Ресурсная и геодинамическая экофункции литосферы

В рамках этой функции должны рассматриваться геодинамические  процессы и явления, непосредственно  влияющие на условия существования  биоты. Исходя из степени воздействия  на биоту, в том числе и на человека все геодинамические процессы можно  разделить на две группы:

·одни процессы в силу своей  масштабности и скорости проявления не способны оказывать прямого негативного  влияния на живые организмы

·другие действуют на биоту  в форме катастрофических явлений  и стихийных бедствий и, таким  образом, являются опасными природными процессами.

К первым относятся, например, перемещения литосферных плит, тектонические  медленные вертикальные и горизонтальные движения, такие геологические процессы, как выветривание, денудация, транспортировка  осадочного материала и осадконакопление. К катастрофическим геологическим  явлениям относятся те из них, которые  из-за кратковременности своего проявления быстро разрушают привычную природную  структуру и систему обитания биоты, нарушают условия жизни человека и приводят к жертвам.

 

Рис. 5 Структура геодинамической  экологической функции литосферы (По А.Д. Абалакову)

 

Особенностью эколого-геодинамической  функции литосферы является проявление негативных и позитивных свойств  к развитию и пространственному  распространению биоты. Некоторые  геодинамические процессы не проявляют  прямого воздействия на биоту, а  другие оказывают катастрофическое воздействие на растительный покров, животный мир и человека.

Все известные катастрофические и неблагоприятные природные  и антропогенные явления, связанные  с литосферной оболочкой, можно  разделить на две крупные группы.

К первой группе относятся  процессы и явления, не несущие непосредственной угрозы для существования биоты, но влияющие на условия проживания человека, изменяя их. Однако в силу высокой приспособляемости органического  мира нередко их воздействия на биоту  оказываются минимальными. Для человека эти природные явления меняют только условия комфортности жизни. К их числу относятся ветровая эрозия и дефляция, водная эрозия, перенос  вещества

и аккумуляция, суффозия, заболачивание, формирование термокарста, новообразование  и деградация многолетней мерзлоты, формирование карста, Негативностъ воздействия  катастрофических природных явлений  весьма высока. К особо опасным  природным явлениям относятся землетрясения, извержения вулканов взрывного характера, оползни, обвалы и камнепады, провалы  и т.д.

3. ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 

3.1 Проявление геодинамической  функции

 

Геодинамическая функция  литосферы в экологическом аспекте  проявляется в ходе различных  геологических процессов (экзогенных - оползней, обвалов, селей, береговой  абразии, подтопления и т.д. и эндогенных - землетрясений, вулканических извержений и т.д.), так или иначе влияющих на различные экосистемы, в том  числе и человеческое общество. Эти  процессы, делятся на природные геологические  и процессы, вызванные человеком, техногенные - инженерно-геологические. Важно подчеркнуть, что последние  могут по своей интенсивности, мощности и масштабам проявления существенно  превосходить их природные аналоги, поэтому их прогнозу, оценке и инженерной защите территорий с развитыми на них экосистемами от негативного  влияния инженерно-геологических  процессов в экологической геологии уделяется первостепенное внимание.

Пока нерешенных проблем  в этой области очень много  и среди них одна из центральных - выявление предельно допустимых уровней техногенных воздействий  на геологическую среду и ее отдельные  компоненты - почвы, горные породы, подземные  воды, рельеф территории и развитые на ней геологические процессы, изменение  которых влияет на различные экосистемы. Основная задача заключается в том, чтобы научиться правильно прогнозировать экологические последствия тех  или иных техногенных воздействий  на литосферу, а, следовательно, научиться  предотвращать негативные экологические  процессы и тем самым влиять на разразившийся глобальный экологический  кризис. Немалую роль в решении  этой проблемы должен сыграть экологический  мониторинг геологической среды - система  постоянных наблюдений, контроля, оценки, прогноза и управления состоянием геологической  среды с целью обеспечения  ее экологических функций.

3.2 Землетрясения

 

Землетрясения, являются наиболее опасным проявлением геологических  процессов. Это внезапное освобождение потенциальной энергии земных недр в виде продольных и поперечных волн.

Землетрясения - подземные  толчки и колебания поверхности  Земли, вызванные естественными  причинами (главным образом тектоническими процессами) или искусственными процессами (взрывы, заполнение водохранилищ, обрушением подземных полостей горных выработок).

Землетрясение представляет собой быстрый (в геологических  масштабах) переход потенциальной  энергии, накопленной в упруго-деформированных (сжимаемых, сдвигаемых или растягиваемых) горных породах земных недр, в энергию  колебаний этих пород (сейсмические волны), в энергию изменения структуры  пород в очаге землетрясения. Этот переход происходит в момент превышения предела прочности пород  в очаге землетрясения.

По генезису природные  землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические и экзогенные. Самыми разрушительными являются тектонические, вызываемые быстрым смещением крыльев  тектонических нарушений.

Виды землетрясений:

Вулканические землетрясения - разновидность землетрясений, при  которых землетрясение возникает  в результате высокого напряжения в  недрах вулкана. Причина таких землетрясений - лава, вулканический газ. Землетрясения  этого типа слабы, но продолжаются долго, многократно - недели и месяцы. Тем  не менее, опасности для людей  этого вида землетрясение не представляет.

Техногенные землетрясения. В последнее время появились  сведения, что землетрясения могут  вызываться деятельностью человека. Так, например, в районах затопления при строительстве крупных водохранилищ, усиливается тектоническая активность - увеличивается частота землетрясений  и их магнитуда. Это связано с  тем, что масса воды, накопленная  в водохранилищах, своим весом  увеличивает давление в горных породах, а просачивающаяся вода понижает предел прочности горных пород. Аналогичные  явления происходят при выемке больших  количеств породы из шахт, карьеров, при строительстве крупных городов  из привозных материалов.

Обвальные землетрясения - вызваные обвалами и большими оползнями, они  имеют локальный характер и имеют  небольшую силу.

Землетрясения искусственного характера - вызванные, например, взрывом  большого количества взрывчатых веществ  или же при ядерном взрыве. Такие  землетрясения зависят от количества взорванного вещества.

Сила землетрясения зависит  от количества выделившейся в области  очага энергии, характеризуемой  магнитудой (условной энергической характеристикой) и глубиной залегания очага.

Интенсивность - качественный показатель последствий, включающий размер ущерба, количество жертв и степень  восприятия людьми последствий землетрясения.

Для определения интенсивности  колебания поверхности в эпицентре  используется 12-балльная шкала силы землетрясений, основанная на степени  разрушения построек. Более широко применяют шкалу магнитуд, которая  неверно называется баллами. Она  была предложена Ч. Рихтером и соответствует  относительному количеству энергии, выделившейся в очаге землетрясения. Наиболее сильные землетрясения характеризуются  магнитудой (М) от 1 до 8,9. Магнитуда 6 соответствует  землетрясению силой 8 баллов и М 7-9 - 10-балльному землетрясению, а  М 8-11 - 12 бальным землетрясениям.

Надо отметить, что оценка землетрясений в магнитудах болееобъективна, чем в баллах, так как степень  разрушения построек зависит не только от количества выделившейся энергии, но и от других факторов, в частности  от качества построек и применения антисейсмической технологии строительства, глубины очага, донасыщенности горных пород и т.д.

Землетрясения выражаются многими  толчками, направленными вверх от очага, из которых только один или  несколько являются главными и наиболее разрушительными. Главному толчку предшествуют форшоки, а после следуют повторные  толчки - афтершоки.

Различают несколько типов  сейсмических волн:

·Волны сжатия - продольные сейсмические волны - вызывают колебания  частиц пород, сквозь которые они  проходят, вдоль направления распространения  волны, обуславливая чередование участков сжатия и разрежения в породах

·Волны сдвига - поперечные сейсмические волны - заставляют частицы  пород колебаться перпендикулярно  направлению распространения волны

·Существует ещё третий тип  упругих волн - длинные или поверхностные  волны (L-волны). Именно они вызывают самые сильные разрушения.

До 80 % землетрясений происходят в земной коре, и у многих из них  очаги располагаются на глубине 8-20 км. Максимальная глубина очага  землетрясения находится примерно на границе нижней и верхней мантии (620-720 км).

При смещении блоков земной коры возникает несколько типов  волн.

Продольные волны (Р) - волны  сжатия и разрежения среды, следующие  попеременно одна за другой со скоростью (в твердых породах) порядка нескольких километров в секунду. Продольные волны - реакция среды на изменение объема; они распространяются с твердых, жидких и газообразных средах. Частицы  вещества колеблются в направлении  движения волн, т.е. во все стороны  от источника колебаний.

Поперечные волны (S) - результат  реакции среды на изменение формы, следовательно, они не могут распространяться в жидких и газообразных средах. Частицы вещества колеблются в направлении, поперечном к направлению движения волн.

Поверхностные волны, или  волны Релея (L) - возникают в особых условиях, именно на границе раздела  двух сред, различных по своему агрегатному  состоянию (жидкость-газ, твердое тело-газ  и т.д.) под воздействием колебаний, приходящих от очага землетрясения  к этой границе. Отличаются гаименьшей по сравнению с Р и S скоростью  распространения (VL=0,9 VS) и быстро затухают, но в эпицентре могут привести к большим повреждениям. В жидкости вызываются силами веса (под действием  ветра и т.п.), в твердой среде - упругими силами.

Землетрясение обычно происходит не в результате единовременного  акта на глубине, а вследствие какого-то длительно развивающегося процесса движения материи во внутренних частях земного шара. Обычно за начальным  крупным толчком следует цепь более мелких толчков (афтершоков). Время их проявления составляет период землетрясения. Все толчки одного периода  исходят из общего гипоцентра, который  иногда в процессе развития может  смещаться, а вместе с ним и  эпицентр.

Большая часть крупных  землетрясений приурочена к Альпийско-Гималайской  области и Тихоокеанскому огненному  кольну (рис. 6).

 

Рис. 6. Очаги сильных землетрясений

В состав первой входят горно-складчатые сооружения Северной Африки, Апеннины, Альпы, Карпаты, Крым, Кавказ, горные сооружения Балканского полуострова. Малой  и Средней Азии, Ирана, Афганистана, Памира, Гималаев и Бирмы.

Тихоокеанское огненное кольцо включает Алеутские острова, Камчатку, Сахалин. Курильскую гряду, Японские острова, горные сооружения Юго-Восточной Азии, Центральной Америки, Анды и Кордильеры. В перечисленных районах происходят самые сильные землетрясения, как  правило, превышающие 9-10 баллов. В сейсмоопасных  областях проживает более половины населения Японии, одна треть населения  Китая, одна седьмая часть населения  США и одна сотая часть населения  России.

В Казахстане наблюдаются  землетрясения до 9 баллов. Наиболее сейсмически активные зоны это Алматинская, Восточно-Казахстанская, Жамбыльская, Южно-Казахстанская, Кызылардинская, Мангистауская  области. (см. приложение)

Землетрясения - это комплексное  бедствие с прямым и косвенным  вторичным ущербом, возникающим  в результате схода лавин и  оползней, селей, возникновения цунами и пожаров. Причем в материальном исчислении ущерб из-за сопутствующих  стихийных бедствий нередко превышает  первичный ущерб.

Величина ущерба, наносимого землетрясениями, зависит от силы сейсмических волн, достигающих земной поверхности, частоты, продолжительности сейсмических колебаний, от конструктивных особенностей зданий и состояния грунта основания.

Сильные землетрясения приводят к серьезным изменениям природной  среды. Меняются рельеф земной поверхности, конфигурация водораздельных пространств  и горных хребтов, возникают новые  прибрежные и подводные равнины, грабены и горсты, рвы и трещины, по которым перемещаются блоки земной коры.

Последствия землетрясений  бывают особенно катастрофичны, когда  они провоцируют экзогенные гравитационные процессы - обвалы, камнепады, оползни  и сели.

Землетрясения в силу своего мгновенного действия вызывают сильные  разрушения и приводят к большим  жертвам. Продолжительность главного толчка, характеризующегося наибольшей магнитудой, редко превышает одну минуту. Это бедствие застает людей  врасплох. Повторные подземные толчки - афтершоки - проявляются длительное время, и население успевает к  ним подготовиться.

Таким образом, землетрясения  являются одним из наиболее опасных  и разрушительных видов проявления геодинамической функции литосферы  и эндогенных процессов в частном.

 

3.3 Шкала интенсивности  землетрясений

 

баллКраткая характеристика (по С.В. Медведеву)IКолебания почвы  отмечаются приборамиIIОщущаются в  отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии на верхних  этажахIIIКолебания ощущаются немногими  людьми, особенно на верхних этажах, но многие еще не понимают, что происходит землетрясение; стоящие автомобили иногда покачиваются. Ощущается сотрясение, как от проходящего мимо поездаIVКолебания  ощущаются многими людьми. Возможно дребезжание стекол. Ночью многие просыпаются. Сдвигается с места  посуда, открываются и закрываются  окна и двери, трещат стены. Стоящие  машины иногда заметно подскакивают.VКачание  висячих предметов. Многие спящие просыпаются. Некоторые хрупкие предметы трескаются, неустойчивые предметы опрокидываются. Образуются небольшие трещины в  штукатурке. Заметно раскачиваются  деревья и столбы. Могут остановиться маятниковые часы.VIОщущаются всеми, многие в испуге выбегают из домов. Легкие повреждения в зданиях. Сдвигается тяжелая мебель. Отваливается штукатурка.VIIТрещины  в штукатурке и откалывание отдельных  кусков. В хорошо построенных обычных  зданиях небольшие и умеренные  повреждения, тонкие трещины в стенах; некоторые дымовые трубы рушатся. Замечается людьми, ведущими автомашины.VIIIБольшие  трещины в стенах, падение карнизов, дымовых труб, частичное разрушение прочных зданий, падение памятников, фабричных труб. Опрокидывается тяжелая  мебель. Выбросы песка и грязи. Изменяется уровень воды в колодцах и скважинах.IXВ некоторых зданиях  обвалы - обрушение стен, перекрытий, кровли. Каркасные постройки перекашиваются. Хорошо видны трещины в грунте. Разрывы подземных трубопроводов.XОбвалы во многих каркасных и каменных зданиях. Искривляются железнодорожные рельсы. Трещины в грунтах шириной  до 1м. Оползни с крутых склонов  и речных берегов.XIНе обрушиваются только единичные каменные строения. Мосты разрушаются. Подземные трубопроводы полностью выходят из строя. Сильно искривляются рельсы. Многочисленные трещины на поверхности Земли, большие  обвалы в горах.XIIПолное разрушение. Волны на поверхности грунта. Значительные изменения рельефа. Предметы подбрасываются в воздух.