Глава 23 катастрофические процессы и рельефообразование

В истории Земли было много событий, считающихся катастро­фическими: падение метеоритов, землетрясения, вулканические извержения, цунами, обвалы и оползни, наводнения, селевые по­токи и др. Резкие смены отмечались в развитии растительности и животного мира (см. гл. 22). Имеющиеся сведения о быстро про­текающих природных процессах воспринимались да и восприни­маются, как нетипичные или даже аномальные явления в общей картине развития Земли. Сложилось мнение, что катастрофические явления могут быть лишь в населенных областях, причем только при определенных величинах причиненного ими ущерба. На са­мом деле быстрые и существенные изменения всего природного комплекса той или иной территории или отдельных его частей также являются катастрофами, если даже они не принесли мате­риального ущерба и обошлись без человеческих жертв.

Катастрофические процессы происходили на Земле задолго до появления человека, происходят и сейчас. Вмешательство человека в напряженное состояние природы лишь усугубило эту проблему.

В отечественной и зарубежной литературе встречаются разно­образные термины, обозначающие природные катастрофические явления, например "стихийные бедствия", "природные катастро­фы", "опасные процессы" и др.

Наиболее сложным в использовании и запутанным оказался смысл понятия "катастрофа". Катастрофой в широком понимании называют внезапные стихийные бедствия или события, влекущие за собой тяжелые последствия. Стихийные бедствия связаны с экстремальными событиями, которые превосходят обычную спо­собность социальной системы отражать, поглощать или смягчать их. В геоморфологии катастрофа — это скачкообразное изменение гео­морфологических систем. Таким образом, термины "катастрофа" и "стихийное бедствие" принадлежат к разным смысловым категориям.

История изучения природных катастроф берет начало в VIII— X вв., когда в летописях стали отмечать необычные природные явления. Как научная концепция эта проблема сформировалась в XVIII-XIX вв.

Э. Кант в 1754 г. высказал важную для понимания развития рельефа мысль о том, что малозаметные явления и процессы, накапливаясь во времени и увеличивая, как мы сейчас говорим, напряженность процессов, приводят к грандиозным переворотам и изменениям в рельефе.

Математический анализ закономерностей проявления редких и неожиданных событий привел к появлению в первой половине XX в. "теории катастроф". Ее основные положения были рас­смотрены В.И. Арнольдом (1990), в книге которого, помимо мате­матического обоснования, находится обзор обширной литературы по этой проблеме.

В этой теории катастрофами названы скачкообразные измене­ния, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное из­менение внешних условий. Следовательно, в применении к процессам рельефообразования катастрофа — скачкообразное изменение гео­морфологической системы. Причинами скачкообразных изменений могут служить плавные изменения внешних условий.

В конце XX в. в теории динамической геоморфологии получила развитие концепция критических состояний или пороговых значе­ний. Выяснилось, что переходы через пороговые значения услож­няют и изменяют структуру геоморфологических систем. Такие переходы часто приобретают катастрофический характер. Однако, наряду с катастрофическими, существуют процессы, не преобра­зующие всю геоморфологическую систему, хотя и выражающиеся в экстремальной форме. Их относят к опасным геоморфологиче­ским процессам. Так же, как и катастрофические, опасные про­цессы учитывают при выделении зон риска.

Важной особенностью развития подобных процессов является непременная стадия их подготовки. Она может быть как очень короткой, так и весьма продолжительной. Это зависит от устой­чивости рельефа конкретной территории и от напряженности процессов рельефообразования. Последняя связана с объемом пе­реносимого обломочного материала, "набором" процессов, их повторяемости. Природные катастрофы обычно вызывают цепочку последовательно или лавинно развивающихся других процессов. Некоторые из них являются мгновенными, другие же обладают отдаленным эффектом.

Среди наиболее опасных и быстро развивающихся процессов выделяют сейсмические и вулканические. Примеры их воздействия на рельеф приведены в гл. 6 и 7. В дополнение к сказанному в этих главах приведем еще один пример.

В конце мая 1970 г. в Перуанских Андах произошло землетрясе­ние с магнитудой 7,7, в результате которого в рельефе произошли существенные изменения: с северного склона горы Уаскаран (6768 м) сорвался обвал объемом около 50 млн м\ состоящий из обломков скал, льда и глины. Этот поток прошел расстояние в 15 км до г. Юнгай со скоростью 320—450 км/ч. На своем пути он преодолел гребни гор высотой 140 м; глыбы весом в несколько тонн были отброшены на тысячи метров. Один из очевидцев пи­сал, что гребень приближающегося вала высотой не менее 80 м кончался чем-то вроде клуба пены, как у океанских волн.

Кроме сейсмических и вулканических явлений, к процессам практически мгновенного воздействия на рельеф относится кос­мическая "бомбардировка" Земли метеоритами. В динамической геоморфологии этот процесс отнесен к категории ударно-взрыв­ных процессов. За последние 500 млн лет на Землю упало более 5000 метеоритов, способных образовывать кратеры диаметром бо­лее 5 км. Сейчас на Земле насчитывают около 80 астроблем (пре­образованных последующими экзогенными процессами древних метеоритных кратеров). Один из первых кратеров, обнаруженных и детально описанных учеными, — Аризонский метеоритный кратер, образовавшийся около 50 тыс. л.н. при падении крупного железного метеорита. По размерам кратер относится к числу средних. Его чашеобразная впадина диаметром 1,2 км окаймлена валом высотой 45—50 м. Внешние склоны вала пологие, внутрен­ние — крутые. Глубина кратера 174 м (рис. 200).

Самой же древней является астроблема Вредефорд-Ринг, рас­положенная в Южной Африке. Возраст ее оценивается в 1,9 млрд лет. За это невообразимо долгое время она оказалась значительно преобразованной процессами метаморфизма и денудации. Судя по зоне деформации днища, астроблема обладала первичным диа­метром в 140 км, что предполагает поперечник создавшего ее кос­мического тела в 350—500 м. Столкновение его с Землей вызвало

дробление, переплавление и движение вещества Земли до глубины в несколько километров. Падение космических тел таких размеров безусловно влияло на морфологию и устойчивость земной поверх­ности радиусом 1000—1500 км, вызывая землетрясения, перестрой­ку речной сети, развитие вулканизма и др.

В России обнаружены две крупные астроблемы — Попигайская и Карская. Попигайская астроблема расположена на севере Сред­несибирского плоскогорья. Ее котловина, преобразованная эрозией и денудацией, имеет диаметр почти 75 км. Во многих местах кот­ловина заболочена, но кое-где на ее поверхности обнаруживаются полукольцевые гряды высотой до 100 м. Во внутренней части По-пигайской астроблемы наблюдается центральное поднятие диамет­ром 10—15 км с относительной высотой 400—800 м. Небезынте­ресно отметить, что в ней обнажаются породы кристаллического фундамента Среднесибирского плоскогорья. Следовательно, при своем падении метеорит пробил всю толщу осадочных пород мощностью 1200 м и разрушил часть подстилающих ее кристал­лических пород. Энергия такого взрыва превосходила все, что из­вестно о вулканических извержениях, примерно в 1000 раз.

Промежуточное положение в ряду опасных и катастрофических процессов занимают гигантские морские волны цунами (см. гл. 7).

На суше примерами быстрых и часто катастрофических грави­тационных процессов служат обвалы, оползни и снежные лавины (см. гл. 13).

В горных областях нередко наблюдаются быстрые подвижки льда — сё'рджи. Они известны в Гималаях, Альпах, на Скандинав­ском нагорье, на Аляске и в других горных регионах. Их также относят к катастрофическим процессам.

Значительные деформации рельефа происходят при паводках и наводнениях, чаще всего наблюдаемых там, где водный поток боль­шую часть года отсутствует, а затем, внезапно появившись, про­изводит огромную работу. Это явление характерно для семиарид-ных и аридных областей. Значительные деформации рельефа в горах связаны с селями (см. гл. 14, рис. 71). В гумидных областях роль паводков и наводнений несколько иная. Резкое потепление в мае 1993 г. привело к сильному наводнению в северной полови­не Восточно-Европейской равнины. Например, р. Сухона изме­нила направление стока и потекла вспять — в Кубенское озеро.

Флювиальные катастрофы на равнинах происходили и в прош­лом. Так, за 4000 лет отмечено более 1500 изменений положения устьевой части р. Хуанхэ. Общая ширина пояса миграции составила почти 450 км. В каждое из таких наводнений огромные площади заносились илом и песком, уничтожались посевы, луга, населенные пункты.

К катастрофическим изменениям в рельефе приводят ураганы, самумы, смерчи и торнадо.

В рельефе сохраняются следы разнообразных геоморфологиче­ских катастроф прошлого, начиная от следов крупных землетрясе­ний, гигантских цунами и кончая невероятными по силе потока­ми, возникавшими при быстром спуске воды из озер и небольших морей. К этому следует добавить недавно выявленные водно-камен-но-ледовые потоки, образующиеся при неустойчивом режиме раз­вития горных ледников. К результатам деятельности таких потоков относится недавняя (2002) Геналдонская катастрофа на Кавказе.

В результате ледового обвала со склонов г. Джимарай-хох в тыловую часть ледника Колка возник ледово-каменный поток, который прошел 19 км по долине р. Геналдон со скоростью до 180 км/ч. Движение потока происходило вдоль склона долины с набором, а не уменьшением высоты. После остановки этого по­тока у Скалистого хребта грязекаменный сель прошел еще 17 км. Площадь аккумулятивного ледового тела в районе Кармадон-ских ворот составила 2,1 км², длина 3,6 км, а толщина достигала 135—140 м, при средних значениях около 60 м. Объем ледового тела составил около 115 млн м³, а селевых отложений — 3—5 млн м³ (рис. 201, 202).

Наиболее важными направлениями в изучении опасных и ка­тастрофических процессов являются: 1) происхождение и условия их возникновения; 2) длительность и режим процессов; 3) опреде­ление развития цепочки следствий. Меры защиты или предупреж­дения катастрофических процессов могут вырабатываться только после получения этих данных и для каждого региона должны быть индивидуальными. Различия в средних и экстремальных скоростях действующих природных процессов рельефообразования суще­ственны (табл. 4).

Из сказанного следует, что катастрофические процессы игра­ют громадную роль в преобразовании лика Земли.

В последние годы все чаще стал употребляться термин "эколо­гическая катастрофа", под которым понимается не столько при­родный процесс, сколько величина ущерба, связанного с этим процессом. Следует отметить, что в негативных последствиях мно­гих так называемых экологических катастроф виновен сам чело­век, его неразумная хозяйственная деятельность, часто идущая вразрез с ходом природного процесса.

В начале 90-х годов XX в. в России были разработаны критерии оценки экологической обстановки для выявления чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия. В числе приложений, представляемых по этим критериям на экологиче­скую экспертизу, значатся геоморфологическая карта и карта опас­ных современных геоморфологических процессов. Напряженность экологической обстановки, связанная с рельефом, оценивается по величине ее пороговых значений: относительно удовлетворительная, напряженная, критическая, кризисная и катастрофическая (в зоне экологического бедствия). Таким образом, оценка процессов релье­фообразования официально введена в перечень изучаемых проблем экологии. Прогноз катастроф при рельефообразовании, как и природных катастроф вообще, возможен лишь при достаточно полной информации о современных и древних природных про­цессах и их воздействии на природную среду и хозяйственную деятельность человека.