ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Учебное пособие

52

вследствие падения на землю метеоритов и др. Основными критериями землетрясения являются:

глубина очага (до 3 км, иногда до 750 км); продолжительность колебаний грунта (20 25 с, максимум – 90 с); сейсмическая энергия и интенсивность землетрясения.

Сейсмическую энергию измеряют с помощью шкалы Рихтера, в которой за единицу измерения принимают магнитуду величину, соответствующую десятичному логарифму максимальной амплитуды колебаний маятника сейсмографа (в микронах) в 100 км от эпицентра землетрясения. Это фактическое смещение почвы в месте регистрации.

Интенсивность землетрясения определяют субъективно в ходе обследования пострадавших районов с помощью цифровой шкалы. Для оценки интенсивности землетрясения используют следующие шкалы:

шкала Меркалли (в России и странах СНГ применяется ее модификация– шкала Медведева – Шпонхойера – Карника (MSK 64) табл. 1.3);

шкала Японского метеорологического агентства; Европейская и Китайская шкала интенсивности.

53

Соотношение между сейсмической энергией и интенсивностью землетрясения показано в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Соотношение между шкалой Рихтера и MSK–64

Примечание. Магнитуду принято обозначать арабскими цифрами, а интенсивность римскими.

Зависимость между интенсивностью землетрясения J, глубиной очага h и магнитудой М описывается уравнением Н. В. Шебалина

J = 1,5M 3,5lgh + 3,0.

Особенностью поражающих факторов землетрясения является то, что основной ущерб наносится в результате воздействия не только первичных факторов (колебания грунта, образующиеся в нем трещины), но и вторичных, возникающих под действием первичных: разрушения, пожары, наводнения и др.

Вулканы геологические образования, возникающие над каналами и трещинами в земной коре, по которым извергаются на земную поверхность из глубинных магматических источников лавы, горячие газы и обломки горных пород (рис. 1.4). Вулканы разделяют на действующие (извергающиеся в настоящее время, постоянно или периодически), уснувшие (об извержениях которых нет сведений, но они сохранили свою форму и под ними происходят локальные землетрясения), потухшие (сильно разрушенные и размытые вулканы без каких-либо проявлений вулканической активности).

При извержении вулканов опасность представляют раскаленные лавовые потоки, палящие лавины, тучи пепла и газов, взрывная волна и разброс обломков, водяные и грязевые потоки, резкие колебания климата.

Лавовые потоки состоят из расплавленных горных пород с температурой 900–1000 °С. Скорость потоков составляет от нескольких сантиметров до нескольких километров в час. Из выброшенных в атмосферу обломков пород и газов на землю выпадают вулканические образования, которые покрывают значительные площади поверхности и могут достигать толщины слоя до не-

54

скольких метров, что приводит к уничтожению животных, растений, а также к гибели людей.

Рис. 1.4. Строение вулкана

Грязевые потоки имеют значительную плотность, обладают большой скоростью движения, создают ситуации, затрудняющие проведение аварий- но-спасательных работ и эвакуацию людей.

Сель (от араб. «сайль» бурный поток) грязевый или грязекаменный поток, внезапно формирующийся в руслах горных рек временный поток, характеризующийся резким подъемом уровня воды и высоким содержанием в ней твердого материала. Он возникает в результате интенсивных и продолжительных ливней, бурного таяния ледников или снежного покрова и обрушения в русло реки большого количества рыхлого обломочного материала. Имея большую массу и скорость передвижения до 15 км/ч, сели разрушают сооружения, дороги и все встречающееся на пути движения.

Оползни движение масс пород на склоне под воздействием собственного веса грунта и нагрузки (сейсмической, фильтрационной, вибрационной), происходящее в результате сдвига грунта (рис. 1.5). По классификации академика С. Ф. Саваренского, оползни бывают: асеквентные (когда сползающая масса представляет собой часть однородного грунтового массива); кон-

55

секвентные (когда верхний слой грунта сползает по наклонной поверхности нижележащего грунта); инсеквентные (когда поверхность оползня пересекает различные слои пород).

Оползни и селевые потоки различают исходя из их удельной мощности (кВт/м); вероятности (% 0,01; 0,001; 0,0001) и полосы действия (1 км; 3 км; 10 км).

Оползни классифицируют по объему смещения пород: малые до 10 тыс. м3; средние от 11 до 100 тыс. м3;

крупные от 101 до 1000 тыс. м3; очень крупные > 1000 тыс. м3.

Рис. 1.5. Строение оползня

Эрозия (от лат. erosio – разъедание) почвы – это разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов почвы в результате действия воды, ветра и снежного покрова.

Эрозия почвы существует в природе как естественный процесс, являясь частью эволюции биосферы, который происходит очень медленно, и поэтому разрушение и вынос почвы уравновешиваются процессами почвообразования.

В результате производственной и иной деятельности человека (вырубка лесов, неправильная обработка почв, неумеренный и неправильный их полив и др.) происходит ускорение процессов разрушения и сноса почвы. В этом случае потери почвы не компенсируются естественными процессами почвообразования, и почвы частично или полностью утрачивают свое плодородие. За всю историю существования человечества от эрозии почвы погибло от 4 до 4,5 млн. км2 плодородных земель.

56

Эрозию почв, являющуюся следствием производственной и иной деятельности человека, подразделяют на водную, ветровую и термоэрозию.

Водная эрозия бывает:

плоскостная – возникает при смыве гумуса с возвышенных участков местности талыми и дождевыми водами;

струйчатая (ручейковая) – развивается при таянии снега весной и при сильных ливнях на полях, расположенных на склонах холмов, на которых нет растительности или занятых сельскохозяйственными культурами. Вода, стекающая по склонам холмов, захватывает частицы почвы, образуя неглубокие параллельные струйчатые размывы;

овражная – образуется на крутых и пологих склонах, лишенных древесной растительности. При этом ручейки, сбегающие со склона, соединяются в один более крупный поток, смывающий поверхностный слой почвы, углубляющий дно до материнской породы и подмывающий берега.

Водная эрозия способствует уничтожению лесов, дерн, пастбищ, особенно на склонах гор, развитию оврагов на равнинах, сели и оползни в горной местности и др.

Разновидностью водной эрозии является ирригационная эрозия, которая является результатом нарушения правил полива при водном орошении; при этом происходит уменьшение травяного покрова, а распаханные и не защищенные дерном почвы легко размываются и смываются. Вырубка лесов в таких районах ускоряет процесс эрозии почв.

Ветровая эрозия (дефляция) – это выдувание из верхнего слоя почвы мелких частиц диаметром до 1 мм, что ухудшает ее состав, обнажает корни растений, вызывая их гибель. Этот вид эрозии наиболее опасен для песчаных, супесчаных и карбонатных почв и интенсивность, характер ее развития зависят от силы ветра, периода года и других факторов.

При незначительной скорости ветра обычно возникает повседневная ветровая эрозия, носящая локальный характер: под действием ветра частицы пыли поднимаются вверх от поверхности земли до 1,5 м.

При сильных ветрах (15–20 м/с и более), весной, когда почвы не вспаханы, развиваются верховая эрозия, когда частицы пыли поднимаются на большую высоту, образуя столбы пыли, а иногда и смерчи, а также пыльные бури.

Термоэрозия – это эрозия почв, возникающая в области распространения многолетнемерзлых горных пород. Этот вид эрозии приводит к изменению теплового состояния мерзлых пород с последующим развитием:

термокарста – процесса неравномерного проседания почв и подстилающих горных пород вследствие вытаивания подземного льда, и способствующего образованию западин, провалов, акасов, т. е. плоских понижений рельефа местности от десятков до нескольких километров в поперечнике;

57

наледи – скопление льда, возникающее при замерзании излившихся на поверхность подземных или речных вод;

оврагов и др.

Вред, наносимый окружающей среде, эрозией почв, показан на рис. 1.6. Снежные лавины это сосредоточенное движение снежных масс, падающих или соскальзывающих с горных склонов, в виде сплошного тела (мокрые лавины) или распыленного снега (сухие лавины). По классификации профессора Г. Тушинского лавины снежные делят на три типа: снежные оползни (осовы) соскальзывание снега по поверхности скольжения, чаще всего возникают от воздействия солнечной радиации; лотковые лавины образующиеся и ползущие по одному и тому же месту, в результате чего на поверхности грунта образуется как бы лоток, по которому скользит лавина; прыгающие лавины перемещающиеся сначала по каналу стока, а затем,

достигнув обрыва, смещаются на более низкое место.

Ледяные лавины (сход ледника) – катастрофическое явление, происходящее в теплое время года, и связанное с уменьшением коэффициента трения между ледником и его ложем в результате увеличения количества подледниковой талой воды. Ледники часто образуют естественные плотины, ведущие к появлению озер, которые периодически выходят из берегов и затопляют окрестности. В результате этого ледники вызывали и вызывают страшные стихийные бедствия. Иногда озера могут образоваться на поверхности ледника, может также происходить прорыв карманов межледниковой воды, что приводит к наводнениям.

Наводнение временное затопление значительной части суши водой в результате действия сил природы. Наводнения происходят:

в результате обильных осадков или интенсивного таяния снега; из-за сильных нагонных ветров, которые наблюдаются на морских по-

бережьях и в устьях рек, впадающих в море (залив). Нагонный ветер задерживает воду в устье, в результате чего повышается ее уровень в реке;

из-за подводных землетрясений, в результате которых образуются ги-

гантские волны цунами, распространяющиеся со скоростью 400 800 км/ч. По степени интенсивности наводнения бывают четырех типов:

низкие наводнения наблюдаются на равнинных реках примерно в 5 10 лет. При определенной подготовке они практически не нарушают ритм жизни людей в данной местности;

высокие наводнения происходят примерно раз в 20 25 лет. Под водой оказываются довольно большие участки речных долин. Иногда это существенно нарушает привычный образ жизнедеятельности населения, а в ряде случаев требует его эвакуации; выдающиеся наводнения наблюдаются раз в 50 100 лет.

59

При таких наводнениях затапливается до 50 % сельскохозяйственных угодий, может про исходить частичное затопление населенных пунктов, в том числе и городов, при этом часто необходима массовая эвакуация населения;

катастрофические наводнения случаются раз в 100 200 лет. Затапливается несколько речных систем, полностью меняется уклад жизни.

Извержения островных и подводных вулканов могут быть причиной возникновения цунами (в переводе с японского «волна в заливе»).

Факторами опасности при различных атмосферных вихрях являются сильные ветры и интенсивные осадки. Разрушительную способность ветра выражают условными баллами по шкале скорости ветра, разработанной в 1806 г. английским адмиралом Фрэнсисом Бофортом. Возникновение атмосферных вихрей обусловлено выравниванием перепадов атмосферного давления. Атмосферные вихри зарождаются вокруг мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха (циклоны и тайфуны над океанами), быстро вращаются против часовой стрелки в Северном и по часовой стрелке в Южном полушарии, при этом смещаются вместе с окружающей воздушной массой.

В порядке уменьшения энергии и размеров к опасным атмосферным вихрям относят:

циклоны (от греч. «kyklon» кружащийся) область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре и поперечником в несколько тысяч километров;

ураган – ветер большой разрушительной силы и значительной продолжительности, скорость которого больше 32 м/с. Средняя продолжительность урагана от 9 до 12 дней, часто ливни, сопровождающие ураган, могут быть опаснее самого ураганного ветра. Ширина полосы разрушения может измеряться сотнями километров;

тайфуны (от китайского «тай фын» большой ветер) тропический ураган Тихого океана;

шквалы (от англ. «squall» шквал, вихрь) резкое кратковременное усиление ветра иногда до 30–70 м/с;

смерчи атмосферные вихри, возникающие в грозовом облаке и распространяющиеся вниз, часто до самой поверхности земли в виде темного облачного рукава или хобота диаметром в десятки, а иногда и сотни метров (рис. 1.7). Смерч существует недолго, перемещаясь вместе с облаком, но может причинить значительные разрушения. Смерч, перемещающийся над сушей, в США называют торнадо.

Основной составной частью смерча является воронка, представляющая собой спиральный вихрь, имеющий размер внутренней полости от десятков до сотен метров. В стенках смерча движение воздуха направлено по спирали и может достигать скорости до 200 м/с. Обычно длина пути смерча составля-

60

ет от сотен метров до сотен километров, а средняя скорость его перемещения

– 50–60 км/ч.

Соприкасаясь с поверхностью, смерч вызывает большие разрушения. Разность давления между периферией и внутренней частью воронки создает условия всасывания всего, что попадает на пути движения смерча. В воздух могут быть подняты и перемещены на сотни метров люди, животные, деревья, автомобили, крыши домов, легкие дома, разрушены и повреждены здания, сооружения.

Рис. 1.7. Вертикальное расположение воздушных потоков в смерче

Выпадение осадков из облаков (снегопады, снежные лавины, снежные бури, град) происходит вследствие укрупнения уже существующих в них капель и кристалликов до размеров, когда они начинают подчиняться гравитации и приобретают заметную скорость падения. Наиболее крупные кристаллические элементы при выпадении из облака сталкиваются с переохлажденными каплями и примораживают их к себе или смерзаются между собой, образуя хлопья. При низких температурах эти твердые частицы достигают поверхности Земли в виде снега, а летом в виде града (диаметром от 5 мм до

15см).

Кприродным пожарам относят лесные пожары, пожары степных и хлебных массивов, торфяные пожары и подземные пожары горючих иско-