Наиболее крупные катаклизмы при вулканических извержениях

Прогноз вулканических извержений чрезвычайно важен и сложен. В его основе - прошлое поведение вулкана. 150 лет документально зафиксированной истории вулкана Мауна-Лоа (Гавайи) указывает на периодическое чередование извержений на вершине и его склонах. Но не отмечено никаких закономерностей по извержению Везувия, несмотря на его изучение в течении более 1900 лет.

Каковы же общие критерии выявления вулканических извержений?

Это - геологические исследования и реконструирование на этой основе извержений исторической и доисторической эпоэ. Это - геодезические измерения с мониторингом реперных высотных отметок, установление вспучиваний (до 50 м) и оседаний местности, сводовых воздыманий, расширений и сужений кратеров.

Из геофизических методов прогноза важнейшее значение имеет сейсмический надзор, с системами перевода сейсмических данных в радиотелеметрические сигналы, позволяющие осуществлять наблюдения за большими территориями. Используются методы геомагнитных исследований, в основе которых принцип потери первичной намагниченности при переходе через точку Кюри, что приводит к изменениям местного магнитного поля (размагничиванию), которые могут фиксироваться с помощью параллельно работающих магнито-метров. Перспективны, но требуют трудно достижимой точности измерений гравиометрические методы надзора. Недостаточно апробированы геоэлектрические методы (расплавленная порода обладает свойствами проводника электричества). Эффективны в ряде случаев термические исследования и, в частности, высотные съемки в инфракрасных лучах.

При геохимических методах используются различные химико-аналитические данные по отдельным компонентам вулканических газов, определения рН, количественные соотношения пар элементов (S/Cl, F/Cl, Cl/CО₂ и т.п.) или изотопов.

В США значительное внимание уделяется страхованию от сти-хийных бедствий, включая извержения вулканов. Естественно, оно должно основываться на базе научного прогнозирования. Создана карта областей опустошения при выпадении пепла для территории Каскадных гор. В основе ее примерное подобие их последствиям вулкана Мезама при извержении 5000 г. до н.э. Однако, извержение Сент-Хелен в 1980 г. по своим масштабам оказалось значительно более крупным. Тогда пепел по существу затронул почти всю страну.

Существуют ли меры защиты от вулканических извержений и насколько они эффективны?

Основной метод - повышение достоверности прогнозирования и предварительное выселение жителей из опасного района. Особенно это касается эксплозивных извержений. Для них чуть ли не единственной возможностью уменьшения ущерба является спуск воды кратерных озер для понижения их уровня и устройство барьеров по долинам прежних пепловых потоков. Более реальны способы воздействия на лавовые потоки. Здесь имеется практический опыт. И - три основных способа воздействия: отвода долинных потоков устройством дамб и валов (Килауэйя, Гавайи, 1955 г.); бомбандировка с целью разрушения корки в боковом направлении (Мауна-Лоа, Га-вайи, 1935, 1942 гг.) и охлаждение продвигающегося фронта лавы струями холодной воды с целью ее ускоренной кристаллизации (Хеймаэй, Исландия, 1973 г.).

Особенно эффективна оказалась бомбардировка лавого потока Мауна-Лоа при угрозе г. Хило (1935 г.), когда удалось сбить скорость продвижения фронта лавы с 250 м/ч до 14 и затем добиться полной остановки. Повторно подобный результат был достигнут в 1942 г., так что

действенность принятых мер была очевидной. Идея Эдди Бенто остановки продвижения лавого потока водой из пожарных помп в деревне Капоха при извержении Килауэа в 1960 г., встреченная первоначально издевательским хохотом, в реальности оказалась очень эффективной при

определенных условиях. В частности, при остановлении потока извержения на острове Хейлауэй (Исландия) в 1973 г.

Однако, в общем успехи науки здесь достаточно ограничены и главное направление - значительное улучшение принципов и практики прогнозирования.

Землетрясения

Землетрясения изучаются около 4 тыс. лет (Григорьев, 1991).

Земля, как и любой физический объект, испытывает разнообразные динамические напряжения, как устойчивые, так и внезапные. Любой геофизический процесс развивается в определенных временных коо-рдинатах. Такие величины, которые вбирают в себя время, служат мерилом скорости рассматриваемых процессов.

В своем историческом развитии Земля могла проходить стадии роста и сжатия. Деформация твердой Земли осуществляется и под влиянием периодических регулярных изменений, в том числе через периоды порядка 12 и 24 ч под действием приливных сил. Фактически величина их соответствует значениям, вычисляемым с учетом допущения упругого поведения Земли. С годичной периодичностью происходит круговое движение полюса (чендлеровское колебание). Удлинение этого периода момента инерции Земли с теоретической величины 305 до фактической 430 обуславливается деформацией Земли в результате действия центробежных сил.

Медленное изменение напряжений, тектоническая ползучесть - крип - не является единственным типом образования дислокаций в горных породах Земли. Напротив, во время землетрясений осуществляется резкая разрядка накопленной упругой энергии в течении 1-10 секунд (сейсмическая теку-честь). Но за эти секунды может освободиться огромная энергия, вероятно порядка 10²⁵ эрг.

Наиболее ожидаемым фокальным механизмом землетрясений яв-ляется образование сколов по дискретным поверхностям разломов, исходя из так называемой теории упругой отдачи Рида. Однако, среди землетрясений, помимо мелкофокусных (глубиной до 60 км), при которых выделяется более 75% сейсмической энергии, существуют промежуточные (60-150 км) и глубокофокусные (более 150, иногда до 700 км). Но для них, по предполагаемой экстрополяции физических свойств на глубину, следует подразумевать какой-то другой механизм внезапного проявления тектоники, вплоть до закрытия сферических очагов, как, например, при глубоком (600 км) землетрясении в Перу. Вероятны и явления дегидратации до глубин 700 км. Возможна в качестве исходной причины землетрясения и делатансия (расширение пород коры за счет трещиноватости). Вероятно, на разных глубинах и в разных местах действуют различные механизмы, и нет и не будет найдено ни одного универсального объяснения.

Сейсмические волны, возникающие в очаге землетрясения, относятся к продольным (Р), поперечным (S) и поверхностным двух видов: Лява и Рэлея (горизонтальные колебания характеризуют те и другие, вертикальные - последние). Пунк зарождения землетрясения - фокус или гипоцентр, проекция его на поверхность - эпицентр.

Существуют шкалы относительной интенсивности землетрясений, из которых наиболее употребительна 12-балльная шкала Меркалли (ММ) - от ощущения толчков только при особо благоприятных условиях (1 балл) до полного разрушения строений (XII баллов). В виду того, что сила землетрясений изменяется в большом диапазоне, для измерения абсолютных амплитуд удобнее логарифмические величины. Поэтому за магнитуду землетрясения принят десятичный логарифм амплитуды наибольшей сейсмической волны (в микронах), записанный стандартным сейсмографом Вуда-Андерсона на расстоянии 100 км от эпицентра землетрясения. Введен и другой теоретический параметр силы землетрясения - сейсмический момент - площадь поверхности разрыва, по которому произошло смещение, умноженная на величину этого смещения и на жесткость пород (дин×см).

Карта распределения эпицентров землетрясений на поверхности Земли (рис.5.4) показывает на их преимущественно локальное распределение с группированием в протяженные зоны. Большинство эпицентров располагаются в пределах Тихоокеанского кольца, прослеживающегося по периферии океана, через Алеутскую дугу на севере вплоть до 40-х широт Южной Америки в восточном полушарии и до Новой Зеландии - в западном. В районе Зондской дуги от этого кольца отходит протяженная ветвь в виде широтного пояса через третичные горные сооружения Азии и Европы. Остальные высокочастотные землетрясения локализованы в виде очень узкой полосы вдоль срединно-океанических хребтов и выходящих на континент в системе Великих рифтов Африки. Эти пояса землетрясений

Рис. 5.4. Карта распределения землетрясений (черные точки и рои точек) на фоне изохрон для океанического дна

Рис. 5.5. Изосейсты сильнейшего Калифорнийского землетрясения 1906 г.

Изолинии окантуривают области равной интенсивности сотрясений, оцененной в баллах шкалы ММ (модифицированная шкала Меркалли)

грубо очерчивают все жесткие литосферные плиты Земли. В зонах спрединга (раздвижения плит) землетрясения не глубоки, в зонах субдукции (поддвигания) - на внутреннем крае - мелкофокусные, в зоне Беньоффа - глубокие (до 600 и более км).

Каждый год происходит от 18000 до 22000 нормальных (мелко-фокусных) землетрясений с амплитудой более 2,5 (рис. 5.5).

В некоторых случаях наблюдалось отчетливое деформирование земной поверхности в зонах подобных землетрясений (рис. 5.6).

Общее количество жертв от землетрясений с 1900 по 1989 гг., по оценке Ал.А. Григорьева (1991), составляет примерно 1,2 млн человек. 82% из них приходится на 6 стран: Китай - 550 тыс., СССР - 135 тыс., Японию - 111 тыс., Италию - 97 тыс., Перу - 69 тыс., Иран - 67 тыс.

В настоящее время в сейсмогенных зонах Земли находится более 200 крупных городов, в которых проживает более 300 млн человек, да около 1,5 млрд. посещают их.

Рис.5.6. Деформация земной коры при Аляскинском землетрясении 1964 г.

Показана область афтершоков, последовавших за главным толчком (показан крупным кружком). 1 – эпицентр главного толчка, прерывистой линией показана граница зоны крупных афтершоков (М>>4,4); 2 – эпицентры крупных афтершоков (М>>6,0); 3 – область поднятия или вероятного поднятия (прерывистая штриховка); 4 – область опускания; 5 – ось поднятия, прерывистая линия – ось предполагаемого поднятия; 6 – ось опускания; 7 - вулканы; 8 – внешний край шельфа (изобата 200 м).

С 856 по 1977 гг. от землетрясений погибло около 3,5 млн жителей, что составляет около 3120 жертв в год. По статистике за 1950-1970 гг. ежегодное число погибших составляло 10 тыс. человек, а с 1970 по 1985 гг. - 20000 человек. Бывают "катастрофические годы": в 1976 г. погибло 700 тыс. человек.

По данным ЮНЕСКО, с 1926 по 1950 гг. потери составили 350 (с Ашхабадом 460) тыс. человек, а ущерб порядка 10 млрд. долл. За 20 лет, с 1947 по 1967 гг., погибли (без СССР) 56 тыс. человек. Исчезли с лица Земли ряд городов (Ашхабад, Агадир, Скопье, Бухарест, Манагуа, Джемона, Спитак, Кобдо, Нефтегорск) и сотни деревень.

Всего зафиксировано несколько тысяч разрушительных землетрясе-ний.

В среднем каждый год погибает около 14000 человек, а ущерб составляет около 7 млрд. долл.

Наиболее крупные землетрясения с большим количеством жертв приведены в табл. 5.4.

В Библии есть сведения о землетрясении древнееврейского г. Иерихона в 1100 г. до н.э., а также городов Содома и Гоморры.

Таблица 5.4