Прогноз цунами

Введение

Чрезвычайные ситуации природного характера угрожают обитателям нашей планеты с начала цивилизации. Размер ущерба зависит от интенсивности природных катастроф, уровня развития общества и условий жизнедеятельности.

ЧС природного происхождения в последние годы имеют тенденцию к росту. Активизируются действия вулканов (Камчатка), учащаются случаи землетрясений (Камчатка, Сахалин, Курилы, Забайкалье, Северный Кавказ), возрастает их разрушительная сила. Почти регулярными становятся наводнения, нередки оползни вдоль рек и в горных районах. Гололед, снежные заносы, бури, ураганы и смерчи стали почти привычным явлением.

Следует заметить, что человечество уже не так беспомощно; ряд катастроф можно предсказать, а некоторым успешно противостоять. Однако любые действия против природных процессов требуют глубоких знаний причин их возникновения и характера проявления.

1. Прогноз цунами

В 40-50-х годах в США, Японии и СССР были созданы службы предупреждения населения о приближении цунами, работа которых заключается в опережающей регистрации землетрясений с помощью береговых сейсмографов. Сейчас для прогноза и защиты от цунами работает служба предупреждения с центром в Гонолулу на Гавайских островах. Там обрабатываются записи 31 сейсмической станции и данные 50 мареографических постов. Интервал времени от момента регистрации землетрясения до прихода волн к берегам Японии, Курил или Чили может быть коротким (15 - 20 мин), поэтому предупреждение передаётся незамедлительно, и действия по защите начинаются моментально. Тихий океан пересекается за 20 ч. Однако, сообщение передаётся при всяком подводном землетрясении, и часто оно не порождает цунами. Люди, привыкнув к ложным тревогам, теряют доверие и к важным предупреждениям. Цунами имеют двойственную природу (землетрясения и вулканы), поэтому оценка их сложна.

Прогресс науки прогноза в большей степени зависит от возможности проведения точных измерений. Для определения характеристик волн наряду с сейсмографами используются мареографы. Простейший мареограф (от лат. mare - море и греч. grapho - пишу) - это прибор, основной частью которого является поплавок, установленный в трубке, сообщающейся с океаном. Трубка располагается таким образом, что один из её открытых концов находится чуть выше дна бухты, второй поднимается высоко над уровнем моря. Закон сообщающихся сосудов - великого Океана и маленькой трубки - действует безотказно.

Любое изменение уровня моря, немедленно повторяющееся в трубке и колеблющее поплавок, тут же регистрируется этим несложным прибором: часовой механизм медленно передвигает ленту на барабане, к которому прикреплён карандаш. Когда вода, а вместе с ней и поплавок, поднимается и опускается, карандаш движется взад и вперёд по бумаге, прочерчивая высоту волн. Поскольку нижний открытый конец трубки даёт воде возможность быстро проникать внутрь и так же быстро вытекать обратно, такой мареограф регистрирует любое волнение на море.

С помощью небольшой реконструкции можно превратить этот прибор врегистратор волн длинных периодов - цунами: Если закрыть наглухо нижний конец трубки, уровень воды в трубке не будет изменяться. Но если оставить в дне небольшое отверстие, то благодаря давлению, которое создаётся проходящими гребнями волн, вода проникнет сквозь это отверстие, и уровень воды в трубке слегка поднимется. Волны коротких периодов - от ветра, - даже очень высокие, проходят слишком быстро, поэтому вода, успевающая чуть-чуть проникнуть через отверстие, тут же выливается - уровень воды в трубке почти не меняется. Если же проходит длинная волна, с большим периодом, то она оказывает давление, достаточно длительное для того, чтобы изменить уровень воды в трубке. Таким образом, несмотря на то, что волны цунами имеют высоту, измеряемую всего несколькими сантиметрами даже в зоне, где обычные волны от ветра достигают больших высот, этот прибор регистрирует только волны длинных периодов и никак не реагирует на короткопериодичные волны от ветра. Для того чтобы настроить прибор на регистрацию нужного периода, заранее определяют размер отверстия.

Интенсивность цунами приближённо можно выразить через осреднённую высоту волны:

ц = 3,3 1g (Н ?2).

Предварительные оценки связи интенсивности и магнитуды цунами, а также интенсивности цунами и категории поражения территории имеют вид:

Мср = 1,25 Iц - 0,25 = 0,9 Iц + 5,5;

природный цунами прогнозирование грунтовой

Для экспериментального цунами I = 0,9 Iц + 7,7

. Проседание при удалении грунтовых жидкостей

Уплотнение рыхлых осадков, ведущее к проседанию грунта, почти невозможно предотвратить, если нагрузка, оказываемая на материал, обусловливается крупным строением. В большинстве случаев такое уплотнение сопровождается удалением воды из пор под давлением. Песок фактически не поддается сжатию, и вода из него вытесняется с трудом. Однако если межзерновая вода откачивается из песка и соседствующих с ним глинисто-алевритовых отложений, то падение гидростатического давления может повлечь за собой значительное уплотнение и последующие сдвиги грунта. Поскольку пески, особенно их несцементированные или слабо консолидированные разновидности, представляют собой высокопродуктивные водоносные горизонты, то грунтовые воды всегда активно откачивались из них. Во многих случаях это сильно влияло на состояние земной поверхности.

В долине Сан-Хоакин в центральной Калифорнии выпадает очень мало осадков. Интенсивное сельское хозяйство в этом районе обязано своим существованием ирригационным водам, большая часть которых откачивалась из осадков, подстилающих долину. Это были пески и грубозернистые алевриты, мощность которых местами превышала 600 м. Из этих пород в течение XX века активно извлекались воды, и в результате произошло проседание грунта, затронувшее площадь в несколько сотен квадратных километров, максимальная глубина просадки составила более 8 м. При понижении артезианского напора на 6-9 м грунт оседал на 30 см. Поскольку долина Сан-Хоакин - это район сельскохозяйственных земель, такое опускание, хотя оно и сопровождалось даже образованием трещин в грунте, не повлекло за собой катастрофических последствий. Забавно, что основное повреждение в долине Сан-Хоакин было нанесено ирригационным системам, которые сами и явились его причиной. Движение грунта разрушило многие скважины (ремонт скважины обходится до 1 млн. долл. в год), и ирригационные каналы с их очень низкими перепадами постоянно надо было восстанавливать. Чтобы прокладывать каналы через осевшие районы, не затопляя их, необходимо создавать длинные насыпи. Очевидно, единственным способом борьбы с проседанием в долине Сан-Хоакин является прекращение откачки грунтовых вод. Частичная их замена водами, которые подаются с гор, позволила значительно снизить скорость проседания грунта.

Подобное проседание в городских районах, особенно в тех, которые находятся почти на уровне моря, может иметь гораздо более разрушительные последствия. Так, значительная часть Токио пострадала от проседания, происходившего со скоростью 15 см в год в связи с извлечением воды из подстилающего горизонта алевритов. Многие крупные здания Токио были построены на более глубоко залегающих слоях плотной породы, поэтому создавалось впечатление, что они поднимаются, в то время как окружающая поверхность оседает. Движение было таким сильным, что к 1961 г. площадь около 40 км2 на окраине Токио оказалась ниже уровня моря. Эти районы пришлось защищать большими и дорогостоящими дамбами.

Сходные проблемы возникают и в Китае, например в городе Шанхай. Под Шанхаем залегают неконсолидированные осадки мощностью 300 м, содержащие большое число водоносных горизонтов, из которых выкачивается вода. Общая глубина просадки в районе судостроительной верфи за период между 1921 и 1973 г. составила 2,5 м. Участившиеся здесь случаи затопления вызвали попытки сократить скорость проседания. Так, проводилась закачка воды обратно в скважины во время влажных сезонов. Это делалось для поддержания уровня грунтовых вод в период сухих сезонов, когда грунтовые воды приходится откачивать.

При извлечении грунтовых вод просадке подвергаются не только пески и алевриты. Например, в Лондоне вода интенсивно откачивалась из мела, на котором стоит город, и в результате артезианский напор упал на десятки и даже сотни метров. Падение давления поровых вод в перекрывающих мел глинах Лондон-Клей вызвало проседание около 30 см. К счастью, этого недостаточно, чтобы повлечь за собой значительные последствия.

Проседание района вокруг города Саванна (штат Джорджия) происходит вследствие откачки вод из толщ известняка. Большинство известняков, даже если они трещиноватые и содержат водоносные горизонты, достаточно прочны, чтобы выдержать любую нагрузку. Однако третичные известняки Окала под Саванной являются исключением: они очень пористые, слабо консолидированные и при уменьшении давления поровых вод уплотняются. Очень серьезному проседанию подвергся также район между городами Хьюстон и Галвестон (штат Техас), расположенный западнее Саванны. Начавшись в 1943 г., проседание к 1961 г. местами достигало полутора метров; этот процесс продолжается в настоящее время со скоростью 7,5 см в год.

Проседание чаще всего бывает связано с извлечением воды из песчаных водоносных горизонтов, но иногда оно может быть вызвано откачкой из толщ проницаемых осадков другой жидкости - нефти или каких-либо растворов. Например, город Ниигата в Японии подвергся катастрофическому проседанию и местами опустился ниже уровня моря вследствие извлечения соляных растворов, содержащих метан. Нефть является второй по значению после воды причиной проседания. Яркий тому пример - опускание в Лос-Анджелесе.

Портовый район Лонг-Бич на юге Лос-Анджелеса расположен непосредственно над месторождениями нефти Уилмингтон, находящимися в частном владении. Из небольшого купола в толще осадков мощностью около 180 м в значительных количествах откачивались как нефть, так и вода. Результатом этого явилось образование чаши проседания эллиптической формы, имевшей в поперечнике почти 10 км и повторявшей очертания лежащей под ней геологической структуры. В центре этой чаши вертикальное опускание за период с 1928 по 1971 г. достигло 9 м. Горизонтальное движение по краям чаши местами составило 3 м. Возмещение убытков, нанесенных городу, превысило 100 млн. долл. Наиболее пострадавшей оказалась морская судоверфь, большая часть которой сейчас находится ниже уровня моря и окружена высокими бетонными стенами. Эти стены приходится постоянно надстраивать, иначе море зальет верфь.

К 1957 г. ситуация в районе Лонг-Бич стала настолько опасной, что Министерство юстиции США запретило эксплуатацию здесь нефтяных скважин. Был предложен проект, согласно которому следовало закачать миллионы литров воды обратно в грунт по 200 скважинам. Эта процедура должна была не только восстановить давление воды в осадках и тем самым прекратить проседание, но и увеличить напор нефти в других, еще используемых скважинах. Действительно, нагнетание воды является стандартным методом повышения продуктивности нефтяного месторождения, хотя в данном случае оно рассматривалось лишь в качестве побочного эффекта. Работы прошли настолько успешно, что к 1963 г. проседание было в значительной степени остановлено, а в некоторых местах даже скомпенсировано. Надо отметить, что положительный эффект был достигнут в относительно простой ситуации, вообще же возможность полного восстановления уровня, существовавшего до проседания, ничтожна и требует предусмотрения многих факторов.

К сожалению, закачка воды не разрешает проблемы проседания того типа, который существует и по сей день в городах Венеция и Мехико.

Венеции - всемирно известному городу, представляющему собой настоящее произведение искусства, - угрожает реальная опасность разрушения, поскольку она постоянно опускается ниже уровня моря. Венеция была заложена более 1300 лет назад. Город находится почти в центре большой лагуны, длина которой 56 км, ширина 10 км. Лагуна отделена от Адриатического моря длинным рядом песчаных валов, которые еще в XVIII веке были укреплены дамбами. При этом были оставлены три пролива, открывающиеся в лагуну.

Венеция давно страдает от проседания. В 1902 г. обрушилась, превратившись в груду камней, колокольня собора Святого Марка. Столь полному разрушению подверглись немногие здания, но постепенно опускается большинство строений, поскольку весь город оседает. Примерно 70% площади города в настоящее время находится на высоте чуть больше метра над средним уровнем моря, и эта территория часто подвергается затоплению. Наводнения, называемые здесь «аква альта» («высокая вода»), обусловлены совместными действиями ветра, прилива, резких колебаний уровня Адриатического моря, осадков и пониженного атмосферного давления. Самая ужасная «аква альта» отмечалась в 1966 г., когда ущерб, нанесенный городу, был оценен в 30 млн. фунтов стерлингов. Наводнения становятся все более частыми. Если на рубеже XIX и XX веков они происходили в среднем каждые пять лет, то к 1930 г. стали повторяться ежегодно, а начиная с 1960 г. - даже трижды в год. Затопление площади Святого Марка сейчас уже надо считать событием предрешенным.

Здания Венеции были построены на деревянных сваях, погруженных в дно мелководных частей лагуны. Отложения, подстилающие лагуну, представляют собой неконсолидированные материалы четвертичного возраста мощностью около 800 м, под которыми залегают еще менее плотные осадки, датированные плиоценом. Четвертичные отложения примерно на 50% состоят из песков, на 35% - из алевритов и на 15% - из алевритовых глин. При таком фундаменте в морских дельтовых условиях следует ожидать проседания. В Венеции же есть множество предпосылок для этого.

Археологические исследования показали, что проседание лагунной зоны в доисторические времена местами достигало 6 м, а с древнеримских времен составило 2-3 м. Таким образом, среднее проседание в древности равнялось примерно 1 см в год - такова скорость, ожидаемая в любом дельтовом районе, где идет аккумуляция осадков. Главная дельта реки По расположена несколько южнее Венеции, и осадконакопление в этом районе вызывает изгибание слоев коренных пород под нагрузкой аккумулированных осадков. Поскольку четвертичные отложения мощностью около 800 м имеют мелководное происхождение, опускание фундамента за этот период составило, по-видимому, также около 800 м. В то же время должно было осуществляться уплотнение осадков, однако лабораторные исследования керна скважин, пробуренных под Венецией, показали, что такое первичное уплотнение существенной роли в проседании города не играет.

3. Цунами в истории Земли

января 1906 г. близ побережья Колумбии и Эквадора произошло землетрясение силой 8,8 балла по шкале Рихтера, от которого пострадали также Западное побережье США и Япония. В результате возникшего цунами погибли порядка 1,5 тыс. человек.

февраля 1923 г. на Камчатке произошло землетрясение силой 8,5 балла. Оно стало последним в серии землетрясений в течение зимы 1923 года. Большинство этих землетрясений вызывали возникновение цунами в регионе. Особенно мощным было цунами 3 февраля. Значительный ущерб был причинен также Гавайским островам.

февраля 1938 г., вследствие произошедшего близ берегов Индонезии землетрясения силой 8,5 балла по шкале Рихтера, цунами обрушилось на острова Банда и Кай. Данных о жертвах нет.

ноября 1952 г., вследствие произошедшего близ побережья полуострова Камчатка землетрясения силой 9,0 балла по шкале Рихтера, цунами обрушилось на Гавайские острова. Сумма причиненного материального ущерба составила порядка 1 млн. долларов.

Цунами также повлекло за собой разрушение нескольких городов и поселков Сахалинской и Камчатской областей. 5 ноября три волны высотой до 15-18 метров (по разным данным) уничтожили город Северо-Курильск и нанесли ущерб ряду соседних населенных пунктов. По официальным данным, погибло 2336 человек.

марта 1957 г. на островах Андрианова, Аляска, произошло землетрясений силой до 9,1 балла. Оно привело к образованию двух цунами, средняя высота волн достигала 15 и 8 м соответственно. В результате цунами погибли более 300 погибших. Землетрясение и цунами сопровождалось извержением вулкана Всевидова, пребывавшего «в спячке» около 200 лет.

мая 1960 г. в южной части Чили произошло землетясение силой 9,5 балла по шкале Рихтера, вызвавшее цунами. В Чили, Японии, на Гавайских и Филиппинских островах погибли около 2,3 тыс., ранены - более 4 тыс., остались без крова - порядка 2 млн. человек. Сумма причиненного материального ущерба составила более 675 млн. долларов. Долгое времмя это цунами считалось самым мощным и разрушительным из зафиксированных.

марта 1964 г. на Аляске, в 120 км к юго-востоку от Анкориджа, произошло землетрясение силой 9,2 балла по шкале Рихтера, вызвавшее цунами. Погибли 125 человек. Сумма причиненного материального ущерба составила около 311 млн. долларов.

февраля 1965 г. вследствие произошедшего на Крысьих островах (Аляска) землетрясения силой 8,7 балла по шкале Рихтера, цунами обрушилось на остров Шемья (Алеутский архипелаг).

сентября 1971 г. в Японском море, в 50 км от юго-западного побережья Сахалина произошло землетрясение. Оно получило название Монеронское по одноименному острову оказавшемуся рядом с очагом землетрясения. Интенсивность толчка в очаге оценивалась в 8 баллов, в населенных пунктах, расположенных напротив очага, сила сотрясения земли была равна 7 баллам. На юго-западном побережье Сахалина максимальная высота волны, равная 2 м, была отмечена в Горнозаводске и Шебунино. Информации о жертвах и разрушениях в СМИ не было.

декабря 1992 г. землетрясение силой 6,8 балла по шкале Рихтера уничтожило значительную часть островов Флорес и Бали, расположенных на территории Индонезии. Землетрясение вызвало цунами с высотой волны до 26 м. Погибли 2 тысячи 200 человек.

декабря 2004 г. произошло землетрясение в Индийском океане, близ западного берега северной части острова Суматра. Землетрясение силой 8,9-9 баллов спровоцировало возникновение цунами, сразу же обрушившегося на острова Суматра и Ява. Высота волны достигла 30 м. Общее количество погибших - по разным данным, от 200 до 300 тысяч человек. Более точные цифры не установлены до сих пор, так как множество тел было унесено водой. К настоящему моменту именно это цунами считается самым разрушительным в истории.

Волны цунами распространились не только по Индийскому океану, но и Тихому, достигли побережья Курильских островов.

июля 2006 г. от цунами пострадало южное побережье индонезийского острова Ява. По разным оценкам, от стихийного бедствия погибли от 600 до 650 человек, 120 пропали без вести. Ранения получили 1 тысяча 800 жителей побережья. Стихийное бедствие оставило без крова над головой 47 тысяч человек.

В курортном городке Пангандаран цунами разрушила практически все отели, располагавшиеся на первой линии побережья.

сентября 2009 г. в результате землетрясения магнитудой 8,3 у берегов островного государства Самоа в Тихом океане возникло цунами. Общее число погибших на островах Западного и Американского Самоа превысило 140 человек.

Землетрясение магнитудой 8,8, произошедшее в Чили 27 февраля 2009 года, спровоцировало цунами, сообщил Тихоокеанский центр предупреждения об угрозе цунами (PacificTsunamiWarningCenter). По официальным данным, опознаны 279 погибших.

февраля 2010 г. в результате землетрясения магнитудой 8,8, произошедшего в Чили, возникла угроза цунами для Японии, Курил, Сахалина, а также Филиппин и Индонезии.

Заключение

Воздействию природной катастрофы может быть подвергнута любая часть земной поверхности. Между всеми ЧС природного характера существует взаимная связь. Наиболее тесная зависимость между землетрясениями и цунами. Тропические циклоны почти всегда вызывают наводнения. Кроме того, к природным катастрофам добавляются и другие воздействия, связанные с деятельностью человека. Землетрясения вызывают пожары, взрывы, прорывы плотин. Вулканические извержения - отравления пастбищ, гибель скота, голод. Паводок приводит к загрязнению почвенных вод, отравлению колодцев, инфекциям, массовым заболеваниям.

Планируя защитные меры против природных катастроф, необходимо максимально ограничить вторичные последствия и путем соответствующей подготовки постараться их полностью исключить. Предпосылкой успешной защиты от природных ЧС является изучение их причин и механизмов. Зная физическую сущность процесса, можно его предсказать. А своевременный и точный прогноз опасных явлений - важнейшее условие эффективной защиты.

Литература

1. Аллисон А., Палмер Д. Геология. М.: Мир. 1984.
2. Бетехтин А.Г. Курс минералогии. М.: Госгеолиздат. 1961
3. Ганжара Н.Ф., Добровольский В.В. Геология. М.: Владос. 2007. 320 с.
4. Илюшкина Л.М., Завадская А.В. Памятники природы Камчатки. - Петропавловск-Камчатский: Изд-во «Камчатпресс», 2008.
5. Передельский Л.В., Приходченко О.Е. Инженерная геология. - Ростов н/Д: Феникс, 2009.
6. Толстой М.П., Малыгин В.А. Геология и гидрогеология. М.: Недра. 2007. 318 с.
7. Хромов С.П., Петросянец М.А. Метеорология и климатология. - М.: изд. Московского университета. 2005 г.
8. Якушева А.Ф., Хаин В.Е., Славин В.И. Общая геология М.: МГУ. 1988
9. Апродов В.А. Вулканы. М. 1982.

Больше работ по теме: