Постановка вопроса
Экология, асоответственно и аспекты экологической опасности, обычно рассматриваются врамках биосферных процессов в их взаимодействии с человеком и егодеятельностью.
Соотношение и внутренние связисейсмических процессов и сейсмической опасности с проблемами экологии не стольявные на первый взгляд, при более тщательном рассмотрении оказываются весьмазначимыми.
Всякое сильное землетрясение –этодостаточно продолжительный процесс со стадиями подготовки, реализации ипоследствий.
Процесс подготовки и реализациисейсмического импульса и
постсейсмического восстановленияотносительно равновесия охватывает не только отдельный участок литосферы, но игидросферу (в основном подземную её часть), биосферу, атмосферу и даже ионосферу.
Иными словами, любое, а тем болеекрупное землетрясение, не может считаться точечным в пространстве и времени иизолированным (самодовлеющим) событием, но должно рассматриваться какдлительный процесс: нарушение и последующее восстановление равновесия всехземных оболочек и хода долговременных процессов в обширных объёмах природнойсреды.
Именно в этом контексте следуетрассматривать сейсмические явления с экологической точки зрения.
В проблеме экологических воздействийсейсмических событий важно подчеркнуть три следующие особенности:
1. В настоящее время достаточно определённо выявляются периоды (циклы)повышенной сейсмической активности как глобальные (вековые и тысячелетние), таки ареальные (зональные) –обычно внутривековые.
2. Уязвимость человеческого сообщества к природным катастрофам, включаясильные землетрясения, неуклонно растёт ввиду увеличения плотности населения,усложнения инфраструктуры, увеличение числа ответственных и уязвимых объектов ит.п.
3. Выявление все большего числа прямых и опосредствованных связейсейсмического процесса с тонкими процессами во всех земных оболочках, так илииначе воздействующих на человеческий организм и общественные явления.
Основныепонятия
Землетрясением обычно называют любое колебание земнойповерхности и недр, какими бы причинами оно не вызывалось –эндогенными илиантропогенными и какова бы ни была его интенсивность.
Во многих случаях могут возникать чрезвычайные ситуацииразной категории сложности (1-4).
Масштаб землетрясения и степень его воздействия на людей иприродную среду (а также на рукотворные сооружения) можно определять разнымипоказателями, а именно: величиной энергии, выделенной в очаге –магнитудой,силой колебаний и их воздействий на поверхности –интенсивностью в баллах,ускорениями, амплитудой колебаний, а также ущербом –социальным (людские потери)и материальным (экономические потери). Специалисты-сейсмологи, характеризуясилу землетрясения, обычно оперируют значениями магнитуды. Максимальнозарегистрированная магнитуда достигала значения М-8,9. Естественно, чтовысокоамплетудные землетрясения происходят очень редко –в отличии от средне- ималомагнитудных. Средняя частота землетрясений на земном шаре составляет:
Таблица№1Магнитуда Число землетрясений в год 8 и более 1 7,0-7,9 13 6,0-6,9 108 5,0-5,9 800 4,0-4,9 6200 3,0-3,9 49000
Как видно из таблицы№1 высокомагнитудные землетрясениявозникают редко (к тому же большей частью под дном океана ), именно онивыделяют основную долю сейсмической энергии (землетрясения с М³7,0-92% энергии) и влекут за собойнаиболее тяжкие последствия.
Наиболее распространённой и общепонятной характеристикойявляется оценка его воздействия на поверхности земли в баллах по 12-балльнойшкале. Признаки соответствующие каждому уровню балльности можно найти в любойкниге по сейсмологии.
Сейсмическая опасность –возможность(вероятность)сейсмических воздействий определённой силы на поверхности земли (в баллах шкалысейсмической интенсивности, амплитудах колебаний или ускорениях) на заданнойплощади в течение рассматриваемого интервала времени.
Сейсмический риск –рассчитанная вероятность социального иэкономического ущерба от землетрясений на заданной территории в заданныйинтервал времени. К экологическим последствиям землетрясений (собственносейсмических явлений и сопутствующих им процессов) будем относить физические (втом числе и механические) воздействия на живые организмы и человека, прямые икосвенные нарушения формы, свойств, качества окружающей (природной иантропогенной) среды во всех взаимосвязанных геосферах и долговременнопроисходящих в них процессов.
Типы экологических последствий и землетрясений и иххарактеристика.
В широком смысле экологические последствия, по-видимому,следует подразделять на социальные, природные и природно-антропогенные. Вкаждой из групп могут быть выделены прямые и косвенные последствия.
В настоящее время мы довольно полно знаем прямыепроявления (последствия) землетрясений на земной поверхности и, следовательно,их прямые воздействия на элементы социального организма, между тем каксопровождающие (предшествующие, последующие) косвенные явления на уровне микро-и даже макроаномалий процессов в литосфере и вне её начали изучать совсемнедавно.
Наиболее изучены и наглядно отражают сейсмическуюопасность экономические потери в результате землетрясений. За последниедесятилетия учтённые экономические потери от землетрясений возросли на порядоки достигают теперь около 200 млдр.долл. за десятилетие. Если в предшествующеедесятилетие в эпицентральной зоне, например, 8-балльного землетрясения среднийубыток в расчёте на одного жителя составлял 1,5 тыс.долл., то теперь ондостигает 30 тыс.долл. Естественно, что с повышением балльности (и магнитуды)возрастают площади поражённых территорий, а следовательно, и ущерб.
Число жертв землетрясений на земном шаре, хотя инеравномерно распределяется по годам, в целом неуклонно, по указанным вышепричинам, растёт. За последние 500 лет от землетрясений на Земле погибло4,5млн. человек, то есть ежегодно землетрясения уносят в среднем 9 тысяччеловеческих жизней. Однако в период 1947-1976гг. Средние потери составляли28тыс. человек в год. С точки зрения экологических, как и социальныхпоследствий, не менее важен и тот факт, что число раненых (включая тяжелораненых) обычно во много раз превышает число погибших, а число оставшихсябездомными превышает количество прямых жертв на порядок и более. Так, в зонахполного разрушения зданий (зоны 8баллов и выше) количество жертв можетсоставлять 1-20%, а раненых –30-80%, обратные соотношения редки.
Социальные последствия, то есть воздействиесейсмических явлений на население, включает как прямой социальный ущерб (гибельлюдей, их травматизм физический или психический, потеря крова в условияхнарушения систем жизнедеятельности и т.п.), так и косвенный социальный ущерб,тяжесть которого зависит от размеров прямого и обусловлена резким, на фонематериальных потерь, изменением морально-психологической обстановки, спешнымперемещением больших масс людей, нарушением социальных связей и социальногостатуса, сокращением трудоспособности и падением эффективности труда оставшихсяв живых, частью отвлечённых от привычной индивидуальной и общественнойдеятельности. Сильное землетрясение, особенно в больших городах и вгустонаселённых районах, неизбежно ведёт к дезорганизации жизнедеятельности натот или иной срок. Нарушения социального поведения могут возникать даже вотсутствии самого события, а лишь в связи со слухами о землетрясении, сколь быни были эти ожидания нелепы и ничем не обоснованы. Применительно к последнемудесятилетию такого рода примеры известны для ряда городов бывшего СоветскогоСоюза. Последствия же сейсмических катастроф, тем более в периоды общегоослабления хозяйственно-экономического состояния и политической нестабильностии долговременной социальной дезориентированности населения, могут сказыватьсяна протяжении десятилетий.
В рамках экологических проблем среди нередко провоцируемыхсильными землетрясениями, то есть вторичных, последствий следует отметить (нафоне повреждения и гибели ландшафтных и культурных памятников и нарушения средыобитания как таковой) такие, как возникновение эпидемий и эпизоотий, ростзаболеваний и нарушение воспроизводства населения, сокращение пищевой базы(гибель запасов, потеря скота, вывод из строя или ухудшение качествасельскохозяйственных угодий), неблагоприятные изменения ландшафтных условий(например, оголение горных склонов, заваливание долин, гидрологические игидрогеологические изменения), ухудшение качества атмосферного воздуха из-затуч поднятой пыли и появления аэрозольных частиц в результате возникающих приземлетрясении пожаров, снижение качества воды, а также качества и ёмкостирекреационно-оздоровительных ресурсов.
Воздействие сильных землетрясений на природную среду(геологическую среду, ландшафтную оболочку) может быть весьма разнообразным изначительным, хотя в большинстве случаев ареал (зона) изменений не превышает100-200км.
Среди прямых, наиболее выразительных и значимыхвоздействий выделим следующие.
Геологические, гидрологические и гидрогеологические,геофизические, геохимические, атмосферные, биологические..
Природно-техногенные последствия землетрясений сказываютсяна природной среде охваченного землетрясением района в результате нарушения(разрушения) искусственно созданных сооружения (объектов). Сюда можно отнести,в первую очередь, следующие:
1. Пожары на объектах антропогенной среды, ведущие к экологическимпоследствиям.
2. Прорыв водохранилищ с образованием водяного вала ниже плотин.
3. Разрывы нефте-, газо- и водопроводов, разлитие нефтепродуктов, утечкагаза и воды.
4. Выбросы вредных химических и радиоактивных веществ в окружающую среду,вследствие повреждения производственных объектов, коммуникаций, хранилищ.
5. Нарушение надёжности и безопасного функционирования военно-промышленныхи военно-оборонительных систем, спровоцированные взрывы боеприпасов.
Приведённыйвыше список последствий землетрясений, скорее всего, не полон, особенно вотношении отдалённых последствий, част которых нам ещё неизвестна. Но и средиперечисленных некоторые не имеют пока достаточно определённых количественныххарактеристик и соответственно не могут быть оценены по степени опасности иобъёму причиняемого ущерба с необходимой полнотой и надёжностью.
Лучше других известны геологические признаки, для которыхв настоящее время можно привести количественные характеристики в соотношении ссилой землетрясений. Представление о размерах очагов (в проекции на земнуюповерхность) для землетрясений различной силы даёт таблица. (в данном случаетаблица №2)
Таблица№2Магнитуда Длина очага, км. Ширина очага, км. 5,0 11 6 6,5 25 18 7,0 50 30 7,5 100 35 8,0 200 50
Эти величины примерноопределяют и ареалы разрушительных последствий. Как видно из таблицы(№2), этиареалы могут охватывать площади в сотни и тысячи, а при самых сильныхземлетрясениях –в десятки тысяч квадратных километров.
Ясно, что стольмногочисленные и существенные нарушения ландшафтной среды (и, конечно,биосферы) не могут не повлечь за собой нарушения экологических условий на этихи прилегающих площадях. Наиболее значимые и легко выявляемые выражаются вуничтожении растительного покрова, местообитания животных (а подчас и их самих,равно как и людей), в нарушениях традиционных местообитаний и наземныхмиграционных путей, изменении водного режима, перераспределении водных запасов,ухудшении качества кормовых угодий и т.д.
Особенностисейсмических процессов, влияющих на природные системы.
Среди сейсмологическихпроцессов, имеющих прямое отношение к воздействию на среду с вероятнымиэкологическими последствиями, выделим следующие, лишь недавно установленныеособенности процесса (периода) сейсмической активизации, то есть подготовки,реализации и затухания толчков одного землетрясения или серии землетрясений.
1. Область геофизических аномалий (поля напряжений, деформации,энергетического и магнитных полей, поля силы тяжести) и аномального протеканиядругих процессов (гидрогеологических, атмосферных, вероятно ибиоэнергетических) по своим размерам обычно на порядок превышает область очагасамого землетрясения.
2. Распределение возмущений и аномалий в окружающий очаг землетрясениясредах неравномерно в пространстве и времени. Пространство это выражается вприуроченности и/или более резкой выраженности аномалиик особо чувствительным зонам (узлам), которые могут располагаться на удалениидо сотен километров от очага. Ход аномалии во времени также неравномерен, такчто всплески (экстремумы) значений подчас того же уровня, что и при основномсейсмическом событии, могут и предшествовать ему, и следовать за ним с разнымиинтервалами времени.
Таким образом,сейсмические проявления следует рассматривать как продолжительный процессгеофизических нарушений долговременного равновесного состояния и/или развития некоторого объёма окружающей среды (во всехсопряжённых сферах), по размерам и времени далеко превосходящих место (область)и момент (период) собственно сейсмических импульсов.
Отсюда должна бытьпонятна и неизмеримо большая экологическая роль сейсмических и сопутствующих импроцессов по сравнению с бытующими традиционными представлениями.
В качестве примераотдалённых, но вполне реальных, хотя до сих пор не изученных последствийсильных землетрясений, рассмотрим следующие связи.
Известно, что прикрупных землетрясениях нередко возникают разрывы и трещины на земнойповерхности. Длина зон таких разрывов достигает при сильных землетрясенияхдесятков и даже сотен километров. Такие разрывы, внезапно раскрываясь(возникая), служат каналами усиленной дегазации земных недр, а нередкообеспечивают и разгрузку глубинных флюидов в артезианских бассейнах. По такимканалам выносятся к поверхности огромные массы различных химических элементов исоединений –и жизненно важных, и токсичных, в числе последних тяжёлые металлы.
Соответственно этому втаких зонах изменяются ландшафтно-геохимические и биохимические характеристикив грунтах, на поверхности и в атмосфере. В последние годы установлена важнаяроль глубинной дегазации Земли и форсировании озоновых дыр в стратосфере, а ссодержанием озона в стратосфере тесно связывают поглощение ультрафиолетовогоизлучения, которое, в свою очередь, воздействует на ДНК и клеточные мембраныназемных микроорганизмов, определяя жизнестойкость популяции. Гибельмикроорганизмов –начального звена пищевых целей –представляет серьёзнуюэкологическую опасность. Широко известно отрицательное воздействиеультрафиолетового облучения на фотосинтез и рост растений, на животный мир, неговоря о человек. Следовательно, изменения содержания озона над очагами сильныхземлетрясений могут сказываться, пусть зонально и временно, на всей биоте,нарушая биохимическое равновесие и экологические условия. К этому добавляютсяаномалии в поступлении тяжёлых металлов, образование аэрозолей над трещинами вземной поверхности, а также аномалии в форсировании облачного покрова иразмещение его вдоль линий разломов. В количественном отношении указанныепроцессы и их взаимные связи пока не изучены.
Другой пример недавновыявленной и достаточно неожиданной связи процессов в различных земныхоболочках относится к океаническим пространствам. Регулярные измерения соспутников обнаружили, что крупные подводные землетрясения несомненнотектонической природы предваряются и/или сопровождаютсятепловыми аномалиями, обычно на несколько градусов, толщи океанических вод иводной поверхности над их очагом. Таких аномалий оказывается достаточно длявозникновения (изменения) турбулентных потоков в атмосфере над эпицентральнойзоной и изменения циркуляционных процессов –циклональных явлений, что, в своюочередь, может заметно влиять на прибрежные островные экосистемы региона нарядус другими прямыми и косвенными воздействиями исходного сейсмического события.
Заключение
Около40% территории бывшего Советского Союза с населением не менее 50 млн. человекбыло отнесено к сейсмически активным районам. Для России доля таких территорийещё недавно определялось в 20%, из них 5% считались опасными в высокой степени(зоны 8-, и9-балльных землетрясений). Эти относительно скромные цифры не должныуспокаивать, ибо ряд прежних оценок оказался неточным и заниженным. Сусовершенствованием и созданием новой карты сейсмического районирования России(и Северной Евразии) опасные в сейсмическом отношении зоны существеннорасширились.
Но на новой карте впределах Российской Федерации 11% территории относится к 8- и 9-балльным (пририске 10%), а для особо ответственных сооружений (при риске 1%) –до 35%. Но и наэтой карте некоторые опасные зоны остались неучтенные.
Между тем результатыряда ретроспективных исследований, показывают что даже слабые сейсмическиетолчки при определённом сочетании условий могут способствовать возникновениюкритических ситуаций. Когда речь идёт об опасных химических производствах,подземных газохранилищах, ядерных объектах, экологические последствия такогорода катастроф не требуют комментариев. К тому же во весь рост встают проблемы спровоцирования(возбужденной) сейсмичности, в первую очередь в районах крупных водохранилищ,ядерных взрывов, пусков тяжёлых ракет, массовой откачки флюидов и т.д.
Как малозначимые вэкологическом отношении землетрясения могли рассматриваться лишь до тех пор,
-пока экологическиепроблемы и тень экологического кризиса не предстали во всём их объёме, в Россииособенно;
-пока человечество недостигло крайней степени экспансии на планете и не подошло к критическомууровню внедрения в природную среду и воздействия на неё, в том числе всейсмогенных областях.
-пока землетрясениярассматривались как изолированные, строго локализованные во времени и пространствеодномоментные катаклизмы, не связанные с долговременными процессами в другихсферах, составляющих среду обитания человека или влияющих на неё.
Ныне ситуацияпринципиально иная, и оставлять сейсмические и сопряжённые с ними процессы внерассмотрения с экологических позиций уже нельзя.