Опасные геоэкологические процессы

На территории России широко проявляются различные геологические процессы, которые являются опасными в экологическом отношении, приводя к существенным усложнениям экологической обстановки, а иногда и к человеческим жертвам. В южных и восточных районах страны бывают землетрясения, на Камчатке и Курильских островах извергаются вулканы, на их берега временами обрушиваются океанические волны - цунами. В горных районах иногда случаются оползни, обвалы, снежные лавины и сели [61, с. 33]. Проявления этих и других природных геологических процессов показаны на карте (6, цв. вкл.). В России осуществляется выпуск серии монографий, посвященных опасным природным процессам. Из шести томов этой серии в настоящее время издано два первых тома: «Геокриологические опасности, 2000»; «Сейсмические опасности, 2000» [61, с. 34].

Сейсмичность. Территория России неоднородна по проявлению сейсмичности. Повышенной сейсмичностью отличаются горные сооружения Северного Кавказа, Алтае-Саянской области, Прибайкалья и Станового хребта, Верхояно-Колымской области, севера Чукотки, Сахалина, Камчатки и Курильских островов. На равнинах Европейской России, Западной Сибири и плато Средней Сибири проявляются лишь незначительные редкие местные землетрясения и иногда ощущаются отголоски сейсмических толчков в отдаленных очагах. Разрушительные и катастрофические землетрясения приводят к большому материальному ущербу, человеческим жертвам и существенно влияют на экологические условия [55] [61, с. 34].

Землетрясения обычно связаны с очагами в зонах разрывов на глубинах в десятки и сотни километров. При сильных землетрясениях такие разрывы иногда проявляются непосредственно на поверхности земли в виде уступов и трещин, по которым видны свежие смещения величиной в первые метры. Для количественной оценки величины землетрясений используется шкала магнитуд. Магнитуда характеризует величину землетрясения в его очаге. Она определяется на основе измерений сейсмических колебаний на сейсмостанциях, оборудованных сейсмографами. Крупнейшие катастрофические землетрясения имели магнитуду 8,5-8,9 (по шкале Рихтера). Интенсивность сейсмических колебаний на поверхности оценивается по 12-балльной шкале. Колебания силой 1-2 балла замечаются преимущественно приборами, при 3-5 баллах они отмечаются людьми, особенно на верхних этажах зданий. При 5 баллах заметно покачиваются люстры. Землетрясение в 7 баллов может вызвать небольшие трещины в зданиях, особенно в старых. При 8-10 баллах происходят значительные разрушения в населенной местности с большими человеческими жертвами. Наконец, в случае землетрясений силой 11-12 баллов происходят настоящие катастрофы с обширными разрушениями и человеческими жертвами, иногда достигающими сотен тысяч человек [61, с. 34].

Одним из сильнейших на территории России явилось Муйское землетрясение. Оно произошло в 1957 г. Эпицентр землетрясения располагался в Становом нагорье, на продолжении активных разломов Байкальской рифтовой зоны. Магнитуда землетрясения составила 7,8; интенсивность - 10-11 баллов; глубина очага - 22 км. Только крайне низкая населенность в этой местности [61, с. 34] спасла от больших человеческих жертв. При землетрясении возникли зияющие трещины шириной до 5-6 м, сдвиги с амплитудой до 1,2 м. Основные сейсмодислокации были сосредоточены в зоне сочленения Удоканского хребта и расположенной севернее Намаракитской впадины. Предполагается, что в результате землетрясения впадина опустилась на 5-6 м. Судя по наличию палеосейсмодислокаций, катастрофические землетрясения происходили в этом районе и в геологическом прошлом [61, с. 35].

Нефтегорское землетрясение произошло на севере Сахалина в 1995 г. Эпицентр находился непосредственно около поселка - центра нефтедобывающей промышленности. Поселок Нефтегорск был практически полностью разрушен. Погибло 2000 жителей. Магнитуда землетрясения составила 7,7, интенсивность - до 9 баллов в эпицентре. На поверхности проявились образовавшиеся во время землетрясения разрывы и трещины с общей протяженностью до 40 км. Главный толчок сопровождался многочисленными афтершоками. По изучению афтершоков установлено, что сейсмический разрыв проникает в земную кору до глубины 15 км. Детальное изучение зоны разрыва показало, что здесь имеются признаки таких же или даже более сильных землетрясений в древности, хотя за историческое время подобные землетрясения не отмечались. Это лишний раз подтверждает необходимость изучения палеосейсмодислокаций для оценки реальной сейсмической опасности [61, с. 35].

В связи с высокой сейсмической опасностью во многих районах России большое внимание уделяется прогнозу землетрясений. Для долгосрочного прогноза используются сведения о прошлых землетрясениях из различных источников, начиная с исторических летописей и кончая точными сейсмологическими данными последнего столетия. Результатом таких работ становятся карты общего сейсмологического районирования, считающиеся нормативными документами для учета сейсмического риска при строительстве. В качестве дополнительного материала используются данные о палеосейсмодислокациях, о распространении сейсмоактивных разломов - для определения зон будущих возможных сейсмических очагов [61, с. 35].

Интересно отметить, что многие землетрясения последних лет оказались преимущественно интенсивнее (на 2-3 балла), чем это предусматривалось на карте 1978 г. К их числу относится и Нефтегорское землетрясение. Поэтому в 1997 г. был составлен комплект новых карт общего сейсмического районирования России (ОСР-97). В настоящее время этот комплект карт является директивным документом для установления строительных норм. На карте показаны зоны возможного проявления землетрясений с разной балльностью с учетом вероятности превышения в течение 50 лет расчетной интенсивности на 10, 5 и 1%. Это позволяет [61, с. 35] оценить степень сейсмической опасности для сооружаемых объектов разного срока службы и категорий ответственности [61, с. 36].

Для отдельных регионов с высокой сейсмичностью проводится детальное сейсмическое районирование (ДСР). Составляются карты преимущественно в масштабах 1:500 000-1:200 000. При этом выявляются сейсмогенные разрывы, палеосейсмодислокации, детально анализируются данные о прошлых землетрясениях, изучаются землетрясения малой магнитуды. Сейсмическая опасность также указывается в баллах шкалы интенсивности с заданной вероятностью их проявления за определенный отрезок времени. На картах ДСР наряду с отображением интенсивности по возможности приводятся параметры сейсмического движения грунта, что важно для инженерного расчета и соответственно сокращения сейсмического риска. Помимо отдельных регионов ДСР повышенной детальности проводится в районах намечаемого строительства объектов с повышенным экологическим риском [61, с. 36].

Для отдельных населенных пунктов и важных сооружений в сейсмоопасных зонах проводится сейсмическое микрорайонирование (СМР). При СМР оценивается реакция грунтов на сейсмические колебания. Масштаб карт обычно 1:50 000 и детальнее. Проводится полевое и лабораторное изучение грунтов. Учитываются также данные о толщине поверхностных отложений, характере рельефа, зонах разрывных нарушений и зонах трещиноватости. Установлено, что здания в зонах разрывов страдают в гораздо большей степени, чем находящиеся на удалении от них даже на несколько десятков метров. Такое явление довелось наблюдать одному из авторов, изучавшему последствия Спитакского землетрясения в Армении: непосредственно в зону дешифрируемого разрыва попало капитальное сооружение элеватора, которое оказалось разрушенным, тогда как в стороне от разрыва можно было видеть не очень крепкое строение из армянского туфа, которое практически не пострадало [61, с. 36].

Цунами. Под цунами понимают большие волны, возникающие в результате сильных землетрясений в пределах акваторий. В переводе с японского цунами означает «большая волна в гавани». В России цунами представляют опасность для тихоокеанских берегов Камчатки и Курильских островов, в меньшей степени Сахалина и Приморья. Постоянная угроза катастрофических цунами, прогноз которых далек от совершенства, существенно осложняет экологическое условия [38, 50] [61, с. 36].

Первое в России описание цунами, происшедшего в 1737 г., принадлежит известному исследователю Камчатки С.П. Крашенинникову. Это описание, ставшее классическим, приводится во многих работах, посвященных цунами. «Октября 6 дня по полуночи в третьем часу началось трясение и с четверть часа продолжалось так сильно, что многие камчатские юрты обвалились, а [61, с. 36] балаганы попадали. Между тем учинился на море сильный шум и волнение, и вдруг взлилась вода на берега сажени на три в вышину, которая, нимало не стояв, сбежала в море и удалилась от берегов на знатное расстояние. Потом вторично земля всколебалась. Воды прибыло против прежнего, но при отлитии столь далеко она сбежала, что моря видеть невозможно было. С четверть часа после того спустя последовали валы ужасного и несравненного трясения, а притом взлилась вода на берег в вышину сажен на тридцать (30 саженей•2,134 м = 64,02 м). От сего наводнения тамошние жители совсем разорились и многие бедственно скончали свой живот». Заметим, что сажень равняется примерно 2 м. По современным оценкам, магнитуда землетрясения, породившего это цунами, достигала 8,5 [61, с. 37].

Катастрофическое цунами произошло в 1952 г. Основной удар пришелся на город Северо-Курильск на острове Парамушир. Землетрясение с магнитудой 8,25 сопровождалось афтершоками в течение пяти суток. Максимальная высота волны составила 20 м, хотя в пределах города она была меньше, так как сохранилась даже часть строений на высоте 10 м. После первой волны уцелевшие жители поднялись на высокую террасу, возвышавшуюся прямо над городом. Однако после отступления моря множество жителей спустилось вниз, чтобы спасти свое имущество. Они были накрыты более мощными второй и третьей волнами. Почти весь город был разрушен. Стоявшие на причале танки были унесены волнами на расстояние 2 км от берега. В советские времена о жертвах и разрушениях ничего не сообщалось. По современным оценкам, число погибших составило 11 тыс. человек [61, с. 37].

Новое катастрофическое цунами произошло на Курильских островах в 1994 г. Волны с максимальной высотой 11 м обрушились на острова Шикотан и Кунашир. Само землетрясение произошло в непосредственной близости от этих островов и имело магнитуду 8,4. Южно-Курильская сейсмостанция не сработала из-за близости очага, однако глава администрации узнал об опасности из сообщений японского телевидения и успел предупредить жителей. Тем не менее, в результате затопления был нанесен значительный ущерб строениям, некоторые дома были буквально смыты водой [61, с. 37].

Важной задачей остается прогноз цунами и предупреждение об опасности. Долгосрочный прогноз основан на сведениях о прошлых цунами. На основе исторических данных проведены расчеты возможных высот заплеска (иначе говоря, высоты проникновения волны на сушу) на ближайшее столетие. Наибольшая опасность угрожает острову Парамушир с городом Северокурильском, где вода может подняться на целых 18 м. На Шикотане и Кунашире высота возможного заплеска оценивается в интервале 2,5-7 м. На севере Камчатки и Командорских островах эта высота может достигнуть 8-10 м. В самом Петропавловске-Камчатском [61, с. 37], расположенном в Авачинской бухте, угроза цунами небольшая, так как здесь прогнозируется высота не более 2,5 м. Небольшие волны высотой 1-2 м могут достигнуть берегов Приморья и Сахалина [61, с. 38].

Нами проведен анализ проявлений цунами в течение XX столетия. Принимались во внимание только катастрофические цунами, о которых имеются надежные исторические сведения. Проявилась не очень четкая, но вполне определенная закономерность: промежутки относительного покоя длительностью 25-29 лет сменяются промежутками повышенной активности сроком 5-17 лет. Судя по графику, наше время попадает в интервал с повышенной опасностью цунами, что следует принимать во внимание. Периодичность цунами и порождающих их землетрясений можно связывать с некоторой неравномерностью в перемещении и погружении Тихоокеанской литосферной плиты в сторону Курильских островов и Камчатки [61, с. 38].

Недавно были выявлены следы палеоцунами (возрастом до 8 тыс. лет) на Камчатке [43]. За этот период было отмечено 50 катастрофических цунами. Следы палеоцунами фиксируются выбросами морского песка далеко на берег и другими нарушениями природной среды. Изучение палеоцунами поможет более надежно оценить возможную опасность в будущем [61, с. 38].

Необходимо в районах, подверженных цунами, заблаговременно составлять карты риска на основе учета исторических данных, анализа рельефа, моделирования проявлений цунами при различных возможных параметрах. На таких картах дается микрорайонирование территории по степени опасности цунами. При строительстве зданий и предприятий лучше не располагать их в опасных зонах. Большую пользу приносят волноломы у входа в бухты, защитные стенки у берега. Рядом с населенными пунктами для быстрого подъема на ближайшие холмы строятся специальные «цунамные» лестницы. Одному из авторов в свое время пришлось подниматься по такой лестнице, что гораздо удобнее, чем просто по крутому склону, и читать обязательства местных властей о строительстве дополнительной «цунамной» лестницы [61, с. 38].

Для краткосрочного прогноза цунами основное значение имеют данные сейсмостанций, которые позволяют зафиксировать в акватории крупное землетрясение с магнитудой 7,0-8,0 и выше, оперативно построить модель возможного цунами и своевременно оповестить население. Точность прогноза возрастает в случае размещения датчиков на дне океана и в виде буев на поверхности воды. Определенные перспективы связаны с оперативным получением космической информации с геостационарных спутников, так как в местах образования цунами волны имеют характерные дешифровочные признаки [61, с. 38].

Вулканизм. Действующие вулканы сосредоточены на Камчатке и Курильских островах, часто вблизи населенных пунктов [61, с. 38], где они во многом определяют экологическую обстановку, представляя во время извержений опасность для жителей. По последним оценкам, на Камчатке находятся 23 действующих вулкана, на Курильских островах - 37. На протяжении XX в. зафиксировано свыше 250 извержений. Образование Курило-Камчатской вулканической дуги связано с погружением Тихоокеанской литосферной плиты. В зоне погружения - субдукции возникают магматические расплавы, которые поднимаются к поверхности, образуя характерные формы рельефа: вулканические конусы с кратерами на вершине. Продукты извержений - лавовые и пирокластические потоки, горячие лавины на склонах вулканов, выбросы бомб и пепла, газово-пепловые шлейфы, в отдельных случаях - отложения направленных взрывов. Поступая в речные долины, рыхлые продукты извержений дают начало грязевым потокам - лахарам, представляющим особую опасность [61, с. 39].

Вулканы резко отличаются друг от друга характером извержений. Вулкан Безымянный на Камчатке известен своим катастрофическим извержением 1956 г. Произошел гигантский взрыв этого вулкана с выбросом вулканического материала на многие десятки километров. К счастью, этот вулкан находится в ненаселенной местности, иначе были бы неизбежны человеческие жертвы. Мощные пирокластические потоки продвинулись на 18 км, а лахары распространились по долинам на 90 км. В дальнейшем начал расти новый экструзивный купол. На склонах купола возникают горячие лавины, сопровождаемые пеплопадами. Недавнее новое извержение вулкана произошло в 1995 г., но не было катастрофическим [61, с. 39].

Большое внимание уделяется прогнозу вулканических извержений, что является сложной задачей. Для долгосрочного прогноза используются статистические расчеты, указывающие на периодичность извержений. В последние десятилетия в отношении вулканов Курило-Камчатского региона был дан прогноз об усилении их активности через каждые 10 лет и о крупных извержениях в течение 1994-1995 гг. В значительной степени этот прогноз оправдался, так как именно в этот отрезок времени произошли извержения Безымянного, Шивелуча, Ключевского и Карымского вулканов [61, с. 39].

Для среднесрочного прогноза используются данные о состоянии вулканического аппарата, скорости роста вулканических сооружений, материалы сейсмической томографии, позволяющей следить за развитием магматических резервуаров. Определенные надежды связываются с применением космических съемок в тепловом диапазоне [61, с. 39].

Для краткосрочного прогноза основное значение приобретает выявление с помощью сейсмической аппаратуры роев «вулканических» землетрясений, непосредственно связанных с подъемом магмы, а также с появлением прямых признаков начала извержения газово-пепловых шлейфов. При этом необходимо [61, с. 39] своевременное информирование населения о грозящей опасности. К сожалению, из-за несовершенства прогноза значительная часть извержений не была предсказана вовремя. В случае катастрофического извержения вулкана Авача в зону его действия при возникновении направленных взрывов или лахаров может попасть западная часть Петропавловска, не защищенная горной грядой в отличие от старой части города. Под угрозой извержений вулканов Ключевской группы находятся населенные пункты Ключи и Козыревск. Вулканическая опасность, связанная с возможными извержениями вулкана Эбеко, наряду с цунами грозит Северо-Курильску на Парамушире [61, с. 40].

Карст. Под карстом понимается сложный процесс выщелачивания таких горных пород, как известняки, гипсы и соли, с образованием подземных полостей и характерных форм рельефа на поверхности. Термин «карст» произошел от названия плато Карст в Словении, где карстовые процессы изучали многие геологи и геоморфологи [61, с. 40].

Карстовые явления широко распространены на территории России. Наиболее подробное описание карста содержится в монографии А.Н. Гвоздецкого (1984). Карст оказывает существенное влияние на экологические условия. В палеолите карстовые пещеры служили надежным убежищем первобытному человеку. Напротив, сейчас в карстовых районах при просадках разрушаются некоторые сооружения. Например, в Москве в недавние годы в результате карста было разрушено три жилых дома; местами появляются просадки на дорогах. В карстовых районах Приуралья, где широко распространены гипсы, нередко возникают настоящие карстовые провалы [61, с. 40].

Суффозия. Вода может вымывать под землей частицы горных пород. Такой процесс называют суффозией. Над местами, откуда часть грунта была унесена подземными потоками, возникают суффозионные просадки. Они приносят значительный ущерб зданиям в ряде городов, например, в Волгодонске. Крупный суффозионный провал произошел в Москве на ул. Большая Дмитровка (1998 г.). Образовалась глубокая яма, в которую свалился автомобиль. В соседних домах возникли трещины, и жителей на время пришлось отселить. В течение последующих суток к месту провала сплошным потоком шли самосвалы с песком для засыпки [61, с. 40].

Оползни и обвалы. Оползнями называют смещения масс горных пород по склонам. Они бывают не только в горах, но и на крутых склонах долин у равнинных рек. Они широко распространены, например, на реках бассейна Волги. Классическим местом возникновения оползней считаются Воробьевы горы на реке Москве, непосредственно в самой столице. Здесь имеются неровности склона, образованные сползшими блоками, на которых растет так называемый «пьяный лес» с наклонившимися деревьями. На [61, с. 40] оползневых склонах строят защитные стенки, отводят воду из родников, но иногда все-таки оползни происходят, разрушая строения и коммуникации [61, с. 41].

Обвалы представляют собой падения больших масс горных пород на очень крутых склонах или обрывах. Они бывают в горах Северного Кавказа, в отдельных районах Алтая, Саян, Прибайкалья и Верхояно-Колымского региона. Большие обвалы в горах иногда приводят к образованию подпрудных озер [61, с. 41].

Сели. Грязевые потоки, связанные обычно с бурным таянием ледников или обильными дождями, называют селями. Они возникают иногда на реках Северного Кавказа и могут нанести существенный ущерб мостам и коммуникациям [61, с. 41].

Лавины. В горах Северного Кавказа, в Хибинах, на Полярном Урале, в Прибайкалье, в Верхоянье, на Камчатке и Сахалине зимой после сильных снегопадов нередко возникают лавины, сметающие на своем пути различные строения и прокладывающие широкие «просеки» в горных лесах. Максимальный объем снежной массы, перемещенной снежной лавиной, был зафиксирован в горах Дагестана, где он составил 5 млн. м³. Жертвами лавин в высокогорье нередко становятся альпинисты, туристы и горнолыжники. На некоторых рудниках в горах Кавказа и Хибинах создана специальная противолавинная служба. Каждому человеку, направляющемуся в высокогорье, нужно иметь представление о лавинной опасности (рис. 8) [61, с. 41].

Мерзлотные деформации грунтов. Область развития многолетнемерзлых пород, иначе говоря, «вечной мерзлоты», охватывает 65% территории России: практически все северные районы, большую часть Сибири, высокогорные районы. На берегах северных рек, например Индигирки, в нижнем течении можно увидеть самые настоящие мощные ледяные жилы. Мерзлота создает особые трудности при строительстве зданий, прокладке дорог и трубопроводов. В северных городах, например в Магадане, можно увидеть трещины на старых зданиях, возникшие из-за мерзлотных деформаций грунтов. Сейчас, чтобы не повредить мерзлые породы, многие здания воздвигают на бетонных сваях. В целом в районах «вечной мерзлоты» возникают особые трудности, во многом осложняющие экологическую обстановку (рис. 9) [61, с. 41].

Подтопление берегов связано с повышением уровня Каспийского моря в последние годы примерно на 2,5 м. Такой, казалось бы, сравнительно небольшой подъем привел к затоплению сельскохозяйственных угодий, разрушению коммуникаций, вызвал необходимость дополнительной защиты некоторых населенных пунктов и нефтепромыслов. Положение усугубляется тем, что на плоских берегах Северного Каспия распространены нагонные явления, когда под действием ветра морские волны проникают далеко на сушу, например даже до полотна железной дороги [61, с. 41] Астрахань - Махачкала. Только в самое последнее время начала проявляться тенденция к понижению уровня Каспийского моря [61, с. 43].

Рис. 8. Районы со значительной лавинной опасностью [61, с. 42].

Рис. 9. Зоны развития многолетнемерзлых пород [61, с. 43].

Интенсивная овражная эрозия наблюдается во многих районах России, особенно в пределах Среднерусской возвышенности. Отдельные овраги растут с большой скоростью, достигая по протяженности нескольких километров с глубиной во многие десятки метров. При взгляде с самолета и на космических снимках хорошо видно, что овраги «съели» местами чуть ли не четверть территории, резко сократилась площадь пахотных земель, покрытых плодородными черноземами. Основная мера борьбы с овражной эрозией - посадка вдоль границ оврагов кустарников и деревьев.

Подтопление городов часто связано с нарушением водного режима при застройке, дополнительными утечками из водопроводных и канализационных труб. Жителям Москвы и ряда других городов хорошо известно, что в затопленных подвалах нередко расселяются комары, что приобретает характер настоящего экологического бедствия.

Опустынивание вызвано не только природными процессами, но и антропогенным воздействием. В последние годы на территории России, в Калмыкии, в результате неумеренного выпаса овечьих отар на так называемых Черных землях происходит формирование самой настоящей пустыни, единственной в Европе. При уничтожении почвенно-растительного покрова возникают перевеваемые ветром пески, уничтожающие пастбища.

Опасные геологические процессы (рис. 10) при всем своем многообразии требуют большого внимания, тщательных исследований, принятия своевременных мер экологической безопасности, что должно снижать экономический ущерб и по возможности предотвращать человеческие жертвы.

Рис. 10. Вероятность природных катастроф, обусловленных геологическими процессами: низкая (менее одного раза в 50 лет), средняя (примерно один раз в 50 лет), высокая (более одного раза в 50 лет). Классификация дана в соответствии с инструкцией по составлению государственной геологической карты Российской Федерации (1995 г.) [61, с. 45].

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: