Лекция. Неблагоприятные геодинамические процессы.

 Неблагоприятные геодинамические процессы. 

Геодинамическая функция литосферы. Согласно В. Т. Трофимову с соавторами (1997), под геодинамической функцией литосферы понимается способность последней к проявлению и развитию природных и антропогенных геологических процессов и явлений, в той или иной мере влияющих на условия жизнеобитания и жизнедеятельности биоты и особенно человеческого общества. Надо особо подчеркнуть, что данная функция осуществляется с момента возникновения биоты, а ее становление и развитие неразрывно связаны с эволюцией Земли и биосферы. Как известно, вся история Земли полна кризисных ситуаций и катастрофических явлений глобального и регионального масштабов. Наряду с катастрофическими ситуациями в истории Земли существовали эпохи относительного спокойствия, когда развитие органического мира протекало плавно в соответствии с установившимися природными (физико-географическими) условиями. На современном этапе для геоэкологического направления важно оценить геологическую роль и значимость антропогенных процессов, выявить их направленность и определить возможность перерастания в глобальные катастрофические геологические процессы. Характерной чертой геодинамической функции литосферы является ее возможность проявляться в форме как негативного, так и позитивного отношения к развитию и пространственному распространению биоты. Это отношение может быть прямым и опосредованным, т.е. может проявляться через ресурсную или геофизико-геохимическую функции. 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, а 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.

По данным ЮНЕСКО, в настоящее время около 0,5 млрд человек проживают в районах с высокой повторяемостью катастрофических землетрясений. Около четверти населения земного шара проживает в районах, подверженных риску стихийных природных явлений. 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. Негативность 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. На состояние геологической среды негативное влияние оказывают экзогенные и эндогенные процессы. Деятельность эндогенных и экзогенных процессов нередко оказывается взаимообусловленной. Например, вулканические извержения часто сопровождаются землетрясениями, хотя землетрясения могут возникать в местах полного отсутствия вулканической деятельности. Как извержения вулканов, так и землетрясения вызывают обвалы и камнепады, оползни, провалы и меняют характер циркуляции подземных вод (рис. 1).

Схема цепного взаимодействия стихийных явлений (по Т. Л. Коффу и др., 1997)

Экзогенные процессы. К числу поверхностных относятся денудационные, гравитационные склоновые процессы, формирующие осыпи, оползни; процессы, происходящие в областях развития многолетнемерзлых пород или в криолитозоне и в областях активной циркуляции подземных вод. 

Денудация суши и эрозия почв. Земная поверхность, взаимодействуя с атмосферой, гидросферой и биосферой, в соответствии со спецификой экзодинамических процессов денудируется как с поверхности, так и разрушается изнутри. Находясь в совершенно иных термодинамических физико-химических условиях, чем в областях своего образования, горные породы начинают разрушаться, подвергаясь выветриванию — наиболее универсальному и важному процессу внешней геодинамики. 

Выветривание — это совокупность сложных процессов физического разрушения, химического и биохимического разложения минералов и горных пород. Как известно, процессы выветривания вызываются суточными и сезонными колебаниями температуры, механическим воздействием замерзающей воды, корневой системой растений и роющими животными, химическим воздействием воды, углекислоты и кислорода, биохимическим воздействием органических кислот. На первом этапе выветривания происходит дезинтеграция горных пород и образуются обломки различной размерности. В дальнейшем под влиянием химических и биохимических процессов изменяется минеральный и вещественный состав горных пород и формируются различные глинистые минералы. Образовавшийся в процессе выветривания каменный материал разного размера удаляется. Основная масса вещества выносится с суши речным стоком, стоком покровных ледников, ветром, подземным стоком в моря и океаны. Вещество удаляется как во взвешенном состоянии, так и в форме истинных и коллоидных растворов. 

Вынос вещества с речным стоком в океан. Вынос взвешенных веществ реками в океан с площади 104,8 млн км2 составляет 15,7 млрд т/год. С суши ежегодно вещество выносится в растворенном состоянии в виде ионного стока (СО32-, SO4, Сl, Са2+, Mg2+, Na+, К+). В океан попадает 2,28 млрд т/год, а в бессточные водоемы — 0,20 млрд т ежегодно. Поверхностные воды выносят в коллоидной форме Al, Si, Fe, биогены (соединения азота, фосфора и др.) и микроэлементы. В океан их выносится ежегодно около 0,23 млрд т. 

Поток моренного материала покровных ледников. Антарктический ледник ежегодно сбрасывает в океан 0,69 км3 (или 1,92 млрд т) твердого вещества. На долю покровных ледников Северного полушария приходится 0,47 млрд т ежегодно. 

Поток продуктов абразии в океан. Количество материала, теряемого сушей за счет разрушения берегов Мирового океана, оценивается величиной 0,65 млрд т. 

Поток эолового материала в океан. Велика роль ветра не только в разрушении суши, особенно в аридных областях, но и в транспортировании тонкого обломочного материала. Потоками воздуха ежегодно переносится от 2 до 7,5 млрд т. 

Поток растворенных веществ подземного стока. Величина ионного подземного стока оценивается в 0,93 млрд т/год, а вынос растворенных соединений равен примерно 1 млрд т/год.

Аккумуляция осадков в озерах и водохранилищах. Суммарная седиментация в пределах озер составляет 4,83 млрд т/год. Современный темп заиливания водохранилищ оценивается в 13,38 млрд т/год. Сбрасывание твердых отходов техническими средствами. В современную эпоху большое распространение приобрел дампинг — прямое сбрасывание отходов в конечные водоемы стока. В настоящее время объем сбрасываемого материала превышает 1 млрд т/год. Высвобождение фоссилизованных компонентов атмосферы и гидросферы. К таким компонентам относятся вода, углерод, водород и азот. Как показали расчеты, освобождение фоссилизированной воды горных пород при денудации имеет незначительные масштабы и составляет 0,1 млрд т/год, но достаточно большой объем углекислого газа и азота фоссилизируется из атмосферы и гидросферы различного рода беспозвоночными. В процессе денудации суши происходит окисление значительного количества рассеянного в осадочных породах органического вещества. Общее количество ежегодно окисляемой органики составляет 0,2 млрд т. Почвы мира безвозвратно теряют за счет окисления около 1 млрд т гумуса. Здесь не учтен гумус, выносимый воздушными и водными путями в бассейны седиментации. 

Топливная денудация. Довольно велики потери вследствие сжигания ископаемого топлива. Это ведет к высвобождению фоссилизованных литосферных флюидов углерода, водорода, азота и воды. Среднее значение топливной денудации, подсчитанное С. П. Горшковым, составляет 7,8 млрд т. Надо отметить, что в приводимую величину не включены данные по сжиганию горючих сланцев и торфа, мировая добыча которых достигает нескольких сотен миллионов тонн в год. Величина общей денудации суши (млрд т/год), зависящая от потоков денудируемого вещества, приведена ниже:

Общее изъятие вещества суши................................................. 54,55

Вынос в океан...............................................................................27,24

Поток твердого вещества речного стока................................ 17,44 

Поток растворенных веществ речного стока.......................... 2,71

Поток моренного материала....................................................... 2,39

Поток продуктов абразии............................................................ 0,70

Поток эолового материала.......................................................... 2,00

Поток растворенных веществ прямого подземного стока....1,00 Дампинг........................................................................................... 1,00 

Улавливание во внутренних водоемах....................................18,21

Аккумуляция в озерах.................................................................. 4,83

Аккумуляция в водохранилищах.............................................13,38

Высвобождение фоссилизированных компонентов атмосферы и гидросферы............................................................ 9,10

Окисление почвенного гумуса....................................................1,00 

Окисление органического вещества стратисферы при денудации................................................................................ 0,20

Высвобождение воды из минералов и мерзлых пород.................0,10 

Топливная денудация..........................................................................7,80 

Общее поступление вещества на сушу............................................ 2,16 

Поток циклических солей.................................................................. 0,58

Связывание компонентов атмосферы и гидросферы в минералах........................................................................................... 1,48

Аккумуляция при образовании торфяников................................. 0,10

Баланс денудации суши.................................................................... 52,39 

Области материкового оледенения суммарной площадью около 16 млн км2 теряют всего 2,39 т/год вещества литосферы. В то же время с остальной суши, площадь которой без озер и водохранилищ близка к 130 млн км2, поставляется в бассейны конечного стока 52,16 млрд т/год. Ускоренная денудация суши, не покрытой ледниками, вызвана, вероятно, воздействием производства на природные ландшафты и их трансформацией в антропогенные. Последние занимают около 2/3 площади суши. Согласно исследованиям, проведенным в США, эрозионный снос в местах строительства автострад, зданий и торговых центров в 10 раз больше, чем с полей с пропашными культурами, в 200 раз больше, чем с пастбищ, и в 2 000 раз больше, чем с залесенных площадей. Надо отметить, что не весь сносимый материал теряется сушей безвозвратно. Большая часть его скапливается в местах наземной аккумуляции, которыми служат террасы, пологие участки склонов и их основания, днища логов, балок и оврагов, а также речные русла. Резкая интенсификация денудации суши, вызванная хозяйственной деятельностью, отражается на особенностях разноса вещества и седиментации во внутриконтинентальных водоемах. В водохранилищах на каждом квадратном километре площади скапливается в 17 раз больше осадков, чем в озерах. Вполне вероятно, что заиливание происходит пока еще за счет более экономной природной денудации, тогда как донные осадки водохранилищ формируются за счет антрпогенного изменения режима экзодинамических процессов. Утратив значительную часть твердого стока при проходе через водохранилище, речная вода ниже плотины постепенно приобретает первоначальную мутность, если отрезок реки ниже плотины составляет более 500 км в длину. При этом материалом для эрозии служат в первую очередь аллювиальные образования дна долины. Там же, где вынос наносов реками вследствие их зарегулирования водохранилищами значительно уменьшился, интенсифицировались абразионные процессы. Именно по этим причинам в настоящее время интенсивно абрадируются дельты рек Миссисипи, Колорадо, Нила и др. В настоящее время особое значение приобрела борьба с водной эрозией. Различают линейную, или овражную, и плоскостную водные эрозии.

В результате наблюдений установлено, что 30 % оврагов росли в длину со средней скоростью до 2 м в год, около 38 % — на 3 — 8 м, 23 % — на 10 —40 м и почти 9 % увеличивались ежегодно на 50 м. Во многих районах овраги расчленили большие площади земель на мелкие и неудобные, а часто и вовсе непригодные для обработки. Овражная эрозия снижает возможность увеличения сбора сельскохозяйственной продукции. Летом овраги создают условия для увеличения поверхностного стока осадков, зимой облегчают возможность сдувания со склонов снежного покрова и в целом снижают уровень грунтовых вод на прилегающих площадях. Овраги затрудняют строительство дорог и увеличивают их стоимость. Они разрушают автомобильные дороги и железнодорожные магистрали, различные жилые и промышленные сооружения. Продуктами смыва и размыва оврагов заиливаются реки, озера и водохранилища. Наиболее опасным с точки зрения сельскохозяйственного производства является плоскостной смыв. Интенсивные эрозионные процессы протекают на постоянно обрабатываемых землях лесостепной и степной зон, в предгорных и горных районах. В настоящее время разработан комплекс агротехнических мероприятий, который включает следующие приемы по борьбе с водной эрозией: обработку поля поперек склона, контурную пахоту, кротование и щелевание почвогрунтов, прерывистое боронование зяби, залуживание, посадку многолетних насаждений. Лесомелиоративные мероприятия охватывают следующий комплекс работ: посадка прибалочных и приовражных лесополос, сплошное облесение оврагов, посадка лесов на водораздельных склонах, по берегам рек, прудов и водоемов. Гидротехнические сооружения оказывают прямое воздействие на поверхностный сток и являются одним из эффективных средств борьбы с водной эрозией. В зависимости от назначения противоэрозионные гидротехнические сооружения подразделяют на водонаправляющие, водозаборные (водосборные и водосбросные), дноукрепляющие. К водонаправляющим сооружениям относятся водонаправляющие валы и нагорные каналы, валы-распылители и каналы-распылители. В состав водосборных противоэрозионных сооружений входят: валы-каналы, валы-террасы, пруды и микроканалы. Водосбросные сооружения включают перепады, быстротоки, консольные, шахтные и трубчатые водосбросы. К дноукрепляющим сооружениям относятся запруды и полузапруды, донные перепады и пороги. Гравитационные процессы. Они выражаются в перемещении массы горных пород под действием силы тяжести из возвышенных участков рельефа в пониженные. Ввиду того что они наиболее часто проявляются на склонах, их нередко называют склоновыми процес сами. Скорость и масштабы перемещения обломочного материала зависят от крутизны склона и объема подготовленного к перемещению материала. Склоновые процессы проявляются на склонах гор и возвышенностей, на бортах речных долин и на крутых берегах морей и озер. Причиной вывода из состояния равновесия массы горных пород могут быть землетрясения, подмыв склонов при боковой эрозии, абразия, деятельность подземных вод и антропогенная деятельность. Образовавшиеся в процессе гравитационного перемещения осадки, или коллювий, состоят из разнообразных по величине и составу обломков горных пород — глыб, щебня, гравия, песка, алеврита и пелита. Перемещение обломочного материала совершается с разной скоростью — либо медленно, либо мгновенно. К последним относятся обвалы, камнепады, оползни и осыпи. Обвалы развиваются на отвесных обрывистых или очень крутых склонах. Под действием физического выветривания на склонах закладывается все расширяющаяся система параллельных трещин. Часть пород, отделенная от коренного массива, отклоняется в сторону склона, а затем под действием силы тяжести опрокидывается на поверхность склона, распадаясь на отдельные обломки. Самые крупные обвалы связаны с землетрясениями. Во время крупного землетрясения в 1911 г. на Памире обрушилась масса горных пород объемом 8 млрд т в долину р. Мургаб. Вследствие обвала река была перегорожена плотиной высотой 600 м, и возникло высокогорное Сарезское озеро глубиной около 500 м и площадью 86,5 км2. 

Камнепады -разновидность обвалов. Отличаются размером перемещаемых блоков. Во время камнепадов вниз по склону движутся отдельные глыбы и крупный щебень. 

Осыпи — скопления легко подвижной массы горных пород, состоящей из щебня и дресвы (продуктов физического выветривания). Под влиянием силы тяжести осыпи медленно перемещаются вниз по склону. Оползни возникают в том случае, когда склон сложен водоносными и водоупорными породами. Могут двигаться крупные блоки твердых пород (блоковые оползни) и отдельные глыбы (глыбовые оползни). Скорость движения оползней различна. Одни за год проходят расстояние около 100 м, другие перемещаются существенно быстрее и представляют собой опасные природные явления, способные накрыть жилые здания и хозяйственные постройки и привести к человеческим жертвам. По происхождению различают оползни: сейсмогенные, вызванные землетрясениями; возникающие при насыщении поверхности склонов водой и изменении их наклона; антропогенные - как результат неправильной хозяйственной деятельности. Причиной смещения массы рыхлых пород может быть подмыв участка склона с водоупорным горизонтом.

Оползням подвержены берега рек, озер и морей как в платформенных областях, так и горно-складчатых. Масштаб развития оползней и эколого-геологические последствия их воздействия на окружающую среду определяются объемом и скоростью перемещения масс грунта. Крупнейшие оползни с катастрофическими последствиями возникают в тех случаях, когда мощная толща плотно скрепленных пород залегает на слабо литифицированных толщах или плывунах, в которых при насыщении водой возникают явления ползучести, выдавливания и выплывания. На морских побережьях оползневые процессы активизируются во время штормов, сопровождаемых ливневыми дождями. Многие грандиозные оползни с трагическими последствиями спровоцированы землетрясениями. Активизации оползневых процессов способствует обильное увлажнение пород в результате затяжных дождей, ливней и снеготаяния. В 1994 г. на юге Киргизии после обильных дождей и снегопадов в лёссовых породах сошли оползни-потоки объемом от 500-600 м3 до 1,5 млн м3. Погибли 115 человек. В 1974 г. во время крупного оползня объемом 1,6 км3 в Перу в Андах погибли 450 человек. Оползни наносят значительный материальный ущерб. Они разрушают промышленные здания, жилые дома, транспортные артерии, коммуникации, погребают целые деревни, нарушают структуру сельскохозяйственных земель. Угроза образования оползней, представляющих опасность для инженерных сооружений и дорог, вызывает рост косвенных материальных издержек и требует создания дополнительных защитных сооружений. Ежегодный материальный ущерб от оползней в мире составляет несколько миллиардов долларов. На рис. 2 приведен пример схода оползня, вызвавшего прорыв дамбы и наводнение. В результате было разрушено несколько поселков и погибло 118 человек. Помимо обвалов, камнепадов и оползней существуют медленные гравитационные перемещения дезинтегрированных отложений, называемых крипом. Выделяют глубинный крип, когда происходит перемещение материала в глубь Земли, и склоновый крип — перемещение материала вниз по склону. Крип вызывается уплотнением рыхлых пород (лёсса и глины) на глубине и образованием на глубине разуплотненного вещества вследствие таяния и замерзания воды (криогенный крип), откачкой подземных вод, нефти или газа (антропогенный крип). В результате действия крипа на поверхности образуются плоские блюдцеобразные котловины, оголяются склоны и у подножия возникают холмистые нагромождения смещенного со склонов коллювия. Карстовые формы. Поверхностные карстовые ф о рм ы образуются в том случае, когда растворимые горные породы — известняки, доломиты, мергели, мел, гипс, каменная соль — залегают неглубоко и перекрыты маломощным чехлом рыхлых четвертичных отложений или даже выходят на поверхность. К ним относятся карровые поля, карстовые воронки и поноры, карстовые котловины, карстовые полья, колодцы, шахты и пропасти. Карровыми полями называют обширные площади карбонатных пород, покрытые каррами, — неглубокими (до 2 м) рытвинами и углублениями. Карстовые воронки конической, чаше- и блюдцеобразной форм — образования глубиной 20 — 30 м, имеющие в поперечнике первые сотни метров . На дне воронок располагаются вертикальные, наклонные и реже горизонтальные ходы в виде щелей или колодцев — поноры. Иногда поноры возникают непосредственно на поверхности в результате расширения стенок открытых трещин. Через поноры поверхностные воды проникают в глубь пород. Карстовые котловины — замкнутые понижения, возникающие в результате слияния соседних карстовых воронок. Наиболее крупные.носят название карстовых польев. Они имеют площадь в сотни квадратных километров, достигая глубины нескольких сотен метров. Чаще всего полья возникают в горных областях. Самое крупное Ливанское полье, расположенное на Балканском полуострове, имеет площадь 379 км2. Карстовые колодцы, шахты, пропасти формируются в результате дальнейшего расширения и углубления понор. Когда колодцы и шахты достигают нескольких сотен метров в глубину, они приобретают вид грандиозных пропастей. Поверхностные карстовые формы видоизменяют ландшафт и делают территории непригодными для дорожного строительства и механизации сельскохозяйственных работ. При этом изменяется гидрологический режим и местность приобретает пустынный вид.

Поверхностные воды периодически исчезают. С подобными формами рельефа связаны исчезающие озера, на дне которых располагаются карстовые воронки и поноры, которые оказываются закупоренными озерными тонкими осадками. Исчезновение пробок, например из-за всасывания озерных осадков внутрь карстовых форм, приводит к понижению уровня воды в озерах. Подземные карстовые формы создаются подземными водами, протекающими в карбонатных и гипсоносных толщах. Они представлены карстовыми пещерами и подземными галереями. Пещеры состоят из системы горизонтальных, наклонных, вертикальных и ветвящихся каналов, штреков, галерей, щелей, ведущих в крупные залы. Суффозионные формы рельефа образуются в рыхлых песчано-глинистых и лёссовых толщах, из которых твердые частицы выносятся подземными водами. Вследствие этого внутри толщ возникают пустоты, а на поверхности — провальные формы, напоминающие карстовые. На выходах подземных вод на склонах речных долин образуются небольшие полукруглые выемки — суффозионные цирки. Формирование подземных пустот как вследствие действия карстовых, так и суффозионных процессов приводит к катастрофическим последствиям на земной поверхности. Главными из них являются: просадки и провалы жилых и промышленных зданий и хозяйственных построек, расположенных над подземными полостями; деформации железнодорожного полотна и шоссейных дорог, требующие крупных капитальных вложений для ремонта и ухода; утечка воды из искусственных водохранилищ; обильные притоки подземных вод в горные выработки — шахты, карьеры; нарушение устойчивости мостов. Криогенные процессы. Мерзлотно-геологические (криогенные) процессы широко распространены в районах развития многолетнемерзлых фунтов. Вода, превращенная в лед, занимает пустоты, поры и трещины, цементируя рыхлые породы. Верхняя часть мерзлых пород в весенне-летний период периодически оттаивает на глубину до 1,5 — 2 м. Этот слой, называемый деятельным слоем, летом полностью насыщен водой. Вода удерживается водоупорным слоем, роль которого играют залегающие на глубине многолетнемерзлые породы. Под ними циркулируют подмерзлотные напорные воды, находящиеся вне сферы влияния климатических условий, господствовавших на поверхности. В толще многолетнемерзлых пород в виде линз нередко залегают межмерзлотные и внутримерзлотные воды. Их образование связано с неравномерным распределением температур в многолетнемерзлых породах. Участки талого грунта, к которым они приурочены, носят название таликов. Межмерзлотные и иногда надмерзлотные воды нередко обладают напорными свойствами. Напор обычно возникает осенью и зимой во время промерзания деятельного слоя и таликов. В это время объем участков, насыщенных водой, постепенно сокращается из-за замерзающих фунтов. Наиболее неблагоприятными в экологическом отношении являются следующие криогенные процессы: термокарст, буфы пучения, наледи и солифлюкция. Термокарст — процесс образования подземных пустот и поверхностных форм рельефа, напоминающий карстовый, но образованный вследствие таяния подземных льдов и рыхлых пород, сцементированных льдом. На поверхности земли образуются просадки. Термокарстовые понижения в виде «блюдец» протаивания, западин или котловин часто имеют округлую форму и глубину от 8 — 10 до 30 м. В летнее время термокарстовое понижение заполняется талой водой. Возникают термокарстовые озера. Вода термокарстового озера способствует дальнейшему развитию процесса оттаивания промерзшего фунта на дне и приводит к увеличению глубины и размеров озера. При существовании поверхностного стока вода, образованная при вытаивании льда, уносится и возникает сухое термокарстовое понижение. Бугры пучения образуются при сезонном промерзании влажных или насыщенных водой пород таликов. Увеличение объема при образовании льда приводит к расширению пространства и поднятию поверхностного слоя. Многолетние промерзания и оттаивания формируют крупные бугры пучения, возвышающиеся над окружающей местностью. Высота их может достигать 100 м, а диаметр — 200 м. Наледи образуются в зимнее время в результате многократного излияния на поверхность речных или надмерзлотных и межмерзлотных подземных вод и их последующего послойного промерзания. Широко распространены речные наледи. Они способствуют промерзанию реки до дна, сужению русла реки и представляют угрозу для речной биоты. Последовательное сужение приводит к усилению напора речного течения, вследствие чего вода прорывается на поверхность и растекается по долине. Продолжающееся замерзание сопровождается наращиванием толщины льда и образованием новых наледей. Наледи возникают и в местах прорыва надмерзлотных вод. При замерзании деятельного слоя незамерзшая вода, заключенная между многолетней мерзлотой и промерзшей верхней частью слоя, приобретает напор и прорывается на поверхность, образуя наземную наледь. Толщина наледей может иногда достигать 10 м, а площадь, занимаемая ими, — нескольких десятков квадратных километров. Солифлюкция — процесс медленного оплывания и вязкого течения на склонах деятельного слоя со скоростью нескольких десятков сантиметров в год. Развитию солифлюкции способствует наличие тонких рыхлых насыщенных водой пород алеврито-суглинистого состава и уклонов поверхности рельефа от 3 до 15°. Во время движения формируются солифлюкционные языки различной длины и ширины и солифлюкционные террасы. На горных склонах, на склонах и в руслах ложбин и сухих долин, обладающих значительной крутизной, перемещается глыбовый слабо окатанный материал. Такие каменные потоки называются курумниками. Длина курумников может достигать нескольких километров. Образованию курумников способствует морозное выветривание скальных пород, которое подготавливает материал для перемещения, вымывания щебнисто-дресвяного материала и замерзания воды в образовавшихся пустотах в виде гольцового льда. При подтаивании гольцового льда происходит переувлажнение подстилающих глыбы слоев горных пород. Это нарушает устойчивость, и глыбовый материал начинает медленно перемещаться. Многолетняя практика проведения хозяйственных работ в районах с многолетнемерзлыми грунтами нарушает режим мерзлоты и приводит к оттаиванию. Возникают разжиженные грунты. В конце концов это вызывает деформацию, разрушение зданий и дорожного полотна. Эндогенные процессы. Основными эндогенными процессами, которые влияют на хозяйственную деятельность человека и изменяют характер экосистем, являются вулканизм, землетрясения и тектонические движения. В то время как первые два проявления эндогенных процессов по своему характеру являются быстротекущими и поэтому катастрофическими, тектонические движения длятся довольно долгое время, протекают с небольшой скоростью и к их негативному воздействию можно заранее подготовиться. Областями современной вулканической деятельности и сейсмической активности являются наиболее густонаселенные регионы Земли — Средиземноморский регион, Японский, Индонезийский, Филиппинский архипелаги, Индокитайский полуостров, Центральная Америка, Тихоокеанское побережье Северной и Южной Америки (рис. 8.13). Вулканизм. Вулканическая деятельность представляет собой совокупность процессов, связанных с извержениями на земную поверхность, в гидросферу и атмосферу разнообразных твердых, жидких и газообразных продуктов магматической деятельности, происходящей в земных недрах. Вулканические процессы сопровождаются образованием характерных вулканических тел и форм рельефа, сложенных вулканическими горными породами, и экологическим воздействием на окружающую среду. С деятельностью вулканов в истории Земли связано вымирание многих видов животных и растений. Исследователи нередко связывают с вулканической деятельностью не только образование рельефа и комплекса горных пород, но и возникновение оледенений на основании того, что цикличность эпох оледенений и межледниковий совпадает с определенными вулканическими циклами. Имеются исследования, доказывающие, что вулканическая активность послужила одной из причин перехода человекообразной обезьяны к человеку. Извержение вулканов порождает стихийные бедствия, грозящие гибелью всему живому. Пеплом засыпаются города и поселки, преобразуются рельеф и гидрографическая сеть, меняются почвенный покров и растительность. За исторический период зафиксирована деятельность около 1 500 вулканов. Более 90 % вулканов сосредоточено в Средиземноморском (Альпийско-Гималайском), Тихоокеанском и Атлантическом вулканических поясах. Остальные 10 % приходятся на отдельные вулканы Африки, островов Индийского океана и подводные вулканы Тихого океана. К факторам вулканической деятельности, обладающим разрушительным действием и сильным экологическим воздействием на окружающую среду, относятся взрывная волна, лавовые потоки, тефра и вулканические аэрозоли, пирокластические потоки, палящие и пепловые тучи и лахары. Степень их воздействия на окружающую среду зависит от форм извержения, объема выброшенных продуктов извержения, скорости и продолжительности самого извержения. Современные вулканы подразделяют на три крупные группы: лавовые, или эффузивные, газово-взрывные (эксплозивные) и вулканы смешанного типа. Лавовые вулканы располагаются на океанских островах и активных континентальных окраинах. Они приурочены к зонам глубинных разломов. Основными продуктами извержений являются жидкие и подвижные базальтовые лавы, в меньшей степени — рыхлая тефра и газы. Излияния происходят либо из трещин, либо из расположенных на конусовидных горах изолированных жерловин, либо через широкий трубообразный канал. В последнем случае возникают щитовые вулканы, в кратерах которых располагаются кипящие лавовые озера. Температура лавы на поверхности доходит до 1 300 °С. Скорость перемещения лавовых потоков на склонах вулканов достигает 25 км/ч. Вулканы такого типа известны в Исландии, Японии, Новой Зеландии, Восточной Африке, на Гавайях, Камчатке, островах Самоа. Газово-взрывные вулканы извергают в огромных объемах газ, пар и вулканический пепел. Излияния лавы почти не происходит. Пластичная лава выжимается в небольших объемах из кратера и быстро застывает. Нередко лава закупоривает жерло вулкана. Накопившаяся под пробкой газовая смесь взрывается, и над вулканом появляется туча раскаленных газово-пепловых облаков. Энергия взрыва очень велика, и часть вулканической постройки сносится. Вулканы этой группы наиболее распространены и их извержения приводят к наибольшему числу жертв. При извержении вулкана Тамбора в 1815 г. на острове Сумбава в Индонезии погибло более 90 тыс. человек. Во время извержения вулкана Мон-Пеле в 1902 г. на острове Мартиника из-за огненного облака погибли 30 тыс. жителей г. СанПьер. Вулканы смешанного типа характеризуются чередованием во времени извержений вязких лав, пепла и газообразных продуктов. Вулканы этого типа распространены в Средиземноморье, Южной Америке, Японии, на Курилах и Камчатке. Извержения подобных вулканов часто становились причинами локальных экологических катастроф. Наиболее известным и описанным в классической литературе является извержение вулкана Везувий в 79 г. до н.э. Под семиметровым слоем вулканического пепла были погребены города Геркулам, Помпеи, Стабия. В настоящее время разработана схема потенциальной опасности вокруг вулканов. Выделяют три области с разными факторами воздействия. Первая (пепловая) область располагается в радиусе до 20 км от жерла вулкана. Во время извержения в результате термического, механического и химического воздействий полностью уничтожаются и захороняются многие компоненты природной среды, хозяйственные постройки и коммуникации. Взрывная волна полностью уничтожает лес и все живое. Лавовые или пирокластические потоки, температура которых может достигать 500 °С, вызывают пожары, гибель людей и животных, уничтожают растительность. Пирокластические потоки засыпают речные долины, сглаживают рельеф и образуют новые формы. Вторая область охватывает подножие вулкана и нижние части склона в радиусе до 30 км. Она характеризуется частичной гибелью людей и биоты под действием таких факторов, как тефра, палящие тучи и сильные пеплопады. Под тяжестью тефры и ее термического и химического воздействия полностью уничтожается растительность. Животные гибнут от бескормицы, отравления кормом, отсутствия воды и ожогов. В 1994 г. г. Рабул и расположенная рядом бухта на острове в Новой Гвинеи в результате извержения вулкана Матури были погребены под слоем пепла. Ранее, в 1937 г., в этом городе погибло около 500 человек. В третьей области на окружающую среду влияет пепел. Радиус этой области достигает нескольких тысяч километров. Здесь преобладает химическое воздействие, а механическое только дополняет его. Пепел ухудшает условия жизнедеятельности человека. При попадании в водоемы и почву пепел меняет их химический состав, что, в свою очередь,вызывает качественные и количественные изменения в видовом составе животных и растений. Во время извержения вулкана Большой Толбачик (1975) пепловая туча охватила площадь 1 000 км2. На Камчатке пеплом была засыпана растительность и оленьи пастбища. Воды рек и озер стали кислыми и непригодными для питья. Животные погибли от бескормицы и жажды. Огромный ущерб приносят побочные процессы, не связанные напрямую с вулканической деятельностью, — обвалы, лавины и лахары. Горячий пирокластический материал, осаждаясь на ледниках и снежниках, из-за высокой температуры вызывает их бурное таяние. Образуются горячие и холодные лахары. Эти грязевые потоки, перемещаясь со скоростью 20 — 50 км/ч, увлекают за собой огромные глыбы застывшей лавы и уничтожают все живое на своем пути. За извержением вулкана Руис в Колумбии в 1985 г. возник лахар, который унес жизнь 24 тыс. человек. Гибель людей и последующие заболевания связаны не только с механическими воздействиями лахаров, палящих туч, тефры, пепла, но и с химическими ожогами легких и повреждениями слизистой оболочки. Только за последние 500 лет из-за извержений вулканов в общей сложности погибли 200 тыс. человек. Вместе с тем вулканические извержения играют и положительную роль. С одной стороны, покрытые пеплом склоны вулканических гор являются весьма плодородными, так как содержат в больших количествах необходимые для растений калий, фосфор и другие биогенные микроэлементы, с другой — вулканические области являются практически неисчерпаемым источником экологически чистой геотермальной энергии. Геотермальные станции создаются в местах выхода на поверхность гидротерм, связанных с фумарольной стадией извержения. Геотермальные воды обогревают жилые и производственные помещения и теплицы и одновременно обладают бальнеологическими свойствами. Вулканическая деятельность влияет на климат. Вулканы выбрасывают в атмосферу значительное количество парниковых газов, среди которых углекислый газ, пары оксидов и диоксидов серы. Выбрасываемая вулканами газообразная смесь приводит к разрушению озонового слоя и способствует возникновению озоновых дыр. Землетрясения. Являются наиболее опасным проявлением геологических процессов. Это внезапное освобождение потенциальной энергии земных недр в виде продольных и поперечных волн. За исторический период, т.е. за последние 4 тыс. лет, от землетрясений, по неполным данным, погибли около 13 млн человек. Только во время одного землетрясения в Китае в 1976 г., по разным данным, погибли от 240 тыс. до 650 тыс. человек и более 700 тыс. человек получили ранения. По генезису природные землетрясения подразделяются на тектонические, вулканические и экзогенные. Самыми разрушительными являются тектонические, вызываемые быстрым смещением крыльев тектонических нарушений. Сила землетрясения зависит от количества выделившейся в области очага энергии, характеризуемой магнитудой (условной энергетической 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 6 до 8,9. Магнитуда 6 соответствует землетрясению силой 8 баллов, М = 7 —9— 10-балльному землетрясению, а М > 8 — 11 — 12-балльным землетрясениям. Надо отметить, что оценка землетрясений в магнитудах более объективна, 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, водонасыщенности 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. 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). Большая часть крупных землетрясений приурочена к АльпийскоГималайской области и Тихоокеанскому огненному кольцу (рис. 8.14). 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. 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 фунта основания. Общий ущерб от разрушения зданий во время землетрясения в Каракасе в 1967 г. превысил 100 млн долларов и при этом погибли 205 человек. Во время Ашхабадского землетрясения в 1948 г. город был практически полностью разрушен, а число жертв возможно превысило 125 тыс. человек. Одним из самых тяжелых по своим социально-экономическим последствиям было Спитакское землетрясение 7 декабря 1988 г. Число погибших превысило 25 тыс. человек, а убытки составили около 8 млрд долларов. 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, образуя сбросы и взбросы. Во время одного из самых сильных в истории человечества ГобиАлтайского 12-балльного землетрясения в 1957 г. хребет ГурванСоихан высотой до 4 км и протяженностью 257 км был приподнят и сдвинут к востоку. Образовались многочисленные разрывные нарушения, в частности грабены шириной 800 м и длиной до 3,5 км, длинные тектонические рвы с зияниями до 19 м, а водораздельный участок г. Битут протяженностью 3 км и длиной 1,1 км опустился на 328 м. На северном склоне хребта Хамар-Дабан были сорваны и сброшены в долину островерхие пикообразные вершины гор. Они слились вместе в виде усеченных конусов, образовав плосковерхий водораздел. 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. Общее годовое количество разных по силе землетрясений (по Н. А. Щетникову, 1993) приведено в табл. 8.2. Несмотря на проводимые в больших масштабах исследовательские работы по прогнозированию землетрясений, до сих пор не предложено реальной методики прогноза. В принципе предугадать возникновение землетрясения реально после соответствующих исследований и составления специальных сейсмогеологических карт, но точно указать место и время крайне сложно и при современном уровне развития науки и технической ее оснащенности практически невозможно. Исходя из этого большое значение приобретает обучение населения поведению в сейсмоопасных регионах и сейсмостойкое строительство в этих районах. В комплекс антисейсмических мер входит создание железобетонных сейсмических поясов, уменьшение веса кровли и межэтажных перекрытий, отказ от выступающих тяжеловесных деталей — карнизов, балконов, лоджий