Понятие загрязнения окружающей среды. Виды загрязнителей

Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Различают природные загрязнения, вызванные природными, нередко катастрофическими, причинами, например извержение вулкана, и антропогенные, возникающие в результате деятельности человека.

Антропогенные загрязнители делятся на материальные (пыль, газы, зола, шлаки и др.) и физические, или энергетические (тепловая энергия, электрические и электромагнитные поля, шум, вибрация и т. д.). Материальные загрязнители подразделяются на механические, химические и биологические. К механическим загрязнителям относятся пыль и аэрозоли атмосферного воздуха, твердые частицы в воде и почве. Химическими (ингредиентами) загрязнителями являются различные газообразные, жидкие и твердые химические соединения и элементы, попадающие в атмосферу, гидросферу и вступающие во взаимодействие с окружающей средой — кислоты, щелочи, диоксид серы, эмульсии и другие.

Биологические загрязнители — все виды организмов, появляющиеся при участии человека и наносящие ему вред — грибы, бактерии, сине-зеленые водоросли и т. д.

Последствия загрязнения окружающей среды представлены на рис. 13.23 и кратко сформулированы следующим образом.

1. Ухудшение качества окружающей среды.

2. Образование нежелательных потерь вещества, энергии, труда и средств при добыче и заготовке человеком сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере.

3. Необратимое разрушение не только отдельных экологических систем, но и биосферы в целом, в том числе воздействие на глобальные физико-химические параметры окружающей среды.

4. Потери плодородных земель, снижение продуктивности экологических систем и в целом биосферы.

5. Прямое или косвенное ухудшение физического и морального состояния человека — главной производительной силы общества.

Основные источники загрязнения окружающей среды

При абстрактном подходе все проблемы окружающей среды можно свести к человеку, сказать, что любое отрицательное воздействие на окружающую среду исходит от человека — субъекта хозяйственной деятельности, производителя, потребителя, носителя технического прогресса да и просто жителя планеты. В этой связи необходимо проанализировать некоторые аспекты деятельности человека, которые оказывают особо вредное воздействие на среду, и среди них производство, транспорт, потребление, использование современной техники, урбанизация и т. д. как основные источники загрязнения и ухудшения окружающей среды. Такой подход дает возможность выделить те сферы деятельности человека, которые наносят вред или создают угрозу среде, наметить пути их исправления или предотвращения.

До последнего времени считалось бесспорным, что серьезные нарушения окружающей среды человек совершает в сфере производственной деятельности. Заводские и фабричные трубы являлись основным источником загрязнения воздуха, стоки промышленных предприятий — рек и прибрежных морских вод. В конце XX в., когда транспорт и непроизводственная деятельность потеснили промышленность в шкале загрязнителей, промышленное и сельскохозяйственное производство остаются одними из главных источников ухудшения окружающей среды. Рассмотрим несколько подробнее основные источники загрязнения окружающей среды.

Производство энергии. Основой развития любого региона или отрасли экономики является энергетика. Темпы роста производства, его технический уровень, производительность труда, а в конечном итоге уровень жизни людей в значительной степени определяются развитием энергетики. Основным источником энергии в России и многих других странах мира является в настоящее время и будет, вероятно, оставаться в обозримом будущем тепловая энергия, получаемая от сгорания угля, нефти, газа, торфа, горючих сланцев. Так, в 1993 г. в России было выработано 956,6 млрд кВт/ч электроэнергии, в том числе тепловыми электростанциями 662 млрд кВт/ч, гидроэлектростанциями — 175 млрд кВт/ч, атомными электростанциями — 1 19 млрд кВт/ч.

Основными источниками загрязнения окружающей среды в энергетике являются тепловые электростанции. Наиболее характерно химическое и тепловое загрязнение. Если обычно сгорание топлива бывает неполным, то при сжигании твердого топлива в котлах на ТЭС или ТЭЦ образуется большое количество золы, диоксида серы, канцерогенов. Они загрязняют окружающую среду и оказывают влияние на все компоненты природы.

Кислотные дожди, в свою очередь, закисляют почву, снижая тем самым эффективность применения удобрений, изменяют кислотность вод, что сказывается на видовом многообразии водного сообщества. Существенно влияет SO, и на наземную растительность.

В целом же на энергетику по объему выброса в атмосферу приходится 26,6% общего количества выбросов всей промышленности России. В 1993 г. объем выброса вредных веществ в атмосферный воздух равнялся 5,9 млн т, из них пыль — 31 %, диоксид серы — 42%, окислы азота — 23,5%.

К другому источнику загрязнения окружающей среды в энергетике относится сброс загрязненных сточных вод в водоемы. В середине 90-х гг. XX в. в России из 1,5 млрд. м³ сточных вод, требующих очистки, нормативно-очищенными сбрасывалось около 12%.

Источником загрязнения подземных вод являются многочисленные золошлакоотвалы. Сильно загрязнены подземные воды в районе Курска (ТЭЦ-1), Нижнего Новгорода (Сормовская ТЭЦ), Конаково (Конаковская ГРЭС).

К городам с наибольшим уровнем загрязнения атмосферы, где определяющим является влияние предприятий энергетики, относится Иркутск, Ростов-на-Дону, Саратов, Улан-Удэ, Хабаровск, Чита, Южно-Сахалинск.

Металлургическая промышленность. Черная и цветная металлургия относится к самым загрязняющим природную среду отраслям. На долю металлургии приходится около 40% общероссийских валовых выбросов вредных веществ, из них по газообразным веществам — около 34%. по твердым — около 26%.

В среднем на 1 млн т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сут, сернистого ангидрида—200, оксида углерода—400, оксидов азота—42 т/сут.

Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление ее составляет 12—15% общего потребления воды промышленными предприятиями страны. Около 60—70% сточных вод, образующихся в технологическом процессе, относятся к «условно чистым» стокам (имеют только повышенную температуру). Остальные сточные воды (30—40%) загрязнены различными примесями и вредными соединениями.

Концентрация вредных веществ в атмосфере и водной среде крупных металлургических центров значительно превышает нормы. Неблагоприятная экологическая обстановка наблюдается в таких металлургических городах России, как Липецк, Магнитогорск, Нижний Тагил, Новокузнецк, Челябинск, Череповец и др. Так, в 1993 г. выбросы вредных веществ в атмосферный воздух Череповецким металлургическим комбинатом составили 414,6 тыс. т (12,8% общего выброса по отрасли). Магнитогорским — 388 тыс. т, Новолипецким — 365 тыс. т, Качканарским горнообогатительным комбинатом — 235,9 тыс. т. Выбросы вредных веществ (сероводород, сероуглерод, втористые соединения, бенз(а)пирен, аммиак, фенол, углеводород) из-за большой токсичности стали причиной превышения допустимых санитарно-гигиенических норм. В среднем за год концентрации сероуглерода составляли: в Магнитогорске — 5 ПДК, в Кемерово — 3 ПДК, бенз(а)пирена — в Новокузнецке и Череповце —13 ПДК, Магнитогорске —10 ПДК, Новотроицке — 7 ПДК, Нижнем Тагиле — 5 ПДК.

Одним из лидеров загрязнения окружающей среды продолжает оставаться цветная металлургия. В 1993 г. выбросы предприятия цветной металлургии составили 10,6% валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу всей промышленности России.

Загрязнение атмосферы предприятиями цветной металлургии характеризуется в первую очередь выбросами сернистого ангидрида (75% суммарного выброса в атмосферу), оксида углерода (10,5%) и пыли (10,4%).

На воздушный бассейн основную нагрузку по объему выбросов вредных веществ оказывают: комбинат «Южуралникель» (Орск) — 200,3 тыс. т, Среднеуральский медеплавильный завод (Ревда) — 101 тыс. т, Ачинский глиноземный комбинат (Ачинск) — 85,9 тыс. т, Красноярский алюминиевый завод — 77,8 тыс. т, Медногорский медносерный комбинат 65,9 тыс. т.

На предприятиях цветной металлургии значительны объемы сточных вод. В 1993 г. сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты достигал 537,6 млн м³, в том числе на предприятиях концерна «Норильский никель» —132 млн м³.

Сточные воды предприятий цветной металлургии загрязнены минеральными веществами, фторореагентами, большей частью токсичные (содержат цианиды, ксаногенты, нефтепродукты и т. д.), солями тяжелых металлов (меди, никеля, свинца, цинка и др.), мышьяком, сульфатами, хлоридами, сурьмой, фтором и другими.

Мощными источниками загрязнения почвенных покровов как по интенсивности, так и по разнообразию загрязняющих веществ являются крупные предприятия цветной металлургии. В городах, где размещены предприятия цветной металлургии, обнаруживаются в почвенном покрове тяжелые металлы нередко в количестве, превышающем ПДК в 2—5 раз и более. Первое место по суммарному индексу загрязнения почвенного покрова занимает Рудная Пристань (Приморский край), где расположен свинцовый завод. В радиусе 5 км вокруг Рудной Пристани наблюдается загрязнение почв:

свинцом — 300 ПДК, марганцем — 2 ПДК и другие. К опасной категории загрязнения почв относятся города: Белове (Кемеровская область), в которых содержание свинца в почвенном покрове достигает 50 ПДК; Ревда (Свердловская область) — содержание ртути — до 7 ПДК, свинца — до 5 ПДК.

Химическая, нефтехимическая и целлюлозно-бумажная промышленность. Эти отрасли относятся к одним из основных загрязнителей воздушного бассейна (углекислый газ, окись углерода, сернистый газ, углеводороды, соединения азота, хлора, мышьяка, ртути и т. д.), воды и почвы (нефть и продукты нефтехимии, фенолы и другие ядовитые вещества, сульфитные сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности и др.). Так, в 1992 г. предприятиями химической и нефтехимической промышленности было выброшено в атмосферу около 1,6 млн т загрязняющих веществ, что равнялось примерно 6% общих выбросов по России. Данные выброса вызывали загрязнение почв металлами выше ПДК в радиусе до 5 км вокруг городов, где они расположены. Из 2,9 км³ сточных вод надолго загрязненных приходилось около 80%, что свидетельствует о крайне неэффективной работе очистных сооружений этих предприятий. Это отрицательно сказывается на гидрохимическом состоянии водных объектов. Например, река Белая выше Стерлитамака (Башкортостан) относится к Ш классу («грязной»). Аналогичное состояние отмечается и с водами реки Оки после сбросов заводами Дзержинска, в которых резко возрастает содержание метанола, цианидов, формальдегида. После сбросов сточных вод Чапаевского завода химических удобрений река Чапаевка становится практически непригодной для использования из-за высокого загрязнения ее вод пестицидами.

Предприятия химической и нефтехимической промышленности являются источниками загрязнения подземных вод металлами, метанолом, фенолом в концентрациях, достигающих нередко сотен тысяч ПДК на площадях в десятки квадратных километров, что приводит к невозможности использования водоносных горизонтов для питьевого водоснабжения.

Проблема охраны окружающей среды, связанная с химической, нефтехимической и целлюлозно-бумажной промышленностью, особенно актуальна в связи с увеличением в химическом производстве доли синтетических продуктов, которые в природной среде не разлагаются или разлагаются очень медленно.

Транспортно-дорожный комплекс и связь. Негативная роль транспортно-дорожного комплекса в ухудшении качества окружающей среды в 70—90-е гг. XX в. постоянно возрастает. Из 35 млн т вредных выбросов 89% приходится на выбросы предприятий автомобильного транспорта (рис. 13.25) и дорожно-строительного комплекса, 8% — на железнодорожный транспорт, около 2% — на авиатранспорт и около 1 % — на водный транспорт.

Выбросы от автомобильного транспорта в нашей стране составляют около 22 млн т в год. Более 200 наименований вредных веществ и соединений, в том числе и канцерогенных, содержат отработанные газы двигателей внутреннего сгорания. Нефтепродукты, продукты износа шин и тормозных накладок, сыпучие и пылящие грузы, хлориды, используемые в качестве антиобледенителей дорожных покрытий, загрязняют придорожные полосы и водные объекты.

Загрязнение атмосферы асфальтобетонными заводами имеет существенное значение, так как выбросы этих предприятий содержат канцерогенные вещества. В настоящее время эксплуатируемые асфальтосмесительные установки разной мощности выбрасывают в атмосферу от 70 до 300 т взвешенных веществ в год.

Ежегодно на подвижных дорожных объектах, которые обеспечивают строительство, ремонт и содержание дорог общего пользования, выбрасывается 450 тыс. т пыли, сажи и других вредных веществ. Свыше 130 тыс. т загрязняющих веществ поступает от стационарных источников загрязнения.

В поверхностные водоемы этими же предприятиями сбрасывается 43 млн м³ загрязненных сточных вод.

От работы воздушного транспорта выбросы в атмосферный воздух в 1992 г. составили 280 тыс. т. Из-за высокого шумового воздействия воздушного транспорта серьезные проблемы возникают для прилегающих к аэропортам территорий жилой застройки. Наблюдается заметный рост доли населения, страдающего от авиационного шума. Это связано главным образом с расширением географии аэропортов, которые принимают самолеты более шумных типов (Ил-761, Ил-86 и др.) по сравнению с ранее эксплуатируемыми, например, Ту-134, Ту-154, Як-42 и др. В 90-х гг. XX в. около 2—3% населения России постоянно подвержено воздействию авиационного шума, превышающего нормативные требования.

В 1992 г. на железнодорожном транспорте объем выбросов в атмосферный воздух от стационарных источников составлял 465 тыс. т, из которых только 28,6% уловлено и обезврежено, а 71,4%, или 331,5 тыс. т, выброшено в атмосферу, в том числе твердых веществ — 98,2 тыс. т, оксида углерода—122,6 тыс. т, оксидов азота—21,5 тыс. т. Выбросы от передвижных источников составили более 2 млн т.

Негативным образом сказывается на здоровье людей возрастание общего электромагнитного фона, особенно в крупных промышленных центрах. Основными источниками электромагнитных полей являются радиотехнические объекты, телевизионные и радиолокационные станции, термические цеха, высоковольтные линии электропередач (ЛЭП-500, ЛЭП-750).

Сельское и лесное хозяйство. Производственная деятельность в сельском и лесном хозяйстве наиболее тесно связана с природной средой, так как она протекает непосредственно в природе. Однако с внедрением индустриальных методов и в этих отраслях произошли существенные изменения, которые неблагоприятно сказываются на среде. Механизация и химизация сельского хозяйства сопровождается загрязнением выхлопными газами атмосферного воздуха, загрязнением маслами, бензином дорог. Минеральные удобрения, особенно азотные и фосфорные, а также химические средства защиты растений (пестициды) загрязняют почву, воду, а в результате могут нанести вред здоровью людей.

Нерациональное землепользование вызывает эрозию почвы, а нерациональное ведение лесного хозяйства ведет к обезлесению, вызывающее в свою очередь изменения в растительном и животном мире, нередко приводящие к исчезновению некоторых видов растений и животных. Более подробно последствия производственной деятельности в сельском и лесном хозяйстве мы рассмотрим в разделах антропогенное воздействие на растительность и воздействие сельскохозяйственной деятельности человека на природу.

Военно-промышленный комплекс. Военно-промышленный комплекс (ВПК) относится к одному из основных природопользователей, влияние которого на окружающую среду обладает большой разрушительной силой. На окружающей среде деятельность ВПК негативно отражается не только во время войн, но и в мирное время. Современная армия, как в нашей стране, так и за рубежом, требует все возрастающих пространств для своего функционирования. Размеры территории и степень воздействия на нее многократно увеличиваются во время маневров и учений. Дислокация столь огромной военной мощи вызывает на обширной территории значительную деградацию природных комплексов.

Значительное загрязнение воздуха и земли происходит в процессе производства, испытания и хранения обычного, химического, биологического и ядерного оружия.

Промышленные комплексы по производству вооружения потребляют колоссальные количества дефицитного сырья и энергии. Например, на военные нужды расходуется 9% всей мировой продукции металлургии. По данным США, для строительства и развертывания только одной мобильной межбаллистической ракеты требуется 4,5 тыс. т стали, 2,2 тыс. т цемента, 50т алюминия, 12,5 т хрома, 750 кг титана, 120 кг бериллия. Их функционирование связано с большим экологическим риском'.

Отрицательное воздействие на окружающую среду оказывают и испытания ядерного оружия, которое несет губительные последствия для растительного и животного мира, но самое опасное, когда в зоне испытаний оказывается человек (рис. 13.26).

Испытания влекут за собой опасность радиоактивного облучения, в результате которого возникают тяжелые заболевания (лейкемия, рак щитовидной железы).

В последние годы стало ясно, что и разоружение, уничтожение оружия, в первую очередь ядерного, химического и биологического, связаны с огромным экологическим риском.

Опаснейшим в деятельности ВПК являются войны, несущие обширные опустошения. Войны были постоянным спутником человека. С 1496 г. до н. э. по 1861 г. люди жили в мире только 227 лет, а воевали 3130 лет. В период с 1900 по 1938 г. произошло 24 войны, а с 1946 по 1979г.— 130 войн. Военные действия обычно охватывают огромные территории государств, в зоне которых происходит непосредственное разрушение всей природной среды обитания.

Трудно в конце XX в. представить все последствия ядерной войны. Но одно несомненно, что главное последствие ядерной войны — это столь сильное глобальное разрушение природной среды и социально-экономических структур человеческого общества, исключающее возврат к предвоенному состоянию.

К мерам по снижению воздействия ВПК на окружающую среду, несомненно, относятся проблема разоружения и решение любых конфликтов между государствами путем мирных переговоров. Вероятность военных конфликтов тем меньше, чем выше уровень цивилизации и культуры стран.

Лекция №15. Природные и антропогенные катастрофические процессы

Существует тенденция рассматривать многие природные процессы как медленно и регулярно протекающие и именно с ними связывать темпы и направленность развития экосферы. Сведения о быстрых процессах воспринимаются как упоминания о «нетипичных» явлениях, или даже аномальных в общей картине развития экосферы. Сложилось также мнение, что катастрофические процессы могут быть лишь в заселенных областях, причем только при определенных величинах ущерба. На самом же деле уничтожение растительности, рельефа, животного мира, вод, атмосферы – такие же катастрофы, хотя иногда и без человеческих жертв. Они происходили на Земле задолго до появления человека и происходят сейчас. Вмешательство человека в напряженное состояние земной поверхности лишь усугубляет эту проблему.

Активное вмешательство человека в развитие природы существенно увеличивает интенсивность природных процессов. Например, в Японии урбанизация привела к увеличению таких природных катастроф, как оползни, обвалы, сели и пр.

До сих пор в отечественной и зарубежной литературе встречаются самые разнообразные термины, обозначающие природные катастрофические явления. К общим среди них относятся: стихийные бедствия, природные катастрофы, опасные процессы, природная опасность, к частным – катастрофические наводнения, экстремальные дожди, катастрофическая волновая эрозия и др. Наиболее сложным для использования оказался сам термин катастрофа. Исследователи этой проблемы пока расходятся в определении этого термина. Между тем, это отнюдь не академический вопрос, поскольку в ряде стран с ним связываются размеры федеральной помощи пострадавшему району. Можно согласиться с тем, что катастрофа – внезапное бедствие или событие, влекущее за собой тяжелые последствия (Словарь иностранных слов, М., 1952). Однако, иногда к катастрофам относят те природные явления, которые оказываются губительными для живых организмов, в том числе и людей. В этих случаях такие условия, как скорости процессов, их повторяемость, необычные результаты из данного определения исключаются и термин приобретает другой смысл.

Единой научной классификации катастрофических процессов пока нет. Более определенно классифицируются стихийные бедствия. «Стихийные бедствия связаны с экстремальными событиями, которые превосходят обычную способность социальной системы отражать, поглощать или смягчать их. Экстремальным считается любое событие в геофизической системе, приобретающее сравнительно большое отклонение от среднего значения.»

Таким образом, катастрофа – это событие или быстрый процесс, изменяющие природную систему. Стихийное бедствие – не обязательно изменяет природную систему, но наносит значительный ущерб хозяйству.

Стихийные бедствия разделяются на:

1) гидрометеорологические (ураганы, тайфуны, наводнения, смерчи, нагоны морских вод, снежные бури, засухи, пыльные бури, ливни, град, гололед, ранние и поздние заморозки, пожары),

2) гидрогеоморфологические (лавины, сели, русловую и овражную эрозию, оползни, обвалы, карст, абразию, цунами),

3) эндогенные (землетрясения, вулканические извержения).

Среди перечисленных бедствий комиссия ЮНЕСКО определила наиболее важные: тропические циклоны, наводнения, смерчи, нагоны морских вод, снежные бури, засухи, пожары, лавины, оползни, абразию, землетрясения, вулканические извержения, цунами.

Катастрофическими процессами ученые интересовались давно. В науках о Земле катастрофические теории развития процессов сменялись эволюционными, а затем вновь появлялись идеи катастрофизма. Особенно это характерно для биологии и геологии. Так, исследователи рассматривали возможность существования всемирного потопа – гигантской волны, возникшей при образовании вулканов в Индийском океане и пересекшей весь азиатский материк с юга на север. Существовали идеи полного уничтожения в геологическом прошлом флоры и фауны и появления новых на их месте.

В первой половине 20 века на основе математического анализа редких и неожиданных событий появилась теория катастроф. В этой теории катастрофами называют скачкообразные изменения, возникающие в виде внезапного ответа системы на плавное изменение внешних условий. Система в результате теряет устойчивость. Потеря устойчивости может быть мягкой и жесткой. При мягкой потере устойчивости устанавливается колебательный режим, мало отличающийся от состояния равновесия. Жесткий вид потери устойчивости характеризуется тем, что система уходит из стационарного режима скачком и перескакивает на другой режим движения. Таким образом, при плавном изменении внешних условий системы катастрофа может произойти, а может и отсутствовать (катастрофа только при жесткой потере устойчивости).

Обычно, чем сложнее устроена система, тем она устойчивей, поскольку ее компоненты могут сглаживать внешнее влияние. Если же система уже была нарушена, в ней недостает каких-то компонентов, то вывести ее из состояния равновесия и привести к катастрофе может даже незначительный внешний фактор. Так, например, если на какой-то территории удалена естественная растительность, то катастрофический смыв грунта, оползни, могут начаться даже от не очень сильных и продолжительных ливней.

Для системы существуют так называемые пороговые значения, при достижении которых она обязательно переходит на новый уровень, возможно скачкообразно. Установление таких пороговых значений для природных процессов позволяет прогнозировать их дальнейшее развитие.

Один катастрофический процесс может привести в действие другие процессы, тоже носящие катастрофический характер. Так, цунами возникают при землетрясениях, наводнения – при катастрофических ливнях и т.д. Поэтому для каждой территории надо устанавливать все сочетания процессов.

Далее мы рассмотрим основные природные катастрофические процессы. Важно разделить их все на эндогенные и экзогенные. Эндогенные процессы вызваны действием внутренних сил, под поверхностью планеты. Экзогенные процессы – внешние, протекающие на поверхности. Существуют промежуточные – эндо-экзогенные процессы, связанные с действием как внешних, так и внутренних сил.

Землетрясения. Это процесс эндогенный. Причинами землетрясений служат кратковременные сдвиги блоков литосферы в вертикальном или горизонтальном направлениях. Наиболее опасными являются мелкофокусные землетрясения, очаги которых располагаются на глубинах от 5 до 15 км. Физические причины глубокофокусных землетрясений (более 100 – 300 км) остаются пока предполагаемыми и слабоизученными. В горных породах из-за крупных дислокаций накапливается напряжение, при достижении порогового значения напряжение разряжается путем подвижек горных пород, которое приводит к возникновению высокочастотных волн. Эти волны вызывают сейсмические колебания, которые и производят трансформацию поверхности Земли. Место, где подземный толчок впервые достиг земной поверхности, называется эпицентром. Из эпицентра колебания распространяются концентрически, постепенно затухая. Результатом сейсмических толчков являются всевозможные горизонтальные и вертикальные дислокации пород, образование трещин и разломов (длиной – первые десятки километров, шириной – до 10 м, вертикальные смещения – первые метры). Землетрясения приводят к сходу лавин, обвалам, цунами, разрушению зданий, изменению русел рек, формированию озер и пр.

Для оценки интенсивности землетрясений используют сейсмическую шкалу. В России и европейских странах принята 12-бальная шкала (в Латинской Америке – 10-бальная, в Японии – 7-бальная). Землетрясение оценивается по видимым и ощущаемым последствиям.

1 балл – неощутимое; 2 балла – едва ощутимое, 3 балла – слабое, 4 балла – заметное сотрясение, 5 баллов – пробуждение, 6 баллов – испуг, 7 баллов – повреждение зданий, 8 баллов – сильные повреждения зданий, 9 баллов – всеобщее повреждение зданий, 10 баллов – всеобщие разрушения зданий, 11 баллов – катастрофа, 12 баллов – изменения рельефа в больших размерах.

Для оценки энергии (магнитуды) сейсмических волн используют шкалу Рихтера. Максимальное значение магнитуды около 9. За год на Земле фиксируется 1 землетрясение магнитудой 8; 10 с магнитудой 7,0 – 7,9; 100 с магнитудой 6 – 6,9; 1000 с магнитудой 5,0 – 5,9. Магнитуда землетрясений определяется при помощи сейсмографов – приборов, фиксирующих колебания земной поверхности.

На Земле существует два основных сейсмических пояса – Тихоокеанский (по окружности Тихого океана) и Средиземноморский (от Средиземного моря через Азию к Малакке, плюс прибайкалье). Они приурочены к зонам молодой складчатости. В океанах сейсмически активны срединно-океанические хребты. Сложен вопрос о прогнозе землетрясений. Иногда приборы позволяют зафиксировать напряжение, первые маломощные толчки. Иногда землетрясение застает врасплох. Прежде всего, в сейсмически опасных районах строительство должно вестись с учетом этого фактора, тем более, что существуют такие разработки. Обычно, большое число жертв землетрясений связано именно с неправильным строительством.

Вулканизм. Вулканизм относят к эндо-экзогенным процессам, поскольку он имеет эндогенное происхождение, но протекает на поверхности. Не все вулканические процессы являются быстрыми и катастрофическими. Для вулканов центрального типа (наиболее распространенных в наше время) характерны 2 стадии процесса – эксплозивная (взрывная) и эруптивная (выброс и накопление вулканических продуктов). До и после извержения вулкан находится в состоянии покоя. Различают действующие и потухшие вулканы. Действующие вулканы отличаются от потухших тем, что и в состоянии покоя на них наблюдаются признаки текущих процессов – фумароллы (газовые выделения из трещин вулкана), гейзеры (водяные фонтаны), горячие источники.

Рассмотрим извержение вулкана на примере Везувия. Этот вулкан – действующий, хорошо изученный. Его высота 1277 м, до высоты 800 м – сады, виноградники, сосновые рощи. Известно, что в 79 году н.э. извержение Везувия погубило Помпеи. С тех пор не раз случались извержения этого вулкана. Извержение в 1906 году было хорошо описано. Предыдущее извержение было в 1872 г., после него вулкан находился в состоянии покоя. В 1905 году было отмечено поднятие некоторых участков конуса, в 1906 году на склонах вулкана возникли трещины, из которых текла лава. Одновременно происходило бурное извержение рыхлых материалов на вершине. 7 марта из трещины на склоне вулкана вылилось громадное количество жидкой лавы, которая быстро потекла по склонам горы, следуя неровностям рельефа. Она уничтожила часть городка на склоне. В тот же день вершина конуса извергла расплавленную лаву, поднимавшуюся в воздух, подобно раскаленным фонтанам. Лава затвердевала в воздухе и падала на землю в виде веретенообразных тел с закругленными концами. Это так называемые вулканические бомбы. Лава, смешанная с пеплом образует шлак. Затем над кратером образовался громадный столб из плотных темных вихрей, подобных грозовым тучам. Это водяной пар, смешанный с пеплом. Выделение водяного пара происходит почти непрерывными выбросами в вертикальном направлении, вследствие чего пепел падает вокруг кратера. В полночь с 1 на 2 апреля произошли два сильных взрыва, сопровождающихся сильным грохотом и землетрясением. При этом было выброшено громадное количество мелкого пепла, покрывшего толстым слоем большую территорию. Было убито и ранено 250 человек. После этого интенсивность взрывов упала, в начале мая взрывы прекратились. Подобным извержением была уничтожена Помпея. Везувий пробудился снова в 1957 – 59 годах. Это было последнее на сегодняшний день извержение.

Человеку редко приходилось наблюдать весь процесс формирования вулкана - от начала до конца. К такому случаю относится образование мексиканского вулкана Парикутин (2775 м) в 1943 г. Он возник на пологом склоне, разорванном длинной и извилистой тектонической трещиной. Сначала из трещины послышался гул, в воздух поднялись столбы пара и дыма, а затем полетели вулканические бомбы и пепел, и только потом показался небольшой поток лавы. Извержение пульсировало, то усиливаясь, то затухая. В первые 6 дней на ровном склоне сформировался пеплово-лавовый конус высотой 167 м, который через 10 недель достиг высоты в 360 м. Облака пепла поднимались на высоту в несколько километров. Жидкая лава разрушила несколько деревень. После 1952 года деятельность вулкана почти прекратилась, но окончательно потухшим его считать нельзя.

Если вулкан образован жидкой и подвижной лавой, то не формируется крупного вулканического конуса. Потоки лавы быстро растекаются, накладываясь друг на друга. Такой вулкан имеет пологие склоны, а лавовые потоки распространяются на значительные расстояния. Такие вулканы характерны для Исландии, Гавайи. Остров Гавайи состоит из трех вулканов значительных размеров, но с пологими склонами. На вершине формируется лавовое плато с гигантским кратером, заполненным озером.

Извержение вулкана предсказать значительно легче, чем землетрясение. Проявлению вулканизма свойственна даже некоторая цикличность (как у Везувия). На начинающееся извержение указывают многие показатели, такие как опускания и поднятия отдельных частей территории, выбросы пепла и пара. Конечно, извержение вулкана – явление катастрофическое, но зачастую предсказуемое. С Помпеями было то же самое. Сначала были незначительные выбросы пепла, люди из города ушли, но потом вернулись. И тут то их накрыло, причем не лавой, а именно раскаленным пеплом.

Извержения вулканов одновременно играют роль положительного фактора, влияющего на экологическую обстановку территории. Многие вулканы сделали больше добра, чем зла. Во-первых вулканы создали поверхность суши площадью во многие сотни тысяч квадратных километров. Во-вторых, участки суши, созданные в историческое время были в большинстве случаев плодородны. Выпадающие вулканический пепел и его производные увеличивают плодородие почв. В Индонезии сотни хижин и деревень теснятся вокруг подножий действующих вулканов, где мощность слоя пепла колеблется от 1-3 до 15-30 м. На пепле очень быстро прорастают тропические растения. Через 40 лет после извержения уже растет густой лес.

Районы распространения вулканов на земной поверхности во многом совпадают с зонами сейсмической активности, что не удивительно, поскольку первопричина тут одна. Характерно большое количество вулканов, приуроченное к зоне Великих озер Африки. Много действующих вулканов на Зондских островах.

Цунами. Цунами занимают промежуточное положение в ряду быстрых и медленных процессов. Это сейсмогенные морские и озерные волны. Они возникают чаще всего при субвертикальном смещении блоков земной коры. Известны цунами, возникшие при подводных оползнях, взрывах вулканов. Скорости цунами могут достигать 700 км/ч, расстояние между волнами в открытом море до 100 км. Хотя цунами обладают 1 – 10% энергии вызывающих их землетрясений, этой энергии может хватить на отрыв со дна блоков коралловых рифов размером в 1,5 км (Гавайские острова). Интенсивность цунами, как и землетрясений, измеряется магнитудой.

В настоящее время функционирует служба оповещения цунами, созданная в 1952 г. несколькими тихоокеанскими странами, в том числе Россией. Но цунами отмечались также в Черном, Азовском, Средиземном, Каспийском морях и даже в оз. Байкал.

Теперь поговорим об экзогенных катастрофических процессах.

Обвалы и оползни. Ранее мы упоминали о сейсмогенных обвалах и оползнях, как примерах быстрых процессов. Однако и медленно развивающиеся оползни представляют скрытую опасность, способную неожиданно превратиться в катастрофу.

Обвалом называется процесс отрыва от основной массы горных пород крупных глыб и последующего их перемещения вниз по склону. Образованию обвала предшествует формирование трещины или системы трещин, по которым затем происходит отрыв блока породы. Обвалы наблюдаются как в горах, так и на равнинах, но наиболее грандиозны обвалы в горах. Обвал является ярким примером жесткой потери устойчивости системы.

В отличие от обвалов при оползне происходит перемещение монолитного блока породы. Процессы оползания всегда обусловлены гидрогеологически. Они возникают, если водопроницаемые породы подстилаются водонепроницаемыми. Водоупорный горизонт служит поверхностью скольжения, по которой происходит оползание блока породы (вышележащей) вниз по склону. Причинами формирования катастрофических оползней являются:

1) потеря устойчивости потенциально оползневого тела в результате резкого увеличения веса (например, при насыщении грунта водой во время сильных дождей),

2) потеря устойчивости склона при подрезании его основания рекой или в результате хозяйственной деятельности человека.

Возникают оползни на крутых склонах (более 15) в горах или на равнинах по берегам рек, озер, морей в различных климатических условиях. Важным фактором формирования оползней являются сильные осадки (например, тайфуны в Японии) и сейсмическая активность.

Снежные лавины. Лавина – это скользящая и низвергающаяся вниз по склону снежная масса. Лавины – характерная особенность горных склонов, на которых образуется устойчивый снежный покров. Сход лавины – процесс быстрый, вызывающий значительные изменения рельефа, растительности и часто уносящий человеческие жизни. Лавины могут сходить широким фронтом или по фиксированным руслам. Вторые имеют четко выраженные лавиносборные понижения и проходят в одних и тех же местах достаточно регулярно. Существуют еще прыгающие лавины, которые в продольном профиле имеют отвесные участки. В этих местах они как бы прыгают, обрушиваясь на нижележащую поверхность. По характеру рельефа и растительности можно выделить лавиноопасные районы, где велика вероятность схода лавин. Особенно быстрые и разрушительные лавины происходят весной, когда снег насыщен водой и текуч. Поэтому, по погодным условиям можно судить возможности активизации лавинных процессов.

На формирование лавин влияет растительность местности. На залесенных склонах меньше предпосылок для схода лавины, поскольку снег удерживается деревьями. Наоборот, вырубка леса приводит к активизации этих катастрофических процессов. При строительстве в лавиноопасных районах важно учитывать то, что естественные участки, лишенные древесной растительности указывают на былые сходы лавин в этом месте.

Паводки и наводнения. Паводки и наводнения встречаются практически во всех ландшафтно-климатических условиях. Они бывают обусловлены погодными условиями: либо обильными осадками, либо резким весенним потеплением. В русла рек поступает огромное количество воды, реки выходят из берегов и затопляют прилежащие территории. А, поскольку, большинство городов и поселков строится в непосредственной близости от рек, они оказываются затопленными. Наводнения приводят к разрушениям дорог, зданий, человеческим жертвам. Подъем воды происходит обычно не мгновенно, но достаточно быстро – несколько суток, потом происходит постепенный спад воды. Если сток реки зарегулирован водохранилищем, то вероятность наводнения значительно снижается. Однако и водохранилище может не справиться с огромным количеством воды. Частые наводнения в России на сибирских реках (Обь, Лена, Енисей) происходят из-за того, что они текут с юга на север. В верхнем течении уже начинается половодье, а нижнее еще сковано льдом. В итоге, лед образует плотину, вода поднимается и затопляет территорию в долине реки. Здесь эффективным методом борьбы является взрывы льда.

Селевые потоки. Сели – это потоки, состоящие из рыхлого обломочного материала и воды. Они могут быть грязекаменными, водокаменными, грязевыми. Некоторой разновидностью их являются водоснежные потоки. В отличие от просто текучей воды, вода, насыщенная грязью и камнями приобретает свойство вязкой текучести, развивает куда большие скорости и обладает большей энергией. Продукты выветривания, скопившиеся у подножья склонов, захватываются потоками воды, текущими с гор и устремляются вниз по руслу. Они могут развивать скорость до 80 км/ч и проходить по дну долин расстояние до 100 км, погребая под своими отложениями населенные пункты, угодья и пр.

Особенно опасным условием возникновения селей является совпадение времени интенсивного таянья ледников и ливневых осадков. Относительно места схода селя нельзя быть уверенными. Здесь важно наличие в русле и на склонах рыхлого материала, который насыщается водой и превращается в сель. Конечно, сели представляют опасность для строений в руслах, но в горных условиях именно в руслах и долинах селятся люди.

Водоснежные потоки – разновидность селевых потоков, характерная для горных стран умеренного пояса. Водоснежные потоки состоят из воды, снега и обломочного материала. Они тоже развивают значительные скорости и уничтожают строения в долинах.

Эрозия почв. Скорости эрозии могут достигать больших значений (вплоть до смыва всего плодородного слоя за один ливень) при определенных условиях. Этими условиями являются интенсивность выпадения осадков, уклон местности, отсутствие растительности, характер субстрата, неправильное возделывание территории. Линейная эрозия (то есть образование оврагов, промоин и пр.) тоже может иметь катастрофические скорости. Овраги могут расти со скоростью до первых десятков м в год, в средней полосе – первые метры в год. Из-за неправильного хозяйственного использования рост оврагов может активизироваться. Так, например, на полигоне в Калужской области строительство грунтовой дороги, проходящей через водосборное понижение оврага и закладка дюкера привели к концентрации стока в дюкере и росту оврага.

Ураганы и смерчи. Ураганы и смерчи – довольно распространенное явление в различных природных условиях. В некоторых районах складываются благоприятные условия для формирования ураганов. Например, когда хорошо прогретая суша расположена рядом с холодным морем, различия в давлении воздуха приводят к появлению сильного ветра. То же происходит при столкновении двух разных воздушных масс. Это ветра, достигающие очень больших скоростей (предположительно до 120 м/с). Ежегодно на земле возникает около 1,5 тысяч смерчей, продолжительность которых колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Из-за больших скоростей движения воздуха происходит его разрежение и, как следствие, втягивание воды и грунта, «взрывы» построек, опрокидывание и даже перенос по воздуху машин и пр. При воздействии ураганов и смерчей на поверхность воды нередко возникают штормовые нагоны и связанные с ними наводнения. Перенося воду, смерчи могут активизировать оползни, эрозию и пр.

Пирогенные процессы. Пирогенные процессы, или пожары, включают в себя предварительное иссушение потенциально горючего материала, возгорание и превращение его в качественно новый материал, воздействие высоких температур на приземные слои атмосферы и связанный с этим эоловый перенос вещества вихревыми воздушными потоками, воздействие высоких температур на горные породы, уничтожение живых организмов.

Пожар обычно кратковременен. Но в некоторых условиях горение может продолжаться до нескольких месяцев (например, торфяники). Естественные пожары (без участия человека) в основном возникают от действия линейной или шаровой молнии. Довольно редко источниками огня служат горящая лава при извержении вулкана, самовозгорание торфа или угля. Средняя температура горения составляет 150 - 300, но может достигать 500 - 600. Такие температуры приводят не только к выгоранию органики, но даже к растрескиванию камней, появлению плотных горизонтов в почве. Выгорающая растительность – фактор активизации различных процессов (эоловых, эрозионных). Торфяники обычно горят из-за того, что в сухое лето температура внутри торфа становится такой, что торф начинает тлеть. Этот процесс может проходить без открытого огня и тянуться месяцами. В воздух пронимается дым, такой пожар сложно погасить.

Региональные особенности опасных и катастрофических процессов в России

Катастрофические процессы тесно связаны с местными природными условиями. Поэтому каждый регион может быть охарактеризован с точки зрения опасности появления природных и антропогенных катастроф.

Восточно-Европейская равнина. Здесь значительна хозяйственная деятельность человека, поэтому именно с ней связаны основные катастрофические процессы.

Из рассмотренных выше катастроф для этого региона характерны следующие:

1) На Кольском полуострове возможны мелкофокусные землетрясения (достаточно редко). В 1974 г было зафиксировано 5 бальное землетрясение.

2) Паводки и наводнения характерны для всех северных рек Восточно-Европейской равнины. В центральной ее части реки зарегулированы, поэтому наводнения на них не катастрофичны.

3) В центральных районах ЕТР немаловажное значение имеют смерчи. Ширина полосы разрушений обычно невелика (200-500 м), но скорости ветра достигают 70 м/с. В лесных районах они приводят к ветровалам. Повторяемость смерчей достаточно высокая. В Подмосковье они были зарегистрированы в 1904, 1945, 1951, 1984, 1986 и 1987 гг. Последний ураган прошел в Москве в 1998 г, были серьезные последствия. В южных районах происходят пыльные бури. Так в Волгоградской области пыльные бури бывают 10-40 дней в году.

4) На склонах долин происходят оползни, активно оврагообразование, особенно в степной зоне при активной распашке территории.

В горных районах России катастрофические процессы происходят чаще, чем на равнинах.

Кавказ. В центральной части высокогорного Кавказа типичными процессами являются селевые потоки, лавины. Кавказ относится к сейсмоопасным районам, здесь могут быть достаточно сильные землетрясения (магнитуда до 7). В горах возможны обвалы и оползни.

В районах Прибайкалья особую роль играют ливни. Летом иногда выпадает 60-90% от годовой нормы осадков. Сели распространены в верхних ярусах рельефа. Забайкалье характеризуется высокой сейсмичностью (8-12 бальная зона). Прогноз показывает, что за 1 тыс. лет здесь происходит 17 десятибальных землетрясений и 6 одиннадцатибальных.

Горы и равнины Приморья характеризуются высокой сейсмичностью, активны цунами и вулканизм. В 1995 году из-за подземных толчков был разрушен Нефтегорск (Сахалин), погибло много людей. Массовое разрушение произошло из-за того, что при строительстве этого города рассчитывали максимум на 7-бальное землетрясение, но это порог был превышен. Позже данный район был отнесен к 8-бальной зоне. В сейсмоопасных районах чрезвычайно важна оценка сейсмичности района.

Каждый катастрофический процесс кроме изначальных условий имеет цепочку последствий (особенно землетрясения). Выявление этой цепочки необходимо для прогнозов и оценки ущерба.

Стихийные бедствия наносят заметный ущерб как природе, так и хозяйственной деятельности человека. К сожалению, единой системы оценки опасных и катастрофических процессов пока не существует. Причиной этого является то, что материальные потери оцениваются с неодинаковых позиций для разного промежутка времени:

1) по степени уничтожения предприятий, сооружений, земель по их балансовой стоимости,

2) по прогнозу будущего ущерба (по определению невозможности посевов, строительства и пр. на территории, затронутой катастрофическими процессами),

3) по ущербу в результате гибели и заболевания населения,

4) по стоимости восстановления предыдущего состояния природного или природно-антропогенного объекта,

5) по комплексу других расходов (новые дороги, переселенчество и пр.).

Социально-экологический ущерб от стихийных бедствий и загрязнения окружающей среды в развитых странах составляет до 2% валового национального продукта.

Самой сложной проблемой является оценка стоимости человеческой жизни, потерянной при катастрофе. В США принималась в качестве денежного эквивалента жизни сумма от 75 тыс. долларов до 360 тыс. долларов (на 1975 г).

Ущерб от стихийных бедствий составляет 76 % от общего ущерба, поэтому необходимо уделять развитию природных процессов не меньшее внимание, чем антропогенных катастроф.

Техногенная катастрофа (англ. Industrial disasters) - крупная авария, влекущая за собой массовую гибель людей и даже экологическую катастрофу. Практически невозможно прогнозировать. Участились с 1950-х. По месту возникновения:

аварии на АЭС с разрушением производственных сооружений и радиоактивным заражением территории (Чернобыльская АЭС);

аварии на ядерных установках инженерно-исследовательских центров с радиоактивным загрязнением территории;

аварии на химически опасных объектах с выбросом (выливом, утечкой) в ОС СДЯВ,

аварии в научно-исследовательских учреждениях (на производственных предприятиях) осуществляющих разработку, изготовление, переработку, хранение и транспортировку бактериальных средств и препаратов или иных биологических веществ с выбросом в ОС;

аварии на водных коммуникациях, вызвавшие значительное число человеческих жертв, загрязнение ядовитыми веществами акваторий портов, прибрежных территорий, внутренних водоемов;

аварии на трубопроводах, вызвавшие массовый выброс транспортируемых веществ и загрязнение ОС в непосредственной близости от населенных пунктов;

аварии в энергосистемах;

аварии на очистных сооружениях;

гидродинамические аварии;

прорыв плотин, дамб; (Авария на Саяно-Шушенской ГЭС)

пожары, возникающие в результате взрывов на пожароопасных объектах.