3. Геологические опасные явления

3.1. Природные виды опасностей; физический аспект

Природная чрезвычайная ситуация (ЧС) – это обстановка на определённой территории или акватории, сложившаяся в результате возникновения источника природной ЧС, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей.

Источник природной ЧС (стихийное бедствие) – это опасное явление или процесс геофизического, геологического, гидрологического, атмосферного и другого природного происхождения.

По источникам природных ЧС классифицируются на:

– геологические опасные явления (землетрясение, оползни и др.)

– метеорологические и агрометеорологические опасные явления (ураганы, бури, смерчи, молнии, снежные заносы, гололед и др.)

– гидрологические опасные явления(цунами, наводнения и др.)

– космические опасные явления(падение астероидов, столкновение с кометами).

Таблица 3.1. Виды природных ЧС

Опасные природные явления – это природные явления с уровнями воздействий, оказывающими негативное влияние на жизнедеятельность людей и состояние объектов техносферы. Природное явление – это результат протекания природных процессов.

Опасные природные явления можно классифицировать по многим признакам: происхождению, виду, продолжительности и регулярности (по времени и месту) действия, механизму негативного влияния на территориальные комплексы населения и хозяйства и др.

Опасные природные явления геологического характера – это бедствия, вызванные состоянием литосферы планеты. К ним, прежде всего, относятся геофизические процессы – землетрясения и извержение вулканов. Бедствия геологического характера – это оползни и сели.

Опасные природные явления – это природные явления с уровнями воздействий, оказывающими негативное влияние на жизнедеятельность людей и состояние объектов техносферы. Природное явление – это результат протекания природных процессов.

Опасные природные явления можно классифицировать по многим признакам: происхождению, виду, продолжительности и регулярности (по времени и месту) действия, механизму негативного влияния на территориальные комплексы населения и хозяйства и др.

Геофизические опасные явления вызываются эндогенными геологическими процессами (магматизмом, тектоникой, метаморфизмом), вызванными энергией земных недр, т.е. их внутренней динамикой. К геофизическим опасным явлениям относятся землетрясения и извержения вулканов.

3.2. Землетрясения

Землетрясение – это подземные толчки, вызванные тектоническими процессами, происходящими внутри земли, это колебания земной поверхности, которые возникают в результате внезапных разрывов и смещений участков земной коры. Колебания от них в виде упругих – сейсмических волн передаются на огромные расстояния, а вблизи от очагов землетрясений они становятся причиной разрушения зданий и гибели людей. Землетрясения происходят в любой точке земного шара, в любое время года, определить, где и когда, и какой силы будет землетрясение фактически невозможно.

Землетрясение – это природное явление, обладающее разрушительной силой, это непредсказуемое стихийное бедствие, происходящее внезапно и неожиданно. Они не только разрушают наши дома и изменяют природный ландшафт, но и сносят с лица Земли города и уничтожают целые цивилизации, они приносят людям страх, горе и смерть.

Землетрясения происходят в любой точке земного шара, в любое время года, определить, где и когда, и какой силы будет землетрясение фактически невозможно

Землетрясения и связанные с ними явления изучает специальная наука – сейсмология.

Теория тектоники плит. Одним из крупных достижений современной науки, позволивших понять магматические процессы и землетрясения, является создание теории тектоники плит. Она стала основой для понимания целого ряда геофизических и геологических явлений – от магнитного поля планеты до дрейфа континентов.

На поверхности и внутри Земли происходит непрерывная трансформация огромных масс материи. Оказалось, что Земля полна движений, от медленных вековых смещений огромных масс суши и морского дна – так называемых брандисейсмических, и происходящих при землетрясениях, быстрых – сейсмических. Они воздействуют на земную кору, и вызывают непрерывные вертикальные и горизонтальные смещения отдельных ее участков и блоков. Эти внутренние процессы, связанные со столкновениями и расхождениями литосферных плит получило называние тектонических процессов (рис. 3.1). В результате столкновений земная кора сминается в складки, которые на поверхности планеты выглядят как горы. В зонах расхождения (разломах) образуются моря или озера.

Рис. 3.1. Тектонические процессы

Благодаря тектоническому процессу в недрах Земли непрерывно накапливаются механические напряжения. В момент превышения ими прочности горных пород происходят быстрые тектонические подвижки вещества, вызывающие на поверхности земли землетрясения. Они наиболее контрастны по границам тектонических плит. Происходящий здесь процесс накопления и сброса напряжений обуславливают их сейсмическую активность.

Отсюда стала ясна закономерность: землетрясения группируются в определенных зонах, т.н. сейсмических поясах, соответствующих границам крупных тектонических плит.

Точку, в которой начинается подвижка в земных недрах, принято называть фокусом или гипоцентром землетрясения. Её проекция на земную поверхность называется эпицентром, а кратчайшее расстояние между гипоцентром и дневной поверхностью принимается за глубину положения очага землетрясения. Она характеризуется максимальными разрушениями, причем многие предметы здесь смещаются вертикально (подпрыгивают) и трещины в домах располагаются вертикально. Область над очагом называется плейстосейстовой областью. Её размеры определяются глубиной положения очага и энергией землетрясения (рис. 3.1).

В глубинах Земли постоянно накапливаются упругие напряжения, и в тот момент, когда они достигают предела прочности горных пород, в последних возникает разрыв, потенциальная энергия переходит в кинетическую, напряжение снимается, а энергия в форме упругих волн распространяется во все стороны от разрыва (очага землетрясения), достигает поверхности Земли и там ощущается в форме подземного толчка или колебаний почвы.

Вблизи от места подвижки – очага землетрясения сейсмическое воздействие наиболее велико и земная поверхность деформируется. Если на ней расположены непрочные сооружения они могут быть повреждены или разрушены.

Чаще всего очаги землетрясений сосредоточены в земной коре на глубине 10–30 км. Как правило, главному подземному сейсмическому удару предшествуют локальные толчки – форшоки. Сейсмические толчки, возникающие после главного удара, называются афтершоками. Происходящие в течение значительного времени афтершоки способствуют разрядке напряжений в очаге и возникновению новых разрывов в толще горных пород, окружающих очаг.

Характеристики землетрясения. Энергия. Каждое землетрясение сопровождается освобождением упругой энергии за счет образования разрыва горных пород. И важно определить ее величину. Энергия землетрясения колеблется от 10³ до 10¹⁸ Дж.

Энергетический класс землетрясения. К = lgE (Е в джоулях). Изменяется от 0 до 18.

Магнитуда M = lg A/A*,

где А – смещение частиц почвы при данном землетрясении;

А* – смещение частиц почвы при эталонном землетрясении.

Магнитуда изменяется от 0 до 8,8.

Основное различие между сильным и слабым землетрясением заключается не в величине напряжения (она постоянна и равна примерно 10³ эрг/см³), а в объеме очага.

Интенсивность (I) землетрясения – внешний эффект его, т.е. проявление на поверхности Земли. Измеряется в баллах. В России (как и раньше в СССР) принята 12-балльная шкала интенсивности.

Развитие Интернет позволило оперативно сообщать о происходящих на планете землетрясениях. На специальных веб-сайтах благодаря машинной обработке очень быстро появляются сведения о каждом сильном землетрясении, где бы оно не произошло на планете. Подобные службы имеются в Европе, США, России и других странах.

Методы сейсмологии оказались востребованы после запрета испытаний ядерного оружия в воздухе и на земле. Подрывы ядерных зарядов начали проводить под землей, а поскольку от них сейсмические волны распространяются также так же как от землетрясений, поэтому по их записям можно точно определить место, время и мощность испытанного ядерного оружия. Основная проблема заключается в том, как отличить ядерные взрывы от землетрясений, происходящих на планете почти непрерывно. Тем более что для сокрытия мощности и особенностей ядерного заряда испытания проводятся там, где часто возникают обычные землетрясения.

Таким образом, любое землетрясение – это мгновенное высвобождение энергии за счет образования разрыва горных пород, возникающего в некотором объеме, называемом очагом землетрясения, границы которого не могут быть определены достаточно строго и зависят от структуры и напряженно-деформированного состояния горных пород в данном конкретном месте.

Деформация горных пород, происходящая скачкообразно, излучает упругие волны. Объем деформируемых пород играет важную роль, определяя силу сейсмического толчка и выделившуюся энергию.

Большие пространства земной коры или верхней мантии Земли, в которых происходят разрывы и возникают неупругие тектонические деформации, порождают сильные землетрясения: чем меньше объем очага, тем слабее сейсмические толчки.