Geology ---eco_geol

Є приклади, коли економічні втрати від природних катастроф в окремих країнах перевищують величину валового національного продукту, внаслідок чого економіка цих країн опиняється в критичному стані. Так, наприклад, прямий збиток від землетрусу в Манагуа (1972) склав 209% вартості річного валового продукту Нікарагуа. В США збитки тільки від чотирьох найбільших катастрофічних процесів в 1989-1994 рр. (землетруси в Ломо-Прієта та Нортріджі, тропічний ураган Ендрю й повінь на Середньому Заході) склали 88 млрд. дол., що зробило помітний вплив на економіку навіть найрозвинутої країни світу.

3.2.1. Катастрофічні процеси

Космічні катастрофи пов’язані з падінням на Землю крупних метеоритів, астероїдів і комет, які спричиняли до масового вимирання біоти. Вони й досі недостатньо вивчені, отже найбільш небезпечні. Частота й передбачуваність виникнення космічних катастроф є дуже низькою, а уразливість й беззахисність біоти і людства щодо них – є максимальною.

Падіння небесних тіл зіграли важливу роль в історії Землі. За останні 600 млн. років відбулося приблизно 5 подій, внаслідок яких за порівняно стислий проміжок часу відбулися значні зміни фізичного та хімічного складу океану, атмосфери, що спричинило у свою чергу докорінні зміни флори й фауни Землі. Припущення, що межі геологічних епох пов'язані з падіннями на Землю небесних тіл, знайшло багато серйозних наукових підтверджень. Інтерес вчених до проблеми зіткнення астероїдів із Землею і можливих наслідків таких катаклізмів є стійким і навіть зростає на протязі останніх років.

Реальність небезпеки падіння на Землю астероїдів діаметром 50-100 м не викликає сумнівів. Останнє таке падіння - у басейні Підкамінної Тунгуски метеорита або фрагмента комети мало місце у 1908 р. Характерний розмір об'єкта не перевищував 50 м, а енерговиділення, яке мало місце внаслідок вибуху, майже дорівнювало енергії, що виділяється під час вибуху ядерного заряду в 15-20 Мт. Очевидно, що якщо подібна подія станеться у густонаселеному районі Землі, це спричинить загибель мільйонів людей та інші катастрофічні наслідки.

Незрівнянно більш великі екологічні наслідки могло мати формування Попігайського метеоритного кратера в басейні однойменної річки на межі Якутії з Красноярським краєм у РФ, якій має діаметр близько 100 км при глибині проникнення метеоритного тіла до 600 м від поверхні землі.

З метеоритом діаметром близько 10 км, що впав 65 млн. літ тому назад і утворив Мексиканську затоку, зв'язують вимирання динозаврів. Енергія, що виділилася при цьому, в 10 млн. разів перевищила енергію

61

вибуху атомної бомби в Хіросімі. Проф. Е.Ізох з Інституту геології СВ РАH відмічає дивний збіг смуги розповсюдження легенд про всесвітній потоп із смугою розповсюдження на поверхні Землі тектитів - магматичних стекол кометного походження. Кліматичні катастрофи, що привели до масового вимирання динозаврів підкреслюються іридієвою аномалією космічної природи, поява якої знаходиться на межі крейдяного й палеогенового періоду, віддаленої від нашого часу приблизно на 67 млн. років.

В останні десятиріччя завдяки аеро- і космічному фотографуванню на поверхні Землі знайдено понад 100 кратерів ударного походження (астроблем) з розмірами до 200 км у діаметрі й з віком до 2 млрд. літ.

Багато вчених наполягають на необхідності зосередження зусиль світового співтовариства на запобіганні можливому падінню на поверхню Землі об'єктів діаметром 1 км та більше. Енерговиділення у результаті такої події було б еквівалентно вибуху в 1 млн. Мт. При цьому буде знищено приблизно чверть населення Землі та викликає сумнів сам факт існування людини як біологічного виду. Проте середній інтервал часу між падіннями таких значних об'єктів - приблизно 500 тис. років, і таку подію можна передбачити за кілька десятків років, використовуючи дані астрономічних спостережень.

Атмосферні вихори виникають через зіткнення холодного й теплого атмосферного повітря й перепад тиску, який у певних умовах обумовлює круговий рух повітряних потоків. По зменшенню кінетичної енергії вихори можна розташувати в такій ряд: циклони, тайфуни, шквали та смерчі (торнадо). Атмосферні вихори зароджуються навколо могутніх висхідних потоків теплого вологого повітря і з великою швидкістю обертаються за годинниковою стрілкою в південній півкулі і проти годинникової - в північній. Циклони й тайфуни зароджуються над океаном, шквали й смерчі - частіше над континентами. Основні руйнівні чинники - сильні вітри, інтенсивні опади у вигляді злив, снігопадів, граду, повені. Вітри із швидкостями 19-30 м/с (68-110 км/годину) утворюють бурю, 30-35 м/с (110-122 км/годину) - шторм, а більше 35 м/с - ураган.

Циклон – це гігантський атмосферний вихор вирвоподібної форми з областю низького тиску повітря з мінімумом у центрі. Тропічні циклони мають середню ширину в декілька сот кілометрів, швидкість вітру всередині циклону часто перевищує 250 км/годину, тривалість циклону - від декількох днів до декількох тижнів, швидкість переміщення - до 200 км/годину. Циклони середніх широт мають великий діаметр - від тисячі до декількох тисяч кілометрів, швидкість вітру, звичайно, не перевищує 40-70 км/годину, рухаються вони в північній і південній півкулях в основному із заходу, відрізняються меншою повторюваністю.

Небезпека тропічного циклону полягає в екстремальній дії одного або всіх його елементів (вітру, дощів, штормових нагонів і хвиль). За даними

62

Беррі, могутні тропічні циклони відбуваються, наприклад, в Бангладеш 60 разів за 10 років. Збереглися історичні відомості про катастрофічні циклони в Бенгалії - 1584 р. (загинуло 200 тис. чоловік), 1822 р. (загинуло 73 тис. чоловік) і 1876 р. (загинуло 200 тис. чоловік). Катастрофічний циклон весною 1991 р. характеризувався швидкістю вітру 295 км/годину і викликав формування морських хвиль заввишки 6 м. Число жертв за офіційними даними склало близько 125 тис. чоловік, без притулку лишилися до 10 млн. жителів, неофіційні ж людські втрати оцінюються в 400 тис. чоловік.

Пов'язані з циклонами урагани, які на Далекому Сході й у районі Індійського океану називають тайфунами – це вітер силою в 12 балів за шкалою Ф. Бофорта (тобто зі швидкістю переміщення понад 32 м/с або понад 120 км/годину), займають друге місце після повені по числу створюваних ними стихійних лих, а по числу жертв - перше місце.

Урагани, звичайно, існують від 1 до 30 днів. Руйнівна дія ураганів визначається енергією вітру, тобто швидкісним напором, пропорційним добутку густини атмосферного повітря на квадрат швидкості повітряного потоку. Вони розвиваються над перегрітими територіями океанів і перетворюються в тропічні циклони після тривалого проходження над більш прохолодними водами північної частини Атлантичного океану. Ураган на суші руйнує будівлі, лінії зв'язку й електропередач, ушкоджує транспортні комунікації й мости, ламає й викорінює дерева; при розповсюдженні над морем викликає величезні хвилі заввишки 10 - 12 м і більш, ушкоджує або навіть приводить до загибелі суден. Досягаючи вищої стадії, ураган проходить у своєму розвитку 4 етапи: тропічний циклон, барична депресія, шторм, інтенсивний ураган. Урагани формуються, як правило, над тропічною частиною північної Атлантики, нерідко - від західного узбережжя Африки, і набирають силу, рухаючись на захід. Велике число циклонів, що зароджуються, розвивається так само, але в середньому тільки 3,5 % із них досягають стадії тропічного шторму. Лише 1-3 тропічні шторми, звичайно, що знаходяться над Карибським морем і Мексиканською затокою, щорічно доходять до східного узбережжя США. Багато ураганів зароджуються у західного узбережжя Мексики і рухаються на північний схід, загрожуючи прибережним територіям Техасу. Прямий збиток від сильних ураганів в США на початку 1980-х років склав близько 3 млрд. доларів у рік.

В густонаселених районах Азії число жертв під час ураганів вимірюється сотнями й тисячами, в інших районах - десятками й сотнями. Від ураганних вітрів небувалої сили й гігантських хвиль, що обрушилися 13 листопаду 1970 р. на прибережні райони Східного Пакистану, постраж-

63

дало близько 10 млн. чоловік, у тому числі приблизно 0,5 млн. чоловік загинули та пропали без вісті.

В результаті досліджень учених Масачусетського технологічного інституту (США) було встановлено, що за останні 30 років урагани стали значно сильнішими. За даними метеоролога К. Іменьюела, потужність сучасних ураганів у Тихому й Атлантичному океанах зросла приблизно на 50% у порівнянні з тими, що спостерігалися в 1970-х рр. За сезон 2004 р. над Карибським басейном і США пройшло 15 тропічних штормів, 9 із яких сталі ураганами – сила вітру перевищувала 119 км/годину. В сезоні 2005 р., як очікується, над регіоном пройдуть також 15 штормів, із яких не менше 8 отримають статус урагану.

Шквальні бурі й смерчі (торнадо) виникають у теплу пору року на могутніх атмосферних фронтах. Шквали - це горизонтальні вихори із швидкістю вітру до 60-80 м/с, часто з могутніми зливами й грозами, тривалістю від декількох до 30 хвилин. Шквальні бурі охоплюють великі території завширшки до 50 км, проходять відстань в 20-200 км, а їх руйнівна дія визначається швидкістю вітру.

Смерч (у Північній Америці він має назву торнадо), - це могутнє вирвоподібне атмосферне утворення, яке опускається з основи купчастодощової хмари у вигляді темної вирви або хобота й має майже вертикальну вісь, невеликий поперечний перетин і дуже низький тиск у центральній його частині (рис. 3.1). Він супроводжується грозою, дощем, градом і якщо досягає поверхні землі, завжди завдає значних збитків.

64

холодне повітря

рух обертання проти годинникової стрілки

ефект

насоса

Рис. 3.1. Схема утворення смерчу [18]

Смерч утворюється при нестійкому стані атмосфери, коли повітря у верхніх шарах дуже холодне, а в нижніх тепле. Відбувається інтенсивний повітрообмін, що супроводжується утворенням вихору величезної сили. Звичайно, не можна сказати, що смерч виникає в кожній грозовій хмарі. Як правило, смерч утворюється на межі фронтів – в перехідній зоні між теплими й холодними повітряними масами. Прогнозувати смерчі поки не вдається, й тому їх поява буває несподіваною.

Ширина вирви смерчу від декількох метрів до 2-3 км, висота - в середньому декілька сотень метрів. Середня швидкість поступального руху смерчу досягає 50-60 км/годину, довжина шляху проходження – від сотень метрів до десятків кілометрів. Час існування смерчу є досить невеликим – від декількох хвилин до декількох годин. Його руйнівна сила полягає в тому, що обертання повітря в конусі смерчу проходить із надзвуковою швидкістю (800-1200 км/годину), тому він, звичайно, супроводжу-

65

ється гулом, дуже схожим на гуркіт реактивного двигуна літака. Розріджене повітря, що виникає всередині смерчу, настільки потужне, що йому вдається піднімати в повітря різні важки предмети, зривати дахи, виривати з корінням дерева, звалювати будинки тощо.

Особливо руйнівні смерчі (торнадо) спостерігаються в США. Щорічно реєструється від 450 до 1500 торнадо, число жертв у середньому складає близько 100 чоловік за рік. За 35 років з 1916 по 1950 р. в цій країні було зареєстровано 5204 торнадо, в яких загинуло 7951 чоловік, збитки склали приблизно 500 млн. дол.

Атмосферні вихори відносяться до швидкодіючих катастрофічних процесів. Смерчі формуються за 20-30 хв., час їх існування, звичайно, 10-30 хв., а в США воно збільшується до 7,5 годин. Смерчі можуть розвиватися на локальному й регіональному рівнях, площа руйнування від 1 до 400 км2.

На території України урагани та шквальні бурі можуть виникати в будь-яку пору року, але найчастіше в серпні-вересні. Небезпечні рівні ураганних вітрів можливі на більшій частині території України, але найбільш імовірні вони в Карпатах, в горах Криму та на Донбасі. Наприклад, ураган, який виник 23 червня 1997 р. над Волинню, наніс величезні збитки регіону. Було пошкоджено 3,5 тис. житлових будинків, 1,38 тис. промислових і сільськогосподарських будівель; було порвано дроти 266 ліній електропередач, вийшло з ладу 129 електропідстанцій; травмовано 92 і загинуло 9 чоловік.

Шквальні бурі та шквальні вітри можуть виникати в будь-яких місцях України, але найчастіше бувають у степовій, лісостеповій зоні та Поліссі. Один раз на 3-5 років шквали виникають у Вінницькій, Волинській, Дніпропетровській, Донецькій, Житомирській, Кіровоградській, Київській, Одеській, Львівській, Харківській, Херсонській областях та на території АР Крим. Шквальні вітри, які пронеслись над Україною в середині квітня 1999 р., залишили без енергозабезпечення 122 населені пункти Рівненської, 184 – Тернопільської, 47 – Чернівецької, 171 – Хмельницької, 48 – Львівської та 26 – Житомирської областей.

В Україні рідко складаються умови для формування смерчів, в основному це явище спостерігається в серпні. За останні 20 років зареєстровано 34 випадки. Найбільш характерні вони для степової зони та центрального Полісся. Невеликі смерчі спостерігаються майже щорічно і мають локальний характер.

Пилові бурі є своєрідною формою прояву атмосферних вихрових процесів і одночасно пов'язані з проявом дефляційних процесів - видуванням і перенесенням піщаних, пилуватих і соляних часток.

Для виникнення пилової бурі треба, щоб ґрунт був рихлий, сухий, без трав’яного або будь-якого снігового покриву та швидкість вітру має скла-

66

дати не менше 20-30 м/сек. Пилові бурі часто виникають на периферії антициклону і переносять пил на сотні й тисячі кілометрів. Висота підйому пилу може досягати 2-3 км, але найчастіше це – від 1 до 1,5 км. Одна пилова буря в змозі перенести до 25 км3 ґрунту, а вага бурі може досягати 50 млрд. т ґрунту. Нерідко могутній потік піску й пилу суцільною стіною мчить із швидкістю до 60 км/годину фронтом до 500 км.

Пилові бурі за кольором та складом ґрунту, який переноситься, можуть бути: чорні (чорноземи), бурі та жовті (суглинок і супісок), червоні (суглинок із домішками окисів заліза) та біли (солончаки).

Найбільша кількість пилових бур спостерігається в Середній Азії, Південному й Західному Казахстані, на Мангишлаку, в Північному Прикаспію. В Середній Азії виникає до 800 пилових бур на рік. В даний час найбільше джерело пилу - Арал. На космічних знімках помітні шлейфи пилу, які тягнуться в сторони від Аралу на багато сотень кілометрів. Загальна маса пилу, що переноситься вітром у районі Аралу, досягає 90 млн. т за рік.

Шкода, яку приносять пилові бурі, виражається в захворюванні великої рогатої худоби, шкідливому впливі на сільськогосподарські культури тощо. Розбурханий пил завдає також шкоди будівлям, деревам і людям. Пилова буря вимітає верхній, найбільш родючий шар ґрунту.

Пилові бурі відносяться до числа короткочасно (епізодично) діючих процесів, оскільки їх тривалість складає від 15 хвилин до кількох діб. Ці процеси можуть виявлятися як на локальному рівні, коли сіль розноситься із солончаку і засолює навколишні ґрунти, так і на регіональному, коли екологічні наслідки особливо небезпечні.

На території України пилові бурі найчастіше виникають на півдні в Херсонській та Миколаївській областях. У степах, які розорані, на територіях, що не мають природної рослинності, вітер руйнує поверхневий шар ґрунту, перетворюючи його в тонкий пил. Цей пил піднімається в повітря і переноситься на багато сотень км. Під час великої пилової бурі у квітні 1928 р. в степових і лісостепових районах України вітер підняв із площі біля 1 млн. км2 більше 15 млн. т чорнозему. Висота хмар пилу над Україною досягала 750 м. Потужність чорноземного шару в степових областях України після цієї бурі зменшилась на 10-15 см, а чорноземний пил був перенесений у західному напрямку та випав на площі понад 6 млн. км2 у Прикарпатті, Румунії та Польщі. В 1960 р. пиловими бурями був охоплений весь південь України площею понад 5 млн. га, при цьому в Запорізькій і Херсонській областях та в Криму були повністю знищені посіви на площі близько 500 тис. га. Пилові бурі 1969 р. охопили площу на півдні України понад 350 тис. га., висота хмар пилу досягала 2 тис. м, а швидкість пересування – 200-300 км/добу.

67

За останні 40 років пилові бурі на території України спостерігались 16 разів. Тривалість пилових бур становила від 15 хвилин до кількох діб. Вони переважно відбувались в березні - вересні, після сухої осені та малосніжної зими, а взимку – тільки 1-2 рази за десятиріччя. Найчастіше пилові бурі спостерігались в степовій зоні, в середньому, 3-8 днів за рік, в районі Херсону-Дніпропетровську-Мелітополю – до 9-12 днів, а на південному заході країни – в середньому 1 раз за рік.

Повінь – це значне затоплення місцевості за рахунок підйому рівня води в річці або озері, частіше за все пов’язане зі сніготаненням або інтенсивними зливовими дощами й обумовлено своєрідним режимом опадів, які спостерігаються щороку в один і той же сезон.

Тривалість повені змінюється від 10-15 днів на малих річках до 3-4 місяців на великих. На рівнинних річках повінь настає внаслідок сніготанення (весняна повінь), на гірських – унаслідок танення снігу (літня по-

вінь).

Повінь є багатовекторним процесом і має велику перемінну факторів від року до року (запас та інтенсивність танення снігу, вологість верхнього шару ґрунту, потужність льодового шару на поверхні ґрунту тощо), причому в різних ландшафтах однієї й тієї природної зони роль цих факторів неоднакова. Тому хоча велика весняна повінь, звичайно, відбувається після багатосніжної зими, нерідко, повінь буває не дуже високою й навпаки, після середньосніжної зими повінь є значною.

На гірських річках повінь виявляється не чітко, для них більш характерним є паводковий режим. Найбільш страшні та руйнівні повені трапляються на річках завдяки раптовому та сильному підйому води. Таке короткострокове й неперіодичне збільшення витрат води на річках унаслідок короткочасних інтенсивних злив називають паводок; при короткочасному інтенсивному сніготаненні можуть формуватись зимові паводки.

Паводок – це явище, яке характеризує режим річки, коли витрати води переважають пропускну здатність річки. Паводки, на відміну від сезонних повеней, не приурочені до певного сезону року.

Причинами виникнення паводків є численні опади (або дуже тривалі або короткочасні інтенсивні), швидке танення снігу, льодові затори, аварійні ситуації тощо.

Паводок характеризується відносно короткочасним підвищенням рівня води під час злив або зливових дощів. Тривалість паводків – від декількох годин до декількох діб.

Звичайно, паводки відбуваються в заплавах річок, що являють собою майже плоску ділянку долини, яка межує з річкою й складена осадовими відкладами, які відклалися в ті періоди, коли річка виходила з берегів.

Повені особливо небезпечні для країн, розташованих на низовинних рівнинах із малими абсолютними відмітками, значну частину яких скла-

68

дають дельтові землі, де великого впливу на розвиток повеней надають нагонні явища.

Всільськогосподарських районах повені супроводжуються ерозією землі, тобто зниженням ресурсного потенціалу території, загибеллю посівів, руйнуванням іригаційних систем, шляхів, загибеллю худоби, забрудненням місцевості. В цих випадках правомірно говорити не тільки про загрозу життя людей, але і про глибоке порушення екосистеми в цілому.

Вмістах і населених пунктах вода також завдає збитку спорудам усіх типів, транспорту, інженерним комунікаціям, річковому господарству, устаткуванню тощо.

Повені завдають величезної шкоди біоті й людині, загрожуючи 3/4 поверхні Землі. За статистикою з 1000 повеней 100 мають катастрофічні наслідки.

За даними ЮНЕСКО, від повеней в ХХ ст. загинуло 9 млн. чоловік. Згідно дослідженням фахівців, найбільше число жертв від повеней у світі (виключаючи СРСР) за 20-річний період (з 1947 по 1967 рр.) припадає на Азію - 154 тис. чоловік, потім Європу – 10,5 тис. загиблих; в Африці, Південній Америці та Карибському регіоні було зареєстровано по 2-3 тис. жертв.

Вважається, що найкатастрофічна повінь ХХ ст. - це морська повінь,

яка відбулася в Бенгальській затоці (Бангладеш) у листопаді 1970 р. – площа затоплення склала 7,5 тис. км2, а число загиблих, за неофіційними даними, досягло 1 млн. чоловік.

За даними К.Кондратьева та ін. (1995), тільки за період з 1981 по 1988 рр. на Землі відбулося 5 великих повеней (Індія, Перу, Бангладеш і Китай - двічі), під час кожної з яких загинуло понад 2 тис. чоловік.

На більшості річок України спостерігається весняна повінь (березеньквітень). Найбільш вірогідними зонами можливих повеней на території України є:

у північних регіонах – басейни річок Прип’ять, Десна та їх притоки. Площа повені лише в басейні р. Прип’ять може досягати 600-800 тис. га; у західних регіонах – басейни Верхнього Дністра (площа може досягти 100-130 тис. га), річок Тиса, Прут, Західний Буг (площа можливих за-

топлень 20-25 тис. га) та їх притоки; у східних регіонах – басейни р. Сіверський Донець із притоками річок

Псел, Ворскла, Сула та інші притоки Дніпра;

у Південному й Південно-Західному регіонах – басейни приток Ниж-

нього Дунаю, р. Південний Буг та її притоки.

Високі повені найбільш притаманні річкам Дніпро, Дністер, Дунай та Сіверський Донець. Вони супроводжуються затопленням значних тери-

69

торій та спричиняють необхідність часткової евакуації людей і тварин, завдають значних матеріальних збитків.

Для річок Карпат і Кримських гір більш характерним є паводковий режим.

Найбільш яскравим прикладом катастрофічної повені на території України може бути снігові та дощові повені на річках Закарпаття. Тільки під час дощової повені на початку листопаду 1998 р. було затоплено 118 населених пунктів Закарпатської області, 6754 домівки, зруйновано 795 будівель, евакуйовані 24340 осіб. Через повінь 46 районів західних областей було відключено від електропостачання, пошкоджено 22 мости та 338,8 км автошляхів. Прямі матеріальні збитки від повені становили до 810 млрд. грн.

Землетрус – це раптове звільнення потенційної енергії земних надр у вигляді пружних подовжніх і поперечних хвиль, які розповсюджуються по всіх напрямках. Виникаючі коливання й деформації земної кори часто приводять до катастрофічних переміщень земної поверхні. Сила землетрусу залежить від кількості енергії, яка виділилася в області осередку землетрусу (гіпоцентрі). Гіпоцентром (або фокусом) землетрусу називають умовний центр осередку на глибині, а епіцентром - проекцію гіпоцентру на поверхню Землі. Осередок землетрусу завжди має деякій об’єм, тому на поверхні створюється зона максимальної сили землетрусу, яка має назву плейстосейстова область. Поверхня, у всіх точках якої сила землетрусу однакова, називається ізосейсмічною поверхнею. При перетинанні поверхні Землі, ізосейсмічні поверхні утворюють лінії, що мають назву ізосейсти й які з’єднують точки рівних струсів під час даного землетрусу (рис. 3.2).

Основними характеристиками землетрусів є глибина осередку, магнітуда та інтенсивність енергії на поверхні землі.

Глибина осередку землетрусу, звичайно, перебуває в межах від 10 до

30км, а в деяких випадках вона може бути значно більша (300-700 км). Магнітуда характеризує загальну енергію землетрусу і є десятковим

логарифмом амплітуди найбільшого коливання земного кору, яке зафіксоване при проходженні сейсмічної хвилі того або іншого типу, з внесенням стандартної поправки, що враховує відстань від епіцентру. Розрізняють 3 види магнітуди: ріхтеровську (локальну) магнітуду МL, магнітуду по об'ємних подовжніх хвилях mb і магнітуду по поверхових хвилях Мs.

70