Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный технический университет
Кафедра экологии и безопасности жизнедеятельности
Тема
Литосферные опасности и защита от них
Ульяновск 2010
Оглавление
Прогноз и контроль развития оползней
Список используемой литературы
Введение
Литосферная опасность – это опасное природное явления геофизического происхождения, который характеризуются внезапным нарушением жизнедеятельности населения, разрушениями уничтожением материальных ценностей травмами и жертв среди людей. Различают эндогенные и экзогенные геологические процессы. Эндогенные геологические процессы, возникающие под воздействием внутренних (литосферы) геологических факторов, как, например, землетрясения, извержения вулканов; экзогенные процессы - это поверхностные геологические процессы, вызванные внешними по отношению к Земле природными и техногенными факторами (оползни, обвалы, лавины, селевые потоки, наледи и др).
В данной работе речь пойдет о видах литосферной опасности, которые могут повлечь за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей и окружающей среде, значительные материальные потери, нарушение условий жизнедеятельности, а так же о мерах защиты от них.
Основное внимание в рассматриваемой теме обращено землетрясениям и оползням.
Землетрясения
Землетрясение - любое внезапное сотрясение поверхности земли, вызываемое прохождением сейсмических волн через кору Земли. Землетрясения могут вызываться естественными явлениями - разрушением геологических разломов, вулканической деятельностью, оползнями, или событиями, вызванными людьми - взрывами месторождений и ядерными экспериментами. Землетрясения регистрируются с помощью сейсмометра, также известного как сейсмограф - с силой 3 или меньше являются главным образом незначительными, с силой 7 - вызывают серьезные разрушения на больших территориях.
Немногие природные явления способны причинять разрушения такого масштаба, как землетрясения. На протяжении столетий они были причиной гибели миллионов людей и бесчисленных разрушений (см. таблицу о самых больших землетрясениях в истории). Хотя с древнейших времён землетрясения вызывали ужас и суеверный страх, до возникновения в начале ХХ столетия науки сейсмологии мало что было понято о них. Сейсмология, содержащая в себе научное исследование всех аспектов землетрясений, дала возможность ответить на давно возникшие вопросы о том, в результате каких причин и как именно происходят землетрясения.
Сейсмические волны возникают, когда некоторая форма энергии, хранящейся в земной коре, неожиданно освобождается, обычно - когда массы пород, создающие друг в друге напряжение, вдруг ломаются и начинают «скользить». Большая часть естественно происходящих землетрясений связана с тектонической природой Земли. Такие землетрясения называют тектоническими землетрясениями. Литосфера Земли – мозаика плит, которые медленно, но постоянно движутся. Это движение вызвано выходом тепла из мантии и ядра Земли. Границы плит соприкасаются при движении плит друг относительно друга, создавая фрикционное напряжение. Когда фрикционное напряжение превышает критическое значение, происходит внезапное разрушение. Границу тектонических пластин, вдоль которых происходит разрушение, называют плоскостью разлома. Когда разрушения в плоскости разлома вызывают сильное смещение земной коры, энергия выделяется как комбинация энергии излученных сейсмических волн, фрикционного нагревания поверхности разлома и ломки пород, таким образом вызывая землетрясение. Считается, что только 10 процентов или меньше полной энергии землетрясения излучается как сейсмическая энергия. Большая часть энергии землетрясения используется на увеличение разлома или преобразуется в тепло производимое трением. Поэтому землетрясения понижают доступную упругую потенциальную энергию Земли и поднимают ее температуру, хотя эти изменения незначительны по сравнению с проводящим и конвективным потоком тепла из глубокого внутренней части Земли. Большинство тектонических землетрясений зарождаются на глубине не более десятков километров. В зонах субдукции (где одна тектоническая плита пододвигается под другую), где старшая и более холодная океанская кора спускается ниже другой тектонической плиты, землетрясения могут происходить на значительно больших глубинах (до семисот километров). Эти сейсмически активные области субдукции известны как зоны Wadati-Benioff. Это - землетрясения, которые происходят на глубине, на которой пододвинутая литосфера больше не должна быть ломкой из-за высокой температуры и давления. Возможный механизм образования землетрясений с глубоким центром – образование разрывов, вызванное оливином, подвергающимся фазовому переходу в структуру шпинели.
Землетрясения также часто происходят в вулканических областях и вызываются там одновременно и тектоническими разломами, и движением магмы в вулканах. Такие землетрясения могут быть ранним предупреждением о вулканических извержениях. Иногда серия землетрясений происходит в своего рода шторме землетрясения, в котором землетрясения вызываются сотрясением или перераспределением напряжения от предыдущих землетрясений. Подобные толчкам после основного землетрясения, но происходящие на соседних сегментах разлома, эти штормы происходят в течение последующих лет, и некоторые из более поздних землетрясений такие же разрушительные, как и ранние.
Интенсивность землетрясений
оценивается в баллах при обследовании района по величине вызванных ими разрушений наземных сооружений или деформаций земной поверхности. Для ретроспективной оценки балльности исторических или более древних землетрясений используют некоторые эмпирически полученные соотношения. В США оценка интенсивности обычно проводится по модифицированной 12-балльной шкале Меркалли.
1 балл. Ощущается немногими особо чувствительными людьми в особенно благоприятных для этого обстоятельствах.
3 балла. Ощущается людьми как вибрация от проезжающего грузовика.
4 балла. Дребезжат посуда и оконные стекла, скрипят двери и стены.
5 баллов. Ощущается почти всеми; многие спящие просыпаются. Незакрепленные предметы падают.
6 баллов. Ощущается всеми. Небольшие повреждения.
8 баллов. Падают дымовые трубы, памятники, рушатся стены. Меняется уровень воды в колодцах. Сильно повреждаются капитальные здания.
10 баллов. Разрушаются кирпичные постройки и каркасные сооружения. Деформируются рельсы, возникают оползни.
12 баллов. Полное разрушение. На земной поверхности видны волны.
В России и некоторых соседних с ней странах принято оценивать интенсивность колебаний в баллах МSК (12-балльной шкалы Медведева - Шпонхойера-Карника), в Японии - в баллах ЯМА (9-балльной шкалы Японского метеорологического агентства).
Интенсивность в баллах (выражающихся целыми числами без дробей) определяется при обследовании района, в котором произошло землетрясение, или опросе жителей об их ощущениях при отсутствии разрушений, или же расчетами по эмпирически полученным и принятым для данного района формулам. Среди первых сведений о произошедшем землетрясении становится известной именно его магнитуда, а не интенсивность. Магнитуда определяется по сейсмограммам даже на больших расстояниях от эпицентра.
Последствия землетрясений
Сильные землетрясения оставляют множество следов, особенно в районе эпицентра: наибольшее распространение имеют оползни и осыпи рыхлого грунта и трещины на земной поверхности. Характер таких нарушений в значительной степени определяется геологическим строением местности. В рыхлом и водонасыщенном грунте на крутых склонах часто происходят оползни и обвалы, а мощная толща водонасыщенного аллювия в долинах деформируется легче, чем твердые породы. На поверхности аллювия образуются просадочные котловины, заполняющиеся водой. И даже не очень сильные землетрясения получают отражение в рельефе местности.
Смещения по разломам или возникновение поверхностных разрывов могут изменить плановое и высотное положение отдельных точек земной поверхности вдоль линии разлома, как это произошло во время землетрясения 1906 в Сан-Франциско. При землетрясении в октябре 1915 в долине Плезант в Неваде на разломе образовался уступ длиной 35 км и высотой до 4,5 м. При землетрясении в мае 1940 в долине Импириал в Калифорнии подвижки произошли на 55-километровом участке разлома, причем наблюдались горизонтальные смещения до 4,5 м. В результате Ассамского землетрясения (Индия) в июне 1897 в эпицентральной области высота местности изменилась не менее, чем на 3 м.
Значительные поверхностные деформации прослеживаются не только вблизи разломов и приводят к изменению направления речного стока, подпруживанию или разрывам водотоков, нарушению режима источников воды, причем некоторые из них временно или навсегда перестают функционировать, но в то же время могут появиться новые. Колодцы и скважины заплывают грязью, а уровень воды в них ощутимо меняется. При сильных землетрясениях вода, жидкая грязь или песок могут фонтанами выбрасываться из грунта.
При смещении по разломам происходят повреждения автомобильных и железных дорог, зданий, мостов и прочих инженерных сооружений. Однако качественно построенные здания редко разрушаются полностью. Обычно степень разрушений находится в прямой зависимости от типа сооружения и геологического строения местности. При землетрясениях умеренной силы могут происходить частичные повреждения зданий, а если они неудачно спроектированы или некачественно построены, то возможно и их полное разрушение.
При очень сильных толчках могут обрушиться и сильно пострадать сооружения, построенные без учета сейсмической опасности. Обычно не обрушиваются одно- и двухэтажные постройки, если у них не очень тяжелые крыши. Однако бывает, что они смещаются с фундаментов и часто у них растрескивается и отваливается штукатурка.
Дифференцированные движения могут приводить к тому, что мосты сдвигаются со своих опор, а инженерные коммуникации и водопроводные трубы разрываются. При интенсивных колебаниях уложенные в грунт трубы могут «складываться», всовываясь одна в другую, или выгибаться, выходя на поверхность, а железнодорожные рельсы деформироваться. В сейсмоопасных районах сооружения должны проектироваться и строиться с соблюдением строительных норм, принятых для данного района в соответствии с картой сейсмического районирования.
В густонаселенных районах едва ли не больший ущерб, чем сами землетрясения, наносят пожары, возникающие в результате разрыва газопроводов и линий электропередач, опрокидывания печей, плит и разных нагревательных приборов. Борьба с пожарами затрудняется из-за того, что водопровод оказывается поврежденным, а улицы непроезжими вследствие образовавшихся завалов.
Меры защиты от землетрясений
Прогноз землетрясений недостаточно совершенен. Он позволяет лишь предположить, где следует ожидать крупное землетрясение, и с некоторой вероятностью определить срок, когда оно произойдет. В связи с этим крайне необходимы меры защиты от причиняемого землетрясениями ущерба, которые по существу сводятся к следующим рекомендациям.
Когда в густонаселенной местности происходит сильный подземный толчок, многие здания получают повреждения или разваливаются. Главная причина этого - низкое качество построек. Разрушительное воздействие землетрясений связано с неустойчивостью грунта, с использованием сырцового кирпича или непрочной каменной кладки, что приводит к падению крыш и печных труб, растрескиванию фундаментов и стен.
Потенциально опасны тяжелые выступающие части домов, стенки парапетов и ненужные лепные украшения. Старая известка, незакрепленная кровля и стропила, лишенные элементов жесткости лифтовые шахты и каркасы, неукрепленные лестничные колодцы и общие стены смежных домов разного размера - все это также представляет опасность. При дифференцированных движениях рвутся подземные трубопроводы всех видов. Чтобы свести к минимуму возможные повреждения, строители должны учитывать все геологические факторы, определяющие устойчивость здания. Скальные породы - идеальное основание для крупных сооружений. Следует избегать строительства на слабых грунтах, крутых склонах, насыпных землях. Нежелательно также возводить здания на морских утесах, на обрывистых берегах рек, вблизи глубоких котлованов и на участках с высоким уровнем грунтовых вод в рыхлых осадочных породах.
При строительстве мостов и высоких зданий необходимо обращать особое внимание на их вес, устойчивость по отношению к горизонтальным силам и на внутреннюю уравновешенность. Доказано, что железобетонные здания сравнительно устойчивы, однако деревянные, стальные и укрепленные каменные дома также могут быть сейсмостойкими, если они хорошо сконструированы и добротно построены. Для этого применяются соответствующие элементы жесткости и крепления: связывающие скобы, подпорки и стойки, анкерные болты. Наиболее безопасной конструкцией является та, которая будет гибкой и сможет двигаться как единое целое, т.е. так, чтобы отдельные ее части не ударялись друг о друга.
Обеспечение сейсмостойкости - обязательное требование при строительстве в сейсмоопасных районах. Необходимое увеличение стоимости составляет, по инженерной оценке, менее 10%, если соответствующие проблемы решаются на стадии проектирования.
Чтобы избежать катастрофических последствий в особо сейсмоопасных районах могут быть приняты некоторые административные меры. Для контроля землепользования и типов построек, разрешенных в зонах высокой сейсмичности, должны быть обязательны ограничения, налагаемые сейсмическим районированием. Это относится, например, к районам с неустойчивыми насыпными грунтами и к районам, где развиты оползни. Строительные нормы и правила должны определять стандарты различных зданий. Учет различного уровня риска в связи с особенностями геологической обстановки, выполняемый с помощью карты сейсмической опасности должен стать обычной практикой строительных и страховых компаний. Все эти меры контроля - путем районирования, совершенствования строительных норм и классификации зданий по уязвимости - особенно необходимы для предотвращения человеческих жертв и катастрофических разрушений при будущих подземных толчках в районах сейсмической опасности.
Оползни
Оползни - скользящее смещение масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Оползни — обычное явление в тех местностях, где активно проявляются процессы эрозии склонов. Они происходят в том случае, когда массы породы, слагающие склоны гор, теряют опору в результате нарушения равновесия пород, вызванного подмывом водой, ослабления прочности пород при выветривании и переувлажнении осадками и подземными водами, вследствие сейсмических воздействий, а также строительной и хозяйственной деятельности, проводимой без учета геологических условий. Крупные оползни возникают чаще всего в результате сочетания нескольких таких факторов: например, на склонах гор, сложенных чередующимися водоупорными (глинистыми) и водоносными породами (песчано-гравийными или трещиноватыми известняками), особенно если эти пласты наклонены в одну сторону или пересечены трещинами, направленными по склону. Почти такую же опасность возникновения оползней таят в себе создаваемые человеком отвалы пород вблизи шахт и карьеров. Разрушительные оползни, движущиеся в виде беспорядочной груды обломков, называют камнепадами; если блок перемещается по некоторой ранее существовавшей поверхности как единое целое, то оползень считается обвалом; оползень в лессовых породах, поры которых заполнены воздухом, приобретает форму потока (оползень течения).
Оползни наносят большой ущерб сельскохозяйственным угодьям, промышленным предприятиям, населенным пунктам. Иногда оползни сопровождаются гибелью людей и животных.
Прогноз и контроль развития оползней
Для прогноза и контроля развития оползней проводят детальные геологические исследования и составляют карты, на которых указаны опасные места. Первоначально при картировании методами аэрофотосъемки выявляют участки скопления обломочного оползневого материала, которые на аэрофотоснимках проявляются характерным и очень четким рисунком. Определяются литологические особенности породы, углы склона, характер течения подземных и поверхностных вод. Ведется регистрация движения на склонах между опорными реперами, вибраций любой природы (сейсмических, техногенных и т. п.).
Меры по защите от оползней
Если вероятность возникновения оползней велика, то осуществляются специальные мероприятия по защите от оползней. Они включают укрепление оползневых склонов берегов морей, рек и озер подпорными и волноотбойными стенками, набережными. Сползающие грунты укрепляют сваями, расположенными в шахматном порядке, проводят искусственное замораживание грунтов, высаживают растительность на склонах. Для стабилизации оползней в мокрых глинах проводят их предварительное осушение методами электроосмоса либо нагнетанием горячего воздуха в скважины. Крупные оползни можно предотвратить дренажными сооружениями, перекрывающими путь поверхностным и подземным водам к оползневому материалу. Поверхностные воды отводятся канавами, подземные — штольнями или горизонтальными скважинами. Несмотря на дороговизну этих мероприятий, их осуществление дешевле, чем ликвидация последствий произошедшей катастрофы.
Заключение
Таким образом, немногие из грозных явлений природы могут сравниться по разрушительной силе и опасности с землетрясениями. История человечества насчитывает миллионы жертв, сотни погибших городов и поселков, поврежденных и уничтоженных сооружений от этого стихийного бедствия.
Наиболее распространены землетрясения в горных и предгорных районах.
Коварство землетрясения в том, что оно всегда внезапно. Заблаговременно предупредить население об опасности почти невозможно. Большей частью для практических действий людям отводится всего несколько секунд.
Оползни - это скользящее смещение участков земной поверхности вниз по склону под действием собственного веса. Они происходят чаще всего по берегам рек и водоемов, на горных склонах. Основная причина оползней — избыточное насыщение глинистых пород подземными водами. Оползни возникают также во время землетрясений и извержений вулканов.
Оползни могут разрушать населенные пункты, повреждать автострады и железные дороги, трубопроводы, линии связи и электропередач, плотины и дамбы, преграждать долины с образованием завальных озер, вызывать наводнения.
При угрозе оползня и при наличии достаточного времени население эвакуируется из опасных районов в безопасные. Эвакуация производится как пешим порядком, так и с использованием транспорта.
Список используемой литературы
Ясаманов Н.А. Основы геоэкологии: Учеб. пособ. для экологич. спец. вузов. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 352 с.
Рикитаке Т. Предсказание землетрясений. М., 1975
Оползни. Исследование и укрепление. М., 1981 (Источник: «Энциклопедия Кругосвет»)
Варющенко С.Б. Безопасность жизнедеятельности и медицина катастроф: Учебник для студентов сред. проф. учеб. завед. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 320 с.
Эйби Дж. А. Землетрясения: Пер. с англ. 1982.
Internet