Стихийные бедствия

Коварство стихийных явлений знакомо человечеству тысячелетия. Следы былых разрушений, предания, описания, картины, наскальные рисунки и многое другое напоминают нам о тех катастрофах, которые произошли в мире в результате стихийных явлений. К стихийным бедствиям обычно относятся землетрясения, наводнения, селевые потоки, оползни, снежные заносы, извержения вулканов, обвалы, засухи, ураганы, бури. К таким бедствиям в ряде случаев могут быть отнесены также пожары, особенно массовые лесные и торфяные.

Рассмотрим их по отдельности. 1. Исторические сведения и интенсивность землетрясений В среднем каждый год от землетрясений погибает около 10 тысяч человек. По данным ЮНЕСКО, с 1926 по 1950 г. от землетрясений погибло 350 тысяч человек, а ущерб измеряется суммой порядка 10 млрд. долл. В Средней Азии за этот период было разрушено два города и двести деревень. С того времени еще несколько городов, в том числе Ашхабад (1948 г.), Агадир (1959 г.), Скопье (Скопле) (1963 г.), Манагуа (1972), Джемона (1976), Таншань (1976), Бухарест (1977), и сотни деревень были стерты с лица Земли полностью или частично (см. фото 1.2). Исторические документы свидетельствуют, что человечество издавна было озабочено опасностью землетрясений. Самый длинный каталог землетрясений дошел до нас из Древнего Китая со времен династии Шань (более 3000 лет назад). Списки, составленные китайскими учеными, насчитывают более 1000 разрушительных землетрясений за период 2750 лет: от 780 года до н. э. до настоящего времени.

Обширный каталог японских землетрясений составлен в эпоху сёгуната Токугава, около 1600-х годов нашей эры.

Средиземноморские памятники западной цивилизации — древнееврейские и арабские тексты — содержат упоминания о землетрясениях очень ранних времен.

Библейский рассказ о разрушении Содома и Гоморры и о падении стен Иерихона (около 1100 лет до н. э.), возможно, подразумевает два древнейших (из упомянутых в Библии) землетрясения.

Первый случай с геологической точки зрения можно объяснить следующим образом: сильное землетрясение, которое произошло вдоль разрыва, ограничивающего рифтовую долину Мертвого моря, разрушило постройки и привело к высвобождению природного газа и битумов, которые вспыхнули от огня кухонных очагов, что и привело к описанному в Библии пожару, уничтожившему Содом и Гоморру.

Обычно употребляемая характеристика «силы» землетрясения — это интенсивность («балльность») землетрясений. Интенсивность^— это мера повреждений, причиненных созданным людьми сооружениям, нарушений на поверхности грунта, а также человеческой реакции на сотрясения. Ввиду того что оценка интенсивности землетрясения базируется не на показаниях приборов, а на наблюдениях реальных явлений в мейзосейсмиче-ской зоне, можно указать интенсивность даже для исторических (т. е. древних) землетрясений. Таким образом, исторические записи приобретают важнейшее значение для современных расчетов сейсмического риска.

Определение мест очагов землетрясений.

Положение очагов землетрясений, происходивших в прошлые века, устанавливается по оценкам интенсивности сотрясений; центры этих землетрясений помещают у середины карты изосейст.

Начиная примерно с 1900-х годов наши знания о распределении землетрясений уже, к счастью, основываются не только на сообщениях очевидцев (результат обобщения таких сведений сильно зависит от размещения населения), а получаются путем объективной регистрации землетрясений сейсмографами, раскиданными по всему миру. В настоящее время имеется около тысячи непрерывно действующих сейсмических станций, и даже в самых маленьких странах, где есть опасность землетрясений, работает по меньшей мере одна обсерватория.

Обычный сейсмограф состоит из подвешенной массы (вроде маятника) с демпфирующим и усилительным устройствами. Можно видеть, что землетрясения, как и вулканы и высокогорные хребты, не рассеяны по Земле как попало, а сконцентрированы в своем большинстве в узких поясах.

Многие землетрясения происходят вдоль срединно-океанических хребтов и не представляют опасности для человечества.

Наибольшая сейсмическая активность приурочена к краям тектонических плит (фиг. 1.1), например к краям Тихоокеанской плиты, внутренние области которой почти асейсмичны.

Наиболее «тихие» края имеет Антарктическая плита, почти со всех сторон окруженная разрастающимися хребтами; во внутренних районах этой плиты почти не бывает землетрясений.

Внешнюю оболочку Земли в ее современном виде изображают состоящей из более чем 15 стравнительно не нарушенных плит литосферы (коры и верхней мантии) толщиной около 60 км, движущихся относительно друг друга. Они расходятся (разрастаются) от срединно-океанических хребтов (фиг. 1.1), где постоянно добавляется в результате подъема магмы новый литосферный материал. На противоположных краях плит обычно располагаются глубоководные желоба, например вдоль систем островных дуг Тихоокеанской плиты и плиты Наска. У этих желобов сходятся плиты, движущиеся по встречным направлениям (например, вдоль Анд — плиты Наска и Южно-Американская), и одна из них поддвигается (испытывает суб-дукцию) под другую, опускаясь в более глубокие части Земли.

Обобщенная схематическая модель этого воображаемого процесса показана на фиг. 1.4. В погружающейся плите на многих глубинах располагаются очаги землетрясений. В других местах, например вдоль Кавказско-Гималайского пояса, сталкиваются лежащие на плитах континенты, и сейсмическая активность здесь также высока. 1.1. Приспособление человека к землетрясениям в Сан-Франциско, Калифорния. (Эдгар Л. Джексон, Тапан Мукерджи) Из подсчитанных материальных убытков от землетрясений в США за период 1925—1971 гг. примерно 6600 млн. долл. приходится на штат Калифорния.

Калифорния расположена в Тихоокеанском сейсмическом поясе, с которым связано примерно 80% землетрясений, происходящих на нашей планете. Около 90% землетрясений, отмечающихся в континентальной части США, включая Аляску, происходит в Калифорнии и западных районах Невады ( Wood , Heck , 1966). Город Сан-Франциско расположен в 3-й сейсмической зоне, одной из наиболее опасных в сейсмическом отношении частей Калифорнии.

Размеры ущерба и воздействия на окружающую среду Землетрясение представляет комплексное бедствие, в связи с которым можно различать первичные и вторичные последствия. К числу первичных относят движения грунта (сотрясения, подвижки), которые могут вызывать обрушение зданий, других сооружений и установок.

Вторичные последствия включают оползни, пожары, цунами и наводнения.

Различают четыре главных типа ущерба: жертвы среди населения, а также телесные и психические травмы; уничтожение имущества; дезинтеграция экономики и косвенные убытки; экологический ущерб. Размеры ущерба определяются не только магнитудой, местом и глубиной очага землетрясения, состоянием грунта и физико-географическими особенностями района, но также качеством конструкции ( Hodgson , 1956) и целым рядом приспособлений, которые могут быть приняты или не приняты жителями района бедствий ( Russell , 1969). Грандиозное землетрясение в Сан-Франциско случилось рано утром 18 апреля 1906 г.

Поскольку большинство жителей находилось дома и спало в это время, число жертв, видимо, было меньше, чем могло бы быть в ином случае. Здания были повреждены во всех частях города, но больше всего пострадали постройки на насыпных землях (где извивались, дыбились и покрывались трещинами тротуары, рушились дома, рвались канализационные и водопроводные трубы, гнулись трамвайные рельсы). К тому же возникло много пожаров — за два дня было полностью опустошено более 500 городских кварталов. При землетрясении пострадала вся область, прилегающая к побережью залива. 2. Вулканическое извержение Вулканическое извержение — это одно из самых неистовых, эффектных и внушающих трепет явлений природы.

Поэтому неудивительно, что с незапамятных времен вулканы действовали на воображение человека, иногда вызывая в нем ужас, иногда религиозное почитание, иногда эстетическое ощущение красоты и всегда уважение.

Грозные силы, заключенные в вулканах, и очевидная неотвратимость извержений обычно порождали чувство фатальной неизбежности: вулкан поступит так, как ему заблагорассудится, и с ним не поспоришь! Очень, очень редко осмеливались люди испытывать какие-либо способы, чтобы повлиять на поведение вулкана, кроме как жертвоприношения или другие религиозные действия.

Однако сегодня мы приходим к убеждению, что есть более эффективные средства, которые можно использовать. Мы уже умеем ослаблять или предотвращать некоторые разрушительные явления, вызванные вулканической деятельностью, а дальнейшее накопление знаний и опыта позволит нам делать еще больше. Более того, мы теперь сознаем, что должны научиться избавлять человечество от катастрофических последствий деятельности вулканов.

Миллионы людей живут рядом с действующими вулканами, над этими людьми постоянно тяготеет опасность вулканической катастрофы (фото 2.1), но они и дальше будут жить там. Подсчитано, что за последние 500 лет в результате деятельности более 500 наземных вулканов погибло примерно 200 тыс. человек (см. приложение В). Одни были убиты непосредственно при извержении, другие умерли от голода после уничтожения посевов и гибели скота. Сюда не включено несколько десятков тысяч погибших в результате «приливных волн» (т. е. цунами; см. гл. 3), вызванных вулканическими извержениями. В 1902 г. на острове Мартиника (Малые Антильские острова) вулкан Мон-Пеле за какие-то мгновения полностью уничтожил город Сен-Пьер, погибло около 30 тыс. человек. Если мы хотим избежать таких же, а может быть, и еще более страшных катастроф в будущем, мы должны научиться вовремя предупреждать о готовящейся вспышке вулканической деятельности и должны уметь справляться с результатами этой деятельности. Нужно продвинуться еще дальше и научиться прямо использовать вулканы и их энергию. Мы уже заставили работать на себя какую-то часть вулканического тепла в виде природного пара и горячей воды для дешевого производства электроэнергии и отопления домов, к тому же без загрязнения окружающей среды, но это только очень малая доля всего вулканического тепла, которое мы могли бы использовать.

Созданные вулканами участки суши не только обширны, но обычно они и очень плодородны, особенно это сказывается в тропиках где питательные вещества очень быстро выщелачиваются из почвы и выпадающий вулканический пепел восстанавливает ее плодородие.

Именно эти плодородные почвы еще более осложняют проблему вулканов, так как они привлекают людей Нельзя найти способ увести людей из этих опаснейших районов, так как урожаи, получаемые там на богатых землях, уже имеют жизненно важное значение, и оно становится еще больше в связи с непрерывным ростом мирового населения.

Решение проблемы надо искать в том, чтобы научиться жить возле вулкана: предупреждать о времени, характере и месте приближающегося извержения, избегать его воздействия или облегчать его ускорять восстановление опустошенных земель.

Таковы некоторые из практических целей современной вулканологии. Одна из наиболее важных практических проблем выражается простым вопросом: в каком случае можно считать, что вулкан мертв? Если это действительно потухший вулкан, то он больше не опасен, но вулканы могут в течение тысяч лет оставаться «тихими», дремлющими, а затем снова возобновить свою деятельность, и часто извержение, знаменующее это пробуждение бывает чрезвычайно сильным.

Некоторые из самых разрушительных извержений связаны с оживлением вулканов, не извергавшихся на протяжении всего исторического времени и, следовательно, не считавшихся действующими. Среди них, например, извержение Везувия в 79 г. н. э., извержения вулканов Ламингтон (1951 г.), Безымянного (1956 г.), Ареналь (1968 г.). Часто говорят, что такое пробуждение вулканов непредсказуемо, но в большинстве случаев оказывается, что люди просто не смогли понять его предзнаменований.

Например, всем упомянутым выше извержениям предшествовали многочисленные землетрясения были, вероятно, и другие признаки. При условии надлежащего размещения измерительных приборов и при условии бдительной, умелой работы специалистов, интерпретирующих их записи, при наличии имеющихся и накапливающихся знаний все эти извержения можно было, вероятно, предсказать хотя бы в общем виде. 2.1. Лавовые потоки. На протяжении истории человечества лавовые потоки уничтожили большое количество материальных ценностей, созданных людьми, но редко уносили их жизнь: эти потоки продвигаются медленно, поэтому люди и животные успевают уйти от них.

Перебраться через широкие активные потоки лав бывает трудно или невозможно — отчасти из-за сильной рассеченности их поверхности и из-за излучаемого ими тепла, но еще более из-за того, что нагретый над потоком воздух чересчур разрежен, и человек, которому и так очень трудно преодолевать такую неровную поверхность, может потерять сознание или вообще умереть от недостатка кислорода. Возможно, некоторые люди погибли именно так. В 1823 г., когда поток очень жидкой лавы, изливавшейся из нескольких жерл на юго-западном склоне вулкана Килауэа, с большой скоростью надвигался на одну прибрежную деревню, большинство жителей успели убежать в безопасное место, но, как гласит предание, некоторые старики и малые дети не могли бежать быстро и погибли. Таким образом, в отношении лавовых потоков задача состоит не столько в спасении человеческих жизней, сколько в защите имущества и в том, чтобы научиться в кратчайшее время делать поверхность потока пригодной для сельского хозяйства. Чтобы привести пример разрушений, связанных с лавовыми потоками, снова обратимся к нашему классическому вулкану— Везувию. После того как в 172 г. н. э. начал расти новый конус Везувия, лавовые потоки неоднократно наползали на виноградники и селения, располагавшиеся в нижней части склонов этой горы, причем одним из крупнейших таких эпизодов было извержение 1906 г. В начале 1905 г. расплавленная лава занимала внутри конуса высокое положение, почти доходя до краев кратера. Вес столба жидкой лавы, возвышавшегося на 1340 м над уровнем соседнего Неаполитанского залива, оказывал сильное распирающее действие на стенки конуса. По этой ли причине или вследствие тектонических движений, связанных со смещениями в более глубоких частях земной коры, но в мае конус треснул, и на его северо-западном склоне, в 120 м ниже кромки кратера, образовались жерла, откуда в течение 10 следующих месяцев изливались лавовые потоки, не причиняя серьезного вреда. Еще более сильное извержение Этны произошло в 1669 г. на южном склоне горы. Лава двигалась на юг, уничтожая посевы, сады и деревни, и дошла до стен древней феодальной крепости Катания. Стены держались несколько дней, при этом лава нагромождалась возле них, и часть потока обошла крепость и направилась к Ионическому морю.

Однако в конце концов слабый участок стены не выдержал, лава двинулась в город и уничтожила некоторые его части, причем большинство зданий было сдвинуто и разрушено, но более прочные строения устояли и были погребены лавовым потоком.

Современный уровень земли у входа в замок Орсини (средневековый бастион с толстыми прочными стенами) — это уровень бывшего второго этажа, но помещения первого этажа сохранились и используются до сих пор.

Основание замка покрыто слоем лавы толщиной 9—12 м.

Крупнейшее лавовое извержение исторического времени — это извержение 1783 г. в Исландии, упоминавшееся ранее. Лава одного этого извержения покрыла площадь 560 км2, уничтожив несколько крестьянских хозяйств. Но даже это извержение кажется небольшим по сравнению с настоящими «лавовыми наводнениями» доисторических времен.

Потоки, в результате накопления которых образовались огромные лавовые равнины, такие, как плато Колумбия на востоке штата Вашингтон 2.2. Грязевые потоки. Когда говорят «грязь», то обычно представляют себе что-то мешающее, неприятное, но едва ли опасное; однако за последние несколько столетий грязь, стекающая со склонов, уничтожила больше материальных ценностей, чем любое другое вулканическое явление, и унесла тысячи человеческих жизней.

Грязевые потоки надо считать главным после выпадения тефры элементом вулканической опасности. При извержении Везувия в 79 г. н. э., когда Помпеи были погребены под слоем пепла, Геркуланум был погребен грязевыми потоками, возникшими в результате сильных дождей на верхних частях склонов вулкана, покрытых мощными пепловыми отложениями.

Обломочный материал, отложенный грязевыми потоками, затвердевает почти как бетон. Из-за этого раскопать развалины Геркуланума оказалось гораздо труднее, чем Помпеи; кроме того, Геркуланум был погребен глубже. Опять же, когда говорят «грязь», обычно представляют себе тонкозернистый материал.

Большинство грязевых потоков действительно содержит значительную долю тонкообломочного материала, но в них много и угловатых глыб размером часто больше 30 см, а некоторые глыбы бывают размером в несколько метров.

Нередко грубый материал преобладает над мелким, причем соотношение размеров обломков зависит от исходного материала.

Грязевые потоки сметают и вбирают в себя все, что попадается на их пути, и часто они содержат много органического материала: от листьев до целых стволов деревьев, иногда даже трупы животных или людей. Здесь рассмотрены только те грязевые потоки, которые прямо связаны с вулканической деятельностью; о других грязевых потоках рассказывается в гл. 4. Главная причина того, что грязевые потоки так часто возникают на вулканах, — это изобилие рыхлых обломков горных пород, покрывающих обычно склоны действующих вулканов; обломки смешиваются с текущей водой и образуют грязь. Большинство вулканических грязевых потоков холодные, но бывают и горячие; обычно они химически почти нейтральны, однако иногда сильно насыщены кислотами и вызывают серьезные ожоги.

Движение грязевых потоков целиком обусловлено силой тяжести, и их скорость зависит в основном от крутизны склона, по которому они движутся, и от вязкости самой грязи, но важны также и такие факторы, как размеры русла и неровность поверхности.

Вязкость зависит главным образом от соотношения твердого материала и воды; некоторые потоки состоят преимущественно из воды, в других содержание твердого материала доходит до 95%. Некоторые грязевые потоки образуются в результате того, что палящие лавины или пепловые потоки смешиваются с горными реками. В 1929 г. палящие лавины вулкана Санта-Мария (в Гватемале) соединились с реками и превратились в грязевые потоки, прошедшие затем путь в 100 км. В районе вулкана Ме-рапи (центральная Ява) такие же грязевые потоки, но меньшего размера, образовавшиеся из палящих лавин и горных речек, причинили громадный ущерб сельскохозяйственным землям и унесли много человеческих жизней.

Лавины другого происхождения также могут создавать грязевые потоки.

Например, в 1888 г. низкотемпературная экспло-зия пара на вулкане Бандай (в Японии) разорвала боковую стенку вулканического конуса, и верхняя часть этой стенки обрушилась.

Породы были уже частично переработаны вулканическими газами и превратились в глину. Из раздробленного материала рухнувшей стенки возникла лавина; она понеслась вниз, смешалась с водой горных речек и образовала грязевые потоки, которые погребли деревни и убили 400 человек. Грязь может образоваться и в воздухе, при соприкосновении выброшенного пепла с дождевыми тучами. Падая на землю, она иногда покрывает растительность таким плотным слоем, что ломаются сучья деревьев; иногда сползает широкими «простынями» со склонов вулкана и соседних холмов.

Подобное наблюдалось во время извержения Ирасу (в Коста-Рике) в 1963 г.

Подавляющее большинство вулканических грязевых потоков образуется в результате сильных дождей, выпадающих на покрытые обломочным материалом склоны эксплозивных вулканов.

Иногда дождь возникает при конденсации пара в облаках вулканического газа, но как правило он имеет обычное атмосферное происхождение, особенно в тропиках, где проливные дожди, например во время муссонов, часто влекут за собой грязевые потоки.

Количество материала, отложенного грязевыми потоками вокруг основания многих тропических вулканов, огромно. По сути дела, в окрестностях многих из них трудно найти что-либо иное, кроме отложений грязевых потоков и перемытого материала из них.

Большая часть материала грязевых потоков образуется из рыхлых, неконсолидированных отложений тефры на горных склонах, но иногда, например при извержении Майона в 1968 г., он представляет собой продукт размыва отложений палящих лавин.

Сравнительно просто предсказать вероятный путь многих грязевых потоков, потому что они движутся по долинам; другое дело — предсказать время их возникновения.

Вероятно, самое большее, что можно сделать, это изучить условия, благоприятствующие их образованию, и оповещать население об их угрозе.

Толстый покров рыхлый тефры, который может превратиться в результате сильных дождей в текучую грязь; активные купола или лавовые потоки, которые могут растопить снег и вызвать потоки талых вод; особые условия, при которых горячие или холодные лавины могут сорваться в долины рек и ручьев, — за всем этим надо внимательно следить.

Некоторые грязевые потоки, такие, как в начале извержения Мон-Пеле в 1902 г., вероятно, предсказать нельзя, но все-таки бывает возможно предсказать само извержение, с которым они могут быть связаны.

Необходимо иметь в виду, что грязевые потоки могут возникнуть на начальной, да и на более поздней стадии любого извержения эксплозивного вулкана. 2.3. Прорывы ледниковых вод. Здесь уже упоминались наводнения и грязевые потоки, образующиеся при таянии ледников на вулканах Вильяррика и Котопахи, но они выглядят незначительными по сравнению с настоящими потопами, которые возникают при вулканических извержениях, происходящих под некоторыми ледниками Исландии. На протяжении нескольких часов такие «ледниковые прорывы» могут быть более многоводными, чем крупнейшие реки мира.

Некоторые прорывы ледника Мирдальс (Мирдальсйёкудль), вызванные извержениями покрытого им вулкана Катла, выносят более 92 тыс. м3 воды в секунду, а общий объем прорвавшейся воды может быть больше 6 км3! 2.4. Вулканические газы.

Львиная доля всего газа, выделяемого вулканами, приходится на водяной пар, но вместе с ним в различных пропорциях выделяются и другие газы; среди них главные: двуокись углерода (углекислый газ) СО2, окись углерода СО, серные газы SO 2, SO 3, сероводород H 2 S , хлористый водород НС1 и фтористый водород HF . Все эти газы при значительной концентрации вредны для растений и животных.

Некоторые газы приносят вред даже при очень небольшом их содержании.

Сернистый и серный ангидриды, соединяясь с водой, образуют соответственно сернистую и серную кислоту. С подветренной стороны от дымящих жерл часто образуется туман, состоящий из аэрозоля кислот. Газы могут выделяться через главное эруптивное жерло (или через несколько жерл) вулкана, но часто они выходят и через сравнительно узкие отверстия, через которые никогда не извергались ни лава, ни пепел.

Отверстия, через которые выделяется только газ, называются фумаролами, а о самом процессе выхода газа без извержения лавы или тефры часто говорят как о фумарольной деятельности.

Обычно фумарольная деятельность продолжается в течение нескольких недель, месяцев или лет после окончания извержений лавы или тефры.

Фумаролы, выделяющие серные газы, называются сольфатарами, а низкотемпературные фумаролы, выделяющие много СО2 (иногда СО), — мофеттами. I азы выделяются лавовыми и пепловыми потоками либо по всей их поверхности, либо в виде четко локализованных фумарол.

Кислотные газы вредны и для растительности, и для металлов. Когда ветер относит такие газы в сторону от вулкана, повреждается листва и опадают плоды; это может вызвать полное оголение и гибель растений. Там, где среди вредных газов преобладают серные, их воздействие на листву очень похоже на то, как действуют на нее дым металлургических заводов или сильный городской смог.

Вулкан Масая-Ниндири в Никарагуа— сложный двойной конус с несколькими кратерами. За последнее столетие было несколько периодов, каждый по нескольку лет, когда одно из жерл в кратере Сантьяго выделяло много водяного пара и серных газов, которые держались над кратером в виде большого облака.

Вулкан располагается в центральной впадине Никарагуа, его высота всего лишь около 700 м. К западу от него находится возвышенность, и кофейные плантации поднимаются по ней на высоту несколько большую, чем вершина вулкана Ветры относили газовое облако на запад, и оно захватывало полосу шириной 5—8 км (фиг. 2.15), внутри которой на площади примерно 150 км2 плантациям причинялся ущерб на сумму в десятки миллионов долларов; страдали также посевы пшеницы и других зерновых культур вплоть до самого Тихого океана. Проволочные изгороди, телефонные провода и металлическое оборудование на плантациях и на цементном заводе у побережья повреждались кислотами. Точно такой же ущерб был нанесен плантациям кофе и других культур к западу от вулкана Ирасу в Коста-Рике. 3. Цунами История содержит много описаний крупных землетрясений, возникавших вблизи морских берегов и сопровождавшихся разрушительными морскими волнами, которые опустошали целые города. Так произошло при знаменитом Лиссабонском землетрясении 1 ноября 1755 г.

Несколько высоких океанских волн обрушилось на западное побережье Португалии, Испании и Марокко; в результате число погибших от землетрясения выросло в Лиссабоне (его население составляло 235 тыс. человек) примерно до 60 тысяч.

Высота волн в Лиссабоне была, по рассказам, на 5 м выше максимального уровня прилива. Волны пронеслись по всему Атлантическому океану, их наблюдали в Голландии и Англии, на Азорских островах и в Вест-Индии. В гавани Кинсейла (Ирландия) спустя четыре с половиной часа после землетрясения уровень воды быстро поднялся, в результате чего разорвались якорные цепи стоявших там двух кораблей.

Сейсмогенные морские волны, для обозначения которых используется японское слово цунами, в популярной литературе часто называют также «приливными волнами», но это неправильно, так как они в отличие от обычных океанических приливов не связаны с приливным действием Луны и Солнца, а представляют собой длиннопериодные колебания воды, возникающие при внезапном подводном смещении; чаще всего цунами значительной величины возникают в результате резкого, сопровождающегося землетрясением смещения по подводному разрыву.

Например, подвижка по подводному разрыву была причиной цунами, возникших при Чилийском землетрясении 1960 г. (см. раздел 3.3) и при Аляскинском землетрясении 1964 г. Список крупных цунами приведен в табл. 3.1. Начиная с 1596 г.

Япония испытала не менее 10 катастрофических цунами. В 1707 г. во время землетрясения возникли громадные волны во Внутреннем море; в заливе Осака пошло ко дну более 1000 крупных и мелких судов. Еще одной причиной океанских цунами являются подводные оползни, такие, напримери лавины, срывающиеся в море. Виновником может быть и вулканическое извержение. При обрушении кальдеры Кракатау в 1883 г. высота морских волн, накатившихся на берега Явы и Суматры и вызвавших гибель около 30 тыс. человек, была, по рассказам, более 30 м. Волны были настолько велики, что зыбь дошла даже до Ла-Манша. В открытом океане волны цунами по своей длине во много раз превосходят все другие морские волны, у которых расстояние между гребнями редко бывает больше 100 м, тогда как такое расстояние для волн цунами иногда превышает 10 Q км. С другой стороны, высота гребня цунами не достигает 1 м, и эти волны нельзя обнаружить в открытом море с корабля. Скорость волны уменьшается с уменьшением глубины моря. Математически эта скорость определяется выражением л/ gd , где g — Ускорение силы тяжести (980 см/с2), а й-—глубина воды. В глубоководных впадинах, например в средней части Тихого океана, гДе d достигает 5 км, скорость распространения волн цунами превышает, следовательно, 700 км/ч. Когда цунами достигает мелководья у островов или на шельфе, скорость резко уменьшается.

Одновременно во много раз возрастает амплитуда волны, доходя иногда до 25 м. Фронт волны искривляется, так как на мелких участках волна движется медленнее, чем на глубоких. Как и в случае световых волн, такая рефракция может повернуть фронт волны и привести к тому, что цунами огибают мысы и выступы берега и попадают в бухты, защищенные от других волн.

Конфигурация некоторых прибрежных районов океана такова, что там образуется так называемая волновая ловушка, где энергия широкого фронта волны фокусируется на небольшом участке, или, отражаясь от берега, концентрируется на каком-нибудь определенном участке.

Пример такой ловушки — район Хило, остров Гавайи (см. фото 3.1). С приближением цунами уровень моря вдоль побережья может вначале несколько понизиться, при этом из воды выступают рифы и обнажается подводная часть пляжа, на которой остается много рыбы. Между отдельными сериями волн цунами могут быть промежутки длительностью от нескольких минут до часа и больше.

Высота подъема воды и расстояние, на которое она отступает, значительно меняются вдоль побережья от места к месту в зависимости от глубины и от других факторов, и после отступления первой волны люди не должны думать, что опасность уже миновала. При цунами, обрушившемся на остров Гавайи в 1946 г., наибольший ущерб причинила восьмая по счету волна.

Главная атака цунами иногда оказывается направленной на какой-нибудь залив или на устье реки, где образуется так называемый бор (водяная стена при высоком приливе), и этот сокрушительный вал может причинить большой ущерб, как это было в 1957 г. в Хило. Надо сказать, что боры могут возникать в закрытых акваториях, таких, как устья рек, и в результате случайного усиления обычной океанской приливной волны. Примером служит знаменитый бор в заливе Фанди [юго-восточное побережье Канады; высота приливной волны там часто бывает более 20 м. — Перев.]. Хотя проблема опасности, связанной с цунами, относится преимущественно к Тихоокеанскому побережью, известно, что цунами иногда причиняют ущерб и в других океанах (особенно в Атлантическом и Индийском) и во многих морях. Даже небольшого размера цунами могут вызвать гибель людей. Например, при эксплозивном извержении вулкана Тааль (Филиппины, юго-западная часть острова Лусон) в сентябре 1965 г. возникла небольшая волна цунами на озере Тааль. Волны опрокинули лодки, в которых спасались жители, бежавшие с центрального острова; люди утонули, и эти новые жертвы прибавились к погибшим от этих же волн на побережье (у берегов озера высота волн превысила 4,7 м) — всего погибло не менее 50 человек. 3.1. Крупные волны и сейши на озерах и водохранилищах. Волны большой высоты могут возникать при обвалах скальных пород м оползаниях почвенного слоя в водохранилища или озера. Такие лавины могут быть спонтанными — например, оползень, который выплеснул воду из водохранилища через плотину Вайонт (см. гл. 4) в Италии и вызвал гибель многих людей в нижней части долины, —а могут быть результатом значительных землетрясений: естественных или искусственных (например, крупных взрывов). Геологическая опасность такого рода проявляется редко, но ее нельзя упускать из виду, заботясь о безопасности возрастающего населения в районах проектируемых национальных парков и охраняемых водных ландшафтов (марин) вокруг озер, заливов и водохранилищ. Сейши обычно образуются в результате необычно высоких приливов, сильных ветров и течений, но при определенных обстоятельствах возникают и в результате сейсмических колебаний грунта.

Землетрясения раскачивают воду и производят сейши, которые могут оказаться разрушительными для береговых сооружений, а проникнув далеко на сушу, могут повредить водохранилища и резервуары сточных вод.

Известно, что при крупном землетрясении сейши в озерах, гаванях и реках могут вызываться медленными ритмичными движениями земной коры на большом расстоянии от очага. 3.2. Цунами, вызываемые землетрясениями.

Вследствие того что вокруг Тихого океана происходят сильные землетрясения, в водах этого океана особенно часто возникают сейсмические морские волны. Они вызываются, вероятно, подвижками по падению разрывов (фиг. 1.7) независимо от того, происходят ли такие подвижки в зонах субдукции у островных дуг (например, у Алеутских островов) или на срединно-океанических хребтах (например, в Атлантическом океане между Азорскими островами и Гибралтаром). Так, обширные исследования японских ученых показали, что вокруг японского побережья фокальные механизмы землетрясений, производящих цунами (так называемых цунамигенных землетрясений), обычно представляют собой смешение по падению разрывов (сбросов или взбросов), и наоборот— сдвиговые смещения почти никогда не сопровождаются цунами. В согласии с этим выводом, при сильнейшем Сан-Фран-цисском землетрясении 1906 г. цунами не было, хотя горизонтальное смещение по разлому Сан-Андреас, проходящему частично под морем, достигало 6 м. Когда океанское дно смещается вертикально, это действует на воду, как гребок весла. Все глубоководные желоба у берегов Южной Америки, Японии и вдоль Алеутских островов обращены к центру Тихого океана, что и определяет направленный характер многих цунами, возникающих в этих сейсмичных областях. Даже при беглом взгляде на глобус видно, что Гавайские острова располагаются почти точно на больших кругах, тангенциально к направлению на эти генерирующие землетрясения области (фиг. 3.1), в чем и состоит главная причина подверженности Гавайских островов опасности цунами.

Энергия цунами обычно составляет от 1 до 10% энергии вызывающих их землетрясений; энергия самых крупных цунами достигает примерно 1023 эрг. 3.3. Описание отдельных цунами Чилийское цунами 22 мая 1960 г.

Землетрясение и цунами были следствием подвижки по плоскости регионального надвига, проходящей под Андами и пересекающей дно океана в районе центрального Чили под Южно-Американским (Чилийским) желобом. Волна цунами распространилась по всему Тихому океану, пересекла его и обрушилась на побережье Японии приблизительно через 22 часа после землетрясения, причинив во многих местах значительный ущерб. (Картина распространения этого цунами показана на фиг. 3.1.) При этом землетрясении на громадной площади произошли изменения высот, которые захватили побережье Чили между 38° и 43° ю. ш. На краях зоны разрыва у островов Моча и Гуафо наблюдалось поднятие на 1—2 м, тогда как в районах городов Корраль и Маульин (в средней части площади) произошло опускание примерно на 2 м.

Цунами обрушилось на этот берег через 15 минут после землетрясения тремя волнами, которые причинили большой ущерб, вызвав наводнения, особенно в городах Сааведра, Меуин, Корраль, Маульин и Анкуд. Количество погибших оценивалось числом 909, без вести пропало 834 человека; гибель многих из них была связана с волнами цунами. Когда цунами достигло побережья Японии, оно причинило много вреда и там: около 120 человек погибло, тысячи домов были смыты в море, многие сотни судов были разбиты или затонули.

Начиная с 1952 г.

Япония имеет систему предупреждения о цунами, подчиненную Японскому метеорологическому агентству. Она предназначена для информации о возникающих при местных землетрясениях цунами и использует данные специальных станций, расположенных на разных японских островах и оснащенных сейсмографами и мареографами. Цель создания этой системы — оповещение по крайней мере за 30 минут до прихода головной волны цунами.

Однако эта система не была рассчитана на то, чтобы объявлять тревогу, связанную с цунами, возникающим при землетрясениях в отдаленных районах.

Поэтому после катастрофы, связанной с чилийским цунами, японское агентство стало энергично сотрудничать с Тихоокеанской системой предупреждения, с тем чтобы в дальнейшем избежать жертв при цунамигенных землетрясениях. 4. Оползни Оползни, проседание грунта и лавины постоянно и во многих местах мешают деятельности человека.

Масштаб этих явлений имеет диапазон от обрушения отдельных глыб размером в несколько метров, что причиняет только незначительные неудобства, до возникающих изредка гигантских оползней или лавин, площади действия которых измеряются километрами, что уже затрагивает очень многих людей.

Поскольку при всех масштабах таких явлений важную роль играют одни и те же свойства почвенного слоя, коренных пород или снега, все эти явления описаны здесь в одной главе, причем главное внимание уделено оползням.

Оползни происходят на склонах, сложенных различным материалом; они имеют различный механизм и возникают в результате нескольких причин. С ними могут быть связаны серьезные разрушения городов и поселков, коммуникаций и крупных сооружений, в том числе плотин и мостов (фото 4.1). Ввиду разнообразия материала оползней, их механизма и скорости развития задача систематизации различных особенностей движения грунта открывает широкое поле деятельности для исследователя, склонного к такой работе.

Неудивительно поэтому, что разработано много классификаций оползней. Ниже рассмотрены некоторые наиболее важные аспекты этих классификаций. 4.1. Описания некоторых оползней Усой, Памир, 1911 г. Самый крупный в XX в. оползень произошел у селения Усой в горах Памира в 1911 г. Этот оползень имеет интересную историю.

Одновременно с оползнем было отмечено землетрясение, но в результате отдаленности и редкой населенности этого района правительство России получило известие о землетрясении только через две недели после него, а сведения об оползне поступили спустя еще два месяца. В течение двух с половиной лет район оползня не обследовался, и только в 1913 г. его посетили и описали участники одной военной экспедиции. В то время происхождение землетрясений было еще предметом дискуссий между сейсмологами, и когда появились сведения о землетрясении и об оползне, некоторые сейсмологи сделали вывод, что эти явления были одновременными и что именно срыв оползня вызвал удар, от которого распространились волны, записанные как землетрясение.

Точное время обоих этих событий было, конечно, неизвестно.

Позднее, в 1915 г., для исследования оползня была организована сейсмологическая экспедиция; она привезла отчет, в котором были приведены материалы о размерах и объеме этого оползня. Объем был оценен в 2,5 млрд. м3, т. е. 2,5 км3. Экспедиция провела съемку района оползня достаточно детально, так что было установлено первоначальное и конечное положение оползневой массы. Таким образом, можно было лучше оценить энергию, высвободившуюся при развитии оползня, хотя коэффициент ее превращения в упругие волны был, вероятно, невелик.

Энергия этого оползня, хотя и очень большая, была существенно меньше, чем энергия, выделившаяся при землетрясении. Этот памирский оползень, состоявший из глины и раздробленной скальной породы, накрыл селение Усой с его 54 жителями, завалил долину и запрудил реку Мургаб, в результате чего образовалось большое озеро.

Уровень озера поднимался, и в конце концов было затоплено еще одно селение — Сарез.

Формирование нового, Сарезского, озера завершилось, когда вода прорезала в оползневой массе новое русло и приток воды сравнялся со стоком. Как сообщила первая военная экспедиция, высота оползневой плотины была 301 м, максимальная глубина озера 284 м, а его длина 53 км. Для сравнения: проектная высота искусственной земляной плотины Нурекской ГЭС в СССР — 310 м, а объем этой плотины 58 млн. м3. Хотя авторы не имеют никаких данных о свойствах материала этого оползня, представляется, что оползень произошел в хрупких коренных породах на склоне находившемся на грани неустойчивости.

Сейсмические колебания послужили толчком, который привел эту массу в движение поскольку оползень произошел, по всей видимости, в скальные поподах. едва, ли возникновение порового давления при землетрясении было здесь важным фактором.

Магнитуда землетрясения (по Рихтеру) оценивается величиной около 7,0'. Явления, подобные памирскому оползню, часто сопровождают землетрясения, но, к счастью, они редко бывают такого масштаба.

Такого же типа оползень возник в каньоне реки Мадисон (штат Монтана) во время землетрясения в августе 1959 г. Этот оползень, объемом около 27 млн. м3, также запрудил долину и создал позади себя озеро.

Оползень спустился на туристский лагерь, при этом погибло примерно 26 человек. Это произошло в изгибе каньона, где крутизна бортов, пропиленных рекой Мадисон, доходит до 45°. Борта каньона сложены сильно трещиноватыми и измененными метаморфическими породами. Ввиду того что подъем уровня озера угрожал другим постройкам, подразделение инженерных войск ускоренным темпом проложило через оползневую массу канал, чтобы дать возможность воде вытекать из озера и тем самым предотвратить дальнейший ущерб. Канал удалось прорыть вовремя, и это позволило управлять спуском озера. В обоих описанных случаях, на Памире и в Монтане, оползень оказался в U -образной долине и загородил ее, остановившись в виде цельного блока.

Расстояние, пройденное этими массами глины и камня, было невелико. В других местах отмечены оползни иного типа, имевшие такой же спусковой механизм; они описаны ниже. 5. Снежные лавины Летописи горных восхождений содержат много описаний внезапной гибели людей от снежных лавин. По этой причине начиная с прошлого столетия, особенно в альпийских странах, постоянно изучается лавинная опасность. Во многих отношениях лавины, возникающие в снежном покрове, напоминают определенные виды оползней, но имеются и существенные различия. Как материал, снег можно охарактеризовать теми же механическими свойствами, что и грунт: сцеплением, углом внутреннего трения и плотностью, связанными между собой сложной зависимостью. Когда снег выпадает на наклонную поверхность и скапливается на ней, то условия, от которых зависит, возникнет лавина или нет, подобны тем, которые создаются в случае оползания тонкого слоя грунта на длинном склоне. Иными словами, снег будет оставаться на месте, если его сопротивление сдвигу на всех глубинах будет превышать касательные напряжения, развивающиеся под действием тяжести снега и в результате наклона поверхности. Если же прочность на сдвиг окажется меньше составляющей веса, направленной параллельно склону, то возникает лавина. Какая толщина снежного покрова приводит его к обрушению, зависит от свойств снега (таких, как плотность, сцепление, трение) и от угла наклона поверхности точно так же, как это показано для грунта, находящегося на бесконечном склоне (см. фиг. 4.8 и относящийся к ней текст). Глубина снежного покрова, при которой напряжения становятся больше прочности, обычно называется критической глубиной.

Однако на этом сходство между оползнями снега и грунта кончается. Не бывает снежных лавин, которые захватывали бы материал на большую глубину (как в некоторых случаях срывов рыхлых и скальных грунтов) и двигались по поверхности скола, имеющей форму дуги или чего-либо в этом роде. Кроме того, физические процессы, воздействующие на механические свойства снега, полностью отличаются от тех, которые определяют сопротивление сдвигу в грунтах. Хотя грунт — это сложный материал, некоторые аспекты условий, влияющих на его прочность, изучены довольно хорошо, а химические процессы, в результате которых изменяется прочность того или иного слоя или участка в грунте, продолжаются в течение многих лет. Более быстрые изменения прочности связаны в общем случае с изменениями порового давления воды и водонасыщенностью материала. В отличие от этого физические условия, структура частиц льда, слагающих снежную массу, и характер связи между ними меняются непрерывно.

Давление, температура и миграция водяного пара постоянно меняют свойства снежного покрова по всей его глубине. Например, новый снег, выпавший при очень низкой температуре, может быть вовсе лишен сцепления. Его сопротивление сдвигу эквивалентно сопротивлению сухого песка, которое обусловлено только трением.

Поэтому он не может удерживаться на склоне, угол которого круче угла его внутреннего трения, поэтому во время снежных бурь на крутых склонах возникают осовы (т. е. соскальзывание верхнего слоя снега) и поверхностные срывы. Если склон положе угла внутреннего трения материала, то снег первое время остается на месте. Затем солнечное облучение, изменение температуры и миграция водяного пара через толщу снега делают его свойства иными, увеличивают его плотность и сцепление, которые непрерывно меняются со временем и оказываются различными в зависимости от глубины снежного покрова. В какой-то момент соответствующее сочетание этих свойств может привести к тому, что некоторый слой снега станет неустойчивым и начнется его скольжение. В каждом данном районе возможность возникновения лавин, их частота и размеры в большой степени определяются погодой и рельефом.

Различные комбинации метеорологических условий приводят к возникновению разных видов лавин, которые могут срываться и во время сильных метелей, и сразу же после них, и спустя долгое время, или же происходят в результате условий, создавшихся после нескольких снегопадов. Как и в случае оползней, разнообразие возможных видов лавин породило целый ряд систем классификации. 5.1. Описания некоторых лавин Карпаты, территория Чехии. В Карпатах были проведены специальные исследования причин возникновения лавин. Чаще всего они отмечаются там в хребтах Низкие Татры и Большая Фатра. Отрыв снежных масс происходит в этих горах, как правило, на высотах 1700—2000 м. Длина пути лавин меняется от менее 1 до 3 км и более. Для анализа были выбраны два периода: зима 1955/56 г. и зима 1961/62 г. В обоих случаях было много нового снега. В марте 1956 г. была переменная пасмурная погода с дождем и снегом в низменных районах и значительными снегопадами в горах. Затем такая погода сменилась штормовыми ветрами, в результате чего произошли крупные подвижки снежного покрова, а на подветренных склонах образовались карнизы, создавшие благоприятную обстановку для образования лавин. В Татрах и на Фатре произошло много крупных срывов снежного покрова, причинивших в ряде случаев значительный ущерб. Среди них была лавина, возникшая 8 марта 1956 г. на покрытых альпийскими лугами склонах Татр у города Ждьяр и принесшая смерть 16 рабочим лесничества. Зимой 1961/62 г. состояние снега не способствовало образованию лавин вплоть до февраля 1962 г., а затем холодный сырой воздух вызвал такое быстрое увеличение снежного покрова, что силы сцепления между старым и новым снегом еле-еле уравновешивали на критических склонах силы растяжения. Эти нестабильные условия привели к возникновению множества крупных лавин чуть ли не на всей территории Карпат. 6. Наводнения Шторма являются одной из главнейших проблем вызывающих наводнения.

Вращение Земли отклоняет течение нагретого воздуха, поднимающегося над экватором и смещающегося к полюсам. Когда более холодный воздух достигает широты 30°, то часть его уходит в северном полушарии на восток, образуя субтропическое струйное течение. Значительная часть этого воздуха замедляется и опускается в районе «конских широт» ', замещая там поднимающийся экваториальный воздух.

Воздух, движущийся (в северном полушарии) на юг, поворачивает на запад и образует пассаты, а часть опускавшихся воздушных масс движется на север и затем отклоняется на восток, создавая ветры западной циркуляции, дующие в средних широтах. Не весь воздух опускается у средних широт из верхних слоев атмосферы; некоторая его часть продолжает двигаться на север, охлаждаясь путем излучения тепла, и в конце концов опускается в районе Северного полюса.

Двигаясь на юг, этот полярный воздух попадает в зону преимущественной западной циркуляции и принимает вид огромных поверхностных вихрей, причем в местах столкновения потоков образуются ячеи высокого и низкого давления. В областях высокого давления холодный, тяжелый воздух под действием вращения Земли постепенно вовлекается в спиральное движение в направлении по часовой стрелке.

Зарождаясь на севере, такие вихревые потоки устремляются на юг и, например над Северной Америкой, могут дойти зимой даже до Мексики.

Обычно диаметр подобной спирали составляет несколько сотен километров, но некоторые из них могут захватывать всю территорию США к востоку от Скалистых гор. Между ячеями высокого давления располагаются ячеи низкого давления, в которых вращение происходит (в северном полушарии) против часовой стрелки. С этими центрами низкого давления связаны атмосферные фронты, представляющие собой границы между теплыми и холодными воздушными массами; вдоль этих фронтов образуются тучи и выпадают осадки. Эти главные черты погодного механизма Земли хорошо изучены метеорологами, но правильное использование имеющихся данных для предсказания штормов, при которых выделяется много влаги, все еще больше относится к области искусства, чем к науке.

Каждый год приносит новые сведения и более совершенные физические модели, космические снимки обширных областей земной поверхности на непрерывной основе стали важным подспорьем синоптиков. По серии таких снимков можно проследить ячеи высокого и низкого давления, нанести на карту движение фронтов и произвести оценку количества осадков, продолжительности атмосферных явлений, вероятности возникновения штормов.

Атмосферный уровень, на котором дождь сменяется снегом, зависит от вида шторма и от географического положения местности.

Уровень замерзания может подниматься до 3000 м и опускаться до 600 м.

Особенно опасны в смысле возникновения наводнений теплые штормы, так как осадки в этом случае даже на больших высотах выпадают в виде дождя и сразу же стекают по склонам, а не остаются в виде снежного покрова. Если на горных склонах присутствует старый снежный покров, то под влиянием теплых проливных дождей он тает, и талые воды усиливают ливневый поток.

Мощные ливневые потоки обусловлены также и состоянием грунтов на горных склонах. Если почвенный слой оказался водонасыщенным в результате недавно прошедших дождей, при новом шторме грунт впитывает мало воды и ее большая часть стекает со склонов. Доля дождевой воды, образующая непосредственный сток, меняется примерно от 15% при ливнях, начинающихся сразу же после продолжительного сухого периода, до 60%, когда дождь падает на влажную землю. Таким образом, для работ, направленных на борьбу с наводнениями в любых районах мира, предсказание штормов имеет очень важное значение. Если бы такой прогноз делался с указанием ожидаемого количества осадков, можно было бы заранее освободить водохранилища, расположенные в верхних частях речных долин, для задержания ливневых потоков, эвакуировать население из тех районов, которым угрожает явная опасность, и подготовить соответствующее оборудование для борьбы с наводнением.

Причинами наводнений также могут являться разливы рек, дожди, снег и снеготаяние. 6.1. Катастрофические наводнения Ураган «Агнеса», США. Ураган «Агнеса» считается одним из величайших стихийных бедствий, когда-либо случавшихся на территории США. Отличительной особенностью этого урагана было то, что он за короткое время вызвал разрушительные бурные паводки на громадной площади: от Джорджии на север вплоть до штата Нью-Йорк. «Агнеса», первый ураган с Атлантики в сезоне 1972 г., вначале ничем не отличался от обычного шторма.

Образовавшись 15 июня в барометрической депрессии над морем у побережья Юкатана, шторм разросся и медленно сместился к северу, обрушивая огромное количество воды на западную Кубу и создавая мощные шквалы торнадо над Флоридой. Сила ветров «Агнесы» нигде не выходила за пределы минимальных значений, присущих ураганам, но площадь, захваченная штормовой циркуляцией, была исключительно велика.

Медленное развитие урагана обусловило перенос большого количества влаги из глубоких тропиков в полосу штормов, двигавшихся на север.

Материальный ущерб, причиненный ураганом и последовавшим за ним наводнением, составил более 3 млрд. долл.; погибло 118 человек.

Большие и малые реки поднялись до рекордного уровня, что привело к опустошительным результатам.

Количество осадков, выпавших во время урагана 18—25 июня, составило от 10 до 48 см в некоторых местах. Шторм продолжался около восьми дней, в отдельные моменты дождь достигал чрезвычайной силы.

Столица страны — город Вашингтон меньше чем за 18 часов был затоплен больше чем на 28 см: согласно сделанным оценкам, на площади 93 тыс. км2 выпало 28 см осадков. Хотя на всей затопленной площади имелись многочисленные дамбы и противопаводковые сооружения, многие из них не смогли противостоять этой буре. В некоторых случаях вода задержалась между дамбами, и в течение нескольких недель после наводнения потребовалось много сил, чтобы откачать ее или отвести обратно в русла рек.

Ликвидация последствий катастрофы потребовала беспримерно больших усилий всех жителей этой области и получила поддержку на всех административных уровнях. Один из чиновников, принимавших участие в уборке, заметил: «После «Агнесы» остался такой хаос разрушений и такая бюрократическая неразбериха, что за какое дело ни возьмись, приходится только отчаиваться». 7. Смерч Смерч – одно из жестоких, разрушительных явлений природы. По мнению В.В. Кушина, смерч - это не ветер, а скрученный в тонкостенную трубу «хобот» дождя, который вращается вокруг оси со скоростью 300-500 км/ч. За счет центробежных сил внутри трубы создается разряжение, и давление падает до 0,3 атм. Если стенка «хобота» воронки рвется, наткнувшись на препятствие, то внутрь воронки врывается наружный воздух.

Перепад давлений 0,5 атм. разгоняет вторичный воздушный поток до скоростей 330 м/с (1200 км/ч) и более, т.е. до сверхзвуковых скоростей.

Смерчи образуются при неустойчивом состоянии атмосферы, когда воздух в верхних слоях очень холодный, а в нижних тёплый.

Происходит интенсивный воздухообмен, сопровождаемый образованием вихря огромной силы.

Возникают такие вихри в мощных грозовых облаках и часто сопровождаются грозой, дождём, градом.

Очевидно, нельзя сказать, что смерчи возникают в каждом грозовом облаке. Как правело, это происходит на гране фронтов – в переходной зоне между тёплой и холодной воздушными массами.

Прогнозировать смерчи пока не удаётся, и поэтому их появление бывает неожиданным. Смерч живёт недолго, так как довольно скоро холодная и тёплая воздушные массы перемешиваются, и таким образом поддерживающая его причина исчезает.

Однако даже за непродолжительный период своей жизни смерч может произвести огромные разрушения.

Физическая природа смерча очень разнообразна. С точки зрения физика-метеоролога - это скрученный дождь, неизвестная ранее форма существования осадков. Для физика-механика - это необычная форма вихря, а именно: двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками и резким различием скоростей и плотностей обоих слоев. Для физика-теплотехника смерч - это гигантская гравитационно-тепловая машина огромной мощности; в ней мощные воздушные потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты фазового перехода вода-лед, которая выделяется водой, захваченной смерчем из любого естественного водоема, когда она попадает в верхние слои тропосферы. Смерч может всосать и поднять ввысь большую порцию снега, песка и др. Как только скорость снежинок или песчинок достигает критического значения, они будут выброшены через стенку наружу и могут образовать вокруг смерча своеобразный футляр или чехол.

Характерной особенностью этого футляра-чехла является то, что расстояние от него до стенки смерча по всей высоте примерно одинаково: оно определяется скоростью, которая у всех частиц с одинаковой плотностью оказывается одинаковой.

Важный частный случай, когда плотность тела, попавшего в смерч, близка к плотности стенки воронки. В этом случае равновесная скорость для тела совпадает со скоростью стенки. Если тело попадает на внутреннюю поверхность стенки, то на него действует воздушный вихрь, вращающийся внутри воронки, скорость тела возрастает и станет больше равновесной. Тело сместится к внешней поверхности стенки. Здесь под действием трения о внешний воздух тело затормозится, скорость станет меньше равновесной, и тело вновь сместится к внутренней поверхности стенки.

Поэтому тела с плотностью стенки оказываются устойчивыми внутри стенок. Таким образом внешний и внутренний поверхностные слои оказываются в совершенно необычных условиях, при которых на них непрерывно действуют силы, стремящиеся убрать их с поверхности и «заглубить» внутрь стенки, т.е. силы, которые по своим свойствам напоминают силы поверхностного натяжения. Эти силы придают стенкам смерча повышенную устойчивость к возмущениям, делают их однородными по плотности, гладкими, четко ограниченными. Над восточной частью Москвы 29 июня 1904 г. пронесся сильнейший вихрь. Его путь лежал неподалеку от трех московских обсерваторий: Университетской - в западной части города, Межевого института - в восточной и Сельскохозяйственной академии - в северо-западной, поэтому ценный материал зафиксировали самописцы этих обсерваторий. По карте погоды в 7 ч утра этого дня на востоке и западе Европы располагались области повышенного давления (более 765 мм рт.ст.). Между ними, преимущественно на юге Европейской части России, находился циклон с центром между Новозыбковым (Брянская обл.) и Киевом (751 мм рт.ст.). В 13 ч он углубился до 747 мм рт.ст. и сместился к Новозыбкову, а в 21 ч - к Смоленску (давление в центре упало до 746 мм рт.ст.). Таким образом циклон двигался с ЮЮВ на ССЗ. Около 17 ч, во время прохождения смерча через Москву, город находился на северо-восточном фланге циклона. В последующие дни циклон ушел в Финский залив, где вызвал бури на Балтике. Если остановиться только на этом синоптическом описании, то причина смерча явственно не проступает.

Заключение Почти 250 тысяч человек во всем мире стали в 2004 году жертвами стихийных бедствий и техногенных катастроф, материальный ущерб от которых оценивается в 100-145 миллиардов долларов. В 2003 году в результате природных или техногенных катастроф погибли почти 77 тысяч человек, еще 255 миллионов пострадали, а материальный ущерб составил 57 миллиардов долларов, говорится в докладе. В период с 1995 по 2004 год во всем мире жертвами почти шести тысяч катастроф стали 901 тысяча 177 человек, пострадали более 2,5 миллиарда, а ущерб составил по меньшей мере 738 миллиардов долларов.

Международное сообщество должно предпринять решительные меры, направленные на смягчение последствий природных катастроф. Все эти события указывают на необходимость вложения средств в создание национального потенциала, обеспечивающего готовность к стихийным бедствиям и принятия соответствующих мер, в странах, подверженных стихийным бедствиям.

Список использованной литературы 1. Алексеев Н.А. Стихийные явления в природе. М., Мысль, 1998 2. Болт Б.А., Хорн У.Л., Макдоналд Г.А., Скотт Р.Ф. Геологические стихии. М., Мир, 1978. 3. Железовский Б . Хрестоматия по природоведению. – Саратов: Регион.

оценка аренды в Твери
оценка грузового автомобиля цена в Орле
оценка товарного знака в Брянске