Текст книги "Катастрофы: неистовая Земля"
Автор книги: Тони Уолтхэм
сообщить о нарушении
Текущая страница: 2 (всего у книги 20 страниц)
Система разлома Сан-Андреас в Южной Калифорнии и приуроченные к ней крупные современные землетрясения.
Между тем тысячи людей заново отстраивают свои деревни после каждого землетрясения, так как эвакуировать население всей этой зоны невозможно. Люди либо забывают об опасности, либо смиряются с ней. Они продолжают жить на Анатолийском разломе, даже на том его участке между Эрзинджаном и Варто, где им постоянно угрожает возможность катастрофы.
Разлом Сан-Андреас, вероятно, самый известный в мире, потому что он весьма активен и проходит через такие крупные и богатые города, как Сан-Франциско и Лос-Анджелес. Линия разлома простирается с северо-запада на юго-восток почти вдоль побережья южной Калифорнии. Разлом Сан-Андреас – это крупный поперечный сдвиг, образованный дном Тихого океана вместе с узкой полоской берега, которые перемещаются к северу вдоль Американского континента со скоростью около 6,5 см в год. Разлом представляет собой не одну четко выраженную трещину, а зону нарушений со множеством ответвлений. Наиболее значительными являются материковые ответвления вблизи Сан-Франциско, проходящие через Окленд и Беркли, а также сложные разломы за Лос-Анджелесом, например разлом Гарлок, который простирается вдоль южного края массива Сьерра-Невада. Постоянные сдвиги по этим разломам служат причиной многочисленных калифорнийских землетрясений.
Сопутствующие явления: оползни, погружение земной коры и цунами
Для землетрясений характерно множество тревожных сопутствующих явлений, которые могут значительно усилить панику и увеличить число жертв. Вероятно, наиболее широко известным и излишне преувеличиваемым фактом является возникновение в земле трещин, которые согласно некоторым описаниям поглощали людей, животных, дома и даже целые деревни. В этих описаниях есть доля истины, хотя фактический масштаб опасности далеко не так велик.
Трещины в земле могут образовываться вдоль линии разломов, что фактически и вызывает землетрясение, но такие трещины встречаются не часто, протяженность их обычно ограничена, и они редко бывают зияющими. Открытые трещины, фигурирующие в рассказах о землетрясениях, вероятно, представляют собой вторичные явления, следствия сдвигов в неуплотненных поверхностных осадках. Они часто бывают связаны с погружением и оползанием пород, наблюдающимися в тех случаях, когда осадочные отложения утрачивают прочность вследствие колебательных движений. Во время землетрясения 1964 г. на Аляске появилось несколько крупных трещин; после землетрясения 1811 г. в долине Миссисипи было обнаружено множество длинных трещин шириной около 90 см и глубиной 3 м; во время землетрясения 1783 г. в Калабрии (Италия) образовалось огромное число трещин, причем некоторые из них достигали почти 70 м в глубину и сопровождались обширными и разрушительными оползнями; трещины также были основной причиной разрушений во время землетрясений в Порт-Ройале (Ямайка) в 1692 г. и в Пегу (Бирма) в 1930 г. Во всех этих случаях трещины развивались в мощных пластах неуплотненных поверхностных осадков. Это еще раз подчеркивает, что такие осадки не годятся для закладки фундамента зданий в сейсмоопасных районах.
Вертикальные подвижки суши, поднятия или опускания, по-видимому, обычны при землетрясениях, но они редко бывают достаточно сильными, чтобы их можно было обнаружить без проведения точной съемки. Исключением является погружение низменных участков, которое может сопровождаться мгновенным затоплением. Самым значительным побочным эффектом землетрясения 1811 г. в долине Миссисипи (Нью-Мадрид) стало обширное погружение и образование «затонувших земель». Было зарегистрировано вертикальное перемещение более чем на 6 м. Поскольку погрузившиеся участки располагались вдоль долин рек, они быстро заполнились водой и образовалась целая серия вытянутых озер. Длина нового озера Сент-Франсис составила 64 км; озеро Рилфут, хотя и было гораздо короче, достигло в ширину 6,5 км. В то время как одни участки погружались, другие поднимались или наклонялись, и поэтому в некоторых местах реки текли вспять. Как выяснилось, эти явления были вызваны крупномасштабным прогибанием земной коры, причем погружению способствовало и оседание аллювия в речных долинах под воздействием колебаний.
«Землетрясение страстной пятницы», происшедшее на Аляске 27 марта 1964 г., было одним из самых крупных, когда-либо известных человечеству: его магнитуда составила около 8,5. Случись это землетрясение в более густонаселенном районе, оно стало бы одним из крупнейших стихийных бедствий всех времен. Эпицентр главного землетрясения находился примерно на полпути между городами Анкоридж и Валдиз. Значительные разрушения охватили площадь более 65 000 км2. Смещения земной коры были отмечены на огромных расстояниях: у острова Кадьяк, расположенного почти в 800 км к юго-западу, участок дна Тихого океана внезапным толчком переместился под континентальный массив. Даже в таком малонаселенном районе, как Аляска, погибло 100 человек и понесенные убытки превысили 300 млн. долл. Вокруг эпицентра в заливе Принс-Вильям были перерезаны шоссейные и железные дороги, деревни либо разрушены, либо смыты гигантскими морскими волнами. Городам Анкоридж и Валдиз, расположенным на расстоянии около 130 км и построенным на прибрежных равнинах, сложенных неуплотненными осадочными породами, был причинен серьезный ущерб. В то же время шахты, железнодорожные туннели и нефтяные скважины, находившиеся относительно близко от эпицентра землетрясения, но заложенные в твердых породах, претерпели минимальные разрушения.
Тернегейн-Хайтс – одно из низких плато в районе Анкориджа, где велось жилишиое строительство. Плато имеет высоту около 20 м над уровнем моря и с северо-западной стороны ограничено поднимающимися над морем утесами. Геология его очень проста: горизонтально-слоистые флювиогляциальные галечники мощностью от 1,5 до 6 м подстилаются озерными глинами и алевритами толщи Бутлеггер-Коув-Клей, которые залегают гораздо ниже уровня моря. Когда произошло землетрясение, колебания не причинили особого ущерба домам и примерно в течение минуты почва крепко держала их. Но землетрясение 1964 г. было необычно тем, что продолжалось почти 4 мин. За это время вся толща гл;н и галечников пришла в движение и в направлении морских утесов
развился огромный оползень. На некоторых участках он отодвинул воду от берега на 800 м. Одновременно поверхность суши раскалывалась, проседала и разрывалась огромными трещинами. Десятки домов были разрушены, многие здания серьезно пострадали из-за возникших в земле трещин. Один очевидец рассказывал, что он, стоя на улице, видел, как его собственный дом быстро отодвинулся от него, а соседский дом сполз в образовавшуюся огромную трещину.
Грандиозный оползень на плато Тернегейн-Хайтс, как и другие оползни в городе, объясняются наличием в толще Бутлеггер-Коув-Клей так называемых «чувствительных» слоев. Ими являются глины, которые при постоянном содержании поровой воды, будучи разрыхленными, практически теряют свою связность. Если отдельные зерна глины разделяются водой, весь материал ведет себя, как жидкость. Продолжительной вибрации во время землетрясения 1964 г. было вполне достаточно, чтобы эти глины утратили сопротивление сдвигу и сыграли роль смазки, по которой соскользнули вышележащие алевриты и галечники.
Самым досадным в катастрофе на плато Тернегейн-Хайтс является то, что ее вполне можно было предсказать. До 1964 г. вокруг плато наблюдалось много мелких старых оползней; специалисты хорошо знают, что галечники, залегающие на глинах, часто оползают. Более того, известно, что Анкоридж находится в активном сейсмическом поясе, где даже мелкие землетрясения вызывают подвижки на неустойчивых склонах. «Чувствительность» глины легко определить при лабораторных экспериментах. В отчете Геологической службы США по району Анкоридж, опубликованном в 1959 г., отмечались и чрезвычайно низкая устойчивость толщи Бутлеггер-Коув-Клей, и вероятность того, что здесь в прошлом уже были землетрясения. Не верится, что планировщики города, инженеры и строители, отвечающие за сооружение пригородных жилых массивов на плато Тернегейн-Хайтс, ничего не знали об этом отчете или не обратили на него внимания. Возможно, нельзя было предвидеть драматические последствия этого оползня, но продолжать в такой ситуации строительные работы – дело непростительное.
Наиболее наглядное воздействие землетрясений на осадочные породы проявляется в уплотнении пористых, насыщенных влагой песков. Под действием колебаний происходит более компактная упаковка зерен песка, уменьшается пространство между отдельными зернами, и выжатая из пор вода устремляется вверх, увлекая за собой песчинки. В результате песок разжижается и становится зыбучим. Расположенный на берегу Японского моря город Ниигата построен на равнине, сложенной пористым, не очень плотным песком, который подвергся интенсивному разжижению во время землетрясения в июне 1964 г. Последствия были ужасными. Здания тихо погружались в жидкие осадки; один домовладелец «потерял» первый этаж дома: когда землетрясение прекратилось и почва вновь обрела устойчивость, крыша портика над входной дверью его дома оказалась на уровне земной поверхности. Автомашины, находившиеся на стоянке, погрузились в землю, а зарытая раньше цистерна с нечистотами всплыла на поверхность.
Ь Совершенно необычные повреждения были нанесены нескольким многоквартирным домам. Поскольку Ниигата, как и вся Япония, находится в сейсмическом поясе, дома были построены так, чтобы выдержать колебания при землетрясениях. И действительно, здания не обрушились, но потеряли равновесие на разжиженной почве и накренились или опрокинулись. Один многоквартирный дом улегся на бок, при этом в его железобетонной конструкции не появилось ни одной трещины. Движение к земле было медленным, потому что песок еще сохранял значительную вязкость, и женщина, оказавшаяся во время землетрясения на крыше дома, сумела благополучно соскользнуть вниз по наклонявшемуся зданию и сойти на землю.
Когда вода вырывается из разжижающегося песка, она может фонтанировать и выносить на поверхность струи грязи. Во время землетрясения 1906 г. в Сан-Франциско выбросы воды достигали высоты 6 м. После того как эти струи иссякли, на их месте образовались конические воронки, окруженные небольшими горками песка и грязи.
Еще одним побочным эффектом землетрясений являются сейши– волны, возникающие в результате движений дна озер или рек. Под их воздействием вода иногда переливается через берега озер и дамбы плотин. Но, насколько известно, серьезный ущерб эти явления наносят редко.
Частота колебаний некоторых сейсмических волн бывает такой, что они становятся слышны человеку; животные же могут воспринимать звук в значительно более широком диапазоне. В различных описаниях звуки, сопровождающие землетрясение, сравниваются с сильным ветром, шумом скорого поезда, отдаленными орудийными раскатами и даже взрывами. Все это, возможно, преувеличено, так как люди, переживающие землетрясение, обычно находятся в стрессовом состоянии, но вполне можно согласиться с тем, что землетрясение сопровождается звуками. Скорее можно сомневаться в том, что землетрясению сопутствуют вспышки света, о чем свидетельствуют рассказы некоторых очевидцев. Иногда этот яркий свет можно объяснить разрядами молний или короткими замыканиями электроприборов. Но не исключена возможность, что некоторые из этих вспышек связаны с малопонятным явлением накопления статического электричества при движениях земной поверхности.
Одним из наиболее разрушительных последствий землетрясения являются оползни. Колебания и сдвиги, обусловленные землетрясением, влекут за собой временное уменьшение критических углов, при которых склоны сохраняют свою устойчивость.
Наиболее катастрофические последствия наблюдаются на неуплотненных осадках. Во время землетрясения 1971 г. в Калифорнии развился оползень в Сан-Фернандо, двигавшийся при уклоне менее 2°, тогда как почти для всех типов осадков уклон в 10° обычно считается уже безопасным.
Огромные оползни вызвало землетрясение 1920 г. в провинции Ганьсу на севере Китая. Провинция Ганьсу расположена в бассейне реки Хуанхэ, где/ преобладающим ландшафтом является сильно изрезанное лёссовое плато, сложенное тонким, нанесенным ветром, несцементированным алевритом с очень низким коэффициентом внутреннего сцепления. При колебании земной поверхности развились сотни оползней. Один из них был таким крупным, что сместил дорогу более чем на 800 м. Потрясает число жертв этой катастрофы. Многие крестьяне жили здесь в пещерных домах, вырытых в склонах лёссовых холмов. Лёсс был идеальным материалом для такого строительства, поскольку его можно обрабатывать вручную обычными домашними инструментами и лёссовые потолки достаточно хорошо держатся над довольно большими комнатами. В результате землетрясения и последовавших за ним оползней пещерные жилища были мгновенно разрушены и захоронили всех, кто в них находился. Число погибших составило 100 000 человек.
Во время знаменитого землетрясения 1923 г. в Японии оползень краснозема запрудил горную речку над заливом Сагами; возник грязевой поток глубиной 15 м, который пронесся вниз по долине и увлек за собой в море дома, дорогу, железнодорожную станцию и поезд с 200 пассажирами. Спастись не удалось никому. Во время землетрясения 1783 г. в горах Калабрии (Италия) произошло оползание толщи глинистых отложений и почв с коренного массива гранитов. В результате этого стихийного бедствия погибло 30 000 человек.
Все упомянутые оползни, вызванные землетрясениями, развивались в неуплотненных осадках. Даже по этим примерам можно судить, какую опасность таят в себе осадочные породы в сейсмических поясах. Ни планирование, ни инженерные замыслы не могут предотвратить возможной катастрофы. Выходом могло бы стать только совершенно неосуществимое на практике мероприятие – эвакуация населения из всех районов сейсмических поясов, сложенных осадочными образованиями и имеющих уклоны рельефа.
Под воздействием сейсмических напряжений могут обрушиться и твердые породы. Землетрясение 1959 г. в Монгане (США) вызвало гигантский обвал у озера Хебген. Обломки выветрелого и трещиноватого материала погребли кемпинг и перегородили долину реки Мадисон, создав временное озеро.
Еще более грозными были оползни, вызванные землетрясением 1970 г. в Перу. Днем 31 мая 1970 г. лавина из снега и льда обрушилась на лагерь чехословацких альпинистов, расположенный на горе Невадос-Уаскаран, одной из самых высоких в Перуанских Андах, и унесла жизни 15 человек. Эта лавина была вызвана землетрясением, последствия которого в других районах Перу были гораздо более разрушительными. Эпицентр землетрясения находился на расстоянии 24 км от лагеря, под дном Тихого океана. Никаких признаков предстоящего землетрясения не наблюдалось. Оно разразилось внезапно, и магнитуда его составила 7,7. Значительный ущерб был нанесен ближайшему к эпицентру городу Чимботе, построенному на прибрежной равнине. Одни участки земной поверхности покрылись множеством трещин, другие погрузились ниже уровня грунтовых вод и поныне затоплены водой. Правда, многие современные бетонные здания сохранились, но почти все традиционные глинобитные дома были разрушены до основания. Человеческих жертв, к счастью, было немного: как только начались толчки, люди выбежали на улицы, погибло лишь несколько человек.
Но в 50 км вглубь материка, в густонаселенной долине Уай-лас, расположенной непосредственно к западу от наиболее высоких гор, число погибших достигло ужасающей цифры. Главный город этих мест Уарас находится в тесной долине; дома в нем были в основном двух– и трехэтажные и теснились по обе стороны узких улиц. Хотя землетрясение здесь было более слабым и продолжилось около 30 с, уже половины этого времени было достаточно, чтобы обрушилась большая часть каменных зданий. Не пощадила стихия и людей: только в одном Уарасе погибло 10 000 человек – половина населения города.
Вниз по долине Уайлас на крутых склонах молодых гор произошли десятки оползней. Обрушились склоны многочисленных аллювиальных и флювиогляциальных террас. Кроме того, землетрясение вызвало множество снежных лавин, которые в свою очередь повлекли за собой более крупные оползни и грязевые потоки. Два оползня блокировали реки и образовали опасные, неустойчивые озера, существовавшие до тех пор, пока не удалось прорыть траншеи в запрудах.
Наиболее сильной была лавина, сформировавшаяся на крутой горе Невадос-Уаскаран. Почти у самой вершины этой горы высотой 6558 м от снежного карниза оторвалась глыба длиной 800 м и обрушилась вниз по вертикальному западному склону. Пролетев около километра, она раздробилась, частично растаяла под действием теплоты трения, смешалась с миллионами тонн разрушенной породы и моренного обломочного материала и устремилась дальше вниз по склону. Огромная масса обломочного материала текла как грязевой поток и на следующих 13 км пути спустилась по вертикали на 3 км. Она двигалась со скоростью до 400 км/ч, настолько быстро, что местами скользила на воздушной подушке над кустами и другой растительностью, не задевая их. Мчась по боковой долине, лавина устремилась к главной долине Уайлас. В месте их слияния находилась деревня Ранраирка, она была полностью уничтожена. Скорость лавины была настолько велика, что каменные глыбы до 6 м в поперечнике, будучи подброшенными в воздух, падали уже в сотнях метров позади потока.
Один из языков лавины перевалил через гряду высотой около 150 м и устремился вниз на город Юнгай. Когда произошел первый толчок землетрясения, наполовину разрушивший Юнгай, жители города услышали и увидели, что высоко на горе Невадос-Уаскаран зарождается лавина. Они побежали, стараясь добраться до какой-либо возвышенности. Ближайшим к центру города высоким местом оказался холм, на котором находилось кладбище. Через 2 мин лавина достигла города. Она напоминала прибойную волну, передняя стена которой из грязи и обломков была выше почти всех зданий города. Люди продолжали бежать, но лишь 92 человека успели спастись на кладбищенском холме, большинство же погибло. Приводятся разные цифры погребенных лавиной в городе Юнгай – от 10 000 до 20 000 человек.
В Перу не наблюдалось никаких предвестников землетрясения 1970 г. Население этой страны знает, что подобное стихийное бедствие может повториться. Катастрофа 1970 г. послужила хорошим уроком, после которого были приняты некоторые предохранительные меры. Город Чимботе заново отстроен; хотя он и остался на том же месте, где стоял раньше, но при застройке избегали низких участков со слабыми грунтами. Уарас также отстроен, но его улицы стали более широкими; учитывалось, что большое число жертв в этом городе было вызвано главным образом очень густой застройкой. Деревню Ранраирка перенесли в другое место, где ей не угрожают лавины. После того как в 1962 г. эта деревня была наполовину разрушена лавиной, ее восстановили на прежнем месте. И лишь вторая ужасная катастрофа 1970 г. убедила население в том, что деревню здесь строить нельзя. Расположение города Юнгай, защищенного горной грядой от большинства лавинных оползней, за исключением самых крупных, признается безопасным, конечно, в той мере, насколько это возможно для любого сейсмического горного района.
В прибрежных районах к одним из самых страшных явлений, сопутствующих землетрясениям, относятся цунами. Цунами – японский термин, обозначающий необычайно крупную морскую волну, иногда ошибочно называемую «приливной». Происхождение цунами в большинстве случаев сейсмическое, хотя их причиной могут быть также подводные оползни или извержения вулканов. Сейсмические цунами обычно возникают там, где в подводных разломах происходят значительные вертикальные перемещения. Разломы такого типа широко распространены вдоль побережий Японии, Алеутских островов и Южной Америки. Статистика показывает, что на восточном побережье острова Хонсю в Японии каждые 10 лет следует ожидать цунами, которые принесут разрушения местного масштаба. Горизонтальные сбросовые движения, такие как сдвиг вдоль Калифорнийского побережья, не вызывают цунами, что позволяет считать этот район довольно безопасным.
В открытом океане цунами имеют незначительную амплитуду и очень большую длину волн. При этом волны следуют одна за другой через промежутки времени от 5 мин до 1 ч, перемещаясь со скоростью около 640 км/ч. Но поскольку скорость волн пропорциональна глубине, в прибрежных районах скорость уменьшается, а высота волн увеличивается; накатываясь на сушу, они могут вздыматься на 30 м над нормальным уровнем моря. Самые разрушительные из всех известных цунами обрушились на густонаселенное побережье Бенгальского залива на севере Индии в 1876 г. При этом погибло около 200 000 человек.
20 лет спустя самые сильные из когда-либо наблюдавшихся в Японии цунами отмечались в сейсмическом районе на побережье Санрюкю на севере Хонсю. Эпицентр землетрясения располагался в открытом море на расстоянии около 150 км от берега, и слабые толчки, ощущавшиеся на суше, особой тревоги не вызвали. Рыбаки, находившиеся в районе эпицентра, не заметили цунами из-за малой амплитуды волны над глубоководьем. Но когда они вернулись в порт, их глазам предстала картина страшных разрушений. Целые деревни сравнялись с землей; многие тысячи людей смыло волной, поскольку лето было в разгаре и все пляжи были переполнены. По средним подсчетам погибло более 27 000 человек. В марте 1933 г. на тот же самый район опять обрушилась волна цунами. На этот раз погибло 3000 человек. В обоих случаях максимальная высота волн, более 24 м, наблюдалась в верховьях узких морских заливов, где разбег волны ограничен. К несчастью, именно в этих местах было множество рыбацких деревушек.
Цунами обладают огромной разрушительной силой: дома на берегу могут быть просто раздавлены одним только весом воды. Разрушительный эффект возрастает, если с массой воды на берег выбрасываются различные обломки, лодки и т. п. При цунами может вздыматься и земная повехность из-за увеличения давления грунтовых вод. В 1835 г., когда на город Консепсьон в Чили обрушилась третья волна цунами, гребень ее поднимался всего на 9 м. Но отступление волны вызвало очень сильные разрушения, многие постройки были унесены в открытое море. Первого апреля 1946 г. цунами, возникшие у Алеутских островов, дошли до города Хило на Гавайях. После едва заметного поднятия уровня моря вода освободила приливно-отливную полосу. Многие люди вышли на только что рожденный «пляж». Но делать этого не следовало: вскоре показался гребень новой волны высотой 3,5 м, мчавшейся к берегу со скоростью более 30 км/ч. За этой волной море было почти спокойным. Но затем одна за другой на берег обрушились восемь волн. Высота их гребней в узких заливах превышала 15 м.
При цунами 1946 г. в Хило погибло 159 человек. Это заставило создать в Тихом океане систему оповещения о цунами (Pacific Tsunami Warning System – PTWS). Система PTWS представляет собой сеть коммуникаций, охватывающую все выходящие к Тихому океану страны; ее задача – заблаговременное предупреждение о приближении цунами. Конечно, эта система не успевает предупредить о цунами районы очень близкие к эпицентрам землетрясений. Но в ряде случаев она может оказать существенную помощь. Например, от Японии до Гавайских островов цунами доходят за 10 ч, и своевременное сообщение об их зарождении и направлении движения имеет важное значение.
Проблема заключается в том, чтобы установить, какой разрушительной силой будут обладать цунами по достижении определенного побережья, и решить, следует ли организовать массовую эвакуацию, рискуя объявить ложную тревогу, или надо просто подготовиться к встрече с небольшой волной. Самые сильные цунами наблюдаются в направлении движений морского дна. При менее сильных цунами степень разрушений зависит от формы береговой линии в данном районе.
Сразу после землетрясения 1964 г. на Аляске в город Кресент-Сити (северная Калифорния) было послано предупреждение о цунами. Многие жители успели покинуть побережье до прихода волн. Но после того как прошли две относительно небольшие волны, некоторые люди, успокоившись, вернулись. Они были унесены в море более крупными – третьей и четвертой – волнами. Иногда оповещение может привести к совершенно неожиданным результатам. Однажды телевизионные программы города Сан-Франциско предупредили о приближении цунами. Результат оказался обратным: тысячи людей устремились на берег моря в окрестностях Сан-Франциско, чтобы «посмотреть на волны». Спасло их только то, что волны на этот раз, к счастью, оказались небольшими.
Результаты недавних исследований цунами в Тихом океане показали, что те же самые силы, которые вызывают появление морских волн, приводят к возникновению атмосферных нарушений. Выяснилось также, что звуковые волны, которые можно обнаружить при помощи приборов, распространяются быстрее, чем цунами. Сейсмические воздушные волны в 1964 г. достигли Кресент-Сити на два с половиной часа раньше цунами. Надо надеяться, что эти воздушные волны можно будет использовать для предупреждения о цунами. Сигналами предупреждения, по-видимому, могли бы стать также нарушения в ионосфере и в поведении отраженных радиоволн.
Однако кроме заблаговременного оповещения о приближении волны еще мало что можно сделать, чтобы предотвратить разрушительные последствия цунами. После 1946 г., когда город Хило отстраивался заново, на некоторых участках береговой полосы здания не возводили. Было признано, что жить в деревнях, расположенных в верховьях некоторых узких морских заливов, опасно. Но вероятность появления цунами на доброй половине побережья Тихого океана не устраняется, и эту опасность следует воспринимать как неотъемлемую часть жизни местного населения.
