Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

• Название: Катастрофы: неистовая Земля
• Автор: Тони Уолтхэм
• Издательство: Недра
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

В популярной форме рассмотрена геология крупных катастроф: землетрясений, вулканических извержений, оползней, прорывов вод, провалов грунта и других опасных для людей явлений природы. Подробно описаны наиболее крупные катастрофы и их последствия. Автор раскрывает причины этих бедствий, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от катастроф или для уменьшения причиняемых ими разрушений.

---

В наши дни, когда механизм землетрясения изучен достаточно хорошо, было бы заманчиво поставить вопрос: возможно ли осуществлять контроль над этим природным явлением? К сожалению, предотвратить землетрясение человек не может. Но он может вызвать движение земной коры, прежде чем напряжение в породах достигнет критического уровня. Наиболее действенным из существующих приемов является проведение мощного взрыва. Подземный взрыв ядерного устройства в Неваде в 1968 г. вызвал толчок магнитудой 6,3, за которым последовал ряд землетрясений с магнитудой до 5,0.

Еще один искусственный способ усиления напряжений — это строительство крупных водохранилищ, которые не только создают дополнительную нагрузку на породы за счет веса воды, но и повышают давление грунтовых вод, что уменьшает сопротивление пород трению. После 1935 г., когда было заполнено водохранилище Мид в Аризоне, в этом ранее асейсмическом районе за 10 лет произошло 600 толчков магнитудой 5,0. Водохранилище Койна близ Бомбея было заполнено в 1967 г., после чего последовало множество землетрясений; во время одного из них, магни-туда которого достигала 6,5, были разрушены дома и имелись человеческие жертвы.

Многообещающий способ вызывания землетрясений был случайно открыт в Денвере (США). Здесь начиная с 1962 г. в скважину глубиной 3600 м, пробуренную в трещиноватых гранитах, стали нагнетать отработанные жидкости. За 80 лет до 1962 г. в этом районе было отмечено лишь три слабых сотрясения грунта, а с 1962 по 1968 г. здесь наблюдалось 610 мелких землетрясений. К счастью, Денвер — это район асейсмический. Причины сотрясений грунта были выявлены, и закачивание в породы отработанных жидкостей прекратили.

Удалось выявить очень четкую связь между количеством нагнетаемой жидкости и числом землетрясений: ежемесячно нагнеталось более 27 млн. л жидкости и происходило более 50 мелких землетрясений. В основном сотрясения возникали в зоне разлома, как раз под забоем скважины, причем толчки начались ровна через семь недель после начала закачки. Выявился достаточно точный метод контроля мелких подвижек, происходящих на глубине в насыщенных жидкостью породах, которые пребывают в напряженном состоянии. Закачка воды в пласты, которую обычно* применяют в нефтеносных районах с целью добыть больше нефти, чем может выделиться под собственным давлением пород, подтвердила полученные в Денвере результаты.

Таким образом, нагнетание воды может вызвать множество слабых сотрясений, которые компенсируют одно крупное. Высказывалось мнение, что замкнутые зоны разлома Сан-Андреас следует привести в движение подобным образом, прежде чем напряжения достигнут опасного уровня. Но кто осмелится искушать судьбу, играя с такой бомбой замедленного действия, как разлом Сан-Андреас?

Защита от землетрясений

Прогноз землетрясений недостаточно совершенен. Он позволяет лишь предположить, где следует ожидать крупное землетрясение, и с некоторой вероятностью определить срок, когда оно произойдет. В связи с этим крайне необходимы меры защиты от причиняемого землетрясениями ущерба, которые по существу сводятся к двум рекомендациям.

Во-первых, следует избегать явно опасных районов. Поскольку полная эвакуация из таких мест, как, например, города на Калифорнийском побережье, невозможна, требуется районировать их в достаточно крупном масштабе, чтобы свести риск к минимуму.

Во-вторых, необходимо обеспечить наивысшую надежность зданий в сейсмоопасных районах. Совершенно антисейсмических зданий не существует. Но достаточно стойкое к воздействию землетрясений здание спроектировать и построить вполне возможно.

Антисейсмические свойства зданий можно выявить, основываясь на опыте прошлых землетрясений. Едва ли не самыми неудачными постройками для сейсмического района являются глинобитные и деревянные дома с тяжелыми каменными крышами, столь широко распространенные в Азии и Южной Америке. Следует избегать значительных декоративных нагрузок в верхней части зданий, в том числе парапетов на верхних этажах. Во время недавнего землетрясения в Калифорнии было установлено, что двойные гаражи на первом этаже также значительно уменьшают прочность дома. Современные железобетонные здания обычно хорошо переносят землетрясения, но еще нет соответствующих инженерных расчетов для тех случаев, когда горизонтальное ускорение может оказаться соизмеримым с ускорением свободного падения, как это наблюдалось во время землетрясения в Калифорнии в 1971.

Возводя смелые современные сооружения из бетона в сейсмических районах, архитекторы, по-видимому, должны привносить в них долю здорового консерватизма и не забывать о материале, низкое качество которого может сыграть роковую роль при землетрясении. Во время землетрясения 1930 г. в Италии причиной разрушений явилось главным образом использование при строительстве тяжелой окатанной гальки, а при землетрясении в Скопье в 1963 г. множество обрушений было вызвано плохим скреплением бетона с непромытым заполнителем. Тот факт, что здания в Скопье «расплющились», свидетельствует также о слабых железобетонных перекрытиях, лежавших на неукрепленных кирпичных стенах. Плохой фундамент — залог возможных разрушений, будь то недостаточно плотно уложенная кладка или рыхлый грунт под зданиями, как в Ниигате в 1964 г.

Если же здание сооружено из доброкачественного железобетона, имеет стальной каркас, глубокий фундамент, легкую крышу и короткие дымовые трубы, оно всегда проявит антисейсмические свойства. Множеством примеров подтверждено, что если не принимать во внимание возможность возникновения пожаров, самыми безопасными при землетрясении являются деревянные постройки — бревенчатые избы и дома с деревянным каркасом. Японцы пришли к выводу, что рифленая сталь или рулонный пропитанный битумом картон представляют собой гораздо лучший кровельный материал, чем обычная черепица.

Отель «Империал», построенный в Токио как раз перед землетрясением 1923 г., был для того времени зданием, классическим но своей сейсмостойкой конструкции: здание имело глубокий фундамент, конусообразно сужалось вверх и завершалось крышей из легкой меди; в центре отеля был сооружен декоративный пруд, который спас его от пожара, возникшего после землетрясения.

Особенно много хлопот при землетрясениях приносят старые здания. Новые дома, как правило, сооружаются в соответствии с определенными стандартами, хотя это и повышает их стоимость. Снос старых построек и замена их новыми для обеспечения безопасности представляется слишком дорогостоящим делом и требует предварительной оценки размеров ущерба, который может нанести сильное землетрясение густонаселенному городу. Даже при высококвалифицированном проектировании трудно исключить возможность появления резонанса в высотных зданиях, и медленные сейсмические волны могут случайно совпасть по периоду с собственными колебаниями постройки.

В скоростной железнодорожный путь на Хоккайдо (Япония) вмонтированы сейсмографы, и поезд автоматически остановится, если сотрясения грунта превысят определенный уровень. Даже нечетко сформулированные прогнозы землетрясений можно использовать, например, для принятия решения о понижении уровня воды в водохранилищах и увеличить тем самым сейсмоустойчи-вость участка.

К сожалению, многие пренебрегают подобными прогнозами. Возможно, в управляемом обществе дело обстоит иначе. Но в Калифорнии, например, как показали недавние исследования, предупреждение о землетрясении приведет лишь к тому, что половина из тех немногих, кто обратит на него внимание, вообще ничего не предпримет, а большинство просто начнет молиться.

С учетом всего сказанного лучшей защитой от землетрясений надо считать районирование территории и выявление различных по степени сейсмоопасности зон. При этом первостепенное значение имеет изучение геологической специфики данной местности. Хотя при большинстве землетрясений наибольшие разрушения вызываются колебанием грунта, а не общим его смещением, важнейшим делом является обнаружение активных разломов, представляющих зоны очевидной опасности. Таким образом, первоочередная задача при районировании сейсмозон заключается в том, чтобы проследить все имеющиеся разломы. Эта задача осложняется тем, что разломы обычно образуют достаточно широкие, с ответвлениями полосы; кроме того, со временем могут возникнуть новые разломы, а старые, «устойчивые» нарушения могут сместиться.

Землетрясение 1971 г. в Сан-Фернандо возникло на разломе, который считали неактивным. Следовательно, при геологическом картировании необходимо регистрировать все разломы, независимо от их активности, а затем — при заселении территории — держаться от них подальше. В настоящее время в Калифорнии запрещается строить новые здания ближе 35 м от известных разломов, за исключением небольших домов на одну семью, которые могут быть построены на расстоянии 15 м от разлома. Если же положение разлома точно не определено, стараются вынести границы здания как можно дальше за предполагаемую зону разлома. Если все-таки необходимо осуществить строительство в зоне активного разлома, прибегают к различным конструктивным ухищрениям. Так, в акведуках, подающих воду в Лос-Анджелес, которые пересекают разлом Сан-Андреас, имеются подвижные соединения. Было отрадно узнать, что недавно отказались от планов возведения атомной электростанции на этом разломе (в районе Бодега-Хед), хотя для этого и потребовался значительный нажим со стороны специалистов по охране окружающей среды.