Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Экологическая геология

Подождите немного. Документ загружается.

А.И.Шеко (1999) и некоторых других авторов. Классификации построены в основ-

ном по генетическому принципу, но ни одна из них не учитывает влияние этих

процессов ни биоту.

В последние годы появилось несколько классификаций природных процессов

с учетом экологических последствий их проявления. К ним следует отнести клас-

сификацию неблагоприятных и опасных природных процессов и явлений

С.М.Мягкова (1997). В зависимости от физической сути явления, длительности

и площади проявления, а самое главное по характеру воздействия на экосистему

им выделены три типа этих процессов:

оказывающие преимущественно разрушительное воздействие (падение мете-

оритов, ураганы, тайфуны, смерчи, наводнения, землетрясения, цунами, потоки

вулканических лав и пепла, обвалы, оползни, сели, лавины, подвижки ледников);

оказывающие парализующее или истощающее воздействие (дефляция почвы,

овражная эрозия, заиление водохранилищ и др.);

способные вызвать природно-технические катастрофы (карст, термокарст,

термоэрозия, солифлюкция и др.).

Вторая группа классификаций природных процессов экологической направ-

ленности (Кофф, 1997; "Безопасность России. Правовые социально-экономиче-

ские и научно-технические аспекты", 1999), учитывает тяжесть последствий про-

явления процессов для человека через оценку социально-экономического ущерба.

Все процессы подразделены на две группы: приводящие и не приводящие к гибели

людей. Однако в наибольшей степени для решения поставленной задачи соответ-

ствует классификация природных и геологических процессов, предложенная

Н.С.Красиловой (1997) под руководством В.Т.Трофимова. Она построена с учетом

числа возможных жертв от проявления тех или иных процессов и возможной пло-

щади поражения, а также временных и пространственных характеристик того или

иного процесса (рис. 19). Однако и эта классификация не в полной мере обеспечи-

вает учет экологических последствий от проявления процессов, так как такая

оценка многофакторна. Дело в том, что любой ряд процессов, построенный

по числу жертв достаточно условен и относителен, так как зависит от интенсивно-

сти процесса, плотности населения, научно-технического уровня развития обще-

ства и территориальной принадлежности. Кроме того, далеко не каждое проявле-

ние опасного процесса сопровождается человеческими жертвами.

Можно предложить еще одну экологически ориентированную классифика-

цию природных процессов, в определенной мере синтезирующую основные поло-

жения ранее названных классификаций. Она построена на учете прямого воздей-

ствия процессов на человека, на экосистему в целом и опосредованного воздей-

ствия процессов на комфортность проживания человека через деформацию или

постепенное разрушение инженерных сооружений. Соответственно выделяется

три блока (группы) процессов: катастрофические, опасные и неблагоприятные.

Они хорошо увязываются с определенными видами критериев оценки экологиче-

ского состояния литосферы и зон нарушенности экосистем, а также основными

функциональными единицами при зонировании территорий. В схематическом ви-

141

де такая классификация приведена на

рис.

20. По отмеченным позициям она удоб-

на в практическом применении при разработке легенд к картам эколого-геодина-

мических условий и эколого-геодинамического районирования.

Реализованные в последних двух классификациях признаки деления процес-

сов (критерии классифицирования), особенно по числу человеческих жертв, тре-

буют пояснений.

Непосредственная угроза жизни возникает только при определенной интен-

сивности проявления процесса (табл. 35). Она оценивается по различным пара-

метрам (скорость, амплитуда, высота подъема, площадь, радиус действия) и по ин-

дивидуальной шкале с персональным числом градаций (от 3 - для оползней и из-

вержений вулканов до 12 - для землетрясений). Так, по 12-балльной шкале

MSK-64 оценки интенсивности землетрясений катастрофы происходят только при

сейсмических толчках в 9 баллов и выше, по 6-балльной шкале Амбрейсиза оцен-

ки интенсивности цунами - при волнах в 5-6 баллов, по четырехразрядной шкале

оценки подъема воды в реках и площади затопления при наводнениях - только при

наводнениях 1 категории, а по трехразрядной шкале оценки скорости смещения

142

пород - при быстрых оползнях со скоростью смещения десятки метров в час. В це-

лом прослеживается такая общая закономерность: чем сильнее проявляется при-

родный процесс, тем больше человеческих жертв. Исключение составляют лави-

ны. По многолетней статистике, по данным М.В.Родкина и Н.В.Шебалина, от ла-

вин средних размеров гибнет больше людей, чем от крупных.

Вероятно, здесь вступает в силу уже другой фактор катастрофического прояв-

ления природных процессов - плотность населения и степень освоенности терри-

тории. Катастрофы с человеческими жертвами может и не быть, если природные

катаклизмы высокой интенсивности произошли в ненаселенных районах планеты.

Так, мощнейшее Гоби-Алтайское землетрясение магнитудой 8,1, балльно-

стью в эпицентре - 11, состоявшееся 4 декабря 1957 г., ощущалось на площади

5 млн км

(включая почти всю территорию Монголии, юга Бурятии, Иркутской

и Читинской областей и северные провинции Китая). Однако жертвы среди насе-

ления были незначительны из-за малой плотности населения в полупустыне

Го-

бийского Алтая.

Третьим фактором, определяющим количество жертв среди населения, явля-

ется научно-технический уровень развития общества, отражающий степень разра-

ботанности системы прогноза, предупреждения и предотвращения возможных ка-

тастроф. Если потенциально катастрофический процесс предсказан, если приня-

ты меры по предотвращению его пагубных последствий для человека (например,

возведены защитные дамбы, применены сейсмостойкие конструкции при строи-

тельстве зданий и сооружений, проведена своевременная эвакуация населения),

то катастрофы для человеческого сообщества в экологическом понимании может

и не быть, хотя социально-экономические последствия будут весьма ощутимы.

Сами катастрофические процессы, как правило, имеют тяготение к опреде-

ленным регионам, где они чаще всего происходят и приводят к наибольшему коли-

честву жертв, образуя региональный ряд по этому показателю. Для Африки харак-

терны засухи, для Индии - наводнения, для Тихоокеанского побережья Америки -

ураганы и тайфуны. Такие же зоны выделяются на территории России: изверже-

ния вулканов и цунами происходят чаще всего в Курило-Камчатской зоне, а сели,

оползни и обвалы - в горах Кавказа и Урала.

Весьма интересны высказывания

В.И.Данилова-Данильяна

(1997) по этому

вопросу. Он писал, что в отношении геологических процессов их катастрофиче-

ская оценка достаточно субъективна по отношению к человеку. Так, медленно те-

кущие опасные процессы (регрессии и трансрегрессии моря, опустынивание и

другие), проявляющиеся на обширных территориях на протяжении многих лет, не

влекут катастроф, как и сильные землетрясения в ненаселенных или малонаселен-

ных районах с легкими переносимыми жилищами. А относительно маломощный

селевой поток может быть катастрофическим. Другими словами, для разных тер-

риторий, отличающихся уровнем хозяйственного освоения, численностью прожи-

ваемого населения и типом инженерных сооружений, один и

тот

же геологический

процесс равной мощности (интенсивности) может классифицироваться как ката-

строфический и неблагоприятный. Именно с этим связано появление еще несколь-

145

ких терминов - "бедствие", "ползучая катастрофа", чтобы в какой-то мере отра-

зить нюансы катастрофического процесса.

Территории, на которые катастрофические процессы оказывают воздействие,

по размерам подразделяются на планетарные, региональные и локальные. Плане-

тарный уровень - наиболее объемный. В целом это сфера жизнедеятельности био-

ты. Элементами неоднородности на данном уровне являются материки и океаны.

К процессам, оказывающим воздействие на всю планету, можно с уверенностью

отнести падение астероидов и комет, которые приводили к массовому вымиранию

биоты. Ряд массовых вымираний фауны на суше происходил при разрушении ги-

гантских комет в зоне земной орбиты, повлекшим за собой резкое увеличение

межпланетной пыли и уменьшение солнечной инсоляции.

Следующий по размерам площади воздействия - региональный уровень. Эле-

ментами неоднородности на этом уровне являются складчатые области, щиты и

платформы, сейсмодислокации, вулканические пояса и связанные с ними новей-

шие тектонические движения. К процессам регионального воздействия относятся

землетрясения, цунами, извержения вулканов, наводнения, засухи, вихри, снего-

пады. Их воздействие распространяется на целые регионы. Так, катастрофические

наводнения охватывают, как правило, несколько речных систем, катастрофиче-

ские смерчи на Русской равнине при скорости 50-60 км/ч в среднем проходят путь

длиной 50 км, разрушительные цунами воздействуют на прибрежную полосу дли-

ной около 500 км, а раскаленные лавовые потоки при извержении вулканов спо-

собны проходить путь до десятков километров.

Характерной особенностью проявления процессов регионального воздействия

является слабое влияние на них антропогенных факторов. Это в основном природ-

ные процессы. Исключением являются вызванные (или наведенные) землетрясе-

ния, возникающие при эксплуатации крупных горных водохранилищ или при закач-

ке сточных вод в глубокие скважины в районах сейсмической активности. Однако

по данным многолетних наблюдений они никогда не достигают максимальной ин-

тенсивности, а, следовательно, и катастрофических последствий для человека.

На локальном уровне элементами неоднородности являются особенности гео-

логического строения и свойства пород. К процессам локального воздействия от-

носятся оползни, сели, лавины и карстовые провалы. Так, площадь поражения

у наиболее распространенных процессов - оползней зависит

от

типа

и объема сме-

щения. Она, как правило, составляет 600-1200 м

. В связи с ограниченностью пло-

щади поражения оползни уносят меньшее число человеческих жизней, чем регио-

нальные процессы, особенно в густонаселенных районах. На локальном уровне

более сильно сказывается техногенная нагрузка, способная ускорить катастрофи-

ческое развитие природных процессов или даже вызвать их.

Одной из особенностей развития природных катастрофических процессов яв-

ляется каскадность их проявления: землетрясения провоцируют возникновение

оползней, обвалов и селей, а в некоторых случаях - штормы и цунами (рис. 21).

Неблагоприятные последствия для человека от этих вторичных природных про-

цессов не менее значительны, чем от первородного процесса.

146

Многие процессы, кроме непо-

средственной опасности для жизни

человека, имеют еще и косвенные,

или опосредованные, последствия.

К ним относятся вызванные наруше-

ния тех или иных функций природ-

ного комплекса, приводящие к нега-

тивным изменениям параметров

окружающей человека среды. Об-

щеизвестно, что поражающими фак-

торами землетрясений являются

прежде всего механические воздей-

ствия колебаний земной поверхно-

сти. Однако следует отметить, что

во время землетрясений движение

земной поверхности само по себе

очень редко вызывает человеческие

жертвы. Известен единственный

случай гибели человека, попавшего

в трещину земли во время землетря-

сения 1948 г. в Японии, унесшего

5400 человеческих жизней. Главны-

ми причинами гибели людей явля-

ются косвенные факторы землетря-

сений: разрушения, затопления,

осыпание битых стекол, падение ра-

зорванных электропроводов на проезжую часть улицы, взрывы и пожары, вызван-

ные утечкой газа из поврежденных труб, а также неконтролируемые действия лю-

дей, вызванные испугом и паникой.

Другими примерами каскадного проявления процессов и косвенных опасно-

стей могут служить:

осолонение воды, пыльные бури, эрозия почв при засухе;

выдувание верхнего плодородного слоя почвы при вихрях и ураганах;

загрязнение почвы при выбросе вулканического пепла такими элементами,

как мышьяк, бор, тяжелые металлы, которые при возобновлении сельскохозяй-

ственной деятельности могут попасть в организм человека вместе с продуктами

питания;

заиление территории при наводнениях приводит к гибели посевов, а невоз-

можность использования пашни после снижения уровня воды в ряде случаев гро-

зит последующим голодом.

Кроме перечисленных факторов, влияющих на оценку количества человече-

ских жертв при появлении опасных и катастрофических процессов, необходимо

учитывать и склонность их к парагенезу и синергизму. Редко на какой-либо терри-

147

тории развит только один геологический процесс, чаще всего на нее воздействуют

их парагенетические комплексы, которые и образуют геодинамический фон той или

иной территории и определяют вклад процессов в ее экологическую обстановку.

Сказанное говорит о том, что оценка воздействия природных, в том числе и

геологических, процессов на экосистему и человека - задача сложная и требует

индивидуального подхода не только к процессу, но и к территории. Это касается

и выбора критериев такой оценки, и вопросов классифицирования этих процес-

сов. Крайне сложно предложить пригодную для всех случаев единую классифика-

цию опасных процессов без учета времени, места, интенсивности и площади прояв-

ления того или иного процесса. В зависимости от этих параметров один и тот же

процесс (засуха, ветровая эрозия и некоторые другие) может попасть или в группу

опасных, или в группу неблагоприятных. Это закономерно и должно учитываться

при составлении эколого-геологических карт. В полной мере такой подход справед-

лив и для оценки экологического риска исследуемых территорий. Иными словами,

каждый процесс в практическом отношении с экологических позиций должен оце-

ниваться индивидуально по степени воздействия на человека и экосистему в целом.

Катастрофические процессы

Термин катастрофический процесс {катастрофа) происходит от греческого

слова

katastrophe,

обозначающего переворот, гибель. Однако в специальной лите-

ратуре толкование этого термина достаточно широкое и не очень строгое. Так,

Г.С.Геворкян и Ж.Х.Калантарова (1999) относят к катастрофическим те процессы,

которые отклоняют состояние природной среды от диапазона, оптимального для

жизни человека как биологического вида и социума (имеется в виду технология

производства). А.Г.Ананьев

(1992)

к катастрофическим процессам относит те, ко-

торые нарушают нормальное функционирование системы (экосистемы), в резуль-

тате чего она разрушается и заменяется новой. В.М.Котляков с соавторами

(1993)

считает, что катастрофа происходит при достижении критического порога напря-

женности с быстрым и неуправляемым разрушением прежних структур системы.

С рассматриваемых нами эколого-геологических позиций наиболее удачное опре-

деление катастрофы дано В.И.Даниловым-Данильяном (1999): "Катастрофа озна-

чает внезапное событие, быстротекущий процесс, влекущий тяжелые послед-

ствия, разрушения и жертвы. Это резкое изменение структуры системы (экосисте-

мы), приводящее к разрушению какой-либо ее области. Причиной такого измене-

ния может быть как внешнее воздействие на эту область системы, так и разрядка ее

внутренних напряжений, превысивших прочность структуры". При этом отмеча-

ется, что природные катастрофы естественны и неизбежны как компонент эволю-

ционного развития Земли.

Исходя из приведенных определений катастроф, к их числу следует отно-

сить процессы, представляющие непосредственную угрозу для жизни человека

и характеризующиеся неопределенностью момента возникновения и интенсив-

ного проявления. С этих позиций к катастрофическим процессам относят урага-

148

ны, наводнения, землетрясения, оползни, сели, лавины, обвалы, нагоны, прова-

лы. Этот перечень следует дополнить космическими катастрофами, связанными

с падением на Землю крупных метеоритов (типа Тунгусского), астероидов и ко-

мет, так как существуют представления о космических причинах экологических

кризисов.

Атмосферные вихри. Они возникают из-за перепада давления, которое в оп-

ределенных условиях обусловливает круговое движение воздушных потоков.

По уменьшению кинетической энергии вихри можно расположить в ряд: цикло-

ны, тайфуны, шквалы, смерчи (торнадо). Атмосферные вихри зарождаются вокруг

мощных восходящих потоков теплого влажного воздуха и с большой скоростью

вращаются по часовой стрелке в южном полушарии и против часовой - в север-

ном. Циклоны и тайфуны зарождаются над океаном, шквалы и смерчи - чаще

над континентами. Основные разрушительные факторы - сильные ветры, интен-

сивные осадки в виде ливней, снегопадов, града, нагонные наводнения. Ветры

со скоростями 19-30 м/с (68-110 км/ч) образует бурю, 30-35 м/с

(110-122

км/ч) -

шторм, а более 35 м/с - ураган.

Циклон - гигантский атмосферный вихрь воронкообразной формы с убыва-

ющим давлением воздуха к центру. Тропические циклоны имеют среднюю шири-

ну в несколько сот километров, скорость ветра внутри циклона часто превышает

250 км/ч, продолжительность циклона - от нескольких дней до нескольких недель,

скорость перемещения - до 200 км/ч. Циклоны средних широт имеют большой

диаметр - от тысячи до нескольких тысяч километров, скорость ветра обычно

не превышает 40-70 км/ч, движутся они в северном и южном полушариях в основ-

ном с запада, отличаются меньшей повторяемостью. Внетропические северные

циклоны сопровождаются катастрофическими снегопадами и градом.

По данным Берри, мощные тропические циклоны происходят, например,

в Бангладеш 60 раз в 10 лет. Сохранились сведения о катастрофических циклонах

в 1584,

1822

1876

гг., когда в Бенгалии погибло соответственно около 200, 73

200 тыс. человек. Катастрофический циклон весной 1991 г. характеризовался

скоростью ветра 295 км/ч и вызвал формирование морских волн высотой 6 м. Чис-

ло жертв по официальным данным составило около 125 тыс. человек, без крова

остались до 10 млн жителей, неофициальные же людские потери оцениваются

в 400 тыс. человек.

Связанные с циклонами ураганы, которые иногда называют тайфунами, зани-

мают второе место после наводнения по числу создаваемых ими стихийных бед-

ствий, а по числу жертв - первое место. В густонаселенных районах Азии число

жертв во время ураганов измеряется сотнями и тысячами, в других районах - де-

сятками и сотнями. Прямой ущерб от сильных ветров в США в начале 1980-х го-

дов составил около 3 млрд дол. в год. Число потерпевших от урагана "Камилла",

пронесшегося над США

17-20

августа 1969 г., составило

млн человек, количе-

ство жертв достигло 256 человек. Убытки составили

1421

млн дол., было разруше-

но и повреждено

805 домов, уничтожено и повреждено

126

судов, погибло 5000

голов скота. Колоссальные разрушения вызывают ливни, сопровождающие урага-

149

ны. Ураган "Флора" прошедший в октябре 1963 г. над островами Тобаго, Гаити

и Куба, привел к гибели около 5 тыс. человек и 100 тысяч оставил без крова.

Шквальные бури и смерчи (торнадо) возникают в теплое время года на мощ-

ных атмосферных фронтах. Шквалы - это горизонтальные вихри со скоростью

ветра (до 60-80 м/с), часто с мощными ливнями и грозами, продолжительностью

от нескольких до 30 мин. Шквальные бури охватывают территории шириной

до 50 км и проходят расстояние в 20-200 км. Разрушительное их воздействие опре-

деляется скоростью ветра. Шквальная буря в Воронежской области в июне

1990

г.

повредила более 100 домов, 50 тыс. га посевов и нанесла прямой ущерб в сотни

тысяч рублей.

Смерчи, называемые в Северной Америке торнадо, - мощные воронкообраз-

ные атмосферные образования, часто связанные с грозовыми облаками. Ширина

воронки от нескольких метров до 2-3 км, высота - в среднем несколько сот метров.

Полость характеризуется сильной разряженностью воздуха, скорость вращения

в стенках смерча достигает иногда сверхзвуковой. Средняя скорость поступатель-

ного движения смерча 50-60 км/ч.

Разрушительная сила смерча связана с тем, что его воронка часто наполняется

водой, пылью, грязью, различными обломками, вся эта масса под влиянием огром-

ной скорости вращения уплотняется и приобретает большое боковое давление.

На него накладываются вихревые и взрывные разрушения из-за перепада давле-

ния во внутренней полости смерча и в закрытых помещениях, которые накрывает

смерч. В результате дома или просто рассыпаются, или буквально на глазах уно-

сятся, или разлетаются с молниеносной быстротой. Так, смерч в Москве в 1904 г.

привел к тому, что у больших крепких каменных домов были сорваны крыши, по-

ломаны стропила, у домов похуже пострадали и верхние этажи; в нижних этажах

ломались перегородки, двери, мебель. Деревянные здания были разрушены пол-

ностью и частично унесены. Ломались и переносились вековые деревья. В Соко-

льниках в парке смерч проделал просеку шириной 200-400 шагов, вырвав деревья;

по воздуху носились бревна и целые крыши. Небольшие подмосковные деревни

были полностью уничтожены, число жертв достигало нескольких десятков.

Особенно разрушительные смерчи (торнадо) наблюдаются в США. Ежегодно

отмечается от 450 до

1500

торнадо, число жертв в среднем около

100

в год. За 35 лет

с 1916 по 1950 г. в этой стране было отмечено 5204 смерча, в которых погибло

7951

человек, убытки составили 500 млн дол. В США

апреля

1905

г. в трех шта-

тах возникло сразу 47 смерчей. Они произвели колоссальные разрушения и вызва-

ли гибель 256 человек. Смерч

марта 1925 г. оставил на земле след длиной

352

км

и шириной от 0,8 до 1,6 км при средней скорости 27,7 м/с, общая площадь разру-

шения составила 425 км

, погибло 695 человек.

Большой ущерб при смерчах наносится градом; размер градин может достигать

30 мм и больше. При этом особенно страдают домашние животные, посевы, фрукто-

вые сады. Очень опасны ливни, струи в котором сливаются в один мощный поток.

Атмосферные вихри относятся к быстродействующим катастрофическим

процессам. Смерчи формируются за 20-30 мин., время существования смерча

150