Лекция 3. Природные и техногенные катастрофические процессы (явления)

Лекция 3. Природные и техногенные катастрофические процессы (явления) и человечество 3. 1. Классификация природнотехногенных аварий и катастроф

В основе их классификации лежит анализ последствий и периодичности природно-техногенных аварий и катастроф. По этим критериям (по масштабам и периодичности проявления) можно выделить их следующие классы: планетарные, глобальные, национальные, региональные, местные, объектовые. Планетарные катастрофы с возможностью гибели жизни на Земле связывают с такими катастрофическими природными явлениями, как столкновение Земли с крупными астероидами, имеющими скорость движения до 80 км/сек, а также с полномасштабными военными действиями с применением современного ядерного, термоядерного и химического оружия массового поражения.

Глобальные катастрофы могут затрагивать территории нескольких сопредельных стран; периодичность таких катастроф оценивается в 30 – 40 лет и более, число пострадавших в них достигает более 100 тыс. человек, а экономический ущерб может превышать 100 млрд. долларов. Такие последствия связываются с крупномасштабными техногенными катастрофами на ядерных реакторах гражданского и военного назначения, на предприятиях ядерного цикла, на ядерных боеголовках, на мощных ракетах – носителях, на атомных подводных лодках и надводных судах, на складах с химическим оружием и на крупных химических предприятиях с большими запасами сильнодействующих ядовитых отравляющих веществ. К природным катастрофам с глобальными последствиями можно отнести крупнейшие землетрясения, извержения вулканов, цунами, ураганы.

Национальные катастрофы затрагивают территории отдельных стран; их периодичность составляет 15 -20 лет; при этом число жертв и пострадавших не менее 10 тыс. человек, а экономические ущербы достигают 10 млрд. долларов и более. Такие катастрофы могут возникать на указанных выше объектах, а также при транспортировках больших масс людей и опасных грузов, на пересечениях магистральных трубопроводных систем с транспортными линиями электропередач, при пожарах на крупнейших промышленных и гражданских комплексах, при падениях самолетов на опасные объекты, при разрушении крупных плотин и дамб. К опасным природным процессам с последствиями национального масштаба относятся землетрясения, ураганы, наводнения, лесные пожары, селевые потоки и др.

Природные и техногенные катастрофы регионального масштаба захватывают территории целых республик, краев и областей; их периодичность составляет 10 -15 лет. Число жертв и пострадавших в них может превышать 1000 человек, а экономический ущерб – 1, 0 млрд. долларов. Такого рода катастрофы вызываются теми же причинами и приводят к тем же последствиям, что и национальные катастрофы. Дополнительно к ним можно отнести взрывы и пожары на объектах с опасными веществами, при крушениях поездов, судов и самолетов, при взрывах на металлургических комплексах, элеваторах, шахтах. Дополнительными опасными природными процессами являются обвалы, ливни, оползни, снежные лавины.

Локальные (местные) аварии и катастрофы создают ущербы для городов и районов. Частота их возникновения существенно выше – менее одного года; пострадавшими в них оказываются сотни людей, а экономический ущерб достигает 100 млн. долларов. К основным причинам и источникам локальных аварий и катастроф, помимо тех, которые приведены в предыдущем классе, можно добавить обрушения и пожары на промышленных и гражданских сооружениях, локальные выбросы радиоактивных и отравляющих веществ. Объектовые аварии и катастрофы ограничиваются территориями санитарно-защитных зон объекта; частота таких аварий и катастроф ограничивается временем до одного месяца; число жертв и пострадавших находится на уровне десятков, а экономический ущерб – на уровне миллиона долларов. Наиболее частыми здесь являются пожары, взрывы, столкновения и крушения транспортных средств, обрушения, провалы.

3. 2. Природные катастрофы как источник глубочайших социальных потрясений Геодинамические процессы внутри Земли, на ее поверхности и в прилегающих слоях атмосферы вызывают развитие таких опасных природных явлений как землетрясения, извержения вулканов, цунами, оползни, сели, наводнения, циклоны, ураганы и др.

Сильнейшее за всю историю Японии землетрясение магнитудой 8, 9 произошло 11 марта 2011 года у побережья префектуры Мияги в 373 километрах северо -восточнее Токио. Очаг залегал на глубине 24 километров. Вскоре в том же районе произошло еще несколько мощных подземных толчков магнитудой свыше 6, 0, эпицентр одного из них находился всего в 67 километрах от Токио. Магнитуда самого сильного повторного толчка составила 7, 1. Число жертв превысило 19 тысяч человек.

На настоящее время самым сильным известным человечеству землетрясением за последние 100 лет, о котором существуют официальные задокументированные данные, является землетрясение на Гаити, произошедшее 12 января 2010 года около 17 часов по местному времени. После основного толчка магнитудой 7 по шкале Рихтера, который длился порядка 40 секунд, было зарегистрировано еще около 30, половина из которых была силой не менее 5. Чудовищное по силе и интенсивности землетрясение унесло жизни, по разным оценкам, почти 232 тысяч человек, несколько миллионов человек осталось без крова, была практически полностью разрушена столица Гаити Порт-о-Пренс.

На втором месте — землетрясение, случившееся 28 июля в далеком 1976 году в китайском городе Таншане. Землетрясение силой 8, 2 балла, унесшее жизни 222 тысяч человек, и это, по всей видимости «сильно» приблизительные данные. По подсчетам некоторых международных организаций, жертв таншаньского землетрясения было гораздо больше, вплоть до 800 тысяч человек, при этом сила толчков была несколько ниже — 7, 8 баллов. Точных цифр, естественно, нет — согласно архивным сводкам, предполагается, что китайское правительство умышленно в несколько раз занизило масштаб катастрофы.

В 2004 году 26 декабря произошло еще одно не менее разрушительное землетрясение, которое было признано самым смертоносным стихийным бедствием в современной истории. Обрушившись на многие страны Азии, оно нанесло удар по побережью Индийского океана, от Индонезии до восточной Африки. Землетрясение слой 9, 2 балла по шкале Рихтера вызвало огромное цунами и унесло жизни около 230 тысяч человек.

Как показывает неутешительная статистика, чаще всего землетрясениям подвержены страны Восточной и Юго-Восточной Азии. В китайской провинции Сычуань 12 мая 2008 года мощное землетрясение силой 7, 8 баллов унесло жизни 69 тысяч человек, 18 тысяч считаются пропавшими без вести и около 370 тысяч получили травмы.

26 декабря 2003 года землетрясение силой 6, 3, обрушившееся на город Бам в Иране, унесло жизни 35 тысяч человек, это десятая строчка рейтинга. Там же, в Иране, 22 февраля 2005 года вблизи города Заранд, землетрясение силой в 6, 4 балла унесло жизни 600 человек.

Стихия также не обошла стороной и Россию — так, 27 марта 1995 года землетрясение силой в 9 баллов обрушилось на Сахалин и унесло жизни двух тысяч человек.

В ночь с 5 на 6 октября 1948 года в Туркменистане произошло мощное землетрясение. В эпицентре сила составляла 9– 10 баллов. Основной урон принесли два мощных толчка, последовавших с интервалом в 5– 8 секунд. Сила первого была около 8 баллов, второй же стал еще мощнее — 9 баллов. Ближе к утру состоялся и третий мощный толчок в 7– 8 баллов. Толчки с затухающей амплитудой повторялись еще 4 дня. Стихия разрушила 90– 98% всех зданий в Ашхабаде. По разным оценкам от 50 до 66% населения города погибло, а ведь это до 100 тысяч человек. Очевидцы называют цифру и в 150 тысяч.

Вулкан Лаки после извержения в 1785 году

Неовулканические зоны Исландии

Volcanoes of Iceland the Arctic Ocean. Mapс

Вулканы Исландии Извержение Эйяфьядлайёкюдль 17 апреля 2010 года

Вулканы Исландии (продолжение)

До 20 марта 2010 года Эйяфьядлайёкюдль[1] (исл. Eyjafjallajökull)

Схематический разрез вулканов Eyjafjallajokull и Katla

Начальная стадия извержения 14 апреля 2010 г.

Выброс пепла и сползание ледника © REUTERS/Icelandic Coast

Микрофотография вулканического пепла

Начальная стадия извержения 18 апреля 2010 г.

Спасибо за внимание!

Сход снежной лавины

Селения на склонах долины Долина реки Геналдон со следами прохождения селя 2002 г. на склонах

Селевые катастрофы в бассейне реки Герхожансу в августе 1977 г. и июле 2000 г. Ледники Каярты в верховьях реки и область формирования селевого очага Селепропускной лоток, разрушенный селем 1977 г. Район города Тырныауз, разрушенный селем в июле 2000 г.

3. 3. Основные тенденции в развитии природных катастроф В 1998 году в Научном центре по эпидемиологическим катастрофам (CRED), расположенном в Брюсселе, началась работа по составлению базы данных и изучению природных катастроф в различных частях мира. В банк данных включались только крупные катастрофы, в которых погибло не менее 10 или пострадало не менее 100 человек. Собранная Бельгийским центром информация позволила проанализировать развитие природных катастроф в мире за 35 лет (с 1965 по 1999 года). Всего было рассмотрено 6 тысяч 385 случаев, связанных только с 7 наиболее распространенными природными опасностями: землетрясениями, наводнениями, тайфунами и штормами, засухами, извержениями вулканов, экстремальными температурами (заморозки, гололед, суховеи), оползнями. Анализ данных позволяет говорить об определенных тенденциях в развитии природных опасностей в мире.

1. Рост количества природных катастроф. За исследуемый период времени все опасные события были сгруппированы по 5 - летним интервалам и для каждого интервала найдено среднее количество катастроф в год. В 1990 -1994 годах среднее ежегодное количество катастроф (242) возросло по отношению к 1965 -1969 годам (82) почти в 3 раза. В последние годы (1995 -1999 гг. ) количество крупных природных катастроф сохранялось на высоком уровне (230), хотя и несколько меньшем, чем в предыдущем пятилетии. Среди крупнейших катастроф наиболее распространены в мире тропические штормы (34%), наводнения (32%), землетрясения (13%) и засухи - 9% от общего числа катастроф. На остальные виды катастроф приходится 12%. *

Для России, так же как и для мира в целом характерен рост природных катастроф, который особенно ускорился в последние годы. Так, по данным МЧС России, с 1990 по 1999 года зарегистрировано 2 тысячи 877 событий чрезвычайного характера, связанных с природными опасными процессами. Среднее ежегодное число катастроф в 90 -е годы достигло 288, в то время как в предыдущем десятилетии (т. е. в 80 -е годы) оно составляло 110 -130, т. е. произошел рост более чем в 2 раза. Наиболее быстрое увеличение природных катастроф отмечалось в 1997 -1998 гг. , что связано с экстремальным подъемом среднегодовой температуры воздуха в эти годы. Вслед за этим в 1999 году последовал значительный спад общего числа катастроф.

2. Увеличение социальных и материальных потерь. По данным Всемирной конференции по природным катастрофам (Иокогама, 1994 г. ), количество погибших возрастало ежегодно в среднем за период с 1962 по 1992 гг. на 4, 3, пострадавших – на 8, 6%, а величина материальных потерь – 6%. Количество погибших на Земле за 35 лет (1966 – 1999 гг. ) от семи видов катастрофических явлений составило 3 миллиона 800 тысяч человек. Если проследить за динамикой изменения этого показателя в 5 -летних временных интервалах, то окажется, что число жертв по годам изменяется неравномерно: от 25 до 359 тысяч человек в год. Максимум пришелся на 1970 -1974 гг. , когда засухи в Африке послужили причиной гибели более 1, 5 млн. человек. Еще одна вспышка смертности, связанная с засухой в ряде стран Азии, отмечалась в 1980 -1984 гг. В конце 1980 -х и первой половине 1990 -х годов число жертв природных катастроф оставалось на уровне 5258 тыс. человек в год), а в конце 90 -годов (1995 -1999 гг. ) снизилось до 33 тыс. человек в год.

Наиболее опасны для жизни людей засухи: (49% погибших от природных катастроф), на втором месте – тайфуны и штормы, от которых погибло – 26% людей. Землетрясения занимают 3 -е место по количеству смертных случаев (17%). *

Общее количество людей, пострадавших от семи видов природных катастроф за последние 35 лет, составляет 4, 4 млрд. человек, т. е. почти 75% населения Земли. Закономерный рост количества пострадавших в течение всего исследуемого интервала времени (1965 -1999 гг. ) свидетельствует о снижении защищенности людей от природных катастроф. Количество пострадавших за это время возросло от 33 млн. (среднее значение в год за 5 -ти летний период 1965 -1969 гг. ) до 208 млн. человек в год (1995 -1999 гг. ), т. е. в 6, 3 раза. Особенно быстро росло количество пострадавших от наводнений. Если в 19651969 гг. их было 22% от общего количества пострадавших, то в 1995 -1999 гг. – 81%. Несколько меньшими темпами, но закономерно возрастало количество пострадавших от тайфунов и штормов. *

Стремительными темпами растут и экономические потери от природных катастроф. В целом за 35 лет экономические потери от природных катастроф в мире увеличились в 74 раза. В 1960 -х годах они составляли чуть более 1, в 1970 -х – 4, 7, а в 1980 -х – 16, 6 млрд. долларов в год. Суммарная величина экономических потерь за все 35 лет составляет 895 млрд. , в том числе за последнее десятилетие – 676 млрд. долларов. Эти цифры относятся только к семи природным процессам. При учете всех остальных опасностей величина ущербов существенно увеличится.

Среди катастроф, рассматриваемых в данном анализе, наибольшие экономические ущербы принесли тайфуны и штормы, наводнения и землетрясения. Если в 1960 -е годы ущерб от тайфунов и штормов составлял 0, 9, от наводнений – 0, 1, от землетрясений – 0, 04 млрд. долларов в год, то в 1995 -1999 гг. средний годовой ущерб в мире от этих явлений составил соответственно 15, 6; 21, 6 и 34, 0 млрд. долларов в год. В целом на эти три вида опасностей в 1965 -1999 гг. приходилось от 91 до 95% всех материальных потерь в мире.

В России, по имеющимся далеко не полным данным, за 35 лет (1965 -1999 гг. ) от различных опасных природных процессов погибло более 4, 5 тысяч и пострадало около 540 тысяч человек. Наибольшую потенциальную опасность для жизни россиян представляли землетрясения, приведшие тоько в результате двух катастрофических событий на Шикотане (1994 г. ) и в Нефтегорске (1995 г. ) к гибели около 2 тысяч человек. Значительные потери населения наблюдались при наводнениях, развитии оползней, обвалов, лавин, селей, ураганов и смерчей. Что касается экономического ущерба для России ранжирование опасных природных процессов выглядит несколько иначе: плоскостная и овражная эрозия – около 24%, подтопление территорий – 14%, наводнения и переработка берегов - по 13%, оползни и обвалы – 11%, землетрясения – 8%.

3. Зависимость защищенности людей от социально-экономического развития стран. Защищенность населения различных стран от природных катастрофических явлений тесно связана с уровнем социально-экономического развития этих стран. Все страны по их валовому национальному продукту можно подразделить на три группы: страны с низким доходом (валовый годовой национальный продукт, приходящийся на одного человека менее 635 долларов в год), средним доходом (от 635 до 7910 долларов) и высоким доходом (более 7910 долларов в год на человека). По данным на 1992 год в странах с низким, средним и высоким доходами проживало соответственно 3. 127; 1. 401 и 817 миллионов человек.

Анализ уязвимости населения трех групп стран с разным уровнем социально-экономического развития показывает, что наибольший социальный риск (гибель и увечье людей) характерен для стран с наиболее низким уровнем развития. На страны первой группы (с низким доходом), население которых составляет 58% от всего населения Земли, приходится 88% погибших и 92% всех пострадавших людей от природных катастроф в мире за период 1965 -1999 гг. Общее количество погибших и пострадавших в странах с низким доходом в 5, 8 раз больше, чем в странах со средним доходом и в 45, 2 раза больше, чем в странах с высоким доходом.

Что же касается экономических потерь, то ситуация здесь несколько иная. Так, в частности абсолютные значения экономических потерь значительно больше в развитых странах, что объясняется сверхвысокой концентрацией богатств в этих странах. Но если взять отношение прямых потерь к объему валового национального продукта, то окажется, что наибольшие относительные потери наблюдаются у стран с низким доходом. У стран со средним доходом это отношение в 2, а у стран с высоким доходом – в 5, 5 раза ниже, чем у стран с низким доходом. Таким образом, экономический ущерб от природных катастроф, так же как и социальный ущерб, наиболее тяжелым бременем ложится на экономику бедных развивающихся стран.

3. 4. Глобальные процессы, лежащие в основе природных катастроф Одной из главных причин роста количества природных и особенно техноприродных опасных явлений, увеличения жертв и материальных потерь от их развития является неудержимый рост человеческой популяции на Земле

Ускоренный рост чрезвычайных ситуаций, связанных с природными явлениями, определяется не только бесконтрольным увеличением человеческой популяции на земле, но и ростом техногенных воздействий на окружающую природную среду. Это обстоятельство нашло отражение в основных документах всемирной конференции в Рио-де-Жанейро (1992 г. ), в которых отмечалась тесная связь развития природных катастроф с воздействием на окружающую среду.

Техногенное воздействие человека на литосферу приводит к крупномасштабным изменениям в природной среде, и что очень важно, активизирует развитие в ней ряда опасных процессов, служит причиной появления новых (техноприродных) процессов и явлений, среди которых наибольшую опасность представляют: 1) наведенная сейсмичность; 2) опускание территорий; 3) подтопление; 4) карство-суффозионные провалы; 5) техногенные геофизические поля.

Суть наведенной сейсмичности заключается в том, что антропогенные воздействия могут приводить к образованию дополнительных напряжений внутри Земли и тем самым способствовать увеличению частоты землетрясений, т. е. могут являться так называемым «спусковым крючком» подготовленного природой сейсмического толчка.

На урбанизированных территориях техногенные воздействия часто приводят к опусканию территорий в результате дополнительной статической и динамической нагрузки от зданий, сооружений и транспортных систем города. Но особенно резко процессы опускания земной поверхности активизируются при извлечении подземных вод, нефти и газа.

Одним из наиболее распространенных опасных техноприродных процессов является подтопление территорий, заключающееся в подъеме верхнего водоносного горизонта к поверхности земли. Подъем уровня грунтовых вод приводит к: 1 – затоплению подвальных и технических помещений; 2 – заболачиванию территорий; 3 – снижению устойчивости грунтов и в конечном счете, к преждевременным деформациям сооружений и подземных коммуникаций, ухудшению в целом экологической обстановки. Подтопление нередко вызывает загрязнение грунтовых вод, усиливает коррозионные процессы в подземных конструкциях, вызывает деградацию почв и угнетение растительных комплексов. На территориях, где подземные воды загрязнены нефтью и нефтепродуктами, возникают условия для подъема жидких и газообразных углеводородов к поверхности земли, что создает взрыво- и пожароопасную обстановку.

На территориях, в геологическом строении которых принимают участие мощные толщи растворимых пород (соли, гипс, известняк, мел), часто образуются карстовые пустоты. Если пустоты расположены на небольшой глубине от поверхности (не более 100 м), то кровля перекрывающих их пород может потерять устойчивость и обрушиться. В результате на поверхности земли образуется специфическая карстовая воронка. Карстово-суффозионнные процессы, приводящие к образованию воронок, могут активизироваться в результате интенсивной откачки подземных вод и изменения в этой связи установившегося гидродинамического режима. В некоторых районах эти процессы настолько активны, что становятся опасными не только для зданий и сооружений, но и для людей.

Интенсивная хозяйственная деятельность людей вызывает образование на урбанизированных территориях техногенных физических полей – вибрационных, блуждающих электрических токов, температурных. Вибрационные поля обусловлены прежде всего движением транспорта. Вибрационное поле оказывает динамическое воздействие на грунты, вызывает снижение их несущей способности, влияет на техническое состояние зданий и сооружений, отрицательно сказывается на здоровье людей. Электрическое поле блуждающих токов формируется в основном за счет утечек с электрифицированного рельсового транспорта, заземленных промышленных установок, станций катодной защиты. Оно увеличивает коррозионную активность грунтов по отношению к находящимся в них подземным коммуникациям. Так, например, разрушение стальных трубопроводов в этом случае ускоряется в 5 -10 раз. Установлено, что около 30% повреждений в трубах на территории Москвы приходится на долю электрокоррозии от блуждающих токов. Примерно 24% площади города отнесено к территориям с высокой степенью коррозионной опасности. На этих территориях электрические поля блуждающих токов в сотни раз превышают естественный фон.

Тепловой режим (температурные физические поля) техногенно нагруженных территорий изменяется под влиянием ряда факторов: 1 – нарушение естественного режима поглощения солнечного тепла из-за сильной задымленности атмосферы; 2 – экранирование значительной части площади различными объектами; 3 – использование подземных вод в качестве охладителей систем кондиционирования воздуха; 4 – тепловыделение отдельных промышленных объектов; 5 – утечки нагретых вод из подземных коммуникаций. В результате влияния всех этих факторов в геологической среде промышленных и урбанизированных территорий создаются зоны тепловых аномалий, где температуры превышают фон на 100 С и более. Изменение теплового режима территорий отражается на состояние биоты и подземных вод по отношению к подземным сооружениям и коммуникациям, в ряде случаев создает непредвиденные трудности при строительных работах.

Среди глобальных процессов, лежащих в основе роста природных катастроф, важное место принадлежит глобальному изменению климата. Потепление климата может вызвать ряд катастрофических процессов глобального характера. Одна из наиболее серьезных опасностей, которая может проявиться – повышение уровня мирового океана в связи с таянием ледовых покровов в Гренландии и высокогорных ледников. Максимальная величина подъема уровня океана к 2030 г. ожидается около 60 см, а минимальная – 5 см. Даже если опираться на умеренный прогноз, то и в этом случае подъем уровня океана может привести в ряде стран к затоплению и подтоплению низменных прибрежных территорий, увеличению частоты развития наводнений, увеличению площади затопляемой территории, активизации развития береговой эрозии, разрушению сооружений береговой защиты, усилению волновых нагонов и т. д.

Другой, исключительно важный процесс, который будет сопровождать потепление климата – повышение температуры многолетнемерзлых пород и деградации криолитозоны, т. е. зоны вечной мерзлоты. Этот процесс имеет важные последствия именно для нашей страны, поскольку 64% территории ее относится к криолитозоне. Повышение температуры пород криолитозоны и ее деградация приведет к интенсификации таких опасных процессов как термокарст и опускание территории в результате вытаивания льдов, развитию оползней и др. Протаивание мерзлых пород и опускание поверхности сильно льдистых территорий в сочетании с подъемом уровня мирового океана будет способствовать трансгрессии вод Северного ледовитого океана и отступлению береговой линии арктических морей вглубь континента.

3. 5. Новая стратегия борьбы с природными катастрофами Начало новой стратегии связано с Всемирной конференцией по природным катастрофам, состоявшейся в мае 1994 года в Иокогаме (Япония). Она приняла Декларацию, в которой сказано, что борьба за уменьшение ущербов от природных катастроф должна быть важным элементом государственной стратегии всех стран, стремящихся к устойчивому развитию. Конференция обратилась ко всем странам с предложением перейти на новую стратегию борьбы с природными катастрофами, основанную на прогнозировании и предупреждении. Как показывает международный опыт, затраты на прогнозирование и обеспечение готовности к природным событиям чрезвычайного характера примерно в 15 раз меньше по сравнению с затратами, связанными с ликвидацией последствий катастроф.

При разработке теории прогнозирования необходимо учитывать существование двух основных предпосылок развития опасных природных явлений: естественной (эволюционной) и антропогенной. В основе естественной предпосылки лежат естественные процессы развития Земли, которые сопровождаются выделением и поглощением энергии, изменением напряженно-деформированного состояния земной коры и т. д. Все эти процессы лежат в основе глобальной геодинамики Земли, в основе развития эндогенных, экзогенных, гидрологических и атмосферных явлений. Наряду с этим, в последние десятилетия существенно возросла антропогенная нагрузка на окружающую среду, что неизбежно приводит к активизации опасных природных и развитию техноприродных процессов. И эта тенденция будет усиливаться в текущем столетии. Следовательно, ее необходимо учитывать в качестве неотъемлемой компоненты всех прогнозных построений. Поэтому нужна принципиально новая теория прогнозирования, базирующаяся на учете влияния антропогенных факторов на естественное развитие природных процессов. Игнорирование этого обстоятельства и проведение прогнозирования, основанного только на естественном или антропогенном трендах может привести к серьезным ошибкам.