Контрольні заПитання

1. Назвіть несприятливі фізико-географічні процеси на території України.

2. Основні чинники розвитку сучасних фізико-географічних процесів і явищ.

3. Що таке ерозійні процеси? Дайте їх характеристику.

4. Райони поширення ерозійних процесів на Україні.

5. Зсуви. Райони їх поширення.

6. Селі. Райони їх поширення.

7. Охарактеризуйте карстові процеси та умови їх перебігу.

8. Процеси заболочування та підтоплення. Основні причини.

9. Сильні дощі. Територія поширення.

5.4 Сейсмічні явища

Теоретичні відомості. Землетруси є наймогутнішими і надзвичайно небезпечними катастрофічними природними явищами. Ні за площею прояву, ні по руйнівній силі, ні по кількості жертв і економічному збитку ця руйнівна катастрофа не має аналогів. В результаті землетрусів може різко змінитися рельєф місцевості, що може призвести до таких небезпечних вторинних явищ як повені, обвали, лавини. Зміна ландшафтних ситуацій часто призводить навіть до повного зникнення локальних екосистем. Землетруси, як спустошливі природні катастрофи, спричиняють за собою вельми тяжкі наслідки в соціальному і демографічному плані (загибель цілих міст і населення), економічному потенціалі (руйнування промисловості, транспортних і енергетичних комунікацій, земельних угідь), зміні і руйнуванні екосистем (зменшення біорізноманітності, поява вторинних сукцесій). Важливо відзначити, що землетруси часто викликають вторинні катастрофи (наприклад, цунамі, обвали, оповзні). В середньому на планеті відбувається щорічно одне катастрофічне і десяток сильних землетрусів.

Які ж геологічні чинники спричиняють виникнення землетрусів? У результаті дії внутрішніх сил землі виникають рухи земної кори, що викликають сейсмічні явища – землетруси. Сейсмічність проявляється у вигляді пружних коливань земної поверхні і може бути наслідком природних і штучних процесів. До природних процесів відносять вулканічні виверження, гірські обвали, карстові провали і тектонічні процеси. Найбільш руйнівними є тектонічні явища, викликані природним процесом утворення гір. Вони охоплюють великі площі, а не обмежуються локальними зонами, і можуть періодично повторюватись. Штучні процеси зв'язані з промисловими вибухами, із створенням водосховищ та іншою діяльністю людини.

за глибиною осередку землетруси класифікують: дрібнофокусні – з глибиною залягання осередку до 70км; проміжні – з глибиною осередку від 70 до 300км; глибокі – з осередком на глибині 300-700км. Глибше за 700км землетрусів зафіксовано не було. Вважається, що на цій глибині втрачається кристалічна будова твердої речовини й неможливе накопичення потенційної енергії за рахунок деформації середовища.

Визначна кількість землетрусів пов’язана з тектонічними процесами в глибинах Землі. У верхніх шарах Землі відбуваються процеси, що приводять до виникнення напруженого стану у блоках земної кори. Потенційна енергія накопичується за час довготривалого процесу наростання деформацій. Коли пружні напруги починають перевищувати границю міцності порід відбувається розрив, розлом. Розриви виникають вздовж відомих розломів або послаблених зон, блоки здвигаються, прагнучи відтворити рівновагу.

Землетруси виникають внаслідок раптового вивільнення значної кількості енергії, що накопичилася за довгий час наростання напруг до критичного рівня в деякому об’ємі в середині Землі. При цьому у визначеній області в тілі Землі відбувається руйнація, й інші незворотні деформації гірських порід. Ця область називається осередком землетрусу. В геологічному розумінні осередок – це розрив або група розривів, по яких відбувається миттєве переміщення мас. В центрі осередку умовно виділяють точку, яка називається гіпоцентром землетрусу. Проекція гіпоцентру на земну поверхню називається епіцентром, а проекція осередку – епіцентральною областю. Найбільша сила землетрусу спостерігається в епіцентрі, з віддаленням від нього вона зменшується. Від епіцентру в усіх напрямках поширюються поздовжні, поперечні і поверхневі хвилі. поверхневі хвилі передаються поверхнею землі, вони переміщуються повільніше поздовжніх і поперечних хвиль, але мають більший розмах і є причиною усіх видимих руйнувань.

Області, де часто виникають землетруси, називають сейсмічними. Залежно від будови земної поверхні в одному районі, але з різними природними умовами можуть розташовуватись ділянки з підвищеною сейсмічністю. До таких ділянок відносять заболочені території, зсувні схили, ділянки з високим рівнем ґрунтових вод, ділянки, складені з пухких порід, території із складним рельєфом. Більшість землетрусів в історії Землі пов'язані з Тихоокеанським сейсмічним поясом. Але існує ще один сейсмічний пояс, що бере початок у Японії і йде в Китай, Індію, Іран, Туреччину, Грецію і Середземномор'я. Землетруси постійно спостерігаються у гірських районах східної і західної півкулі. Головний сейсмічний пояс – це узбережжя Тихого океану, де відбувається велика кількість землетрусів. Цей пояс починається на півдні Чилі, досягає Тихоокеанського узбережжя Південної і Центральної Америки (охоплюючи Карибське узбережжя), проходить уздовж Мексиканського узбережжя до Каліфорнії і далі йде до Аляски, Камчатки. Проходячи Курильськими і Алеутськими островами, він досягає Японії, Філіппін, Індонезії, Нової Гвінеї і численних південних тихоокеанських островів.

Силу землетрусів установлюють на основі інструментальних спостережень за допомогою сейсмографів, які розташовують у різних місцях по усьому світ. Вони щодня фіксують коливання земної кори, тому що вона ніколи не буває у спокійному стані. вимірюють силу землетрусу у балах за ступенем створених ним руйнувань. Для цього використовують дванадцятибальну шкалу Ріхтера. Бальність описує ступінь конкретних руйнувань в конкретному місці. Особливо відчутні землетруси вище 6 балів. Вони активізують зсуви, обвали й осипи на гірських схилах. При інтенсивності землетрусів понад 9 балів відбуваються сильні й масові пошкодження чи повні зруйнування будівель, споруд, комунікацій; можуть виникати нові джерела води чи зникати існуючі; на рівнинах можуть виникати повені, а на поверхні води великі хвилі, утворення цунамі; на ґрунті з'являються тріщини, розриви і переміщення у вертикальному і горизонтальному напрямках. На територіях, сейсмічність яких перевищує 9 балів, зводити будівлі і споруди, як правило, не допускається.

Землетруси, що викликають радикальні зміни формування земної поверхні, відбувалися як в доісторичні часи, так і в теперішні час. Наприклад, у 1967 р. відбувся землетрус на Алясці інтенсивністю 9,5 балів, в квітні 2011 році в Японії – серія землетрусів, найпотужніший з яких силою 8,9 балів, що призвели до значних руйнувань. Але найбільші руйнування були пов'язані з хвилями в океані, що піднялися після цього землетрусу. Такі хвилі називають цунамі. Найвища хвиля досягала у висоту 10м, вона знесла багато населених місць і стала причиною загибелі 27 тис. людей. Після руйнівного землетрусу і цунамі на АЕС "Фукусима" відмовили системи охолоджування, згодом на декількох енергоблоках відбулися вибухи, що призвело до викиду радіоактивних елементів в атмосферу. рівень радіоактивного йоду був у сто двадцять сім разів вище за стандарти, встановлені урядом, а рівень радіоактивного цезію – у двадцять п'ять.

Гірський Крим і прибережна його частина відзначаються високою сейсмічністю, що зумовлена сучасною інтенсивністю тектонічних рухів. За сейсмічним районуванням ця територія належить до восьмибальної зони. Залежно від місцевих інженерно-геологічних умов (ступеня вивітреності порід, обводнення, тектонічної тріщинуватості) бальність може підвищуватись або знижуватись на 1-2 бали. За рік на південному березі Криму мають місце до 40 поштовхів різної сили. Вважають, що південно-східний беріг Криму за сейсмічною активністю та у тектонічному плані більш спокійний порівняно з південним берегом.

Сейсмічний ризик для даної території розраховується за рівнянням:

R = E_н∙G_н∙V_с∙D_р∙E_а, (5.10)

де E_н – сейсмічна небезпека; G_н – геологічна небезпека; V_с – вразливість споруд; D_р – соціальний фактор; E_а – фактор, що характеризує економічну активність.

Сейсмічний ризик класифікують як: 1 – низький, 2 – середній, 3 – підвищений, 4 та вище – високий.

Сейсмічна небезпека визначається регіональною сейсмічною небезпекою, посилюючими властивостями ґрунтів, впливом рельєфу, гідрогеологічними умовами. Регіональна сейсмічна небезпека виражається можливою інтенсивністю або піковим прискоренням для різних періодів повторюваності. Середня сейсмічна інтенсивність землетрусів може бути розрахована за формулою:

(5.11)

де M – магнітуда по Ріхтеру; H – глибина осередку, км; R – епіцентральна відстань, км.

Вплив гідрогеологічних умов на приріст сейсмічної інтенсивності за рахунок погіршення сейсмічних властивостей ґрунтів при водонасиченні визначається за формулою:

(5.12)

де К – коефіцієнт, що залежить від літологічного складу ґрунтів; h – рівень ґрунтових вод.

Коефіцієнт К приймається рівним:

1 – для піщаних ґрунтів, пластичних і текучих супісків, м’якопластичних, текучепластичних і текучих суглинків і глин;

0,5 – для твердих супісків, твердих, напівтвердих і тугопластичних суглинків і глин, крупноуламкових ґрунтів із вмістом піщано-глинистого заповнювача не менше 30% і сильно вивітрених скельних порід;

0 – для щільних крупноуламкових ґрунтів з магматичних порід із вмістом піщано-глинистого заповнювача до 30% і слабо вивітрених скельних і інших ґрунтів.

Посилюючі властивості ґрунтів наведено у табл. 5.8.

Таблиця 5.8 – Класифікація ґрунтів за сейсмічними властивостями

Клас ґрунту	Опис	Посилення сейсмічної інтенсивності, бали
A	ґрунти типу скельні	-1,0
B	Піщано-глиністі відклади потужністю 30-80м, що характеризуються ростом швидкостей з глибиною	0,0
C	піщано-глинисті відклади потужністю 30-80м, що обводнені з поверхні	+0,5
D	піщано-глинисті відклади потужністю 80-160м, обводнені або ні	0,0
E	піщано-глинисті відклади потужністю >160м, обводнені або ні	-1,0
F	алювіальні відклади (дрібнозернисті піски, мули, супісі тощо) потужністю до 30м, водонасичені	+1,0

Вплив рельєфу на амплітудно-частотні характеристики стає відчутним при крутості схилів k=h/l=0,08 (4^о). Вважається, що при 0,08≤k<0,2 – амплітудно-частотні характеристики посилюються в 1,5 рази, а при k≥0,2 – в 2 рази. На вплив рельєфу також значний вплив оказує потужність осадочних відкладів. Так, при відкладах менше ніж 125м вклад рельєфу відчутний. При потужності відкладів 150м і більше – вплив рельєфу практично не відчувається.

Внесок геологічної небезпеки G_н, зумовленою зсувами, просадками, розривами, у формування сейсмічного ризику приймають в межах 3-5%. Для спрощення розрахунків в даному завданні внесок геологічної небезпеки G_н не враховуємо.

Вразливість споруд розраховують за формулою:

V_C = (N_A+0,5N_B+0,3N_C)/(N_A+N_B+N_C); (5.13)

де N_A, N_B, N_C – показують кількість будівель типів А, В, С (у відповідності з класифікацією шкали MSK-64: А – будівлі з цегли-сирцю, В – цегляні, мілкоблочні, крупноблочні будівлі, С – каркасні залізобетонні, панельні, рублені хати).

В якості соціального фактора використовують щільність населення. Так, індекс щільності населення складає: 1 – менш ніж 100 чол./км², 2 – 100-200 чол./км², 3 – 200-500 чол./км², більш ніж 500 чол./км².

Фактор, що характеризує економічну активність пропорційний валовому прибутку на душу населення й виражається індексом економічної активності: 1 – низький, 2 – середній, 3 – високий, 4 – дуже високий.

Приклад розрахунку сейсмічного ризику території: розрахуйте сейсмічний ризик території за наступних вихідних даних:

Mагнітуда по Ріхтеру –6;

Глибина осередку – 100км;

Епіцентральна відстань – 200км;

Клас ґрунтів – А;

кількість будівель типів: А – 200, В – 250, С – 45;

Рівень ґрунтових вод – 10,0м;

соціальний фактор – 1;

фактор, що характеризує економічну активність – 1.

Розрахунок: 1. Середню сейсмічну інтенсивність землетрусів розраховуємо за формулою:

де M – магнітуда по Ріхтеру; H – глибина осередку, км; R – епіцентральна відстань, км.

.

2. Оцінюємо посилюючі властивості ґрунтів. За даними табл.5.8 клас ґрунтів – А (скельні ґрунти), посилення сейсмічної активності для яких складає -1,0.

3. Вплив гідрогеологічних умов: при типі ґрунту А незалежно від рівня залягання ґрунтових вод посилюючий вплив гідрогеологічних умов відсутній:

де К – коефіцієнт, що залежить від літологічного складу ґрунтів; h – рівень ґрунтових вод.

.

4. Вплив рельєфу: k=0,05 при такій крутизні схилів вплив рельєфу не відчувається.

5. Вразливість споруд:

V_C = (N_A+0,5N_B+0,3N_C)/(N_A+N_B+N_C),

де N_A, N_B, N_C – показують кількість будівель типів А, В, С (у відповідності з класифікацією шкали MSK-64: А – будівлі з цегли-сирцю, В – цегляні, дрібноблочні, крупноблочні будівлі, С – каркасні залізобетонні, панельні, рублені хати).

V_C = (200+0,5∙250+0,3∙45)/(200+250+45) = 0,68.

6. індекс щільності населення складає 1.

7. індекс економічної активності – 1.

8. Сейсмічний ризик для даної території складає:

R = E_н∙V_с∙D_р∙E_а

де E_н – сейсмічна небезпека; V_с – вразливість споруд; D_р – соціальний фактор; E_а – фактор, що характеризує економічну активність.

R = (5,4 – 1,0 + 0 + 0)∙0,68∙1∙1 = 3

Висновок: Для даної території при наданих вихідних даних спостерігається підвищений сейсмічний ризик.