ГЛАВА 1. Рекомендовано в качестве учебного пособия Редакционно-издательским советом Томского политехнического университета

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Н.В. Крепша

ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ

ПРОЦЕССЫ

Рекомендовано в качестве учебного пособия
Редакционно-издательским советом
Томского политехнического университета

Издательство

Томского политехнического университета

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 280103 «Защита в чрезвычайных ситуациях» направления 280700 «Техносферная безопасность» подготовки бакалавров и магистров, а также может быть использовано студентами других специальн6остей данного направления и специалистами, работающими в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного характера.

УДК504.4 (07)

ББК 26.2я7

Рецензенты

Начальник Департамента природных ресурсов и

охраны окружающей среды Томской области,

доктор географических наук, профессор ТГУ

А М. Адам

Кандидат геолого-минералогических наук, доцент ТГАСУ

А.А. Краевский

© ГОУ ВПО «Национальный
исследовательский Томский
политехнический университет, 2012

© Крепша Н.В., 2012

© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ

Самая серьёзная потребность –

есть потребность познания истины

Г. Гегель

Стихийные бедствия, аварии и катастрофы весьма частые явления в нашей стране. Каждый год в том или ином регионе происходят сильные разливы рек, прорывы дамб и плотин, землетрясения, бури и ураганы, лесные и торфяные пожары.

Каждому стихийному бедствию, аварии и катастрофе присущи свои осо­бенности, характер поражений, объем и масштабы разрушений, величина бедствий и человеческих потерь. Каждая по-своему накладывает отпечаток на окружающую среду.

Знание причин возникновения и характера стихийных бедствий позволяет при заблаговременном принятии мер защиты, при разумном поведении населения в значительной мере снизить все виды потерь.

Одна из главных проблем, которая сегодня выходит на первый план, – правильное прогнозирование возникновения и развития стихийных бедст­вий, заблаговременное предупреждение как органов власти, так и населе­ния о приближающейся опасности. Очень важны и крайне необходимы работы по всемерной локализации стихийных бедствий с целью сужения зоны разрушений, оказания своевременной помощи пострадавшим.

Там, где стихийным бедствиям, авариям и катастрофам противостоят
высокая организованность, четкие и продуманные мероприятия федеральных и местных органов власти, подразделений и частей МЧС, специализированных сил и средств других министерств и ведомств в сочетании с
умелыми действиями населения, происходит снижение людских потерь и
материального ущерба, более эффективно осуществляются мероприятия поликвидации их последствий.

Это наглядно было подтверждено крупным землетрясением в Армении, смерчами в Ивановском и Приморском краях, лесными пожарами в Читин­ской и Иркутской областях, авариями в Башкортостане, Арзамасе и других
местах.

Заблаговременная информация дает возможность провести предупреди­тельные работы, привести в готовность силы и средства, разъяснить людям правила поведения.

Все население должно быть готово к действиям в экстремальных ситуациях, к участию в работах по ликвидации стихийных бедствий, аварий икатастроф, уметь владеть способами оказания первой медицинской помо­щи пострадавшим.

Что же представляют собой стихийные бедствия, каковы их особенности и происхождение, каковы правила поведения и действия людей в чрезвычайных ситуациях? Эти вопросы изложены в этом учебном пособие.

Учебное пособие написано в соответствии с учебной программой специальной дисциплины СД.Ф.01 «Опасные природные процессы» специальности 280103 – «Защита в чрезвычайных ситуациях» направления 280700 «Техносферная безопасность» подготовки бакалавров и магистров.

При написания учебного пособия использована обширная литература по опасным природным процессам, опубликованная в последние десятилетие в виде монографических изданий и многочисленных статей в журналах и материалах различных конференций. Следует отметить среди них монографию «Опасные экзогенные процессы» под редакцией В.И. Осипова (1999), 6-томное издание «Природные опасности России» под общей редакцией В.И. Осипова и С.К. Шойгу (2000–2003), материалы Всероссийских и Международных конференций по проблемам уменьшения опасности стихийных бедствий «Риск-2003» и «Риск-2006» и многие другие.

В 2004 году вышел в свет первый учебник «Опасные природные процессы. Вводный курс», написанный профессорами И.И. Мазуром и О.П. Ивановым. В этом учебнике автором раскрываются принципы нелинейного возникновения опасных природных процессов на основе взаимодействия сложных открытых систем. Особое внимание уделено закономерностям возникновения и развития опасных природных процессов, их предсказанию, оперативному реагированию, проведению превентивных и защитных мероприятий.

В 2010 году вышло учебное пособие профессора Болтырова В.Б. «Опасные природные процессы», написанное в соответствии с учебной программой специальной дисциплины для специальности «Защита в чрезвычайных ситуациях». В нём кратко рассмотрена природа и механизмы развития природных процессов, даны их классификация и характеристика, охарактеризованы особенности проявления стихийных бедствий, их воздействие на население, объекты экономики и среды обитания.

С принятием Федерального закона «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» началось формирование новой государственной системы подготовки населения Российской Федерации в условиях угрозы и возникновения чрезвычайных ситуаций. Закон определил, что это подготовка ведётся в организациях, в том числе в образовательных учреждениях, а также по месту жительства. В Томском политехническом университете начата подготовка таких специалистов специальности 280103 – «Защита в чрезвычайных ситуациях» направления 280700 «Техносферная безопасность».

Материал, изложенный в данном учебном пособии, позволит обучающимся познакомится с большим числом наиболее распространённых в России опасных природных процессов, понять природу и механизмы их развития, воздействие этих процессов на население и объекты экономики и применять эти знания в своей практической деятельности.

Настоящее учебное пособие состоит из введения, двух разделов и 12 глав. Во введении рассмотрены термины и определения, используемые в литературе по опасным природным процессам, а также особенности и причины развития современных природных процессов в мире, России и Томской области.

В первом разделе учебного пособия рассмотрены движущие силы природных процессов в литосфере, гидросфере и атмосфере.

Во втором разделе приводится характеристика генетических типов опасных природных процессов согласно современным классификациям. Рассмотрены примеры профилактических мероприятий и инженерной защиты территорий.

Каждая глава пособия сопровождается контрольными вопросами, ответы на которые помогут студентам закрепить пройденный материал. В начале студенты знакомятся с кратким содержанием раздела, ключевыми словами по данному вопросу, а в конце каждого раздела приводятся выводы по изложенному материалу.

В процессе подготовке учебного пособия перед автором стояла непростая задача – изложить обширный материал в сжатом виде и соответствии с требованиями образовательного стандарта по направлению «Техносферная безопасность» подготовки бакалавров и магистров в Томском политехническом университете.

Учебное пособие позволяет получить студентам, обучающим по данному направлению, фундаментальные систематические знания об опасных природных процессах, развитых на земном шаре. Они могут быть применены в практической работе будущих специалистов.

Учебное пособие написано на основе курса лекций по опасным природным процессам, прочитанного автором для студентов Института неразрушающего контроля Томского политехнического университета в 2011 г. При подготовке учебного пособия широко использованы нормативные документы, периодическая литература, материалы учебников и учебных пособий по данной дисциплине отечественных и зарубежных авторов.

Автор данного пособия с желанием воспримет замечания и предложения, направленные на совершенствование своей работы.

Н. Крепша

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГЛАВА 1

ВВЕДЕНИЕ В ДИСЦИПЛИНУ

«ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ»

«Земная поверхностная оболочка не может рассматриваться как область только вещества, это и область энергии»

В.И. Вернадский

Рассматриваются цель и задачи дисциплины «Опасные природные процессы», а также термины и определения, используемые в литературе по опасным природным процессам. Дается краткое содержание вопросов, поднятых на международных конференциях по проблемам уменьшения стихийных бедствий (Йокогама, Япония, 1994 г. и Кобе, Япония, 2005 г.). Приводятся особенности и причины развития современных природных процессов в России и мире. Указывается связь природных, техногенных и экологических катастроф, которые имеют многоступенчатый характер.

Основная цель темы – дать общий взгляд на проблему, определить место дисциплины в системе других дисциплин, сориентировать студентов на существующие учебники и нормативные документы по опасным природным процессам в мире и России, а также определить методические подходы к изучению курса.

& КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ. Опасные природные процессы, чрезвычайная ситуация, природная катастрофа, окружающая среда, опасные природные явления, поражающие факторы.

1.1. Цель и задачи дисциплины опасные природные процессы. Типология понятий

В XXI веке мир оказался перед лицом ряда глобальных угроз. Одна из них – стремительный рост числа и масштабов природных катастроф и ущерба от них. «Грозя Земле, волнуя воды, бушуют бури и шумят, и грозной цепью сил природы, весь мир таинственно объят» (Гете «Фауст»). Так было, есть и будет всегда на планете Земля. Геологическая история Земли насчитывает около 4, 0 млрд. лет. За этот долгий геологический срок лик Земли непрерывно изменялся под действием различных геологических процессов и явлений. Эти изменения проявлялись в прошлом и проявляются ныне в виде катастроф и стихийных бедствий, угрожающих всему живому на Земле. Будучи естественными феноменами развития природной среды, человеком воспринимаются как аномальные. На всей планете только за последнюю четверть XX века природные катастроф привели к гибели около 3 млн. человек.

Общепринято считать, что основным источником опасных природных процессов (ОПП) является взаимодействие сложных систем планеты Земля. На поверхности Земли и в прилегающих к ней слоях атмосферы и литосферы одновременно протекает много сложных физических, физико-химических и биохимических процессов. Они сопровождаются обменом разных видов энергии. Эти процессы лежат в основе эволюции Земли и её биосферы, служат причинами постоянных преобразований облика нашей планеты, влияют на развитие опасных природных процессов. Наиболее резко увеличилось число катастроф, связанных с событиями гидрометеорологической природы. Это свидетельствует об их взаимосвязи с деградацией природной среды и изменениями климата на планете Земля. Понимание механизмов зарождения и развития ОПП является основой эффективного прогноза и смягчения последствий их проявления.

На пирамиде Хеопса найдена иероглифическая надпись такого содержания «Люди погибнут от неумения пользоваться силами природы и от не знания истинного мира». Известное выражение «знать, чтобы предвидеть» отражает роль предвидения в практической деятельности специалистов по чрезвычайным ситуациям. Поэтому знания о закономерностях распространения, причинах, факторах, характере опасных природных процессах в России и мире актуальны и необходимы для прогноза, выбора и осуществления мер и конкретных решений борьбы с ними.

Цель изучения дисциплины – познание законов природы, управляющих развитием природных опасных процессов на планете и поиск способов предупреждения, ликвидации, защиты населения и объектов жизнедеятельности от чрезвычайных ситуаций как важнейшего условия устойчивого существования на Земле.

Задачи дисциплины следующие:

1. Диагностические (морфологические) задачи – это задачи, связанные с изучением основных природных опасностей на планете Земля, на территории России и Томской области, их закономерности распространения, причины, факторы, экологический характер воздействия на человека и окружающую среду и методы защиты от них. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопрос: «Что это за природная опасность (система) и какие качества ей присущи?», а также получить качественные и количественные показатели, характеризующие современную эколого-природную обстановку изучаемого объекта на определённое время. Они необходимы для выбора методов защиты и способов обеспечения комфортных условий жизнедеятельности населения.

2. Прогнозные задачи – задачи, связанные с изучением поведения, тенденций развития исследуемых природных опасностей в будущем. Решение задач этого типа позволяет ответить на вопрос: «Как будет вести себя исследуемая природная опасность (система) в будущем при тех или иных воздействиях?» Это решение пространственно-временного прогноза математическими методами (расчёта экономического ущерба, управления рисками и т.д.).

3. Управленческие задачи – задачи, связанные с предупреждением стихийных бедствий и устранению их последствий. В документе «Йокогамское обращение» (Япония, 1994) указывается, что с точки зрения целей и задач предупреждения бедствий, смягчения их последствий и обеспечения готовности к ним более эффективно, нежели реагирование на бедствия. Меры такого реагирования, сами по себе не являются достаточными, поскольку они позволяют добиться лишь временных результатов исключительно высокой ценой. Превентивные действия способствуют достижению долгосрочных улучшений в области безопасности и имеют ключевое значение для комплексной борьбы с бедствиями.

Объект изучения дисциплины «Опасные природные процессы» – комплекс всех видов природных процессов в литосфере, гидросфере, атмосфере и биосфере, реализующие­ся в виде опасных природных явлений и защита от них.

Предмет изучения дисциплины – раскрыть основные закономерности и взаимосвязи развития опасных природных явлений как единого целого планеты Земля, необходимые для решения вопросов прогнозирования и моделирования последствий в целях их управления.

Первым шагом на пути такого понимания является терминологическая база дисциплины и систематизация опасных природных процессов.

История развития земной цивилизации связана со стихийными бедствиями и катастрофами. Эти явления принято называть чрезвычайными ситуациями (ЧС). Крупномасштабные чрезвычайные ситуации приводили к гибели целые цивилизации и государства и не только. Например, когда в 1722 году Пётр Первый въезжал в городские ворота Дербента, едва его лошадь ступила передними ногами за крепостные ворота, произошло сильное землетрясение. «Даже природа трепещет перед моим могуществом», – заметил удовлетворённо самодержавец, принимая ключи от города, которые покорно и со страхом вручили ему жители. Внезапное землетрясение силой 8–9 баллов подвергает в ужас всех людей без исключения. Не стихии трепещут перед человеком, а люди перед стихиями. Недаром их называют «стихийными бедствиями» или «природными катастрофами». Таким образом, чрезвычайную ситуацию в соответствующем районе (зоне) формируют чрезвычайное событие (стихийное бедствие) и возникающие чрезвычайные условия.

Чрезвычайная ситуация. Возникновение любой чрезвычайной ситуации вызывается сочетанием объективных и субъективных факторов.
В законе РФ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» приводится следующее определение: «Чрезвычайная ситуация (ЧС) – это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или другого бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушения условий жизнедеятельности людей».

Катастрофа на математическом языке – это необратимая потеря устойчивости; на языке систем – это существенное поражение системы поражающими факторами, либо ведущие к быстрой гибели, либо обуславливают медленную гибель системы.

Природная катастрофа (толковый словарь) – это события с трагическими последствиями или неожиданное природное грозное событие в истории планет, влияющее на её дальнейшее существование. Природная катастрофа – стихийное бедствие со значитель­ными по масштабам трагическими последствиями, гибелью людей и разрушениями. Например, в результате землетрясения, которое произошло 26 декабря 2004 года у берегов о. Суматра (Индонезия), и по­следовавших за ним волн цунами, погибло более 280 тыс. человек, а экономический ущерб стран бассейна Индийского океана соста­вил десятки млрд долларов.

Термин катастрофа происходит от греческого слова catastrophe, обозначающего поворот, гибель. Удачное определение катастрофы дано В.И. Даниловым-Данильяном (1999): «Катастрофа означает внезапное событие, быстротекущий процесс, влекущий тяжёлые последствия, разрушения и жертвы. Это резкое изменение структуры экосистемы, приводящее к разрушению какой-либо её области. Причиной такого изменения может быть как внешнее воздействие на эту область системы, так и разрядка её внутренних напряжений, превысивших прочность структуры». При этом отмечается, что природные катастрофы естественны и неизбежны как компонент эволюционного развития Земли.

Природный процесс – это переход земного вещества, находя­щегося в твердом, жидком или газообразном состоянии, из од­ного качественного состояния в другое (например, таяние сне­га, испарение воды в океане, физическое выветривание горных пород и др.).

Природное явление – это результат протекания совокупности ге­нетически родственных, последовательно развивающихся природ­ных процессов (например, землетрясение, вулканическое изверже­ние, ураган, наводнение и др.)

Стихийное явление – это широкомасштабное проявление природных процессов, выходящее за рамки повседневных и средних состояний природы по интенсивности, продолжительности и масштабу про­явления, но позволяющее без затруднения адаптироваться к нему всем природным и социальным системам. Например, северное сия­ние, красивый закат и др.

Опасность – это негативное свойство живой и неживой материи, способное причинить ущерб как самой материи, так и людям, природной среде, материальным ценностям. Под опасностью природных процессов понимается вероятность их проявления в заданном месте, в заданное время и с определенны­ми энергетическими характеристиками (скорость развития процес­са; площадь, на которой он проявляется; объемы природного веще­ства, вовлеченных в процесс; дальность их перемещения и т. д.). Опасность – категория первичная, она существует независи­мо – находятся ли в зоне ее проявления люди, животные или хо­зяйственные объекты.

Природные опасности – это опасности, связанные со стихийными природными явлениями, представляющими непосредственную угрозу для жизни и здоровья человека.

Опасные природные процессы (явления) – это стихийное событие природного происхождения, которое по своей интенсивности, масштабу распространения и продолжительности может вызвать отрицательные последствия для жизнедеятельности людей, экономики и природной среды.

Широкомасштабное негативное проявление природных процессов принято называть стихийным бедствием (СБ).

Стихия в древнегреческой философии означает каждый из 4 элементов природы (земля, вода, огонь, воздух), лежащих в основе всех вещей, т.е. это пер­воначало. Это полностью соответствует современно­му пониманию 4 состояний материи: твердое (литосфера), жид­кое (гидросфера), газообразное (атмосфера) и плазменное (огонь). Своевольная и непредсказуемая, стихия восхищает нас неукротимым нравом и одновременно внушает благоговейный ужас. Например:

ЗЕМЛЯ – землетрясения, вулканы, засухи, оползни, снежные лавины, гололёд, морозы и т.д.

ВОЗДУХ – торнадо, пыльные бури, ураганы и т.д.

ВОДА – цунами, штормы, приливы, град и т.д.

ОГОНЬ – молнии, лесные пожары, взрывающиеся метеориты и т.д.

Стихийное бедствие – это экстремальное, стихийное явлениеприроды, не зави­сящее от человека, выходящее за рамки повседнев­ных и средних состояний природы по интенсивно­сти, продолжительности и масштабу проявления. Оно обладает поражающими факторами и наносит необратимый существенный ущерб социальным и природным системам в силу их неспособности успеть адаптироваться.

Человечество страдает от таких стихийных бедствий как землетрясения, извержения вулканов, сели, оползни, обвалы, наводнения, засухи, циклоны, ураганы снежные заносы и лавины, длительные проливные дожди, сильные морозы, обширные лесные и торфяные пожары. К числу стихийных бедствий относят также эпидемии, эпизоотии, эпифитотии, массовое распространение вредителей лесного и сельского хозяйства.

На территории нашей страны в виду большого разнообразия физико-географических условий представлен практически весь спектр известных видов стихийных бедствий. Спектр действия стихийных бедствий достаточно широк: это и смещения грунтов; и переполнение русел рек; движения недр Земли; затопление территорий. Человек старается приспособиться к природным опасностям. Результаты приспособления зависят не только от типа стихийного бедствия, но и от социальных условий жизни человека и общества в целом: чем богаче страна, тем с большей легкостью она противостоит стихии.

Некоторые стихийные бедствия (пожары, обвалы, оползни) могут возникать в результате деятельности человека (например, вырубка лесов усиливает активность селей, увеличивает объём паводков), но чаще первопричиной стихийных бедствий служат силы природы. Поэтому, осуществляя хозяйственную деятельность, следует заботиться о сохранении природного равновесия – это позволит сократить количество чрезвычайных ситуаций природного характера.

Стихийные бедствия (СБ) подчиняются некоторым общим закономерностям:

· для каждого вида может быть установлена определённая пространственная приуро­ченность;

· чем больше мощность природного явления, тем реже стихийное бедствие случается и наоборот;

· всем стихийным бедствиям предшествуют специфические признаки, или предвестники;

· стихийные бедствия могут быть предсказаны;

· могут быть предусмотрены защитные мероприятия от СБ.

Экологическая катастрофа – стихийное бедствие, крупная про­изводственная или транспортная авария (техногенная катастрофа), которые привели к чрезвычайно неблагоприятным изменениям в сре­де обитания и, как правило, к массовой гибели живых организмов (птиц, рыбы, тюленей, моржей, пингвинов и др. животных) и к зна­чительному экономическому ущербу.

Под ущербом понимаются негативные последствия от опасных природных процессов, выраженные в физических, денежных или других эквивалентных единицах. Иными словами, ущерб – это оце­ненные последствия стихийных бедствий [, ].