активности океанического дна. Скорость продвижения такой волны может колебаться от 50 до 1000 км/ч, высота в области возникновения от 0,1 до 5,0 м, а у побережья – от 10 до 50 м и более. Цунами часто вызывают разрушения на побережье – в ряде случаев катастрофические: приводят к размыву берегов, образованию мутьевых потоков, разрушают населенные пункты, сооружения.

В последние 50 лет отмечено около 70 сейсмогенных цунами опасных размеров, из них 4% в Средиземном море, 8% в Атлантике, остальные в Тихом океане. Наиболее цунамиопасны берега Японии, Гавайских и Алеутских островов, Камчатки, Курил, Аляски, Канады, Соломоновых островов, Филиппин, Индонезии, Чили, Перу, Новой Зеландии, Эгейского, Адриатического и Ионического морей. На Гавайских островах цунами интенсивностью 3-4 балла бывают в среднем 1 раз в 4 года, на тихоокеанском побережье Южной Америки – раз в 10 лет.

Защита от цунами заключается в своевременном прогнозировании их возникновения, выводе судов из зоны активного воздействия, эвакуации жителей из зоны разрушения. Предупреждению цунами способствует создание автоматизированной системы, основанной на сети сейсмических станций и современных каналах связи, включая и спутниковую.

Наводнентия

Наводнение – это значительное затопление местности в результате подъема уровня воды в реке, озере или море. Они вызываются обильным выпадением ливневых дождей, таянием снега, льда, ураганами и штормами, которые способствуют разрушению насыпных сооружений, плотин, дамб. Наводнения могут быть речными (пойменными), нагонными (на побережьях морей), плоскостными (затопление обширных территорий водосбора) и др. Крупные катастрофические наводнения сопровождаются быстрым и высоким поднятием уровня воды, резким увеличением скорости потоков, их разрушительной силой. Разрушительные наводнения происходят практически ежегодно в различных регионах земли. В России они наиболее часты на юге Дальнего Востока. Материальный ущерб связан с гибелью людей, затоплением больших территорий, как правило, сельскохозяйственных, размывом берегов, их обвалами и обрушением, образованием новых русел грязевыми потоками, разрушением водохранилищ, железных и шоссейных дорог и др. Важное значение в борьбе с наводнениями имеют данные о речном стоке, его колебаниях, максимальных расходах, ритмичности наводнений, размываемости грунтов, почвенном и растительном покрове, контрастности рельефа в пределах водосборного бассейна.

Наиболее эффективные способы борьбы с наводнениями – зарегулированность стока рек, а также строительство защитных плотин и дамб. Так, в Голландии протяженность плотин и дамб составляет более 1800 миль. Без этой защиты 2/3 ее территории каждый день оказывались бы затопленными приливом. Для защиты Санкт-Петербурга от наводнений в Финском заливе сооружена дамба. Особенность этого реализованного проекта заключается в том, что он требует качественной очистки сточных вод города и нормального функционирования водопропускных сооружений в самой плотине, что в проекте плотины не было предусмотрено в должной мере. Строительство и эксплуатация подобных инженерных объектов требуют также определения оценки возможных экологических последствий.

Половодья и сели

Половодья – ежегодно повторяющееся сезонное длительное и значительное увеличение водности рек, которые сопровождаются повышением уровня воды в русле и затоплением поймы – одна из основных причин наводнений.

Большие затопления поймы во время половодий наблюдаются на большей части территории СНГ, в Северной Америке и Восточной Европе.

Сели -грязевые или грязекаменные потоки, внезапно возникающие в руслах горных рек и характеризующиеся резким кратковременным (1 – 3 часа) подъемом уровня воды в реках, волнообразным движением и отсутствием полной периодичности. Сель может возникнуть при выпадении обильных ливней, интенсивном таянии снега и льда, реже вследствие извержения вулканов, прорывов перемычек горных озер, а также в результате хозяйственной деятельности человека (взрывные работы и пр.). Предпосылками образования селей являются: чехол склоновых отложений, значительные уклоны горных склонов, повышенная увлажненность грунтов. По составу различают грязекаменные, водокаменные, грязевые и вододресвяные сели, в которых содержание твердого материала колеблется от 10-15 до 75%. Отдельные обломки, переносимые селями, весят более 100-200 т. Скорость движения селей достигает 10 м/с, а объемы выбросов достигают сотен тысяч, а иногда и миллионов кубических метров. Обладая большой массой и скоростью передвижения, сели часто приносят разрушения, приобретая в наиболее катастрофических случаях характер стихийного бедствия. Так, в 1921 г. катастрофический селевой поток разрушил Алма-Ату, при этом погибло около 500 человек. В настоящее время этот город надежно защищен противоселевой плотиной и комплексом специальных инженерных сооружений. Основные меры борьбы с селями связаны с закреплением почвенного и растительного покрова на горных склонах, с профилактическим спуском угрожающих прорывом горных водоемов, со строительством плотин и различных селезащитных сооружений.

Лавины

Лавины -массы снега, низвергающиеся по крутым горным склонам. Особенно часто лавины сходят в тех случаях, когда снежные массы образуют нависающие над нижележащим склоном валы или снежные карнизы. Лавины возникают при нарушениях устойчивости снега на склоне под влиянием мощных снегопадов, интенсивного снеготаяния, дождей, некристаллизации снежной толщи с образованием слабо связанного горизонта глубинной изморози. В зависимости от характера движения снега по склонам различают: осевые – снежные оползни, соскальзывающие по всей поверхности склона; лотковые лавины – движущиеся по ложбинам, логам и эрозионным бороздам, прыгающие с уступов. При сходе лавин из сухого снега возникает распространяющаяся впереди разрушительная воздушная волна. Огромной разрушительной силой обладают и сами лавины, так как их объем может достигать 2 млн. м³, а сила удара – 60-100 т/м². Обычно лавины, хотя и с разной степенью постоянства, приурочены год от года к одним и тем же местам – лавинным очагам разных размеров и конфигурации.

Для борьбы с лавинами разработаны и создаются системы защиты, которые предусматривают размещение снегозащитных щитов, запрещение вырубки лесов и проведение лесопосадок на лавиноопасных склонах, обстрел опасных склонов из артиллерийских орудий, возведение противолавинных валов и рвов. Борьба с лавинами очень сложна и требует больших материальных затрат.

Опасные атмосферные процессы.

Опасные природные явления в атмосфере зимнего времени.

Устойчивый снежный покров распространяется в районах с Тср = 0°С и ниже для самого холодного месяца, неустойчивый снежный покров и редкие снегопады возможны и при 10-12°С. Такие условия характерны почти для 2/3 площади суши, причем на суше снежный покров держится не менее 4 мес. в году. Области с многолетней мерзлотой, подземными льдами и наледями занимают около 1/7 суши, акватории с морскими льдами и айсбергами также расположены на значительном пространстве. В районах, где зимой устанавливается снежный покров, проживает 1/5 населения мира, и еще столько же - где возможны неустойчивый снежный покров и редкие снегопады. В районах обеих категорий производится 1/2 мирового валового продукта. По режиму и форме воздействия на население и хозяйства снежно-ледниковые явления весьма разнообразны. Стихийные бедствия от этих явлений эпизодичны. В целом по миру эти стихийные бедствия находятся на 4-м и 5-м местах по величине наносимого ими ущерба. Но в США тяжелые снегопады уступают по среднему многолетнему числу жертв лишь грозам и смерчам, а по экономическому ущербу, объединенному ущербом от морозов, оказываются на 1-2-м месте. Разовый ущерб от экстремальных снегопадов в обычно малоснежных районах Молдавии, Закавказья, предгорий Средней Азии достигает многих сотен миллионов рублей. Защита городов и дорог от неблагоприятных и опасных снежно-ледовых явлений приводит к удорожанию строительства и эксплуатации на 100-200%.

1.8 Сильный снегопад

Сильный снегопад. Сильный снегопад (ГОСТ Р 22.0.03-95) - это продолжительное интенсивное выпадение снега из облаков, приводящее к значительному снижению видимости и затруднению движения транспорта. В зимнее время циклоны вызывают интенсивные снегопады и метели. Интенсивные снегопады парализуют транспорт, вызывают повреждения деревьев, линий электропередач, зданий (из-за груза снега), сход снежных лавин в горах и т.д. При выпадении снега в обычно бесснежных районах или в теплое время года наносится значительный ущерб также сельскому хозяйству. Метели создают снегозаносы, парализующие хозяйственную деятельность.
Средние многолетние из максимальных за зиму нагрузок могут превышать 250 кг/м2, нагрузки от разовых снегопадов - 100 кг/м2, а вблизи области устойчивого снегового покрова - даже вдвое выше. Они могут быть причиной серии экстремальных явлений: снеговые нагрузки, паводки снеготаяния, в горах - лавины, оползни и т.д. Сильные снегопады случаются раз в несколько лет или десятилетий, длятся до 2-4 суток, охватывают площади в сотни или тысячи квадратных километров. В США слой снега в 5-10 см существенно затрудняет автомобильное движение, а толщиной 30-40 см - полностью его парализует, включая и железнодорожное сообщение.
Больше всего снега выпадает на склонах вулкана Рейнир (штат Вашингтон, США) - в среднем 14,6 м в год. Этого достаточно, чтобы засыпать по самую крышу стандартный шестиэтажный дом.

ЧС при снегопадах:
ЧС-1 - нарушение порядка на улицах: замедление скорости автомобилей при толщине снежного покрова (М) 5-10 см;
ЧС-2 - создание неудобств: еще большее замедление движения транспорта, увеличение в 2 раза количества авто аварий, опоздание железнодорожного транспорта - менее 4 ч, задержка полетов, М = 10-20 см;
ЧС-3 - крайнее затруднение движения: количество аварий в 3 раза больше, опоздание поездов - более 4 ч, приостановка полетов, возможно закрытие школ, М = 20-30 см;
ЧС-4 - остановка движения, закрытие автодорог и аэропортов, перерыв движения 12 ч, закрытие магазинов, школ, промышленных предприятий, обрыв ЛЭП и линий связи, М > 30 см.

Дорожные службы Москвы рассчитаны на уборку снега 10-15 см в сутки без ЧС. Но при ветре и при М = 5 см были заторы на 3-4 ч (30 октября 1996 г.). При Т = -50°С слышен "шепот звезд" (как говорят якуты). Это явление вызывается шелестом кристаллов льда, вымерзающих из воздуха. Для Москвы Т = -35°С - особо опасное явление. При -50°С отменяют полеты, а при Т = -40°С останавливается движение общественного транспорта.

Сильная метель

Сильная метель. Сильная метель (ГОСТ Р 22.0.03-95) - это перенос снега над поверхностью земли сильным ветром, возможно, с выпадением снега, приводящий к ухудшению видимости и заносу транспортных магистралей. Слабые и обычные метели длятся до нескольких суток, более сильные - до нескольких часов. Метель, вьюга, буран, пурга - все эти понятия относятся к одному и тому же явлению природы. Слово "буран" тюркского происхождения. Так обычно называют метель жители заволжских степей и азиатской части России. В северных районах чаще используется термин "пурга". И буран, и пурга - это особо сильные метели. У метели коварный нрав - она начинается внезапно и очень быстро набирает силу.
Метели относятся к слабым и обычным, если скорость ветра не превышает 20 м/с, при скорости ветра 20-30 м/с их относят к сильным, при большей скорости - к очень сильным и сверхсильным (это уже штормы и ураганы).
При сильной метели рыхлый снег поднимается и переносится ветром при скорости 6-8 м/с и более. При низкой скорости ветра над поверхностью снега появляются тонкие, почти прозрачные, непрерывно меняющиеся снежные струйки. Они струятся над самой поверхностью снежного покрова до высоты 20-30 см. Это поземка - самая слабая метель. При скорости ветра 15-20 м/с снег поднимается до высоты в несколько метров - начинается низовая метель. При сильных низовых метелях, когда скорость ветра превышает 20 м/с, снежные массы поднимаются в воздух до высоты в несколько десятков метров - это верховая метель. Характерно, что низовые метели происходят и в отсутствие снегопада. Снежные вихри, заполняющие воздушное пространство, - это снег, поднятый с земной поверхности силой ветра. Низовые метели различаются по степени насыщенности снегом ветрового потока. Ветер может поднять в воздух и удерживать во взвешенном состоянии не более вполне определенного количества снега. Чем больше скорость ветра, тем больше это количество снега и тем выше транспортирующая способность ветрового потока. Если ветровой поток переносит количество снега, соответствующее максимуму его транспортирующей способности, - метель насыщенная, если меньше - метель ненасыщенная. Сильные низовые метели могут наблюдаться лишь в тех районах, где возникают сильные ветры. Однако этого недостаточно. Весьма важно также, чтобы поверхностный слой снежного покрова был относительно сухим и не слишком уплотненным. Кроме того, нужна достаточно большая, ровная снежная поверхность, свободная от лесов, холмов, гор, чтобы у метели имелось пространство для разгона. Все эти условия присутствуют в степных и лесостепных районах Поволжья, в некоторых районах Сибири, на севере Казахстана. Во всех этих областях относительно сухой континентальный климат, с холодными зимами и редкими зимними оттепелями. Особенно сильные низовые метели свирепствуют (притом почти круглый год) в Антарктиде, где скорость метельных ветров достигает 60-90 м/с.
Сильные низовые метели доставляют много неприятностей. Они оста­вляют после себя перегороженные высокими сугробами улицы, занесенные снегом дороги, поваленные столбы, разрушенные постройки. Метельные ветры могут снести снежный покров с полей, тем самым, обрекая их на иссушение. Они могут настолько замедлить весеннее таяние снегов, что посевы озимых вымокнут и погибнут. Помимо низовых метелей, выделяют общие метели - когда одновре­менно наблюдаются и сильный ветер, и сильный снегопад. В этом случае в приземных слоях воздуха перемешиваются снег, падающий сверху, и снег поднятый ветром с поверхности земли. Общие метели возникают при прохождении атмосферных фронтов, они являются следствием активной деятельности циклонов. Общие метели отличаются от низовых, прежде всего более мощными снежными заносами. Эти заносы связаны в основном не с переносом снега ветром из других мест, а с обильными снегопадами. Главным условием для таких снегопадов является достаточно высокая влажность воздуха. Поэтому сильные общие метели характерны для приморских районов. Они часто происходят на побережьях США, Канады, Гренландии. В пределах России они случаются на Дальнем Востоке, Сахалине, Камчатке. Огромные массы выпадающего при таких метелях тяжелого мокрого снега создают заносы и завалы, представляющие особую опасность для транспорта, систем связи и различных построек. В Арктике у Норильска пурга является настоящим бедствием. Сильные ветры со скоростью до 32 м/с дуют в течение 3-15 суток без перерыва, а температура при этом обычно опускается до -20°С. Полно­стью заносятся одноэтажные здания. Особый тип метелей отмечается в горных областях. В горах низовым метелям негде разогнаться. Снежные заносы здесь обусловлены главным обра­зом снегопадами. Иными словами, горные метели - это снегопады при сильном ветре. Такие метели тоже называют верховыми метелями. При вер­ховых метелях снежные заносы, как правило, более мошны и опасны, чем при низовых. Опасность усугубляется еще и тем, что в горах большие снежные заносы могут давать начало снежным лавинам.
На Европейской части России среднее число дней с метелями - 30-40, средняя продолжительность метелей 6-9 ч. Опасные метели составляют около 25%, особо опасные - до 10% общего количества. На территории всей страны бывает в среднем 5-6 сильнейших буранов, способных парализовать железные и автодороги, привести к обрыву линий связи и электропередачи и т.п. Метели и создаваемые ими заносы возможны (раз в несколько десятков лет) в субтропиках Азии, Северной Африки, США, но особенно распространены в областях устойчивого снежного покрова. Здесь объем снегопереноса за зиму через 1 м фронта метели измеряется десятками и даже тысячами кубометров; толщина заносов на дорогах Скандинавии, Канады, севера США превышает 5 м.

К ЧС по метелям относятся (согласно инструкции МЧС):
ЧС-1 - случаи общей метели при V = 20 м/с в течение суток;
ЧС-2 - V = 35 и более.