Текст книги "Катастрофы в природе: землетрясения"

Катастрофические землетрясения

Определение «катастрофическое» употребляется по отношению ко всем землетрясениям, независимо от их энергии повлекшим за собой обширные разрушения и многочисленные человеческие жертвы. Такие землетрясения могут привести к социальным потрясениям, вызвать нарушение естественных функций природного комплекса с неблагоприятными экологическими последствиями.

Сан-Франциско в огне, 1906 год (Public Domain).

Уже отмечалось, насколько судьбоносными для древних сообществ оказывались стихийные бедствия. Приходили в расстройство целые государства, уничтожалась их инфраструктура, возникали эпидемии и голод. В наши дни ситуация изменилась, природа тектонических землетрясений в целом понятна, а накопленные знания позволяют строить надежные дома и находить наиболее безопасные для их расположения места. Тем не менее, потери от стихийных бедствий растут пропорционально масштабам городских поселений, численности людей и определяются невозможностью большинства людей иметь безопасное жилье.

Особенностью катастрофических землетрясений является их каскадность. Иными словами, подземные удары влекут за собой новые беды, которые бывают опаснее самого землетрясения. Так произошло в США в 1906 году и в Италии в 1908 году, в Японии в 1923 году, когда убытки от пожаров намного превысили ущерб от самих землетрясений.

Землетрясение в Сицилии и Южной Калабрии, 28 декабря 1908 год (Public Domain).

Сильное землетрясение и даже относительно слабое в горной местности во время затяжных дождей (частое явление на южно-американском континенте) или сильного снегопада (как это бывает в Афганистане) могут иметь дополнительные жертвы, а то и определить масштабы всего ущерба от них.

В апреле 1983 года в Колумбии землетрясение пришлось на период затяжных дождей от которых началось наводнение. Всего за 18 секунд административные и жилые здания в городе Папайян превратились в груду развалин.

13 января 2001 года морское землетрясение с магнитудой 7,6 по шкале Рихтера нанесло огромный ущерб Сальвадору. Хотя очаг располагался в Тихом океане на удалении в сто километров от побережья, землетрясение привело к многочисленным жертвам. Более тысячи человек оказались погребёнными под грязевым потоком в столице страны Сан-Сальвадор. Он накрыл около 400 домов не оставив никаких шансов на спасение людям.

На фоне тропических дождей в июне 1983 года произошло землетрясение на Тайване. С начала двадцатого столетия подобных дождей история острова не знала. Переувлажнение стало причиной возникновения гигантских земляных оползней, которые вместе с потоками воды унесли жизни многих людей.

В 1983 году на северо-востоке Турции подземный толчок совпал по времени с ненастной погодой. Обвалы и оползни в горах затруднили спасательные работы. Погибло и без вести пропало более 3,5 тысяч человек, а 120 тысяч осталось без крова.

С 1970 по 2013 годы по всему миру произошло 8835 стихийных бедствий с 1,9 миллионами человеческих жертв и экономическими потерями в 2,4 триллиона долларов (UN, 2014). Большинство жертв пришлось на бедные и развивающиеся страны.

17 августа 1999 года землетрясение произошло вблизи турецкого города Измит. Погибло около 17 тысяч человек, а общие убытки составили 8,5 миллиарда долларов США. Ситуацию усугубил мощный циклон. В черноморской провинции Самсун его скорость достигала 105 км/час. У многих домов были снесены крыши, оборваны линии электропередачи. Удар стихии чувствительно сказался на тех, кто пострадал от разрушительного землетрясения и жил во временных жилищах.

Цунамигентные землетрясения

Слово «цунами» произошло от японского слова «тсунамис». Это морские волны, возникающие при сдвиге вверх или вниз крупных участков дна при сильных морских землетрясениях и вулканических извержениях. Опускание дна приводит к резкому понижению уровня моря. Вода устремляется в образовавшийся провал, где потоки воды сталкиваются. Над местом провала образуется водяной холм. Затем происходит его опускание, ниже начального уровня и вокруг провала формируется концентрический водяной вал. Согласно законам гравитации и инерции место провала становится своеобразным генератором расходящихся и во все стороны и постепенно затухающих концентрических водяных валов. Это и есть цунами.

Волна цунами движется по водной поверхности со скоростью зависящей от её длины и периода. Если длина волны равна 100 км, а период равен 10 мин, то скорость движения такой волны около 600 км/час. Отмечены скорости движения цунами около 1000 км/час. В открытом море они практически незаметны, с приближением к пологому берегу, в заливах и бухтах, из-за уменьшения глубин, высота волн начинает расти. Формируется крутая водяная стена которая с колоссальной силой обрушивается на берег. Около 80% всех цунами возникает на периферии Тихого океана.

В России, США и Японии созданы службы предупреждения о цунами. Для извещения населения они используют тот факт, что скорость цунами намного меньше скорости сейсмических волн в земной коре. Поэтому, зарегистрировав морское землетрясение на сейсмической станции, можно успеть дать сигнал об опасности цунами.

Мощные цунами возникали в далёком прошлом из-за землетрясений, обвалов, падения метеоритов и др. В конце Ледникового периода, примерно десять тысяч лет назад, прорыв ледяной перемычки огромного озера Агассиз существовавшего на месте современной Канады привёл к возникновению мегацунами. По объему это озеро превышало все современные озера, включая Каспий и Байкал. Потепление или землетрясение разрушили ледяную дамбу между Агассиз и океаном. С площади более полумиллиона квадратных километров произошел быстрый слив воды в океан. Это мегацунами изменило направление океанических течений и климат на всей планете.

В XII веке до нашей эры сильное землетрясение, сопровождаемое разрушительным цунами и пожаром, уничтожило государство Угарит. Эта цивилизация сошла с исторической сцены.

Между 1660 и 1600 годами до нашей эры взорвался вулкан Стронгиле в архипелаге Санторин. Он буквально потряс всё Эгейское море. Вулканический остров взлетел в воздух. Выброс был таким, что облако пыли и пепла достигло Китая и Гренландии, и даже западного побережья США. По всему Средиземноморью прокатилась сизигийная волна – цунами. Её скорость достигала 566 км/ч, а высота составляла от 12 до 35 метров.

Руины дворца в Закро на острове Крит красноречиво говорят о буйстве стихии. Огромные куски массивных каменных стен были отброшены далеко от своих мест. На побережье каменные стены волной мегацунами были отброшены вглубь острова на 60 метров. Сильным разрушениям подверглись дворцы Кносса, Маллии, Феста, многие города, виллы и села. После этих событий торговые порты были заброшены, а минойская цивилизация пришла в упадок и ее остатки не смогли сопротивляться нашествию варваров.

После Лиссабонского землетрясения 1755 года возникло цунами. Примерно через час после главного удара море отступило, обнажив приливную полосу. Спустя некоторое время водные массы устремились назад и обрушились на берег несколькими волнами высотой от 5 до 7 метров. Они прокатились по улицам Лиссабона, неся смерть и разрушение.

В 1883 году заснувший в 1680 году вулкан Кракатау находился на плодородном, но малонаселённым острове. В начале июня расположенный на западном побережье Явы городок Аньер несколько дней сотрясали подземные толчки, которые не вызвали беспокойства у привыкших к землетрясениям индонезийцев. В конце июня природа предупредила людей в последний раз.

С покрытого толстым слоем вулканического пепла острова начали вздыматься две колонны дыма, а в бурлящей воде вокруг него плавали такие большие куски пемзы способные выдержать вес человека. Путешественники из Батавии (ныне Джакарта) сообщали: «Яростное пурпурное свечение, появлявшееся ненадолго каждые 5—10 минут, которое обрушивало во все стороны огненный дождь».

После полудня 26 августа остров Кракатау взорвался. Около двадцати кубических километров породы было выброшено в воздух на высоту до 80 километров. На площади диаметром 150 километров день превратился в ночь, а затем облако пыли окутало весь земной шар. Воды Зондского пролива обрушились в образовавшуюся гигантскую впадину и мгновенно испаряясь, вызвали новые взрывы.

Возникшее цунами достигало у берегов сорокаметровой высоты. Некоторые из ударных волн три раза обошли вокруг земного шара, а одна из них была зарегистрирована через полтора дня у побережья Франции. Точное число жертв катаклизма неизвестно. Считается, что погибло не менее 36 тысяч человек.

В России осталась малоизвестной трагедия вызванная землетрясением 4 ноября 1952 года с очагом в Тихом океане, недалеко от южной оконечности Камчатского полуострова, магнитудой 8,3 по шкале Рихтера. Его очаг находился в море за 130 км от мыса Шипунского на глубине 20 – 30 километров. Оно затронуло побережье на протяжении 700 километров – от полуострова Кроноцкого до северных Курильских островов. Подземные толчки продолжались примерно полчаса.

Само землетрясение не сопровождалось значительными разрушениями, однако спровоцировало мощное цунами. Через час после землетрясения пришла первая волна. Большинство жителей Северо-Курильска спаслось на близлежащих холмах, но затем вернулись в посёлок, не ожидая последующих волн. Вторая, самая высокая волна застигла людей врасплох, и уничтожила оставшиеся здания. Последняя третья волна была слабой, и не причинила значимого ущерба.

Сильные колебания уровня океана произошли 5 ноября в 700 километровой зоне побережья. Самые высокие волны были отмечены в бухтах Пираткова (10—15 метров) и Ольга (10—13 метров) на Камчатке. Погибло более двух тысяч человек, большинство из которых составляли военнослужащие и работники рыбообрабатывающих предприятий.

В 1958 году на залив Литуя на Аляске (США) обрушилось самое большое цунами современности. Почва и растительность оказались смыты с высоты 524 метра над уровнем моря. Волна распространялась со скоростью 160 км/ч. Причиной цунами стал вызванный землетрясением гигантский оползень. С высоты более 900 метров в бухту залива обрушилось более 30 миллионов кубических метров породы.

Самое смертоносное цунами современности произошло в канун 2005 года после землетрясения в Юго-восточной Азии. До него самым кровавым считалось цунами в Японии 1896 года унесшее жизни 27 тысяч человек.

В самый разгар рождественского курортного сезона 26 декабря 2004 года в 00:58:53 по Гринвичскому времени (07:58:53 по местному времени) произошло Суматранское землетрясение с магнитудой 8,9 по шкале Рихтера. Его очаг находился в Индийском океане на глубине 25 – 30 км, в 250 километрах к западу от северной оконечности острова Суматра в Индонезии.

Землетрясение было настолько сильным, что подземные колебания жители островов ощущали в течение семнадцати минут. Последовавшее за ним цунами прокатились через Индийский океан и достигло восточного побережья Африки. Высота волн достигала 34,6 метров. Они принесли страшные разрушения прибрежным районам Индонезии, Таиланда, Индии, Шри-Ланки, Малайзии и Мальдивских островов и унесли жизни по разным данным от 230 до 270 тысяч человек.

11 марта 2011 года произошло сильное землетрясение у восточного побережья острова Хонсю в Японии. Его очаг располагался в Тихом океане, в 130 километрах к востоку от города Сендай и в 373 километрах к северо-востоку от Токио, на глубине 32 километра. После основного толчка в 14:46 местного времени с магнитудой около 9,0 по шкале Рихтера последовала серия афтершоков с магнитудами от 7,2 до 4,5.

Землетрясение было вызвано тектонической подвижкой в тектонической зоне длиной 400 км и шириной 200 км и простирающейся от Иватэ до Ибараки. Она сдвинула часть северной Японии на 2,4 метра в сторону Северной Америки. Участок побережья протяженностью 400 километров опустился на 0,6 метра, а Тихоокеанская плита сдвинулась на восток на расстояние около 20 метров. Последовавшее цунами привело к многочисленным разрушениям на северных островах японского архипелага. Оно распространилось по всему Тихому океану.

В прибрежных странах, по всему тихоокеанскому побережью Северной и Южной Америки от Аляски до Чили, было объявлено предупреждение и эвакуировалось население. До побережья Чили, находившиеся от Японии на удалении в 17 тысяч километров, дошли двухметровые волны.

Цунами обрушились на префектуры Мияги и Фукусима, расположенные на северо-востоке Японии. По состоянию на 5 сентября 2012 года официальное число погибших в 12 префектурах Японии составило 15870 человек, 2846 человек числилось пропавшими без вести, а 6110 человек получили ранения. Ущерб от землетрясения оценён в 198—309 миллиардов долларов США.

В Японии 11 энергоблоков АЭС из 53 в стране были автоматически остановлены. На АЭС Фукусима-1 три из шести энергоблоков были сразу остановлены, другие три на этот момент события не работали. Из-за отказа системы охлаждения три работавших реактора оказались в аварийном состоянии. Они в разной степени оказались повреждены и стали источником радиоактивных выбросов.

Цунами случались в Средиземном, Чёрном и Каспийском морях. В Каспийском море в 957 году море в районе Дербента отошло при землетрясении на 150 метров. В 1868 году море возле Баку сначала поднялось, затем опустилось почти на полметра, а расположенная на 90 километров южнее Баку, так называемая Погорелая Плита, возвышавшаяся на 2 метра над уровнем моря, погрузилась в него. В время Красноводского землетрясения 1895 года волны покрыли поселок Узун-Ада, залив его постройки и пристань и образовав трясину. На улицах возникли двухметровой ширины трещины, из которых била вода. В 1933 году в 40 километрах от Красноводска (ныне Туркменбаши) наблюдался длившийся около десяти минут подъем уровня моря на 1,5 метра.

Маломощные цунами возможны в Балтийском море. Так, цунами, известное из записей летописцев, как «Морской Медведь» произошло в странах Балтии в 1497 году. Они происходили во второй половине XVII века. Имеются сообщения о трёх цунами случившихся в Балтийском море в XIX веке. В Ревеле, когда произошло в 1869 году землетрясение, на берег волной выбрасывало суда. На остров Кихну в 1877 году волной также было выброшено судно. Вблизи северного побережья Хийумаа в 1858 году наблюдались небольшие волны.

Мегацунами будут происходить в будущем. Учёными определены предполагаемые места их возникновения. Считается, что западный склон вулкана Кумбре Вьеха представляет собой наполовину отколовшуюся от тела горы скалу объемом в пятьсот кубических километров. Если она сорвется, то над Канарскими островами поднимется водный купол высотой в 900 метров, и возникнет самое высокое из всех когда-либо испытанных человечеством цунами.

Со скоростью 800 км/час оно устремится в океан. Водой будут затоплены береговые регионы за многие тысячи километров от Канарских островов. На север Бразилии обрушиться сорокаметровые волны, а побережье Флориды, Нью-Йорка, Бостона, востока Северной Америки и Гренландии накроет пятидесятиметровая волна. Цунами проникнет на глубину в десятки километров от береговой линии.

Если отломится и упадет в океан южный фланг другого вулкана Килауеа на Большом острове то на побережье Японии, Китая, Филиппин, Камчатки, США (Калифорния), Колумбии, Чили и Австралии обрушатся другое катастрофическое цунами.

Цунами это опасный спутник морских землетрясений, но их последствия можно значительно снизить путем совершенствования систем наблюдения и предупреждения населения. Специальным планированием расположения населенных пунктов на побережье и обучением населения правилам поведения при чрезвычайных ситуациях.

Горные удары

В недавнем прошлом проникновение в земные недра сравнивали с походом в царство мертвых Ад награжденное эпитетом: «Оставь надежду, всяк сюда входящий» и видимо не зря. В христианском и мусульманском вероучениях Ад это место вечного наказания отверженных ангелов и душ умерших грешников.

Оснований помещать «исправительное учреждение» именно в земные недра у наших предков было предостаточно. Оттуда приходили разрушительные удары и там же проживали изобретенные его воображением ужасные существа. К тому же, добывание подземных богатств это самое древнее и наиболее опасное из занятий человека. Даже в наше время неожиданные выбросы породы – горные удары ежегодно уносят жизни десятков и сотен шахтеров.

Горные удары чаще всего возникают на угольных шахтах, при глубинах разработки в 200 – 600 метров. Их число может достигать 60—70 ударов за год. С такой частотой они происходили в 1954 – 1955 годах на шахтах Кизеловского угольного бассейна. Тогда резкое увеличение производственного травматизма от горных ударов поставило вопрос о закрытии ряда участков, несмотря на то, что под землей оставались ещё большие запасы угля.

Горные удары это хрупкое разрушение предельно напряженной части пласта породы, прилегающей к горной выработке. Они сопровождаются резким звуком, выбросом породы, разрушением крепи, машин, оборудования, образованием пыли и воздушной волны. Проблема борьбы с горными ударами и их прогноз являются актуальной задачей для многих рудных и угольных районов мира.

С развитием горной науки стала понятна природа горных ударов. Выемка пород и создание свободного объема в пласте вызывают изменение структуры внутренних напряжений и перераспределение нагрузки. Её частично компенсирует специальный крепеж в шахтах. Не всегда удается добиться полной безопасности проходки с равномерным перераспределением на крепёж возникающей нагрузки. В такой ситуации происходят выбросы породы и обвалы шахт.

Горные удары возбуждают сейсмические колебания распространяющиеся на десятки и сотни километров от их источника. Но в отличие от вулканических и тектонических землетрясений их силы обычно недостаточно для нанесения существенного вреда на поверхности.

В попытке предугадать горные удары шахтеры заметили, что перед ними слышаться посторонние звуки – треск, хлопки и резкие удары. Не один раз это явление помогало им сохранить жизни. Нарастание акустических и сейсмических импульсов происходит при образовании в горной породе трещин, снижающих прочность проходки.

В 1951 году советский геофизик С.А.Назарный начал исследовать звуковые предвестники выброса с использованием акустических приборов – геофонов. Год спустя ему удалось записать сигналы перед выбросом угля и газа на шахте «Красный Профинтерн». Тогда почти двести тонн угля было выброшено в штрек, но уцелевший геофон смог записать все фазы этого явления.

В 60-х годах прошлого столетия только на Донбассе почти каждом втором угольном пласте происходило по одному – двум внезапных выбросов породы. Они возникают на шахтах в Германии, Англии, Китая, Польши, России, ЮАР, Японии и других стран.

На юго-востоке Австралии интенсивная угледобыча инициирует техногенные землетрясения. В 1989 году в центре Ньюкасла произошел толчок на глубине пяти километров. Погибло 12 человек, а двести получили ранения. Особенностью землетрясения было почти полное отсутствие повторных толчков, что не типично для тектонических землетрясений. Спустя несколько лет в Ньюкасле произошло новое землетрясение с М = 4 по шкале Рихтера.

Проблема борьбы с горными ударами остается актуальной для рудных и угольных регионов мира. Каждый год масс-медиа сообщают о внезапных авариях и гибели шахтеров.

Слабые землетрясения

Энергии слабых землетрясений недостаточно для возбуждения опасных сейсмических колебаний на земной поверхности, но они способны вызывать панику и беспокойство у людей. А там где есть неустойчивые горные склоны спровоцировать обвалы, снежные лавины, оползни и сели.

В зимний вечер 18 февраля 1911 года ничто не предвещало трагедии в Горном Бадахшане. В 23 часа 15 минут земля содрогнулась, и громадная масса горной породы обрушилась с правого склона долины реки Мургаб на небольшой таджикский кишлак Усой. Поднявшиеся клубы пыли несколько дней висели в долине густой пеленой. Когда они рассеялись, стало видно, что на месте погребенного с 57 жителями кишлака возникла гигантская каменная плотина перегородившая долину реки.

Ширина завала составила 3150 метров, высота около 750 метров, а длина 3750 метров. Сила удара была такова, что на озере Каракуль расположенном в 120 километрах от обвала был разбит и выброшен на восточный берег ледяной покров. В долине речки Шадаудара образовалось небольшое озеро Шадаукуль. Завал назван по имени погребенного кишлака Усойским. Спаслись только жители расположенного от него в 20 километрах кишлака Сарез успевшие выбежать из своих домов.

В сентябре 1911 года накапливавшиеся воды реки Мургаб затопили кишлак Срез и образовалось Сарезское озеро. Оно содержит 17 миллионов кубических метров воды и расположено на высоте около 3000 метров над уровнем моря. Озеро называют спящим драконом Центральной Азии из-за возможного прорыва водоёма при очередном землетрясении. Тогда будет затоплена часть территории Таджикистана, Узбекистана, Кыргызстана, Афганистана и Туркменистана.

В 1956 году в каньоне реки Ниагара слабое землетрясение вызвало растрескивание массива горных пород рядом с электростанцией Шуллкопф. Произошел резкий приток грунтовых вод нарушивших равновесие пород на горном склоне. На станцию обрушилось около 50 тысяч тонн скальных пород.

В 1958 году прорыв защитной дамбы вызвал выброс шести тысяч кубометров радиоактивного материала на 25-километровом участке узбекской реки Майли-Сай. Там же в 1992—1996 годах вызванные землетрясениями оползни привели к размыву и частичному разрушению хранилищ и выбросу токсичных материалов.

В апреле 1973 года цуг слабых землетрясений в Узбекистане вызвал Атчинский оползень. Природное и без того неустойчивое равновесие склона Кураминского хребта под воздействием многократно повторяющихся сейсмических толчков было нарушено и 700 миллионов кубических метров породы начали движение вниз. Оползень охватил площадь в восемь квадратных километров, а в месте отрыва возникли прямолинейные трещины глубиной более трёх метров, шириной более одного метра и протяженностью до 1700 метров. На территории шахтерского городка Тешикташ возникли валы и бугры высотой до полутора метров, вершины которых были рассечены трещинами протяженностью до 270 метров.

Землетрясения в Южной Калифорнии. Жёлтые пятна – эпицентры 23 тысяч слабых землетрясений зарегистрированных за 16 лет. Голубые линии это тектонические разломы, а красные – скрытые разломы в складках (Стейн, Йетс, 1989).

В 1983 году очаг землетрясения в Западном Туркменистане с М = 5,7 был расположен на глубине пяти километров. На поверхности образовались система разрывов протяженностью 27 километров. Основной разрыв пересек территорию поселка Кум-Даг и разорвал фундаменты, цоколь и стены домов. В его зоне металлические трубы газовых и водопроводных коммуникаций изогнулись, а местами разорвались.

Слабые землетрясения опасны тем, что возникают на малоизученных в сейсмическом отношении территориях. Для сильных землетрясений можно найти те или иные признаки их возникновения, но по слабым данных очень мало. Это вызывает тревогу, поскольку происходит интенсивное освоение залёжных территорий, на них размещают предприятия с опасным циклом производства.

Это касается объектов ядерной энергетики построенных в то время, когда представление о землетрясениях значительно отличались от современных. Они могут находиться в зонах подверженных «скрытым» землетрясениям. Подобные землетрясения уже происходили в Южной Калифорнии вблизи от могильников токсичных отходов промышленности.