Характеристика источников чрезвычайных ситуаций

Опасные геологические процессы

Землетрясения - сейсмические явления, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии, передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний и приводящие к разрушению зданий, сооружений, пожарам и человеческим жертвам.

Землетрясение - русское слово и смысл его ясен: это трясение земли (точнее - колебания земной поверхности при прохождении волн от подземного источника энергии).

По причинам и местам возникновения землетрясения различают: тектонические, вулканические, обвальные.

Тектонические - возникают в результате перемещения масс земной коры под влиянием горообразующих процессов в областях подземных разломов и складочных поднятий земной коры.

Вулканические - возникают при извержении вулканов, а часто и предшествуют им. Обычно охватывают небольшие районы и сопровождаются сильными взрывами, потоками лавы, тучами пепла и ядовитыми газами. При извержении подводных вулканов могут образоваться громадные волны - цунами (высотой волн до 30 м и скоростью до 800 км/ч.) и создаваться новые острова.

Обвальные - наблюдаются при обрушении сводов подземных карстовых пустот, имеют локальный характер, толчки слабые и существенных разрушений в большинстве случаев не наблюдается.

Таким образом, основная причина землетрясений дана в его формулировке - смещение (подвижка) по какому-то разрыву или новому разрыву в земной коре или верхней части мантии.

Идея о землетрясениях как о результате обваливания подземных пустот, господствующая более двух тысячелетий, от Античности до конца XIX в., прочно оставлена современной наукой. Тем более что оно объявлялось волей всевышнего, карой за грехи людские. Со статистикой грехов человечества дело обстоит из рук вон плохо, а статистика землетрясений ученым известна.

В среднем в год насчитывается свыше 20 сильнейших и 100-200 потенциально разрушительных землетрясений. Таким образом, разрушительное землетрясение возможно раз в три дня. Число жертв и убытков ежегодно растет, но не потому, что увеличивается число землетрясений, а потому, что растет концентрация населения в уязвимых местах, строительство и заселение происходят без оценки сейсмической опасности района и т. п.

Подавляющее количество землетрясений относят к группе тектонических. Земная оболочка толщиной 30-40 км (земная кора) неоднородна, расчленена на блоки различного объема и формы, которые могут двигаться в пространстве и времени, создавая периодические концентрации напряжения в определенных объемах горных пород. Наиболее благоприятными для резких изменений напряжений оказываются граничные области неоднородностей, движущихся с различной скоростью. Это зоны разломов или разрывов, которые представляют существенный элемент строения, т. е. тектоники.

Гравитационные силы Луны и Солнца влияют не только на воду в океанах, но и на твердую оболочку Земли, вызывая приливные явления, которые могут изменить ее радиус примерно на 40 см. При этом энергия, накопленная при упругих деформациях, при разрушении (разломе, разрыве) переходит в кинетическую, возбуждая сейсмические волны в грунте. Колебания могут быть трех типов: продольные, поперечные и поверхностные.

Место (пространство) разрушения породы называют гипоцентром или очагом землетрясения (рис. 2.1). Проекцию гипоцентра на земную поверхность называют эпицентром A. Расстояние от эпицентра до некоторой точки земной поверхности (B) - эпицентральным расстоянием (R), а расстояние от гипоцентра до точки B - гипоцентральным (С); расстояние между гипоцентром и эпицентром - глубиной очага (Н).

увеличить изображение
Рис. 2.1. Схема землетрясения:

0 - гипоцентр (очаг землетрясения);

A - эпицентр;

B - очаг поражения;

Н - глубина очага землетрясения;

R - эпицентральное расстояние;

С - гипоцентральное расстояние (C= H²+R²)

Основными характеристиками землетрясения являются: глубина очага (Н), магнитуда (М) и интенсивность сотрясений на поверхности земли (J).

В зависимости от глубины очага Н землетрясения подразделяют на:

• нормальные - при глубине от 0 до 70 км;
• промежуточные - при глубине от 70 до 300 км;
• глубокофокусные - при глубине более 300 км.

Очаги наиболее опасных землетрясений располагаются в земной коре на глубине до 40 км, сейсмические волны достигают поверхности земли в течение нескольких секунд.

С увеличением гипоцентрального расстояния с интенсивность сейсмических воздействий уменьшается. Зону поверхности грунта в радиусе R < Н называют эпицентральной. В ней преобладают колебания грунта вертикального направления.

По мере удаления от эпицентра усиливается влияние горизонтальной компоненты колебаний, представляющей наибольшую опасность для зданий. Проявление землетрясений в тех или иных районах называют их сейсмичностью.

Землетрясения классифицируют по величине и мощности очага (по Рихтеру) с помощью логарифмической шкалы магнитуд (М).

Магнитуда (в переводе с латинского - "величина") землетрясения - безразмерная величина, характеризующая общую энергию упругих колебаний, вызванных землетрясением. Магнитуда рассчитывается через амплитуду поверхностной волны Z^m (мкм) и расстояние R, км, до эпицентра землетрясения по формуле

Энергия землетрясения (Е, эрг) связана с магнитудой соотношением:

где a = 1,5-1,8;

b = 11,8-11 соответственно для сильных и слабых землетрясений.

Значение магнитуды находится в пределах от 0 до 9,0 по шкале Рихтера. Увеличение ее на единицу соответствует десятикратному возрастанию амплитуды колебаний в почве и увеличению энергии землетрясения в 30 раз. Так, амплитуда смещения почвы землетрясения с М = 7 в 100 раз, а общая энергия землетрясения в 900 раз больше, чем с М = 5.

Интенсивность землетрясений (I) характеризует общую энергию упругих колебаний на поверхности земли, которая оценивается по 12-балльной шкале MSK-66 и может быть определена в зависимости от магнитуды землетрясения М, расстояния R до эпицентра, глубины очага Н и региональных констант а_з, в_з, с_з по формуле:

I=аз + вз x M - сзxlgH2+R2

(2.3)

Для России константы имеют значения а_з = 3,0; в_з = 1,5; с_з = 3,5.

Землетрясение может длиться от нескольких мгновений до нескольких секунд периодически повторяющимися подземными толчками.

Первичный поражающий фактор землетрясения - сейсмическая волна сжатия или разряжения в грунте (колебания). Вследствие распространения сейсмической волны могут возникнуть вторичные поражающие факторы: сейсмический удар; смещение и деформация горных пород, снежных масс, ледников; извержение вулкана; нагон волн - цунами; деформация речных русел; затопление поверхностными водами; создание электромагнитного поля.

В результате воздействия сейсмических волн и вторичных поражающих факторов происходит обрушение конструкций зданий и сооружений с образованием вокруг них зон поражения - завалов. Размеры зон поражения зависят от конструкции, этажности и высоты. В среднем радиус завала равен высоте здания. Основным поражающим фактором при этом становится механическое действие обломков.

В районе (зоне) землетрясения может быть один или несколько очагов поражения. Так, при землетрясении в Армении 7 декабря 1988 г. (8 баллов) в очагах поражения оказались города Ленинакан, Спитак, Степанован, Кировакан и еще 58 населенных пунктов сельской местности.

Очаги поражения обычно возникают в тех местах района (зоны) землетрясения, где интенсивность его составит 7-8 баллов и более, при этом большинство зданий и сооружений получают средние и сильные разрушения.

Сейсмическая шкала интенсивности землетрясений представлена в табл. 2.7.

Землетрясения классифицируются в зависимости от величины их магнитуды и интенсивности (табл. 2.8).

Оползни - смещение масс горных пород по склону под воздействием собственного веса и дополнительной нагрузки.

Причины: подмыв пород водой, ослабление их прочности вследствие выветривания или переувлажнения осадками и подземными водами, сейсмические толчки, неразумная хозяйственная деятельность человека и т. д.

Оползни могут возникать на склонах с крутизной 20° и более и в любое время года. Они различаются скоростью смещения пород (медленные, средние и быстрые) и своими масштабами. Скорость медленных смещений пород составляет несколько десятков сантиметров в год, средних - несколько метров в час или в сутки, быстрых - десятки километров в час и более.

В 1911 г. на Памире сильное землетрясение (М-7,4) вызвало гигантский оползень. Оползло около 2,5 млрд м³ рыхлого материала. Был завален кишлак Усой с его 54 жителями. Оползень перегородил долину р. Мургаб и образовал озеро, которое затопило кишлак Сарез. Высота этой естественной плотины достигла 300 м, максимальная глубина озера - 284 м, протяженность - 53 км.

В 2002 г. в результате интенсивного таяния ледника произошел оползень в Кармадонском ущелье. Массой снега, льда, камней и глины были завалены поселки и сооружения. Погибли и пропали без вести более полутора сотен людей (в том числе киносъемочная группа С. Бодрова).

Снежные лавины также относятся к оползням и возникают так же, как и другие оползневые смещения. Лавина - быстрое, внезапно возникающее движение снега и (или) льда вниз по крутым склонам гор. Снежная лавина представляет собой смесь кристалликов снега и воздуха. Крупные лавины возникают на склонах 25-60°. По мере накопления снежной массы силы сцепления снега становятся недостаточными для ее удержания. Гладкие травянистые склоны являются наиболее лавиноопасными. Кустарники, большие камни и другие препятствия сдерживают возникновение лавин. В лесу лавины образуются очень редко.