книги / Опасные природные процессы. Вводный курс
.pdfМинистерство Российской Федерации по делам гражданской обороны,
чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий
Академия гражданской защиты
Кафедра устойчивости экономики и жизнеобеспечения
И.И. Мазур, О.П. Иванов
ОПАСНЫЕ
ПРИРОДНЫЕ
ПРОЦЕССЫ
вводный курс
УЧЕБНИК
Утверждено Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий в качестве учебника для студентов и курсантов высших учебных заведений, готовящих специалистов по специальности "Защита в ЧС"
т
Москва "Экономика" 2004 www.economizdat.ru
УДК [504-4+614] (075.8) ББК 20.1я73+51.1(2)2я73
М 12
Федеральная программа поддержки книгоиздания России
|
Рецензенты: |
Мищенко В.Ф. |
докт. хим. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, |
|
директор Института развития МЧС России; |
Шпаковский Ю.Г. |
докт. юрид. наук, профессор, первый заместитель ЦСИ ГЗ |
|
МЧС России, генерал-майор; |
Рукин М .Д. |
докт. техн. наук. |
1 Иванов О.П., 2004 © Мазур И.И., 2004
6Оформление ЗАО «Издательство «Экономика», 2004
Предисловие
Стратегическими целями уходящего XX в. были технический прогресс, расширенное воспроиз водство с преобладанием тенденций экстенсив ного роста за счет природных ресурсов. Итогом гонки за обладание природными и техническими ресурсами стали глобальные экологические проблемы, обострение социальной напряженно сти и осознание резко возросшего риска бытия.
Сегодня на Земле не найдется места, где не случались бы природные бедствия. В последние 10 лет количество катастроф в мире почти удво илось со 110— 130 до 288 в год. По данным МЧС России, только за 1990— 1999 гг. в нашей стране было зарегистрировано 2877 событий чрезвы чайного характера, связанных с опасными при родными процессами.
За последние 35 лет из-за перечисленных бедствий на Земле погибло 3,8 млн человек, а пострадало 4,4 млрд, т.е. почти 3/4 человечест ва. В России за тот же период, по неполным данным, погибло 4,5 тыс. человек, а пострада ло 540 тыс.
Возможность эффективной борьбы с опас ными природными процессами заключается в знании не только их генезиса и характера раз вития, но и причин всевозрастающего роста по терь общества.
Первой причиной считают темп роста наро донаселения. Если в начале XIX в. численность населения составляла всего лишь 1 млрд, сего дня — более 6 млрд, то к 2050 г. ООН прогнози рует 8,9 млрд человек.
Второй причиной является процесс урба низации. Численность городского населения рас тет еще более быстрыми темпами. Если в 1830 г. в городах проживало чуть более 3% населения, в 1960 г. — 34% , то в 2020 г. оно будет составлять не менее 57,6%. Ожидается, что к 2020 г. суммар ная площадь городов увеличится на 2,6 млн км2 и составит около 4% площади суши. Особенно бы-
з
Предисловие
стро разрастается площадь мегаполисов. Например, территория Мехико, населе ние которого к 2010 г. достигнет 30 млн человек, с 1940 по 1990 г. увеличилась со 130 до 1250 км2. Территория Москвы за то же время возросла с 326 до 994 км2. Зачастую приходится осваивать непригодные для строительства склоны холмов, поймы рек, заболоченные участки и прибрежные территории, которые, несом ненно, увеличивают риск бытия.
Именно на территории городов, где высока плотность населения и где скон центрирована техногенная инфраструктура, приходятся наибольшие социальные и материальные потери. Города России подвержены воздействию ряда опасных процессов. Например, наводнениям подвержено 746 городов, оползням и обва лам — 752, землетрясениям — 103, смерчам — 500, лавинам — 5, селям — 9, воз действию цунами — 9 городов. В последнее время значительное внимание привле чено к техногенным физическим полям: вибрационным, температурным и полям блуждающих электрических токов. Наиболее опасны поля блуждающих токов, кото рые образуются за счет утечек с электрифицированного рельсового транспорта, за земленных промышленных установок и станций катодной защиты. В результате в 5— 10 раз повышается коррозионная активность грунтов. Установлено, что около 30% повреждений в трубах на территории Москвы приходится на долю электро коррозии от блуждающих токов. Примерно 24% площади города отнесено к терри ториям с высокой степенью коррозионной опасности, на которых электрические поля блуждающих токов в сотни раз превышают естественный фон. В городах под тяжестью зданий, динамических транспортных нагрузок и извлечения под земных вод происходят локальные просадки поверхности земли. В северо-восточ ной части Токио с 1920 по 1980 г. уровень земной поверхности снизился на 4,5 м. В результате возросла опасность затопления города нагонными водами штормов. Опускается земля и на территориях, где добывают нефть и газ. Самый впечатля ющий пример — город Лонг-Бич в Калифорнии (США). Из-за добычи нефти и га за в этом районе город опустился на 8,8 м, а горизонтальное смещение состави ло 3,7 м.
Понижение территорий городов в совокупности с уменьшением инфильтрующих способностей почв из-за широкомасштабного асфальтирования создает еще одну техногенно-природную неприятность — подтопление территорий горо дов. В России в подтопленном состоянии находится 800 тыс. га городских террито рий. Из 1092 городов России подтоплены 960 городов, включая Москву, Санкт-Пе тербург, Новосибирск, Омск, Томск, Хабаровск, Казань, Ярославль. Это составляет 88% всех городов России.
Третья причина — глобальное потепление, которое отмечено в последние го ды. Оно начинает существенно менять режим обмена между атмосферой и океа ном, поэтому на наших глазах резко меняются погодные и климатические условия, вместе с этим растет ущерб от создавшихся метеогенных условий. В будущем по вышение уровня Мирового океана из-за таяния ледников неизбежно приведет к от ступлению береговой линии вглубь континента. В то же время границы сплошной мерзлоты будет смещаться на север: к 2020 г. — на 50— 80 км, к 2050 г. — на 150— 200 км. Соответственно увеличится количество осадков и, следовательно, навод нений, оползней и др.
4
Предисловие
Еще одна причина— воздействие человека на окружающую природную сре ду. Мы извлекаем нефть, уголь и газ из земных недр в неимоверных количествах, т.е. глобально вмешиваемся в окружающую среду. В результате возникают наве денная сейсмичность, опускание территорий, подтопление, провалы, техногенные геофизические поля. Техногенные воздействия ускоряют накопление напряжений в земной коре, увеличивая частоту землетрясений. Наиболее часто наведенная сейсмичность проявляется при создании крупных водохранилищ и закачке флюи дов в глубокие горизонты земной коры. Существует мнение, что крупные земле трясения в Газли (Узбекистан), произошедшие в 1976 и 1984 гг., относятся к раз ряду наведенных, спровоцированных закачкой около 600 млн м3 воды в Газлийскую структуру.
И наконец, еще одна чрезвычайно важная проблема мутация вирусов. За щитный иммунитет на организменном уровне не готов к столь быстрым измене ниям направления атак, современная медицина пока не может адекватными тем пами перестраиваться. Мы начинаем сталкиваться с новыми агентами агрессии, к которым почти не готовы, а это означает, что методом проб и ошибок мы реша ем новые задачи катастроф.
Природные опасности должны обязательно учитываться при экономическом планировании. Прежде чем возводить сооружение, жилища, расширять террито рию городов, необходимо сделать оценку территорий с точки зрения степени ее природного риска.
Мировой опыт показывает, что затраты на прогнозирование и обеспечение готовности к природным событиям чрезвычайного характера в 15 раз меньше по сравнению с предотвращенным ущербом.
Осознание учеными реалий негативного взаимодействия природы и общества позволило сформулировать иные императивы на XXI в. Во главу угла ставятся ус тойчивость, безопасность, качество. Ведущей тенденцией становится междисцип линарный синтез и поиск ключевых параметров управления развитием социума. Сегодня ученым недостаточно предоставить обществу выбор, надо изучить его по следствия и выяснить цену этого выбора до того, как он будет сделан, ибо цель об щества — защита жизни и интересов человека. Успех зависит не только от новых научных взглядов на системность мира, на нелинейность взаимодействия сложных систем, но и от новых способов управления рисками катастроф и стихийных бед ствий. Необходимы конкретная система программных мер по снижению рисков и смягчению последствий чрезвычайных ситуаций и соответствующие государствен ные структуры, одной из которых и является МЧС России.
История создания МЧС начинается с 1990 г. После аварии на Чернобыльской АЭС и землетрясения в Армении стало очевидно, что в России нет профессио нальной службы, способной реагировать на чрезвычайные ситуации мирного вре мени. 27 декабря 1990 г. было принято постановление Совета Министров РСФСР о создании Российского корпуса спасателей на правах государственного комите та. Помимо спасательных формирований, дислоцированных по всей стране, потре бовались структуры, работающие на оснащение спасателей, в области научного прогнозирования и предупреждения, создающие новые спасательные технологии. Уже тогда появилась необходимость в создании своих учебных заведений и поли
Предисловие
гонов для проведения тренировок, учений, соревнований. Так постепенно рожда лось ведомство, которое в 1994 г. стало называться Министерством Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвида ции последствий стихийных бедствий. Сегодня МЧС России — это четко работа ющий механизм управления рисками. Оно способно оперативно реагировать на любую ЧС природного и техногенного характера На оснащении спасателей и войск ГО находятся современные спасательные технологии. Авиация МЧС — это десятки самолетов и вертолетов различного назначения. Сегодня Россия облада ет уникальными технологиями тушения пожара с воздуха, которые не раз приме нялись как в нашей стране, так и за рубежом. Российские спасатели работают в полном контакте с лучшими спасательными службами мира.
Первый опыт показал, что практика только реанимационного или оперативно го подхода не решает проблему в целом. Необходима была новая идеология проти водействия катастрофам и разработки на ее основе государственной стратегии в области снижения рисков и смягчения последствий ЧС. Основные усилия должны быть сосредоточены на реализации научно обоснованной и экономически целесо образной системы превентивных мер. Именно поэтому МЧС России вкладывает значительные средства в развитие технологий предупреждения, предотвращения ЧС. На этом пути уже достигнуты существенные результаты. Так, например, разра ботками российских ученых в области прогнозирования землетрясений, наводне ний и лесных пожаров интересуются ведущие западные научные центры, с которы ми мы работаем в тесном контакте.
Наступает новый этап развития единой государственной системы предупреж дения и ликвидации ЧС. Основное внимание будет уделяться проблеме снижения рисков и смягчения последствий ЧС, т.е. осуществлению комплекса мероприятий, проводимых заблаговременно и направленных на максимально возможное умень шение риска, а также на сохранение здоровья людей, снижение размеров ущер ба, нанесенного окружающей природной и социальной среде.
В рамках практической реализации решения этой задачи был создан Все российский центр мониторинга и прогнозирования ЧС как головная структура всей системы. Были предприняты первые шаги по созданию и развитию сети ре гиональных и территориальных центров мониторинга и прогнозирования ЧС.
Важнейшим направлением деятельности в этой сфере стало приоритетное развитие и внедрение в практику новых наукоемких технологий мониторинга и про гнозирования ЧС, наиболее характерных для территории России. Некоторые дос тижения в этой области получили в настоящее время международное признание. Так, например, технология оперативного прогнозирования последствий разруши тельных землетрясений была принята в качестве базовой и поставлена на опытную эксплуатацию и дежурство в интересах европейского и мирового сообщества.
Особое внимание обращается подготовке и переподготовке высококвалифи цированных кадров на базе Академии гражданской защиты МЧС. Сложность этой задачи состоит в том, что любой сотрудник МЧС должен быть специалистом крайне широкого профиля, умеющий быстро и адекватно реагировать в любой сложной обстановке. По сути здесь создается образ специалиста междисципли нарного профиля.
6
Предисловие
Именно поэтому целью данного учебника является предоставление обучаю щимся знаний современного уровня по всему спектру опасных природных про цессов. Впервые изложение курса ведется с единых позиций синергетического анализа на базе исследования структуры, эволюции и взаимодействия сложных открытых систем природных процессов. Подобный подход позволяет курсантам осознать, при каких условиях стихийные явления переходят в опасные природ ные процессы с поражающими факторами и как они развиваются. Это дает пра ктическую возможность правильно строить стратегию профилактической и опе ративной защиты, тактику спасения и ликвидации последствий.
Опасные природные процессы (ОПП) — это нелинейные, а порой и экстре мальные явления взаимодействия природных систем или процессов с социальны ми и экологическими системами, в результате которых возникают поражающие фа кторы, наносящие ущерб и потери обществу и природе. Спектр опасных природ ных процессов весьма широк, что предопределяет многообразие генезиса; меха низмов развития; масштабов, скоростей и энергий проявления; длительности воздействия и различие поражающих факторов. Поэтому здесь нельзя, как в обычных традиционных дисциплинах — математике, физике, химии и т.д., выде лить конкретный предмет исследований. Многообразие исследуемых объектов предполагает междисциплинарный подход.
Дисциплинарный подход решает конкретную задачу, возникшую в историче ском контексте развития предмета, подбирая методы из устоявшегося инструмен тария. Прямо противоположен междисциплинарный подход, когда под данный универсальный метод ищут задачи, которые эффективно решаются им в самых разнообразных областях человеческой деятельности. Это, с точки зрения В.Г. Бу данова, принципиально иной способ структурирования реальности, где господ ствуют скорее полиморфизм языков и аналогия, нежели каузальное начало. Здесь ход от метода, а не от задачи.
Основным методом исследования в данном учебнике выступает метод сис темного синергетического анализа эволюции взаимодействий сложных открытых систем, а следовательно, развития опасных природных процессов. Учитывая, что синергетика весьма молодое междисциплинарное направление, а курс «Опасные природные процессы» является как бы вводным, синергетический инструмента рий предлагается на качественном уровне, доступном для понимания студентами и курсантами 2-го курса. Тем не менее это формирует у них не только професси ональную, но и современную мировоззренческую базу представлений.
Учебник состоит из вводной части и трех разделов. Во вводной части слуша тели знакомятся с характером экологических кризисов в истории Земли. Они по знают, что кризисы — это свойство любой эволюционирующей сложной системы, взаимодействующей с другими системами. Завершает введение очерк о глобали зации современных экологических проблем как негативной специфической черте взаимодействия общества и природы.
В разделе I рассматриваются основные принципы возникновения системного устройства мира, закономерности эволюции и взаимодействия сложных открытых систем. Дается сравнительный анализ эволюции биосферы и ноосферы и обосно вание генезиса глобальных экологических проблем. Далее кратко излагаются
7
Предисловие
структура и динамика систем Вселенной, Нашей Галактики, Земли и ее подсис тем: магнитосферы, атмосферы, гидросферы, литосферы. Взаимодействие подсис тем Земли и космоса рассматривается как основной источник ОПП. В заключе нии раздела излагаются общие принципы прогноза ОПП.
Раздел II учебника посвящен классификации опасных природных процессов и рассмотрению каждого генетического вида ОПП с учетом негативных специфик развития, поражающих факторов. Рассматриваются конкретные ситуации прогно за, профилактических мероприятий и спасательных работ. Авторский вариант классификации и анализа ОПП по генезису является наиболее полным и логиче ски обоснованным по сравнению с классификациями в учебниках подобного типа. Привлекательной стороной является использование современных научных мате риалов по рассмотрению механизмов развития ОПП.
Раздел III учебника посвящен стратегии минимизации риска бытия и включает два взаимно согласующихся подраздела: основные принципы оценивания ущерба от ОПП и основы теории управления риском и районирования.
Для лучшего усвоения материала в учебнике приведено большое количество иллюстраций.
Вв е д е н и е
Вза и м о о тн о ш е н и я
п р и р о д ы
ИЧЕЛОВЕЧЕСТВА — ПРОШЛОЕ
ИНАСТОЯЩЕЕ
1
Экологические кризисы в истории Земли
Современные палеонтология и палеобиология ба зируются на том, что в истории Земли происходили спонтанные (скачко образные) нарушения хода равномерного развития биоты, когда одни груп пы организмов уступали ведущее место в экосистемах более совершенным группам организмов. Осознание огромной роли закономерностей немоно тонного развития жизни на Земле только еше начинается, и немалое значе ние в этом сыграли не только исторические исследования, но и современные данные о кризисах развития человеческого общества. Стремление понять ис тинные причины немонотонности развития и роли воздействия внешней среды на процесс эволюции преследует не только научные, но и сугубо пра ктические цели. Знание причин предполагает возможность предсказания опасных ситуаций, своевременной защиты и снижения риска бытия. Начи ная учебник с этого раздела, мы рассчитываем выработать у читателя еди ную методологию подхода к анализу кризисных ситуаций, это понадобит ся для осмысления других разделов учебника.
Представления о том, что в истории Земли случались биотические кризисы различного масштаба, когда одни группы организмов уступали место в экосистемах другим, имеют давние корни (мифологические пред ставления разных народов, история о «Великом потопе», древние хроники и др.). Наиболее современная интерпретация этих представлений отраже на в работе Ж.Кювье по «теории катастроф», согласно которой в прошлом возникали почти глобальные катастрофы, приводившие к уничтожению значительной части обитателей суши и морей.
Через расселины катастроф ощутите содрогание Земли, но тем же утесом взойдете на сферу Мировых пониманий.
Агни Йога
В XX в. на основе накопленной информации появились научные ра боты, последовательно приближающие нас к более достоверным выводам. Это работы И. Вальтера, Д.Н. Соболева, А.С. Алексеева, В.В. Жерихина, А.С. Раутиана, Н.Н. Воронцова и др. В задачи учебника не входит детальный обзор известной научной литературы Поэтому мы ограничимся кратким обсуждением и собственными выводами в свете системных представлений.
10