199_p1912_D2_9575

ют сдвиг, выдавливание, гидравлический вынос. Оползни различают по глубине залегания поверхности скольжения: поверхностные (до 1 м), мелкие (до 5 м), глубокие (до 20 м) и очень глубокие (свыше 20 м).

Факты истории

Геологические изыскания показали, что самый крупный оползень в истории Земли произошел в США 30 млн лет назад. Он накрыл территорию площадью 2 тыс. км2.

В Иране 10 тыс. лет назад со склона хребта Кабир-Куг сошел оползень объемом 20 км3. Каменный поток толщиной 300 м сполз в ближайшую долину, прошел ее, преодолел очередной хребет высотой 600 м и остановился в следующей долине, пройдя расстояние 20 км.

Как правило, обвалы и оползни начинаются не внезапно. Вначале появляются трещины в горной породе или грунте. Важно вовремя заметить первые признаки, составить правильный прогноз развития стихийного бедствия и провести профилактические мероприятия, которые делятся на активные и пассивные. К первым относятся подпорные стенки, свайные ряды и т. п., ко вторым – запрещение строительства, производство взрывных работ, нарезка оползневых склонов.

Факты истории

1618 г. Обрушилась часть склона горы Монте-Конти (Швейцария) и засыпала городок Плеер. Погибли 2430 чел.

1654 г. Оползень в Китае. Погибли 12 тыс. чел.

1881 г. Каменная лавина накрыла поселки Унтерталь (Швейцария) и часть Эльма, из 115 жителей которого в живых остался 1.

1911 г. Усойский обвал на Памире обрушил 2,2 млн м3 земли и горных пород. Образовалась естественная плотина высотой 301 м. На месте долины возникло Сарезское озеро глубиной 500 м, длиной 60 км. Озеро заполнялось водой 30 лет.

1920 г. Оползень в Китае. Погибли 180 тыс. чел. 1962 г. Оползень в Перу. Погибли 4 тыс. чел.

1963 г. Оползень в Италии. Обвал скальных пород в водохранилище привел к внезапному переливу воды через плотину. Погибли свыше 3 тыс. чел.

1966 г. Часть итальянского г. Анридженто (Италия), застроенная многоэтажными зданиями, сползла в море.

1988 г. В пяти районах Омской области (России) произошли оползни. Разрушено 30 км железной дороги, уничтожены 3 тыс. га пастбищ.

1970 г. Сильное землетрясение в Перу М = 7,7 стало причиной обрушения массива льда с вершины горы Уаскаран. Под влиянием трения лед стал таять. Со льдом, снегом и водой со склона стали обрушиваться и рыхлые отложения. Скорость снегокаменного потока составляла 400 км/ч. Под обваломпогребеныдвагородка: Юнгау иРанрагирк, погибли21 тыс. чел.

51

1989 г. В Гиссарской долине (Таджикистан) оползень уничтожил кишлак Шарора. Погибли 274 чел.

1995 г. Оползень в Индии. Около ста рабочих и местных жителей, участвовавших в расчистке завала на одной из дорог, были заживо погребены под мощным оползнем.

Сели – грязекаменные потоки, возникающие при чередовании длительных и более или менее засушливых периодов времени с контрастными колебаниями суточных температур. Основополагающими факторами формирования селей, например для Южного Прибайкалья, являются: высокая тектоническая и сейсмическая активность района; морфология рельефа (значительный перепад высот на расстоянии от уреза воды до водоразделов); разнообразие геологического строения и относительно высокая раздробленность коренных пород, их физикомеханические и физико-химические свойства по отношению к агентам выветривания; особенности тепло- и влагообеспеченности; величина и характер техногенного прессинга (Экзогенные процессы…, 2008).

При этом происходит физическое выветривание скальных горных пород с кратковременными периодами ливневого выпадения осадков. Вероятность схода селей возрастает не только от объема выпавших осадков, но и от их интенсивности. Основной причиной формирования селей в Южном Прибайкалье является выпадение ливневых осадков интенсивностью 1,0 мм/мин и выше с суммой 50–100 мм/сутки и более на фоне многодневных затяжных дождей, с общей суммой осадков в пределах

400–500 мм (Экзогенные процессы…, 2008).

Сель несет в себе миллионы кубических метров вязкой массы (табл. 1.11). Размеры валунов в селе могут достигать в поперечнике 3–4 м. Обладая большой массой и скоростью в 15–20 км/ч, сель приводит к большим разрушениям.

Факты истории

1970 г. Сход селя на г. Юнгай в Перу, число погибших составило 18 тыс. чел.

1995 г. под селевым потоком было погребено более 200 домов в г. Семиркенте (Турция).

1963 г. Три волны селей накрыли озеро Иссык (Казахстан), озеро перестало существовать, его чаша наполнилась глиной и обломками горных пород.

1988 г. В Казахстане сель объемом 200 млн м3 разрушил мост длиной

115 м.

Обвалы. Образуются в условиях контрастных колебаний суточных температур, которые способствуют интенсивному физическому выветриванию скальных пород. Продукты разрушения накапливаются на крутых склонах и при достижении критической массы под собственным весом обрушиваются вниз по склону. Перемещение обвальных масс может быть спровоцировано также резкими перепадами атмосферного давления, звуковыми колебаниями или землетрясениями.

1.4. Атмосферные и гидросферные ОПП

Нет на свете тиранов злобней и жадней, Чем земля и жестокое небо над ней.

Омар Хайям

Для понимания процессов, происходящих в атмосфере, большое значение имеют следующие характеристики воздуха: температура, влажность и давление. Наличие водяного пара в воздухе дало название всей атмосфере (от греч. atmos – пар). Облака в небе, туман, дождь, снег, град, иней, роса – свидетельства присутствия в воздухе воды. Прежде чем переходить к процессам, происходящим в атмосфере, рассмотрим ее структуру.

Атмосфера имеет следующие слои от поверхности Земли: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера, экзосфера. Слоистая структура – результат температурных изменений на разных высотах. Границы между слоями не резкие и их высота зависит от широты и времени года.

Первый слой от Земли носит название тропосфера, в ней сосредоточено 4/5 всей массы атмосферного воздуха. Температура здесь с высотой падает в среднем на 0,6°/100 м (в отдельных случаях распределение температуры по вертикали варьирует в широких пределах). В тропосфере содержится почти весь водяной пар атмосферы и возникает основная масса облаков. Сильно развита турбулентность, особенно вблизи земной

53

поверхности, а также в так называемых струйных течениях в верхней части тропосферы.

Высота, до которой простирается тропосфера, над каждым местом Земли меняется каждый день. Кроме того, даже в среднем она различна под разными широтами и в разные сезоны года. В среднем тропосфера простирается над полюсами до высоты около 9 км, над умеренными широтами до 10–12 км и над экватором до 15–17 км. Средняя годовая температура воздуха у земной поверхности около +26 °С на экваторе и около -23 °С на северном полюсе. На верхней границе тропосферы над экватором средняя температура около -70 °С, над северным полюсом зимой около -65 °С. Давление воздуха на верхней границе тропосферы в 5–8 раз меньше, чем у земной поверхности. Следовательно, основная масса атмосферного воздуха находится именно в тропосфере. Процессы, происходящие в тропосфере, имеют непосредственное и решающее значение для погоды и климата у земной поверхности.

Над тропосферой до высоты 50–55 км лежит стратосфера, характеризующаяся тем, что температура здесь в среднем растет с высотой. Переходный слой между тропосферой и стратосферой (толщиной 1–2 км) носит название тропопаузы. Выше были приведены данные о температуре на верхней границе тропосферы. Эти температуры характерны и для нижней стратосферы. Таким образом, температура воздуха в нижней стратосфере над экватором всегда очень низкая. Нижняя стратосфера более или менее изотермична. Но, начиная с высоты около 25 км, температура в стратосфере быстро растет с высотой, достигая на высоте около 50 км максимальных, притом положительных значений (от +10 до +30°). Вследствие возрастания температуры с высотой турбулентность в стратосфере мала. Водяного пара в стратосфере ничтожно мало. Несмотря на это, иногда в высоких широтах на высотах 20–25 км наблюдаются очень тонкие, так называемые перламутровые облака. Днем они не видны, а ночью кажутся светящимися, так как освещаются солнцем, находящимся под горизонтом. Эти облака состоят из переохлажденных водяных капелек. Стратосфера характеризуется еще тем, что преимущественно в ней содержится атмосферный озон.

Над стратосферой лежит слой мезосферы, примерно до 80 км. Здесь температура с высотой падает до нескольких десятков градусов ниже нуля. Вследствие быстрого падения температуры с высотой в мезосфере сильно развита турбулентность. На верхней границе мезосферы давление воздуха в 200 раз меньше, чем у земной поверхности. Таким образом, в тропосфере, стратосфере и мезосфере вместе, до высоты 80 км, заключается больше чем 99,5 % всей массы атмосферы.

54

Верхняя часть атмосферы, над мезосферой, характеризуется очень высокими температурами и потому носит название термосферы. В ней различаются две части: ионосфера, простирающаяся от мезосферы до высот порядка тысячи километров, и лежащая над нею внешняя часть – экзосфера, переходящая в земную корону. Воздух в ионосфере чрезвычайно разрежен. Ионосфера, как говорит само название, характеризуется очень сильной степенью ионизации воздуха – содержание ионов здесь во много раз больше, чем в нижележащих слоях, несмотря на сильную общую разреженность воздуха. Эти ионы представляют собой в основном заряженные атомы кислорода, заряженные молекулы окиси азота и свободные электроны. В ионосфере выделяется несколько слоев, или областей, с максимальной ионизацией. Положение ионосферных слоев и концентрация ионов в них все время меняются. Спорадические скопления электронов с особенно большой концентрацией носят название электронных облаков.

Температура в ионосфере растет с высотой до очень больших значений. На высотах около 800 км она достигает 1000 °С. Говоря о высоких температурах ионосферы, имеют в виду то, что частицы атмосферных газов движутся там с очень большими скоростями. Однако плотность воздуха в ионосфере так мала, что тело, находящееся в ионосфере, например летящий спутник, не будет нагреваться путем теплообмена с воздухом. Температурный режим спутника будет зависеть от непосредственного поглощения им солнечной радиации и от отдачи его собственного излучения в окружающее пространство.

Атмосферные слои выше 800–1000 км выделяются под названием экзосферы (внешней атмосферы). Скорости движения частиц газов, особенно легких, здесь очень велики, а вследствие чрезвычайной разреженности воздуха на этих высотах частицы могут облетать Землю по эллиптическим орбитам, не сталкиваясь между собою. Для незаряженных частиц критическая скорость – 11,2 км/сек. Такие особенно быстрые частицы могут преодолевать силу тяжести, двигаясь по гиперболическим траекториям, вылетать из атмосферы в мировое пространство, «ускользать», рассеиваться. Поэтому экзосферу называют еще сферой рассеяния (диссипации). Ускользанию подвергаются преимущественно атомы водорода, который является господствующим газом в наиболее высоких слоях экзосферы.

Еще недавно предполагалось, что экзосфера, и с нею вообще земная атмосфера, заканчивается на высотах порядка 2–3 тыс. км. Но из наблюдений с помощью ракет и спутников сложилось представление, что водород, ускользающий из экзосферы, образует вокруг Земли так называемую земную корону (радиационный пояс), простирающуюся более чем

55

до 20 тыс. км. Конечно, плотность газа в земной короне ничтожно мала. На каждый кубический сантиметр здесь приходится в среднем всего около тысячи частиц, захваченных магнитным полем Земли и движущихся с очень большими скоростями. В межпланетном пространстве концентрация частиц (преимущественно протонов и электронов) в десять раз меньше. Радиационный пояс постоянно теряет частицы в земной атмосфере и пополняется потоками солнечной корпускулярной радиации.

Перемещение воздушных масс связано с перепадами атмосферного давления, вызванными неравномерным распределением солнечной энергии – в экваториальных широтах поверхность Земли перпендикулярна падающим лучам Солнца и нагрев максимальный, а в полярных широтах те же лучи, падая под углом к поверхности Земли, нагревают гораздо меньшие по площади участки – минимальный нагрев. При разнице давления в 2,5 мм рт. ст. начинается перемещение воздуха. Главные формы движения воздушных масс – воздушные потоки и ветер. Воздушные потоки – это в основном вертикальные перемещения воздушных масс. Они возникают из-за вертикальной гравитационной неустойчивости, когда более легкий воздух оказывается ниже тяжелого. В результате возникают конвективные движения (конвекция): подъем легкого нагретого воздуха вверх и поток холодного воздуха вниз, которые образуют круговые конвективные ячейки. Ветер представляет собой движение воздуха преимущественно в горизонтальном направлении – из области высокого давления в область низкого давления под действием гравитационных сил. Его скорость пропорциональна величине градиента давления, чем больше градиент, тем больше скорость. Сила ветра оценивается в баллах шкалы Бофорта, в которой стандартная высота измерений принята равной 10 м над уровнем моря (табл. 1.12). Таким образом, как правило, на участке с более высокой температурой атмосферное давление ниже, здесь образуются восходящие токи воздуха. Там, где температура ниже, атмосферное давление более высокое и токи воздуха нисходящие. Атмосферная циркуляция переносит в меридиональном направлении тепло из экваториальных областей в полярные. На движение воздушных масс влияет также вращение Земли. Атмосфера находится в постоянном движении от самых нижних до наиболее разреженных верхних слоев. Скорость и направление ветра определяют погоду и климат.

Различают движения атмосферы нескольких масштабов (Мазур, Ива-

нов, 2004):

Макродвижения – в масштабе, большем или равном 10 тыс. км; масштаб сопоставим с размером земного шара, материков и океанов, отражает течения общей циркуляции атмосферы, струйные течения, западные ветры, пассаты, муссоны.

56

Синоптический масштаб – 200–2000 км и более, к движениям этого типа относят длинные волны, циклоны, антициклоны, атмосферные фронты.

Мезомасштабные – 2–200 км – местные ветры, шквалы, облачные скопления, грозовые ячейки.

Мелкомасштабные – 2 км и менее – смерчи, тромбы (торнадо), конвективные ячейки, подветренные волны.

Рассмотрим некоторые из опасных атмосферных явлений, характерных для регионов Сибири и Монголии.

Ураганный, сильный шквальный ветер. Слово «ураган» происхо-

дит от имени одного из богов мифологии индейцев майя. По легенде бог Хуракан насылал своим дыханием сильные ветры и наводнения на людей. Такими названиями обычно характеризуют атмосферные потоки, перемещающиеся со скоростью (включая порывы) 25 м/с и более. Зарегистрированы случаи, когда скорость ураганного ветра достигала, например на оз. Байкал 35 м/с. Характерное время «жизни» урагана, т. е. его передвижение над поверхностью Земли составляет обычно 9–12 суток. После наводнений ураганы занимают второе место по числу бедствий, а по числу жертв первое и по ущербу входят в основную группу ОПП. По некоторым оценкам, количество энергии, выделяемое средним ураганом в течение одного часа, равно энергии ядерного взрыва мощностью 36 Мт или 1,5 × 1017 Дж, в течение одного дня – энергии, необходимой для полугодового обеспечения электричеством США, в течение трех недель – количеству энергии, которое выработает Братская ГЭС за 26 тыс. лет непрерывной работы на полной мощности (Мазур, Иванов, 2004). Самыми ураганоопасными регионами Земли являются Бангладеш, США, о-в Куба, Японские о-ва, Большие и Малые Антильские о-ва, о-в Сахалин, российский Дальний Восток. Ураганы последних 15 лет унесли жизни 350 тыс. чел.

Факты истории

1780 г., октябрь – в Атлантическом океане бушевал «Великий ураган», высота волн от него достигала 60 м. На Антильских о-вах он рушил каменные здания, вырывал с корнем деревья. На о-ве Барбадос были разрушены все населенные пункты, свыше 400 судов были потоплены в бухтах или унесены в открытое море.

1900 г. Ураган в Галвестоне, штат Техас, США, обладал энергией, которой хватило бы для приведения в действие всех электростанций мира в течение четырех лет.

1934 г. 12 апреля был зарегистрирован самый сильный ветер на планете на горе Вашингтон (1916 м над уровнем моря) в штате Нью-Гемпшир, США. Скорость ветра достигала 371 км/ч.

59

1953 г. В Нидерландах небывалой силы ураган разрушил 143 тыс. жилых домов, затопил 3 тыс. км2 территории.

1972 г. На равнине рекордной считается скорость ветра около 333 км/ч и принадлежит урагану, пронесшемуся 8 марта над базой ВВС США в Гренландии.

1980 г. В Монголии во время снежной бури погибло более 500 тыс. голов крупного рогатого скота.

1997 г. 12 апреля – сильный ураган пронесся над Краснодарским краем. Сила ветра в г. Новороссийске достигала 40 м/с, волнение моря составляло 5–6 баллов. Штормовым ветром три судна были сорваны с якорных стоянок и выброшены на мелководье.

Смерч (торнадо) – катастрофические атмосферные вихри, имеющие форму воронки диаметром от 10 до 1 км. Торнадо являются частным случаем ураганных ветров и носят локальный характер. Чаще всего смерч образуется следующим образом: из грозового облака (смерчевое облако, как и всякое другое грозовое кучево-дождевое облако, характеризуется неоднородностью, высокой турбулентностью и имеют вихревое строение) по направлению к земле протягивается гигантский «хобот», воронкообразно расширяющийся у основания облака и сужающийся книзу. Если «хобот» достигает поверхности земли, то здесь он снова расширяется, образуя воронку, содержащую пыль, песок или почву (если смерч развивается над сушей), или воду (если смерч проходит над водной поверхностью). В этом вихре скорость ветра иногда достигает 300 м/с, воздух при этом вращается, как правило, против часовой стрелки, втягивая в себя пыль или воду за счет возникающей разности давления. Скорость поступательного перемещения торнадо достигает 40 км/ч. В центре воронки создается низкое давление, на 100–200 мбар ниже, чем в окрестностях торнадо. Такое катастрофически быстрое падение давления является причиной своеобразного явления – полые предметы, в частности дома и другие постройки, шины автомобилей, при соприкосновении с воронкой смерча взрываются. Интересен и факт ощипывания кур во время смерча: во многих случаях куры, мертвые или уцелевшие после прохождения смерча, оказывались без перьев. Как выяснилось, это происходит потому, что воздушные мешочки, в которых у кур располагаются корни перьев, при резком понижении атмосферного давления взрываются изнутри, выбрасывая перья.

Смерч по своему строению аналогичен миниатюрному тропическому тайфуну. Тайфун и смерч заключают в себе пространство, более или менее ограниченное «стенками»; оно почти чистое, безоблачное, иногда от стенки до стенки проскакивают небольшие молнии; движение воздуха в нем резко ослабевает. Своеобразной особенностью смерчей является их

60