книги / Опасные природные процессы. Вводный курс
.pdfГюва 5. Классификация опасных природных процессов
Д. Классификация ОПП по масштабу проявления
По масштабу проявления ОПП бывают: всемирные (Всемирный потоп); континентальные (гибель Атлантиды);
национальные (армянское землетрясение в г. Спитак); региональные (вулканы, реки); районные и местные.
Е. Классификация ОПП по времени (продолжительности)
По времени действия ОПП подразделяются на:
мгновенные (секунды, минуты) — импактные, землетрясения; кратковременные (часы, дни) — шквалы, атмосферные явления, паводки; долговременные (месяцы, годы) — космогенные, климатические; вековые (десятки, сотни лет) — климатические, эвстатические, космо
генные.
5.3
Социально-психологическое воздействие природных катастроф
В настоящее время накоплен достаточно большой материал по социально-психологическому отклику на ЧС. Социально-пси хологический отклик зачастую бывает абсолютно непредсказуемым не толь ко в социальном, но и в историческом плане.
ВДревнем Китае многовековые династии в одночасье свергались после крупнейших землетрясений, так как считалось, что император как намест ник Бога на своей Земле должен был защитить народ от такой катастрофы,
араз он не справился со своей основной задачей, то должен был «уйти».
Втом же Китае «благодаря» стихийному бедствию — разливу реки Хуан хэ в 1350—1351 гг. было свергнуто почти столетнее монгольское иго. Навод нением были охвачены гигантские территории нынешних провинций Хэ
171
Раздел IL Опасные природные процессы
нань, Хэбэй и Шаньдун, монгольский правитель Тогон-Тимур приказал согнать население на возведение защитных дамб. В ответ в различных ме стах вспыхнули народные волнения, переросшие затем в знаменитое вос стание «красных повязок», результатом которого стало изгнание монголь ских завоевателей и образование в Китае новой правящей династии Мин.
Борьба с аналогичными бедствиями — наводнениями — в просвещен ной Европе (причем примерно в то же время) привела к абсолютно другому результату. Известно, что в 1270 г. жители небольшого прибрежного поселе ния на реке Амстел, порядком «устав» от регулярных наводнений, решили уберечь свои дома от этого стихийного бедствия и построить большую за щитную дамбу. Именно это событие послужило рождению будущей столи цы Голландии — Амстердама, уникального города, выросшего практически на многочисленных каналах, в котором даже королевский дворец был по строен почти на 14000 сваях.
Не менее неожиданный социально-психологический отклик связыва ется с различными космическими явлениями, в первую очередь с падени ем метеоритов. Известно, что многим метеоритам, упавшим на Землю, в разное время и в разных местах люди поклонялись как неким «небесным знамениям».
Но самое удивительное событие связано с метеоритом, упавшим в 622 г. в районе Мекки, т.е. в месте, где жили приверженцы так называемого ран него мусульманства. Как пишут некоторые исследователи, падение метеори та, или Черного камня, хранящегося ныне в святыне мусульман — Каабе, стало рассматриваться как знамение, специально посланное в назидание и поклонение мусульманам. Это привело к резкой вспышке «мусульманского энтузиазма» в этих краях и мощному укреплению мусульманской религии.
В этой связи следует отметить, что падение Тунгусского метеорита 30 ию ня 1908 г. не вызвало никаких социальных потрясений лишь только потому, что его «мишенью» оказались малонаселенные пространства Подкаменной Тунгуски. Упади он, например, в центре Европы, нынешняя ее политическая карта была бы, вероятно, несколько иной. С развитием цивилизации возрас тает роль мощных техногенных катастроф, поэтому недаром, вероятно, нача ло распада СССР часто связывают с чернобыльской катастрофой 1986 г.
Систематика социально-психологического отклика:
ЧС-] — проходят почти незаметно, а некоторые (например, ливни) рассматриваются как забавный эпизод;
ЧС-2 — неприятность, вызывающая у населения чувство неудобства, раздражения;
ЧС-3 — бедствие в прямом смысле слова: может вызвать эмиграцию или изменить социально-психологическую обстановку;
ЧС-4 — создают атмосферу уныния, упадка духа, изменяют отношение к жизненным ценностям, могут привести к социальным потрясениям;
ЧС-5 — для уцелевших людей навсегда останется событием, сломав шим судьбу, и может быть, жизнь.
172
г л а в а
КОСМОГЕННЫЕ
ОПАСНЫЕ ПРОЦЕССЫ
Впервые мир был назван космосом знаменитым Пифагором, который обратил внимание на царящие в нем порядок и гармонию.
Л.А. Чижевский показал, что космос реально влияет на биосферу Земли, и свя зано это непосредственно с солнечной активностью. Позже стало развиваться направление по исследованию ударных воздействий метеороидов на Землю как на «мишень» и влияния магнитных бурь на биосферу Воздействие космоса на Землю активно исследуют гелиофизики, геофизики атмосферы, геологи и гео физики, биологи и врачи, космонавты. Воздействие систем космоса на системы Земли имеет четыре составляющих: галактическое, солнечное излучение — кор пускулярное и электромагнитное, вещественное (метеорные потоки, кометная пыль, импактное воздействие метеоритов, астероидов и комет), гравитационное воздействие (пульсации центров масс Земли — Луны и Солнца, влияние парных и тройных соединений планет, влияние на кинематику орбиты Земли) (рис. 6.1).
Степень воздействий зависит от механизма реализации и характера отклика «мишени» и варьирует по интенсивности, длительности, масштабу и эффекту последствий. Вопрос о галактическом влиянии частично на качественном уров не был рассмотрен в разделе I и далее рассматриваться не будет, так как пери оды воздействий по длительности относятся к специфике геологии, поэтому не подлежат детальному рассмотрению в рамках курса ОПП.
6 .1
Солнце. Магнитные бури. Гелиовоздействия
Солнечные источники космической погоды явля ются основными факторами воздействия. Они до вольно часто нарушают спокойствие на Земле и в
Глава 6. Космогенные опасные процессы
Э лектром агнитны е процессы внутри литосф еры
Климатические процессы. Погода
Гидрологические воздействия
Биологические воздействия
*
Социальные воздействия
Рис. 6.1. Схема солнечно-земных связей [Винник М.А., Иванов О.П.]
околоземном космическом пространстве. Достаточно сказать, что в тече ние 11-летнего цикла солнечной активности на Солнце происходит около 37000 вспышек (по данным за 22-й цикл солнечной активности — 1986— 1996 гг.). В максимуме солнечного цикла в среднем происходит 1 вспыш ка в 1—2 ч, в минимуме — 1—2 вспышки в день. Другие наиболее мошные проявления солнечной активности — выбросы коронального вещества в среднем происходят 5—10 раз в день, и только небольшая их часть распро страняется в направлении Земли и вызывает геомагнитные бури. В течение солнечного цикла на Земле под действием различных солнечных источни ков (выбросы коронального вещества, вспышки и связанные с ними удар ные волны, высокоскоростные потоки солнечного ветра и т.д.) происходит около 500 магнитных бурь, которые влияют на состояние больных людей
имогут приводить к опасным, а в ряде случае и к катастрофическим воз действиям на различные технические системы. Достаточно упомянуть из вестное событие марта 1989 г., когда на 9 ч штат Квебек (Канада) был обесточен из-за наведенных в линиях электропередач индукционных токов
иотключения защитных реле.
175
Раздел //. Опасные природные процессы
Во время магнитных бурь возникает много негативных явлений. В под водных трансатлантических кабелях связи наблюдаются сбои из-за необыч но высоких значений напряжения. Спутники на низковысотных орбитах изменяют параметры орбит из-за «разбухания» ионосферы и изменения лобового сопротивления. Из-за сильных ионосферных возмущений нару шаются радиосвязь и работа навигационных систем. Наведенные токи в протяженных трубопроводах нарушают антикоррозийную защиту, умень шая срок их эксплуатации и нанося ощутимый экономический ущерб. При веденные примеры говорят о глобальности воздействия солнечной активно сти на Землю и о необходимости ее контроля в интересах устойчивого функционирования различных технических систем и народного хозяйства в целом.
М агнитные бури — это кратковременные (несколько суток) сильные возмущения магнитного поля Земли, резко нарушающие его плавный су точный ход. Они вызываются воздействием усиленных потоков солнечной плазмы (солнечного ветра) на магнитосферу Земли.
Помимо непрерывно «дующего» солнечного ветра, Солнце служит ис точником солнечных космических лучей. Основным их источником явля ются вспышки. Вспышки — самые мощные взрывоподобные процессы, на блюдаемые на Солнце. Они могут продолжаться всего несколько минут, но в это время выделяется энергия, которая иногда достигает 102* Дж. Интен сивные потоки электромагнитной радиации достигают Землю через 8 мин, так как распространяются со скоростью 300000 км/с, а корпускулярный поток (заряженные частицы) — через 10—20 ч.
Если магнитное поле Земли представляет собой в целом диполь, то маг нитное поле Солнца беспорядочно, хаотично и не поддается такому просто му описанию, как дипольное поле Земли. Ученые полагают, что если даже рассмотреть поле Солнце как диполь, то и в этом случае оно все равно на правлено как бы противоположно простиранию земного диполя. Сама же величина магнитного поля Солнца вдвое превышает величину магнитного поля Земли.
Однако общее магнитное поле Солнца, в отличие от земного, не явля ется единственным: на него накладываются магнитные поля, которые свя заны с так называемыми солнечными пятнами, напряженность магнитного поля которых достигает 1000—3000 Гс. Поэтому дипольным полем Солнца обычно пренебрегают. Еще одно осложнение: если основные параметры ак тивности самого Солнца меняются с периодом в 11 лет, то ориентировка магнитных полей солнечных пятен — с периодом в 22 года.
Генезис магнитных бурь. Источником резких возмущений магнитного поля Земли является динамика солнечных пятен. Пятна образуются в фото сфере (прозрачная сфера) — наиболее нижнем видимом слое (Т = 6000°С, М = 100—200 км). Первопричина развития солнечных и магнитных бурь — солнечные вспышки в районе пятен. Сами солнечные пятна, несмотря на
176
Гшва 6. Космогепные onat чые процессы
Все оболочки Земли, включая биосферу, входят в состав геокосмического ансамбля. Этот ансамбль представляет собой единую колебательную систему, ритмы которой отразились в динамике всех процессов, идущих в биосфере. Принцип иерархичности в организации любых ансамблей пред полагает соподчиненность функционирования всех нижестоящих элемен тов вышестоящим, или управляющим элементам. В системе космической иерархии Солнце является для Земли ближайшим и одним из главных организаторов процессов, идущих в ее физических оболочках — геосферах, которые, в свою очередь, контролируют состояние биосферы. Потоки высокоэнер! ичных частиц и электромагнигых волн Солнца непрерывно вза имодействуют с внешними системами Земли — магнитосферой, ионос ферой и атмосферой. Внешние оболочки Земли, с одной стороны, служат экраном, защищающим биосферу от потоков частиц с высокими энергиями и жестким излучением, а с другой стороны, трансформируют и перераспреде ляют суммарную энергию, приходящую ог Солнца, до тех форм и доз, ко торые необходимы лля развития биосферы.
Поток солнечных высокоскоростных частиц, доетшая магнитосферы Земли, приводит к сжатию ее, что, в свою очередь, вызывает нарушение динамического равновесия в магнитоплазменных оболочках Земли. В рельтате сложных преобразований и трансформации энергии ударной вол ны в магнитосфере и ионосфере на поверхности Земли возникают значи тельные колебания естественных электромагнитных полей (ЭМП). Сущест1лшые колебания (вариации) ЭМП Земли называют магнитными бурями tли геомагнитными возмущениями (ГМВ). Именно вариациям естественных ЭМП и отводится роль агентов, опосредующих воздействие солнечной акивности на процессы в биосфере, включая влияние на организм человека
> чере^ него — на жизнь человеческого общества.
Первая защитная сф ера Земли, которая встречает удар, — магнитосфе- - — является магнитным щитом Земли. Он экранирует Землю от корпусчлярной радиации, не давая ей уничтожить атмосферу. На воздействие магнитосфера откликается рядом явлений. Магнитосферная плазма из-за ■ч^нвективных движений порождает электрические токи — экваториальную > полярную электроструи. Из полярных электроструй при сильных возму щениях частицы «впрыскиваются» в ионосферу, вызывая полярные сияния
^свечение атомов и молекул кислорода и азота на высотах 90—120 км). Так как вспышка — процесс многоимпульсный, возникает последова-
~ 1ьная серия сжатий и расширений магнитосферы, изменяющих напря женность магнитного поля у поверхности Земли, т.е. суббурь, что в целом vоставляет картину большой магнитной бури В зависимости от того, явяется источником возмущений плазма от вспышки или высокоскорост ной поток солнечного ветра, магнитные бури имеют внезапное или посте- i енное начало. Общая энергия, поступающая в магнитосферу, колеблется
пределах 1016—1017 Дж, поток энергии равен 10м Вт. Следует отметить,
179
Раздел //. Опасные природные процессы
что интенсивность спокойных периодических вариапий в средних широтах Земли составляет 30—50 нТл (приблизительно 0,1% главного поля), коле бания же во время магнитных бурь составляют 100 нТл, а иногда до 1500— 2000 нТл.
Геомагнитные пульсации чутко реагируют на колебания уровня солнеч ной активности. Например, примерно через 40 ч после мощной солнечной вспышки их амплитуда в области частот меньше 1 Гц может увеличиться в 1000 раз. Такие колебания являются одним из наиболее вероятных магни тобиологических факторов. Более того, магнитосфера под воздействием электрических полей является источником колебаний частотой до 5 Гц и амплитудой от долей гаммы до величин около 1 нТл.
Для сопоставления приведем следующие цифры. Величина суточных ва риаций магнитного поля Земли составляет 15—30 нТл, для И-летнего цик ла диапазон достигает 100 нТл. а при сильной магнитной буре — 1000 нТл и более.
Во время магнитосферных возмущений электрическое поле Земли уси ливается. Вокруг Земли имеются 3 зоны, где электрические токи наиболее интенсивны и восприимчивы к влиянию извне. Это район геомажитного экватора, где пролегают экваториальная электроструя и зоны полярных си яний в северном и южном полушариях. Экваториальная струя обусловле на горизонтальностью магнитного поля Земли на экваторе. Кроме того, вдоль магнитных силовых линий также текут электрические токи.
Известно, что почти дипольное магнитное поле внутренней магнито сферы Земли создает особые зоны «магнитных бутылок*, в которых заря женные частицы могут «захватываться» на длительное время и вращаться вокруг силовых линий. При этом частицы периодически отражаются от околоземных концов силовых линий (где магнитное поле увеличивается) и медленно дрейфуют вокруг Земли по окружности. В наиболее мощном внутреннем радиационном поясе хорошо удерживаются протоны с энерги ями вплоть до сотен мегаэлектронвольт. Дозы облучения, которые можно получить при пролете этой зоны, настолько велики, что долю в нем могут находиться только научно-исследовательские спутники. Пилотируемые ко рабли «прячутся» на более низких орбитах, а большинство спутников свя зи и навигационных космических аппаратов находятся на орбитах выше этого пояса. Наиболее близко к Земле внутренний пояс подходит в точках отражения. Из-за наличия магнитных аномалий (отклонений геомагнитно го поля от идеального диполя) в тех местах, где поле ослаблено (над так на зываемой бразильской аномалией), частицы достигают высот 200—300 км. а в тех местах, где оно усилено (над восточносибирской аномалией), — 600 км. Сам по себе внутренний пояс стабилен, но во время геомагнитных бурь, когда магнитное поле ослабевает, его условная граница спускается еще ближе к Земле. Это учитывается при планировании полетов космонав тов и астронавтов, работающих на орбитах высотой 300—400 км.
180