Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состояния суши (почвы,

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 4

недр, ландшафта):катастрофические просадки, оползни, обвалы земной

поверхности из-за выработки недр при добыче полезных ископаемых и другой

деятельности человека;наличие тяжелых металлов (в том числе радионуклидов)

и других вредных веществ в почве (грунте) сверх предельно допустимых

концентраций;интенсивная деградация почв, опустынивание на обширных

территориях из-за эрозии, засоления, заболачивания почв и др.; кризисные

ситуации, связанные с истощением не возобновляемых природных ископаемых;

критические ситуации, вызванные переполнением хранилищ (свалок)

промышленными и бытовыми отходами, загрязнением ими окружающей среды.

Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состава и свойств

атмосферы (воздушной среды):резкие изменения погоды или климата в

результате антропогенной деятельности; превышение предельно допустимых

концентраций вредных примесей в атмосфере; температурные инверсии над

городами;"кислородный" голод в городах; начительное превышение предельно

допустимого уровня городского шума; образование обширной зоны кислотных

осадков; разрушение озонного слоя атмосферы; значительное изменение

прозрачности атмосферы.

Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состояния гидросферы

(водной среды):резкая нехватка питьевой воды вследствие истощения

водоисточников или их загрязнения; истощение водных ресурсов, необходимых

для организации хозяйственно-бытового водоснабжения и обеспечения

технологических процессов; нарушение хозяйственной (вокационной)

деятельности и экологического равновесия вследствие загрязнения зон внутренних

морей и Мирового океана.

Чрезвычайные ситуации, связанные с изменением состояния биосферы:

исчезновение видов животных, растений, чувствительных к изменению условий

среды обитания; гибель растительности на обширной территории; резкое

изменение способности биосферы к воспроизводству возобновляемых ресурсов;

массовая гибель животных;гибель людей в результате преднамеренного

экологического терроризма , а также непреднамеренного нарушения экосистемы

и жизнедеятельности.

Глава 2.СТИХИЙНЫЕ БЕДСТВИЯ

Введение

Под опасными природными процессами обычно подразумевают природные катастрофы и стихийные бедствия, сопровождающиеся гибелью людей и большим экономическим ущербом. К ним относят: землетрясения; оползни; обвалы; снежные лавины; вулканические извержения; гидрометеорологические процессы приводящие к наводнениям на реках и морских побережьях; сопровождающиеся ураганными ветрами, пыльные и снежные бури, грозовые разряды-молнии; лесные, торфяные и степные пожары; массовые заболевания людей, животных и растений; падение на нашу планету космических тел и т.д.

Такие катастрофы и стихийные бедствия в истории Земли отмечены неоднократно. Легенды о гибели Атлантиды, Всемирном потопе, засыпанные песками пустынь древние города Средней Азии, погребенные под слоем вулканического пепла города Помпеи, Геркулантум, Стабия в Италии – свидетельства грозных природных явлений. О масштабах потерь и человеческих трагедий можно получить представление по следующим данным[1-6,22-24 ].

При извержении вулкана Кракатау в 1883 г., сопровождавшемся взрывом, погибло 200 тыс. человек. При землетрясении в Китае в 1920г. (провинция Ганьсю) погибло около 200 тыс. человек , в 1976 г. (Таньшань) – 243 тыс. человек ,в Японии в 1923г.(Токио, Иокогама)-140 тыс., в 1990 г и 2003г. в Иране -более 35 тысяч человек /в каждом случае/.Наводнение и циклон в Бангладеш унёс жизни 300 и 139 тыс. человек, соответственно. Вклад наводнений и засух среди всех стихийных бедствий по числу пострадавших и общему ущербу составляет 32 и 33%,соответственно. По данным ООН за последние 10 лет от наводнений пострадало 150 млн. человек. Число жертв засухи в северо-восточной части Бразилии составило в 1887 г. 2 млн. человек., а по данным западных экспертов засуха в северной части Китая в 1951 г. привела к гибели 30 млн. человек. По числу погибших на долю тропических циклонов приходится 20% ,а землетрясений – 4% от общего числа жертв стихийных бедствий. Для задач прогнозирования природных катастроф важны исследования повторяемости и цикличности их проявлений.

.Большую опасность представляют массовые заболевания людей. Эпидемия чумы в Европе и Азии в Х1V веке унесла 25 млн. человеческих жизней, эпидемия гриппа в Западной Европе в 1918 – 1920 г. – 20 млн. жизней, то есть столько, сколько погибло в течение Первой мировой войны.

Землетрясения.

2.1.1 Виды.землетрясений и их основные характеристикиЗемлетрясения – грозные природные явления, с которыми связаны наиболее сильные катастрофы. При землетрясении, как правило, формируется обширный очаг поражения, на территории которого разрушаются и повреждаются здания, сооружения, техника, гибнут и получают травмы различной степени тяжести люди. Для определения очага поражения необходимо знать физические параметры землетрясения и категории поражения различных объектов. Ежегодно на нашей планете происходит порядка 100000 землетрясений, из них 100…120 способны вызвать разрушения и 10…20 оказываются достаточно сильными [23].

Землетрясения – это толчки и колебания земной поверхности, обусловленные смещением горных пород и распространением по грунтовой среде упругих сейсмических волн. По механизму образования землетрясения подразделяются на обвальные, наведенные, тектонические, вулканические и вызванные падением космических тел.

Обвальные землетрясения происходят при разрушении сводов подземных карстовых пустот, заброшенных шахт, рудников, а также обвалах, сбросах горных пород. Возникающие при этом толчки и колебания земной поверхности относительно слабы.

Наведенные землетрясения связаны с дополнительным давлением на земную кору, создаваемым строящимися крупными плотинами и водохранилищами, а также с изменением порового давления в грунтах при закачке воды в скважины и, наоборот, при интенсивном отборе воды с подземных горизонтов.

Сильное землетрясение, вызванное заполнением водохранилища, имело место в районе расположения плотины Койна в Индии. Вскоре после начала заполнения водохранилища здесь стали ощущаться слабые толчки и колебания земной поверхности. Водохранилище было заполнено полностью к 1965 году, а в декабре 1967 года произошло землетрясение магнитудой 6.4, что соответствует энерговыделению при землетрясении ~10¹⁴ Дж. Землетрясения меньшей интенсивности наблюдались при заполнении водохранилищ у плотин Гувер и Оровилл в США, плотины Синьфын в Китае, плотины Монтэр во Франции, плотины Кремаста в Греции и в некоторых других странах [23].

Землетрясение магнитудой 5.2, что соответствует энерговыделению ~10^12.7 Дж, обусловленное закачкой загрязненной отходами воды в скважину глубиной три километра, имело место в 1967 в штате Колорадо в США. И это не единственный случай.

Тектонические землетрясения обусловлены движением земной коры. Наша планета имеет сложную структуру. Земная кора и верхняя часть мантии (субстрат) представляют собой твердую наружную оболочку – литосферу. Литосфера не сплошная оболочка. Она состоит из плит, средние горизонтальные размеры которых варьируются от нескольких сотен до нескольких тысяч километров. Ниже литосферы находится горячая мантия. Под действием сил, обусловленных глубинными тепловыми процессами и вращением Земли, плиты движутся со скоростью, как правило, нескольких сантиметров в год. В результате на границах литосферных плит возникают огромные механические напряжения, сопровождающиеся разрушением земных пород, – они и приводят к тектоническим землетрясениям. Тектонические землетрясения – основной тип землетрясений на нашей планете. Самые сильные из них имеют магнитуду 9.0, что соответствует энерговыделению ~10¹⁸ Дж. К числу сильнейших землетрясений ХХ века относят землетрясение у берегов Эквадора (1906 г., магнитуда 8.9) и землетрясение у берегов Японии (Санрику, 1933 г., магнитуда 8.9). Землетрясения, сопровождавшиеся большими человеческими жертвами и большим экономическим ущербом: Китай (пров. Нинся, 1920 г., магнитуда 8.6, погибло 200000 чел.), Япония (Токио, 1923 г., магнитуда 8.3, погибло 99300 чел.), Перу (Чимботе, 1970 г., магнитуда 7.8, погибло 67000 чел), Китай (Таншань, 1976 г., магнитуда 7.8, погибло 243000 чел.).

Вулканические извержения могут вызвать также тяжелые последствия, примером тому являются извержения вулканов Санторин на одноименном острове в Эгейском море в 1470 году до Новой Эры, Томборо на острове Сумбава в Индонезии в 1815 году, Кракатау на одноименном острове в Зондском проливе между островами Ява и Суматра в 1883 году. Последствия этих извержений были катастрофическими. Так извержение вулкана Кракатау сопровождалось мощными взрывами, уничтожившими половину вулканического острова. В атмосферу было выброшено 19 км³ вулканической породы. Песок, пыль, обломки скал, вулканический пепел гигантским столбом поднялись на высоту до 80 км. Воздушные волны, порожденные взрывами, распространяясь со скоростью звука, трижды обогнули земной шар. Одновременно на морской акватории сформировались волны цунами высотой свыше 30 метров, поглотившие на берегах островов Явы и Суматры 36 тысяч человек. Общее число погибших от ядовитых газов, пепла, лавы, падающих вулканических бомб, камней, цунами составило ~200 тысяч человек [3]. Энерговыделение при извержении и взрыве вулкана Кракатау оценивается величиной ~10¹⁹ Дж, а вулканов Санторин и Томборо ~10²⁰ Дж [4]. Для сравнения энергия ядерного взрыва мощностью q=10⁶ тонн, где q – тротиловый эквивалент взрыва, составляет 4,52×10¹⁵ Дж.

Энерговыделение при тектонических землетрясениях ~10¹⁸ Дж и извержениях вулканов ~10²⁰ Дж, по-видимому, составляет предел силы геологических пароксизмов на нашей планете. Размер их лимитирует прочность горных пород. Больших напряжений земная кора не выдерживает – землетрясение или вулканический взрыв снимают их.

Землетрясения в результате падения космических тел хотя и представляют собой явления более редкие, но их последствия могут быть очень тяжелыми.

В последнее время существование опасности падения на Землю астероидов с характерным размером 50…100 м не вызывает сомнений. Их наблюдают астрономы в обозримом с Земли пространстве на достаточно близком расстоянии, а примерно раз в 200…300 лет такие космические тела падают на нашу планету. Последнее подобное столкновение – падение Тунгусского метеорита (или фрагмента кометы) произошло в 1908 году. Характерный размер объекта составлял не более 50 м, энергия взрыва оценивается величиной ~10¹⁶ Дж. Энерговыделение при падении небесных тел с характерным размером порядка 1 км может составить величину 10²⁰…10²¹ Дж. При взрыве такой мощности в густо населенных районах нашей планеты может погибнуть ~ четверть населения Земли [5]. Средний интервал времени между падением таких астероидов оценивается ~500000 лет. Еще большую опасность представляет возможное падение космических тел с характерным размером >1 км. Так энерговыделение при падении астероида, образовавшего 28 млн. лет тому назад Попигайский кратер, оценивается величиной 10²³…10²⁴ Дж.

На рис. 2.1. приведена частота повторяемости различных природных катастроф с энерговыделением от 10¹³ Дж до 10²³…10²⁴ Дж [4]. на этом рисунке область 1 отвечает случаям падений метеоритов и астероидов, 2 – вулканических взрывов, 3 – тектонических землетрясений. Границы областей указывают возможный временной интервал событий.

Из рисунка видно, что в среднем катастрофа с энерговыделением 10¹⁸ Дж может быть вызвана землетрясением 1 раз в год, вулканическим взрывом 1 раз в 200…300 лет, падением метеорита 1 раз в ~(50…100)×10³ лет.

Максимальное энерговыделение вулканической катастрофы примерно в 100 раз больше, чем при самом сильном тектоническом землетрясении, но периодичность таких событий менее 1 за 1000 лет. Астероиды, крупные метеориты могут вызвать самую сильную на Земле катастрофу, но эти события происходят ещё реже.

Характерным признаком землетрясений, несмотря на различие природы их происхождения, является наличие системы упругих сейсмических волн, распространяющихся по грунтовой среде на большие расстояния. Сейсмические волны являются основным поражающим фактором землетрясений. Для количественного описания этой волновой системы необходимо привлечение определенных положений теории упругости.

Рис. 2.1. Частота повторяемости природных катастроф

В теории упругости материал твердого тела (таким телом может быть грунтовая среда) представляется идеально упругим. Размеры и форма такого тела полностью восстанавливаются после устранения причин, вызвавших деформацию, а между деформациями и напряжениями существует линейная зависимость (закон Гука).

Деформацией твердого тела называется изменение его размеров и объема, сопровождающееся обычно изменением и его формы. Деформация вызывается внешними силовыми воздействиями или изменением температуры. При деформации происходит смещение частиц тела. Этому препятствуют силы взаимодействия между ними, вследствие чего в деформированном теле возникают внутренние упругие силы – напряжения.

Напряжение называется нормальным, если упругая сила нормальна к плоскости сечения, и касательным, если она касательная к этой плоскости. Указанные напряжения часто обозначают σ и τ соответственно.

Различают деформации растяжения (сжатия) и сдвига, а также случая всестороннего сжатия тела и кручения.

Одностороннее или продольное растяжение (сжатие) состоит в увеличении (уменьшении) длины тела под действием растягивающей (сжимающей) силы F. Мерой деформации является относительное удлинение (сжатие) ε = Δl/l, где l – первоначальная длина тела, Δl – изменение длины при нагрузке F.

По закону Гука:

, (2.1)

где E – модуль Юнга; S – площадь поперечного сечения тела.

При Δl = l модуль Юнга E = F/S = σ, то есть численно равен напряжению, возникающему в теле при увеличении его длины в два раза.

Известно, что разрушение тела наступает при значительно меньших напряжениях.

Относительное продольное растяжение (сжатие) тела сопровождается его относительным поперечным сужением (расширением) Δd / d, где d – поперечный размер тела.

Величина, равная отношению относительного поперечного сужения (расширения) к относительному продольному удлинению (сжатию).

: (2.2)

называется коэффициентом Пуассона. Обычно ν < 1.

Сдвигом называется деформация, при которой все плоские слои твердого тела, параллельные некоторой плоскости, смещаются параллельно друг другу. При сдвиге объем тела не меняется. Сдвиг происходит под действием силы F, приложенной касательно к верхней грани; нижняя грань закреплена неподвижно. Мерой деформации является угол сдвига γ, выраженный в радианах.

По закону Гука относительный сдвиг пропорционален касательному напряжению

, (2.3)

где G – модуль сдвига.

Модуль сдвига численно равен напряжению, при котором сдвиг γ = 1.

Всестороннее сжатие тела под действием равномерно распределенного по его поверхности нормального напряжения σ приводит к уменьшению объема тела V на величину ΔV. Значение ΔV вычисляется по формуле

, (2.4)

где K – модуль объемной упругости.

Модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модули сдвига и объемной упругости связаны между собой соотношениями

; (2.5)

В общем случае под действием внешних сил в теле могут иметь место одновременно и деформации растяжения (сжатия) и сдвига.

При землетрясении очаг землетрясения находится обычно на глубинах от нескольких километров до нескольких сот километров. На таких глубинах напряжения в грунте могут достигать больших значений. Область, занятая очагом, также может иметь значительные размеры. Указанные обстоятельства объясняют выделение большого количества энергии при землетрясении.

В очаге землетрясения выделяется точка, в которой начинается разрушение земной породы, именуемая гипоцентром. Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром. Возмущения грунтовой среды, порожденные в гипоцентре, распространяются во все стороны в виде упругих продольной (Р) и поперечной (S) сейсмических волн. Взаимодействие этих волн с поверхностью земли возбуждает поверхностную волну (R). Схема распространения волн P, S, R в случае однородного грунтового полупространства показана на рис. 2.2.[23-25]

Продольная волна Р характеризуется объемными деформациями сжатия и разрежения. Частицы грунта совершают колебания в направлении, совпадающем с направлением распространения волн.

Эпицентр

Точка наблюдений

Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1098; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 34

Мы поможем в написании ваших работ!