Стихийные бедствия геологческого и метеологического характера

Какая толщина снежного покрова  приводит его к обруше­нию, зависит от свойств снега (таких, как плотность, сцепление, трение) и от угла наклона поверхности точно так же, как это показано для грунта, находящегося на бесконечном склоне (см. фиг. 4.8 и относящийся к ней текст). Глубина снежного покрова, при которой напряжения становятся больше прочности, обычно называется критической глубиной.

Однако на этом сходство между  оползнями снега и грунта кончается. Не бывает снежных лавин, которые  захватывали бы материал на большую  глубину (как в некоторых случаях  срывов рыхлых и скальных грунтов) и  двигались по поверхности скола, имеющей форму дуги или чего-либо в этом роде. Кроме того, физические процессы, воздействующие на механические свойства снега, полностью отличаются от тех, которые опреде­ляют сопротивление сдвигу в грунтах. Хотя грунт — это слож­ный материал, некоторые аспекты условий, влияющих на его прочность, изучены довольно хорошо, а химические процессы, в результате которых изменяется прочность того или иного слоя или участка в грунте, продолжаются в течение многих лет. Более быстрые изменения прочности связаны в общем случае с изменениями порового давления воды и водонасыщенностью материала. В отличие от этого физические условия, структура частиц льда, слагающих снежную массу, и характер связи между ними меняются непрерывно.

Давление, температура и  миграция водяного пара постоянно меняют свойства снежного покрова по всей его глубине. Напри­мер, новый снег, выпавший при очень низкой температуре, мо­жет быть вовсе лишен сцепления. Его сопротивление сдвигу эквивалентно сопротивлению сухого песка, которое обусловлено только трением. Поэтому он не может удерживаться на склоне, угол которого круче угла его внутреннего трения, поэтому во время снежных бурь на крутых склонах возникают осовы (т. е. соскальзывание верхнего слоя снега) и поверхностные срывы. Если склон положе угла внутреннего трения материала, то снег первое время остается на месте. Затем солнечное облучение, из­менение температуры и миграция водяного пара через толщу снега делают его свойства иными, увеличивают его плотность и сцепление, которые непрерывно меняются со временем и ока­зываются различными в зависимости от глубины снежного по­крова. В какой-то момент соответствующее сочетание этих свойств может привести к тому, что некоторый слой снега станет неустойчивым и начнется его скольжение.

В каждом данном районе возможность  возникновения лавин, их частота  и размеры в большой степени  определяются погодой и рельефом. Различные комбинации метеорологических  условий приводят к возникновению  разных видов лавин, которые могут  срываться и во время сильных  метелей, и сразу же после них, и спустя долгое время, или же происходят в результате условий, создавшихся  после нескольких снегопадов. Как  и в случае оползней, разнообразие возможных видов лавин породило це­лый ряд систем классификации.

5.1. Описания некоторых  лавин

Карпаты, территория Чехии. В  Карпатах были прове­дены специальные исследования причин возникновения лавин. Чаще всего они отмечаются там в хребтах Низкие Татры и Большая Фатра. Отрыв снежных масс происходит в этих горах, как правило, на высотах 1700—2000 м. Длина пути лавин ме­няется от менее 1 до 3 км и более.

Для анализа были выбраны  два периода: зима 1955/56 г. и зима 1961/62 г. В обоих случаях было много  нового снега. В марте 1956 г. была переменная пасмурная погода с дождем и снегом в низменных районах и значительными  снегопадами в горах. Затем такая  погода сменилась штормовыми ветрами, в результате чего произошли крупные  подвижки снежного покро­ва, а на подветренных склонах образовались карнизы, создав­шие благоприятную обстановку для образования  лавин. В Тат­рах и на Фатре произошло много крупных срывов снежного покрова, причинивших в ряде случаев значительный ущерб. Среди них была лавина, возникшая 8 марта 1956 г. на покры­тых альпийскими лугами склонах Татр у города Ждьяр и при­несшая смерть 16 рабочим лесничества.

Зимой 1961/62 г. состояние снега  не способствовало образо­ванию лавин вплоть до февраля 1962 г., а затем холодный сырой воздух вызвал такое быстрое увеличение снежного покрова, что силы сцепления между старым и новым снегом еле-еле уравно­вешивали на критических склонах силы растяжения. Эти неста­бильные условия привели к возникновению множества крупных лавин чуть ли не на всей территории Карпат.

6. Наводнения

Шторма являются одной  из главнейших проблем вызывающих наводнения. Вращение Земли отклоняет течение  нагретого воз­духа, поднимающегося над экватором и смещающегося к по­люсам. Когда более холодный воздух достигает широты 30°, то часть его уходит в северном полуша­рии на восток, образуя субтропическое струйное течение. Зна­чительная часть этого воздуха замедляется и опускается в райо­не «конских широт» ', замещая там поднимающийся экватори­альный воздух. Воздух, движущийся (в северном полушарии) на юг, поворачивает на запад и образует пассаты, а часть опу­скавшихся воздушных масс движется на север и затем отклоняется на восток, создавая ветры западной циркуляции, дую­щие в средних широтах.

Не весь воздух опускается у средних широт из верхних  слоев атмосферы; некоторая его  часть продолжает двигаться на север, охлаждаясь путем излучения тепла, и в конце концов опускает­ся в районе Северного полюса. Двигаясь на юг, этот полярный воздух попадает в зону преимущественной западной циркуля­ции и принимает вид огромных поверхностных вихрей, причем в местах столкновения потоков образуются ячеи высокого и низ­кого давления. В областях высокого давления холодный, тяже­лый воздух под действием вращения Земли постепенно вовле­кается в спиральное движение в направлении по часовой стрел­ке. Зарождаясь на севере, такие вихревые потоки устремляются на юг и, например над Северной Америкой, могут дойти зимой даже до Мексики. Обычно диаметр подобной спирали составляет несколько сотен километров, но некоторые из них могут захва­тывать всю территорию США к востоку от Скалистых гор. Меж­ду ячеями высокого давления располагаются ячеи низкого дав­ления, в которых вращение происходит (в северном полушарии) против часовой стрелки. С этими центрами низкого давления связаны атмосферные фронты, представляющие собой границы между теплыми и холодными воздушными массами; вдоль этих фронтов образуются тучи и выпадают осадки.

Эти главные черты погодного  механизма Земли хорошо изу­чены метеорологами, но правильное использование имеющихся данных для предсказания штормов, при которых выделяется много влаги, все еще больше относится к области искусства, чем к науке. Каждый год приносит новые сведения и более со­вершенные физические модели, космические снимки обширных областей земной поверхности на непрерывной основе стали важным подспорьем синоптиков. По серии таких снимков можно проследить ячеи высокого и низкого давления, нанести на карту движение фронтов и произвести оценку коли­чества осадков, продолжительности атмосферных явлений, ве­роятности возникновения штормов.

Атмосферный уровень, на котором  дождь сменяется снегом, зависит  от вида шторма и от географического  положения мест­ности. Уровень замерзания может подниматься до 3000 м и опускаться до 600 м. Особенно опасны в смысле возникновения наводнений теплые штормы, так как осадки в этом случае даже на больших высотах выпадают в виде дождя и сразу же сте­кают по склонам, а не остаются в виде снежного покрова. Если на горных склонах присутствует старый снежный покров, то под влиянием теплых проливных дождей он тает, и талые воды уси­ливают ливневый поток.

Мощные ливневые потоки обусловлены  также и состоянием грунтов на горных склонах. Если почвенный слой оказался водонасыщенным в результате недавно прошедших дождей, при новом шторме грунт впитывает мало воды и ее большая часть стекает со склонов. Доля дождевой воды, образующая непосред­ственный сток, меняется примерно от 15% при ливнях, начинаю­щихся сразу же после продолжительного сухого периода, до 60%, когда дождь падает на влажную землю.

Таким образом, для работ, направленных на борьбу с навод­нениями в любых районах мира, предсказание штормов имеет очень важное значение. Если бы такой прогноз делался с ука­занием ожидаемого количества осадков, можно было бы зара­нее освободить водохранилища, расположенные в верхних ча­стях речных долин, для задержания ливневых потоков, эвакуи­ровать население из тех районов, которым угрожает явная опасность, и подготовить соответствующее оборудование для борьбы с наводнением.

Причинами наводнений также  могут являться разливы рек, дожди, снег и снеготаяние.

6.1. Катастрофические наводнения

Ураган «Агнеса», США. Ураган «Агнеса» считается одним из величайших стихийных бедствий, когда-либо случавшихся на территории США. Отличительной особенностью этого урагана было то, что он за короткое время вызвал разрушительные бур­ные паводки на громадной площади: от Джорджии на север вплоть до штата Нью-Йорк.

«Агнеса», первый ураган с Атлантики в сезоне 1972 г., вна­чале ничем не отличался от обычного шторма. Образовавшись

15 июня в барометрической  депрессии над морем у побережья  Юкатана, шторм разросся и медленно  сместился к северу, обру­шивая огромное количество воды на западную Кубу и создавая мощные шквалы торнадо над Флоридой. Сила ветров «Агнесы» нигде не выходила за пределы минимальных значений, прису­щих ураганам, но площадь, захваченная штормовой циркуля­цией, была исключительно велика. Медленное развитие урагана обусловило перенос большого количества влаги из глубоких тропиков в полосу штормов, двигавшихся на север. Материаль­ный ущерб, причиненный ураганом и последовавшим за ним наводнением, составил более 3 млрд. долл.; погибло 118 человек.

Большие и малые реки поднялись  до рекордного уровня, что привело  к опустошительным результатам. Количество осадков, выпавших во время  урагана 18—25 июня, составило от 10 до 48 см в некоторых местах. Шторм  продолжался около восьми дней, в  отдельные моменты дождь достигал чрезвычайной силы. Столица страны — город Вашингтон меньше чем  за 18 часов был затоплен больше чем  на 28 см: согласно сделанным оцен­кам, на площади 93 тыс. км2 выпало 28 см осадков.

Хотя на всей затопленной  площади имелись многочисленные дамбы и противопаводковые сооружения, многие из них не смогли противостоять этой буре. В некоторых случаях вода за­держалась между дамбами, и в течение нескольких недель после наводнения потребовалось много сил, чтобы откачать ее или отвести обратно в русла рек.

Ликвидация последствий  катастрофы потребовала беспри­мерно больших усилий всех жителей этой области и получила поддержку на всех административных уровнях. Один из чинов­ников, принимавших участие в уборке, заметил: «После «Агне­сы» остался такой хаос разрушений и такая бюрократическая неразбериха, что за какое дело ни возьмись, приходится только отчаиваться».

7. Смерч

Смерч – одно из жестоких, разрушительных явлений природы. По мнению В.В. Кушина, смерч - это не ветер, а скрученный в тонкостенную трубу «хобот» дождя, который вращается вокруг оси со скоростью 300-500 км/ч. За счет центробежных сил внутри трубы создается разряжение, и давление падает до 0,3 атм. Если стенка «хобота» воронки рвется, наткнувшись на препятствие, то внутрь воронки врывается наружный воздух. Перепад давлений 0,5 атм. разгоняет вторичный воздушный поток до скоростей 330 м/с (1200 км/ч) и более, т.е. до сверхзвуковых скоростей. Смерчи образуются при неустойчивом состоянии атмосферы, когда воздух в верхних слоях очень холодный, а в нижних тёплый. Происходит интенсивный воздухообмен, сопровождаемый образованием вихря огромной силы.

Возникают такие вихри  в мощных грозовых облаках и часто  сопровождаются грозой, дождём, градом. Очевидно, нельзя сказать, что смерчи возникают в каждом грозовом облаке. Как правело, это происходит на гране фронтов – в переходной зоне между тёплой и холодной воздушными массами. Прогнозировать смерчи пока не удаётся, и поэтому их появление бывает неожиданным.

Смерч живёт недолго, так  как довольно скоро холодная и  тёплая воздушные массы перемешиваются, и таким образом поддерживающая его причина исчезает. Однако даже за непродолжительный период своей  жизни смерч может произвести огромные разрушения.

Физическая природа смерча очень разнообразна. С точки зрения физика-метеоролога - это скрученный дождь, неизвестная ранее форма  существования осадков. Для физика-механика - это необычная форма вихря, а  именно: двухслойный вихрь с воздушно-водяными стенками и резким различием скоростей  и плотностей обоих слоев. Для  физика-теплотехника смерч - это гигантская гравитационно-тепловая машина огромной мощности; в ней мощные воздушные  потоки создаются и поддерживаются за счет теплоты фазового перехода вода-лед, которая выделяется водой, захваченной смерчем из любого естественного  водоема, когда она попадает в  верхние слои тропосферы.

Смерч может всосать и  поднять ввысь большую порцию снега, песка и др. Как только скорость снежинок или песчинок достигает  критического значения, они будут  выброшены через стенку наружу и  могут образовать вокруг смерча своеобразный футляр или чехол. Характерной особенностью этого футляра-чехла является то, что расстояние от него до стенки смерча по всей высоте примерно одинаково: оно  определяется скоростью, которая у  всех частиц с одинаковой плотностью оказывается одинаковой. Важный частный  случай, когда плотность тела, попавшего  в смерч, близка к плотности стенки воронки. В этом случае равновесная  скорость для тела совпадает со скоростью  стенки. Если тело попадает на внутреннюю поверхность стенки, то на него действует  воздушный вихрь, вращающийся внутри воронки, скорость тела возрастает и  станет больше равновесной. Тело сместится  к внешней поверхности стенки. Здесь под действием трения о  внешний воздух тело затормозится, скорость станет меньше равновесной, и  тело вновь сместится к внутренней поверхности стенки. Поэтому тела с плотностью стенки оказываются  устойчивыми внутри стенок. Таким  образом внешний и внутренний поверхностные слои оказываются в совершенно необычных условиях, при которых на них непрерывно действуют силы, стремящиеся убрать их с поверхности и «заглубить» внутрь стенки, т.е. силы, которые по своим свойствам напоминают силы поверхностного натяжения. Эти силы придают стенкам смерча повышенную устойчивость к возмущениям, делают их однородными по плотности, гладкими, четко ограниченными.

            Над восточной частью Москвы 29 июня 1904 г. пронесся сильнейший  вихрь. Его путь лежал неподалеку  от трех московских обсерваторий: Университетской - в западной части города, Межевого института - в восточной и Сельскохозяйственной академии - в северо-западной, поэтому ценный материал зафиксировали самописцы этих обсерваторий. По карте погоды в 7 ч утра этого дня на востоке и западе Европы располагались области повышенного давления (более 765 мм рт.ст.). Между ними, преимущественно на юге Европейской части России, находился циклон с центром между Новозыбковым (Брянская обл.) и Киевом (751 мм рт.ст.). В 13 ч он углубился до 747 мм рт.ст. и сместился к Новозыбкову, а в 21 ч - к Смоленску (давление в центре упало до 746 мм рт.ст.). Таким образом циклон двигался с ЮЮВ на ССЗ. Около 17 ч, во время прохождения смерча через Москву, город находился на северо-восточном фланге циклона. В последующие дни циклон ушел в Финский залив, где вызвал бури на Балтике. Если остановиться только на этом синоптическом описании, то причина смерча явственно не проступает.