199_p1912_D2_9575

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПП ПО ГЕНЕЗИСУ Космогенные ОПП:

–гелиомагнитные (корпускулярные и электромагнитные);

–импактные;

–гравитационные (скорость вращения, прецессия). Космогенно-климатические ОПП:

–климатические циклы;

–длительные колебания уровня Мирового океана (тектонические и глациоизостатические);

–кратковременные колебания уровня океана и явление Эль-Ниньо;

–современное потепление климата;

–проблема озоновых дыр.

Геологические ОПП:

–эндогенные ОПП (вулканизм, землетрясения, горные удары, разжижение грунтов, колебания уровня Мирового океана);

–экзогенные ОПП (выветривание, склоновые процессы; завальные

иледниковые наводнения; ветровая эрозия почв (пыльные бури). Атмосферные ОПП:

–атмосферные фронты,

–циклоны,

–антициклоны,

–пассаты,

–муссоны и т. д.

Метеогенно-биогенные ОПП:

–природные пожары (степные, лесные, подземные). Гидросферные ОПП:

–наводнения; ледовые опасные явления (зажоры, заторы, наледи, термокарст, морские и горные льды);

–ветровые гидрологические воздействия (тайфуны, ветровой нагон, сильные волнения на море, волновая абразия берегов морей и океанов), цунами, сильный тягун в портах;

–подземные воды (колебания уровня грунтовых вод, колебания уровня вод закрытых водоемов, карст, суффозия).

Биогенно-инфекционные ОПП

–заболевания людей, животных, поражение с/х растений болезнями

ивредителями.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПП ПО ПЛОЩАДИ ПРОЯВЛЕНИЯ

–точечные (импактные), линейные (овраги, оползни, сели, лавины),

–площадные (землетрясения, вулканы, наводнения),

–объемные (магнитные бури, атмосферные явления).

11

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПП ПО ХАРАКТЕРУ ВОЗДЕЙСТВИЯ

–разрушительное действие (ураганы, тайфуны, смерчи, землетрясения, нашествие насекомых);

–парализующее (останавливающее) действие для движения транспорта (снегопад, ливень с затоплением, гололед, гроза, туман);

–истощающее воздействие (снижают урожай, плодородие почв, запас воды и других ресурсов);

–способные вызвать технологические аварии (природно-техни- ческие катастрофы) (молнии гололед, обледенение и др.).

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПП ПО МАСШТАБУ ПРОЯВЛЕНИЯ

–всемирные,

–континентальные,

–национальные,

–региональные,

–районные,

–местные.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОПП ПО СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ. Внезапные (космическая катастрофа, землетрясения и т. д.):

–с быстро распространяющейся опасностью (пожары, сели, обвалы, цунами и т. д.);

–с умеренно распространяющейся опасностью (половодья, извержения вулканов и т. д.);

–с медленно распространяющейся опасностью (засухи, эпидемии и т. д).

В данной книге мы постарались дать определения и физическую сущность опасных природных процессов, наблюдаемых на территории Сибири и Монголии, разделив их на четыре большие группы: космические, гидрометеорологические, геологические и климатические. Такое деление условно и связано в основном с геосферой, в которой зарождаются рассматриваемые процессы. Мы привязали заголовки разделов к приведенной выше классификации, внеся некоторые свои корректировки. Это будет видно из названий разделов.

12

1.1. Космогенные ОПП. Импактные опасности

Идут небесные Бараны, Шагают Кони и Быки, Пылают звездные Колчаны, Блестят астральные Клинки.

Там тот же бой и стужа та же, Там тот же общий интерес. Земля – лишь клок небес и даже, Быть может, лучший клок небес.

Николай Заболоцкий

Отношение к проблеме астероидной или космической опасности в научном мире неоднозначное. Часть ученых считают эту проблему надуманной, раздувание которой нужно для увеличения финансирования различных проектов. Но Земля открытая система и, значит, принимает все, что находится за ее пределами. В ХХ в. произошло два заметных события на рассматриваемой территории: падение Тунгусского (1908 г.)

иСихотэ-Алиньского (1947 г.) космических тел. Эти два события показали реальность столкновения малых тел Солнечной системы с Землей. Падение таких объектов в густонаселенных территориях приведет к значительным человеческим жертвам и разрушениям.

На начальной стадии формирования Земли столкновения с крупными

имелкими астероидами (планетезималями) во многом определяли процессы формирования планеты. В настоящее время на поверхности Земли известно свыше 230 больших ударных кратеров с диаметром до 200 км. За прошедшие 250 млн лет выявлено 9 массовых вымираний животных на Земле. В большинстве случаев эти катастрофы связывают с падением больших астероидов. К таким событиям относят биокатастрофу, произошедшую 65 млн лет тому назад, когда, как предполагают, вымерли от 65 до 90 % всех видов живых организмов Земли. Столкновение с астероидом произошло в районе Мексиканского залива на п-ове Юкатан. Диаметр образовавшегося импактного кратера «Чиксулуб» составлял 180 км. Колоссальный взрыв, сопровождающий падение, привел к выбросу огромного количества мелкодисперсной пыли и ее распространению в атмосфере всего земного шара. Пыль эффективно экранировала солнечный свет, что привело к изменению динамики атмосферы Земли. Температура приземных слоев резко упала на 10 и более градусов. Эти изменения сохранялись от месяцев до года. Растения при этом полностью прекратили фотосинтез. Теплокровные животные погибли как от снижения температуры, так и от бескормицы. Происходило массовое образование окислов азота, что приводило к выпадению кислотных дождей. За время «ядер-

13

ной зимы», вызванной падением небесного тела, увеличилось содержание углекислого газа в атмосфере, почему после ее самоочищения от пыли создались условия для резкого усиления парникового эффекта и повышения температуры на несколько градусов. Стрессы в психике животных привело к падению их репродуктивности.

Естественен вопрос – откуда же берутся тела-импакторы? В астрономии давно известен пояс астероидов, находящийся на расстоянии, примерно в 2–5 а. е. от Солнца между орбитами Марса и Юпитера. За 200 лет открыто и пронумеровано 35 тыс. астероидов, 62 % из них най-

дено за последние 10 лет (Катастрофические воздействия…, 2005). Раз-

меры подобных небесных тел варьируют от десятков метров до 900 км. Плоскости орбит в среднем совпадают с плоскостью Солнечной системы, но есть и значительные отклонения. Как правило, астероиды движутся по вытянутым орбитам. Большие полуоси орбит основной части астероидов заключены в пределах от 2,06 до 4,09 а. е. Скорость движения вокруг Солнца – около 20 км/с, период обращения – от 3 до 9 лет (Угроза с неба, 1999). Период собственного вращения в среднем составляет 7 часов. С Земли, даже в самые мощные телескопы, астероиды выглядят как точечные объекты. Размеры и форму определяют с помощью радиолокации при прохождении астероида вблизи Земли. Диаметры самых больших определены по покрытию ими звезд и косвенными астрофизическими методами. Чаще всего астероиды представляют собой тела неправильной формы, покрыты тонким слоем реголита и ударными кратерами.

Для того чтобы астероид столкнулся с Землей, его орбита должна пересекать плоскость орбиты Земли так, чтобы точка этого пересечения была на расстоянии от 0,983 а. е. до 1,017 а. е. от Солнца, т. е. располагаться между перигелийным и афелийным расстояниями земной орбиты. Сближения с внутренними планетами могут привести не только к сильному изменению орбит астероидов, но и к «выбрасыванию» астероидов на периферию Солнечной системы (Угроза с неба, 1999). В 1932 г. был открыт первый астероид – Аполлон, орбита которого имела перигелийное расстояние меньше радиуса орбиты Земли. Допускалась возможность сближения астероида с Землей. В 1936 г. на расстоянии 2 млн км от Земли пролетел астероид Адонис. В 1937 г. на расстоянии 750 тыс. км от Земли пролетел астероид Гермес, который имел диаметр почти 1,5 км, а открыт был всего за 3 месяца до его максимального сближения с Землей. На сегодняшний день число сближающихся с Землей объектов диаметром более километра оценивается величиной порядка 900–1 230. Из них ~70 % обнаружено, определена их траектория и вероятность их падения на Землю в ближайшее одно–два столетия. Пока такая вероятность мала, тем не менее, удары километровых тел происходят примерно раз в

14

600 тыс. лет (Катастрофические воздействия…, 2005). Даже более мелкие тела размером 200–400 км могут вызвать региональную катастрофу. Число таких опасных тел составляет ~ 40–50 тыс. (Катастрофические воздействия…, 2005). Характерный интервал времени между падениями тел примерно 200-метрового размера на Землю составляет 56–50 тыс. лет. Каталогизация таких объектов только началась. Некоторые из них прошли на расстоянии 0,3 LМ–1,5 LМ, где LМ – расстояние до Луны (384 тыс. км), или даже ближе. Так, астероид 2002 ЕМ7, диаметром ~ 60 м прошел на расстоянии ~ 1,5 LМ. При этом он был обнаружен лишь тогда,

когда начал уходить от Земли (Катастрофические воздействия…, 2005).

Какие же последствия могут возникнуть при падении космического объекта? Основная часть разрушения тела происходит в нижних слоях атмосферы в результате роста аэродинамических напряжений. Мощная кинетическая энергия космического тела мгновенно превращается в тепловую, которая вызывает испарение большой массы горных пород и ударяющего тела. Образуется султан пара, который первый покидает место удара. При относительно небольшом ударе султан пара расширяется до тех пор, пока в нем давление не сравняется с окружающей атмосферой. Температура пара намного выше, чем в окружающем его воздухе. Поэтому облако пара поднимается вверх подобно огромному воздушному шару, наполненному горячим воздухом. Центральная часть облака поднимается быстрее периферийных, что заставляет его «выворачиваться» и превращаться в тор, который расширяется, охлаждается и смешивается в процессе подъема с окружающим воздухом. Место удара напоминает место ядерного взрыва. Также как и при ядерном взрыве до образования грибовидного облака идет мощное световое и тепловое излучение, способное вызвать катастрофические пожары. В грунте и в теле астероида возникают ударные волны, которые раздвигают и выбрасывают вещество в стороны. Развиваемое при этом давление до 109 бар достаточно для полного испарения астероида. При взрыве из образующегося кратера выбрасывается вещество метеорита и окружающих раздробленных пород, а в грунте распространяется ударная волна. При достижении предела разрушения рост кратера прекращается. Достигнув границы раздела сред с разными прочностными свойствами горных пород, ударная волна отражается и приподнимает породы в центре кратера. Такие центральные поднятия наблюдают во многих лунных цирках и импактных кратерах на Земле. Удары большой и малой силы создают мощную ударную волну в нижней части атмосферы. Здесь также имеет место аналогия с поражением при ядерном взрыве. Часть энергии удара переходит в сейсмические волны в земной коре (Угроза с неба, 1999). Однако разрушительное действие ударных землетрясений существенно меньше, так как при них рас-

15

пространяются продольные волны, а при обычных землетрясениях более разрушительные поперечные.

Основная часть (71 %) поверхности Земли покрыта океанами, можно предположить, что большинство космических тел падало в океан. Согласно модели, при глубине океана 5 км, вертикальном падении астероида диаметром 10 км, имеющего скорость 20 км/с, выделившаяся кинетическая энергия составит 1030 эрг. В результате взрыва на дне океана должны образоваться большой кратер и высокотемпературные ударные волны. Испарится огромное количество воды (в 100 раз больше массы астероида). Согласно математическим моделям, через 120 с возникает волна цунами. Предполагается, что ее высота может достигать от несколько сот метров до 3–4 км (Угроза с неба, 1999).

Существуют астероиды, не относящиеся к главному поясу. В конце ХХ в. на окраине Солнечной системы, за орбитой Нептуна, был открыт второй пояс астероидов, который предсказал американский ученый Джерард Койпер. Открытые астероиды имеют размер несколько сот километров и расположены в 10–20 раз дальше от Солнца, чем астероиды главного пояса.

Во всей внутренней зоне Солнечной системы распространены мелкие обломки астероидов – метеороиды (размером менее 1 км). По современным представлениям тела размером 50–100 м представляют наибольшую угрозу для человечества. Частота столкновения с такими телами относи-

тельно высока – 100–300 лет (100 лет Тунгусскому феномену, 2008).

Сохранившиеся остатки метеороидов при пролете через атмосферу Земли и упавшие на ее поверхность принято называть метеоритами. По своему составу метеориты бывают разными: примерно 92,8 % – каменные, 5,7 % – железные, а остальные 1,5 % – железо-каменные. Так как каменные метеориты плохо сохраняются после падения, их труднее обнаружить, и поэтому среди найденных метеоритов их намного меньше, чем более редких железных. «Падение» означает, что метеорит был засвидетельствован кем-то, и что это тело упало с неба. «Найденный» означает, что падение метеорита не видели, но он был просто найден. Приблизительно 33 % метеоритов были засвидетельствованы в падении (Уг-

роза с неба, 1999).

Факты истории

654 г. до н. э. Самое древнее письменное сообщение о падении небесного камня зафиксировано в китайских летописях.

1091 г. Самая древняя запись о падении метеорита на Руси в Лаврентьевской летописи.

1492 г. Вблизи г. Энзисгейм (Франция) упал метеорит, его масса составила 127 кг.

16

1922 г., 6 декабря. Метеоритный дождь выпал вблизи села Царев Волгоградской области. Метеорит обнаружен в 1979 г. и считается самым большим каменным метеоритом, найденным на территории России. Самый большой его осколок весит 284 кг.

В Мекке в стену храма Каабы вделан небольшой каменный метеорит – «Черный камень». Он является святыней и предметом поклонения и паломничества мусульман всего мира.

30 июня 1908 г. взорвалось космическое тело в безлюдной тайге близ Ванавары, у р. Подкаменная Тунгуска. Энергия взрыва по современным оценкам превысила энергию взрыва 1 тыс. атомных бомб, подобных сброшенной на Хиросиму. Взрывная волна несколько раз обошла земной шар. Сейсмические волны были зарегистрированы на станциях в Иркутске (965 км от эпицентра падения), Ташкенте, Тифлисе, Йене. Эти сейсмические волны были инициированы воздушной ударной волной взрыва в эпицентре, а магнитуда землетрясения составляла от 4,5 до 5 баллов по шкале Рихтера. Магнитограф в иркутской обсерватории зарегистрировал геомагнитный эффект – изменение составляющих геомагнитного поля величиной от нескольких десятков нанотесел (Катастрофические воздействия…, 2005). После взрыва долго наблюдались аномальные атмосферные явления в Европе и Азии: необычно светлые сумерки и ночи, яркие серебристые облака, цветные зори, солнечные гало, кольца Бишопа. Лежащие веером деревья позволили довольно точно определить место в северо-западной части пострадавшей зоны, над которым произошел взрыв.

На сегодняшний день большинство ученых склоняется к точке зрения, что метеорит был ядром кометы и состоял преимущественно из водяного льда. Тело взрывообразно испарилось в атмосфере, превратившись в водяной пар и мелкодисперсную пыль. Фрагментов так и не удалось найти.

Несмотря на грандиозный масштаб разрушений, погибших не было. Лишь один эвенк, подброшенный ударной волной, при падении сломал руку. Ближе к эпицентру падения погибли и сгорели стада в сотни оленей.

Первая экспедиция на место события состоялась в 1927 г. Лес оказался поваленным на площади 2 150 км2. Лучистый ожог деревьев вызвал грандиозные пожары. Современные оценки мощности взрыва дают величину от 15 до 40 млн т тротила, взрыв произошел на высоте от 5 до 10 км над поверхностью. Предположительнаяначальнаямассакосмическоготелаот1 до5 млнт.

12 февраля 1947 г. в горах Сихотэ-Алинь (Приморье) взорвалось космическое тело. На месте падения метеорита тайга была опустошена. Многие деревья были разбиты, их вершины срублены. Обломки древесных стволов висели на кронах уцелевших деревьев. Снег был уплотнен настолько, что образовавшийся плотный наст свободно выдерживал человека. Геологи обнаружили около 30 кратеров и воронок и составили план их расположения. Наибольший кратер имел диаметр 26 м и глубину 6 м. Огромные кедры, поваленные с корнями, лежали радиально вокруг кратеров.

17

Полагают, что в земную атмосферу вошло космическое тело диаметром в несколько метров и массой в сотни тонн. При движении через нее оно испытало многократное дробление. Первый разрыв тела на части произошел на высоте около 25 км, последний – примерно на 6 км.

В общей сложности на площади около 20 км2 выпало более 100 тыс. фрагментов массой от долей грамма до сотен и даже тысяч килограммов. Общая масса обломков – более 27 т. Самый крупный не разрушившийся экземпляр весит 1745 кг. Расчеты орбиты показали, что Сихотэ-Алиньcкое метеоритное тело даже на наибольшем расстоянии от Солнца находилось внутри пояса астероидов и никогда не приближалось к Солнцу ближе чем на радиус земной орбиты. Распад родительского тела метеорита, который привел к формированию данной орбиты, произошел 350 млн лет назад.

25 сентября 2002 г. на севере Иркутской области наблюдался пролет яркого болида (Витимского), который сопровождался мощными световыми, акустическими и электрофонными явлениями. В результате экспедиции в район предполагаемого падения метеороида установлены множественные повреждения леса предположительно вследствие ударной волны. Полагают, что энерговыделение при пролете Витимского болида на четыре порядка меньше Тунгусского (100 лет Тунгусскому феномену, 2008).

Столкновения с кометами еще менее предсказуемы, поскольку большинство комет прилетают во внутренние области Солнечной системы из очень удаленных от Солнца районов. Они остаются незамеченными до тех пор, пока не приблизятся к Солнцу достаточно близко. Теория утверждает, что эти образования сохранились со времен формирования планетезималей из пылегазовой среды. Главное место расположения комет – гипотетическое облако Оорта – шаровой слой из многих миллиардов небольших ледяных тел, ядер комет с размерами около 10 км, располагающийся на расстоянии порядка светового года от Солнца (104–105 а. е.) (Угроза с неба, 1999). Предполагается также, что на расстояниях порядка 103–104 а. е. существует еще более массивное кометное облако Хиллса

(Катастрофические воздействия, 2005).

Ученые полагают, что гравитационные возмущения от иногда проходящих мимо соседних звезд могут периодически «срывать» ядра комет с их круговых орбит внутри облака Оорта и устремлять их к центру Солнечной системы. Здесь кометы либо падают на Солнце, либо выходят на различные орбиты в пределах «планетарной зоны» Солнечной системы. При прохождении вблизи Солнца ядра комет нагреваются, что приводит к выбросам газа и пыли, которые образуют разреженные хвосты (иногда два хвоста) длиной до 1 а. е. Вокруг ядра кометы образуется кома – газо- во-пылевая оболочка. По современным представлениям ядро кометы состоит из смеси водяного льда с вмороженными легколетучими веществами и пылью. Возможно, оно также содержит и крупные куски плотного каме-

18

нистого вещества. Вещество ядра очень пористое и неоднородное. Большая часть поверхности покрыта пылевой коркой толщиной до 1 м. При прохождении вблизи Солнца комета теряет значительную часть своей массы, превращаясь в «мертвую». Некоторые наблюдаемые астероиды явля-

ются такими кометами (Катастрофические воздействия, 2005).

Кометы с периодами обращения менее 200 лет называют короткопериодическими, более 200 лет – долгопериодическими. Источником короткопериодических комет служит пояс Эджеверса–Койпера, который располагается за орбитой Нептуна до расстояний в несколько сотен а. е. Характерные скорости падения короткопериодических комет на землю –

20 км/с, долгопериодических – 50 км/с (Катастрофические воздействия, 2005). Открывать кометы из-за их удаленности неизмеримо труднее, чем астероиды. Появление долгопериодических комет вообще непредсказуемо. Это наиболее коварные объекты, так как практически все они оказываются наблюдаемыми впервые. К счастью, их не так много, а Земля как мишень достаточно мала. Чтобы иметь резерв времени для «принятия мер» нужно научиться открывать приближающуюся комету хотя бы за годы до достижения ею перигелия, на дальней периферии Солнечной системы, до того как у нее разовьется газопылевая оболочка, кома и хвост.

Факты истории

В июле 1994 г. наблюдалось падение двадцати одного фрагмента ядра кометы Шумейкеров–Леви 9 на поверхность Юпитера. Диаметр каждого фрагмента составлял около 1 км. Комета была обнаружена в окрестностях Юпитера в начале 1993 г. Предполагают, что кометное ядро было «разорвано» на части приливными силами при близком прохождении от Юпитера. Скорость обломков составляла 60 км/ч. Последствия падения были грандиозными. Следы взрывов в виде огромных темных пятен и расходящихся от них кольцевых ударных волн по диаметру сравнимых с Землей на фоне юпитерианской атмосферы наблюдались во всех обсерваториях мира. Специалисты отмечают, что подобное столкновение с Землей могло привести к полному уничтожению биосферы нашей планеты.

Какие последствия на Земле может вызвать падение небесных тел разных размеров? При падении на Землю объект размером менее 10 м потеряет свою космическую скорость в атмосфере, и если упадет на поверхность, то способен причинить ущерб на площади, соизмеримой со своим размером – поразить человека, животное, автомобиль или здание, да и то только при прямом попадании.

Небесные тела диаметром 30–50 м могут взорваться в нижних слоях атмосферы (Тунгусский метеорит), или, достигнув поверхности, образовать кратер и произвести разрушения на площади в десятки и сотни

19

квадратных километров. Энергия таких взрывов может составить 10 Мт – локальная катастрофа.

При падении небесного тела диаметром от нескольких сотен метров до 1,5 км, оно практически не теряет скорости, прошивает все слои атмосферы и врезается в поверхность, выделяя огромную энергию. В океане при таком падении образуются цунами. Разрушения и пожары могут охватить миллионы квадратных километров – региональная катастрофа.

При падении на Землю небесного тела диаметром свыше 1,5 км последствия столкновения могут охватывать весь земной шар – глобальная катастрофа. При современной плотности населения погибнет каждый четвертый житель планеты. Причинами гибели будут землетрясения, пожары, ураганы, цунами, а также голод, вызванный климатическими изменениями (Угроза с неба, 1999). Таким образом, столкновение небесного тела с Землей не имеет предела разрушительности – оно может стать причиной гибели всего человечества (табл. 1.1).

Падение космического тела на Землю может оказаться детонатором ядерного конфликта между различными странами, поскольку световые и тепловые эффекты, возникающие при взрыве подобных тел в атмосфере или на земной поверхности, могут быть восприняты враждующими сторонами как начало ядерной атаки и повлечь за собой ответные действия.

Таблица 1.1

Сравнительная таблица энергетических масштабов природных явлений

Перед астрономами всего мира стоят основные задачи: выявить все крупные астероиды, определить их орбиты и за много лет вперед предсказать их столкновение с Землей, что позволит принять соответствующие меры – организовать систематический поиск и наблюдение комет (Угроза с неба, 1999). Даже если столкновение неизбежно, можно принять меры для снижения локального ущерба, эвакуировав население района, в котором произойдет столкновение, поскольку координаты удара можно рассчитать достаточно точно. Кроме того, активно разрабатываются методы воздействия на опасные космические объекты.

20