История аварий и катастроф

Приведенный список последствий землетрясений не полон, особенно в отношении отдаленных, часть из них нам еще неизвестна. Но и среди перечисленных некоторые не имеют пока достаточно определенных количественных характеристик и, соответственно, не могут быть оценены по степени опасности и объему причиняемого ущерба с необходимой полнотой и надежностью.

Лучше других известны геологические признаки, для которых в настоящее время можно привести количественные характеристики в соотношении с силой землетрясений. Представление о размерах очагов (в проекции на земную поверхность) для землетрясений различной силы дают табл. 2.3 и 2.4.

Размеры очагов землетрясений примерно определяют и ареалы разрушительных последствий. Эти ареалы могут охватывать площади в сотни и тысячи, а при самых сильных землетрясениях – в десятки тысяч квадратных километров.

Таблица 2.3

Размеры очагов землетрясений

Таблица 2.4

Зоны различной интенсивности сейсмических воздействий

Многочисленные и существенные нарушения ландшафтной среды (и, конечно, биосферы) не могут не повлечь за собой нарушений экологических условий на этих и прилегающих площадях. Наиболее значимые и легко выявляемые выражаются в уничтожении растительного покрова, местообитания животных (а подчас и их самих, равно как и людей), в нарушениях традиционных местообитаний и наземных миграционных путей, изменении водного режима, перераспределении водных запасов, ухудшении качества кормовых угодий и т. д.

Последствия сейсмического воздействия на здания и сооружения определяются, кроме интенсивности (балльности) землетрясения, типом здания, конструктивным решением и используемыми строительными материалами.

Анализ последствий землетрясений показывает, что здания различной конструкции получают следующие повреждения, если сейсмическое воздействие превышает расчетные (для зданий, запроектированных с учетом требований [9]) или здания не имели антисейсмических усилений.

В каркасных зданиях преимущественно разрушаются узлы каркаса. Особенно сильные повреждения получают основания стоек и узлы соединений ригелей со стойками, если размеры последних недостаточны и они не имеют усилений в виде вутов. Отсутствие вутов в ригелях приводит к разрушению узлов и к искажению формы здания, а иногда – его обрушению.

Разрушение стоек происходит в сечении у фундаментов, реже – у ригеля. Арматура выпучивается наружу, бетон по всему сечению дробится, а стойки укорачиваются.

В малоэтажных зданиях, если стены расположены вплотную снаружи стоек каркаса и опираются на фундаментные балки, в результате соударений в стенах появляются трещины, а иногда они полностью разрушаются.

В крупнопанельных и крупноблочных зданиях наиболее ответственными являются места стыковых соединений панелей и блоков между собой и с перекрытиями. Когда связи стыковых соединений недостаточны, отмечаются случаи взаимного смещения панелей, раскрытия вертикальных стыков, отклонения панелей и даже их обрушение. Крупноблочные здания выдержали сильные землетрясения в более чем 7 баллов в Петропавловске-Камчатском в 1959 и 1971 гг., получив повреждения в виде трещин.

В зданиях с несущими каменными стенами возникают косые и Х-образные трещины в простенках и глухих стенах, вертикальные трещины – в местах сопряжения продольных и поперечных стен (возможно выпадение стен наружу), трещины в местах заделки железобетонных перемычек; возможны сдвиг железобетонных перемычек, а также повреждение антисейсмического пояса.

В зданиях с несущими стенами из местных материалов (сырцовый кирпич, глиносаманные блоки и др.) разрушения носят катастрофический характер. Особо низкой устойчивостью обладают печи и дымовые трубы, разрушение которых часто вызывает пожары.

В деревянных зданиях (рубленых, сборно-щитовых, каркасно-заборных) повреждения стен при землетрясениях незначительны. Характерные повреждения в рубленых домах – щели в углах, в то время как каркасно-щитовые здания повреждаются более сильно. В каркасно-заборных домах из-за перекоса короткие бревна выходят из пазов и во многих домах наблюдается выпадение стен.

Наиболее существенные повреждения деревянных домов происходят при сдвиге по цоколю. Конструкции зданий можно расположить по убывающей сейсмостойкости в такой последовательности: каркасные, крупнопанельные, деревянные рубленые и сборно-щитовые, с несущими каменными стенами, со стенами из местных материалов.

Общее воздействие землетрясений различной балльности на поверхность земли и некоторые инженерные сооружения:

6 баллов. На сырых грунтах возможны видимые трещины шириной до 1 см, в горных районах отдельные случаи оползней. Возможны изменения дебита источников и уровня воды в колодцах;

7 баллов. В отдельных случаях оползни проезжей части дорог на крутых склонах и трещины на дорогах. Нарушения стыков трубопроводов. Возможны изменения дебита источников и уровня воды в колодцах. Иногда возникают новые или пропадают существующие источники воды. Отдельные случаи оползней на песчаных или гравелистых берегах рек;

8 баллов. Небольшие оползни на крутых откосах выемок и насыпей дорог, трещины в грунтах достигают нескольких сантиметров. Возможно возникновение новых водоемов. Во многих случаях изменяются дебит источников и уровень воды в колодцах. Иногда пересохшие колодцы наполняются водой или существующие иссякают;

9 баллов. Значительные повреждения берегов искусственных водоемов, разрывы частей подземных трубопроводов. В отдельных случаях искривление рельсов и повреждение проезжих частей дорог. На равнинах – наводнения; часто заметны наносы песка и ила. Трещины в грунтах достигают 10 см, а по склонам и берегам – свыше 10 см. Кроме того, большое количество тонких трещин в грунтах. Частые оползни грунтов, обвалы горных пород. На поверхности воды большие волны;

10 баллов. Опасные повреждения плотин и дамб. Серьезные повреждения мостов. Искривление железнодорожных рельсов. Разрывы или искривления подземных трубопроводов. Дорожные покрытия и асфальт образуют волнообразную поверхность. Трещины в грунте шириной несколько десятков сантиметров и в некоторых случаях до одного метра. Параллельно руслам водных потоков появляются широкие разрывы. Осыпание рыхлых пород с крутых склонов. Возможны большие оползни на берегах рек и крутых морских побережьях. В прибрежных районах перемещаются песчаные и илистые массы. Выплескивание воды в каналах, озерах, реках. Возникновение новых озер;

11 баллов. Серьезные повреждения мостов, плотин и железнодорожных путей. Шоссейные дороги приходят в негодность. Разрушение подземных трубопроводов. Значительные деформации почвы в виде широких трещин, разрывов и перемещений в вертикальном и горизонтальном направлениях. Многочисленные горные обвалы;

12 баллов. Изменение рельефа местности. Сильное повреждение или разрушение практически всех наземных и подземных сооружений. Радикальное изменение земной поверхности. Наблюдаются значительные трещины в грунтах с обширными вертикальными и горизонтальными перемещениями, горные обвалы и обвалы берегов рек на больших площадях. Возникают озера, а иногда водопады. Изменяются русла рек.

Реакция людей при землетрясениях, по имеющимся статистическим данным, такова: при землетрясении в 6 баллов многие люди, находящиеся в зданиях, пугаются и выбегают на улицу, некоторые теряют равновесие; при 7 баллах многие люди с трудом удерживаются на ногах; при 8 баллах – испуг и паника. Испытывают беспокойство даже водители транспортных средств; при 9 баллах наблюдается всеобщая паника.

Значительную роль играют предупреждения населения о возможных землетрясениях. Хотя надежность их прогнозирования в настоящее время невелика, однако известны примеры, когда прогноз имел реальное значение.

2.3. Наиболее сейсмические районы России

Первые сведения о сильных землетрясениях на территории России можно обнаружить в исторических документах XVII–XVIII вв. В качестве примеров отметим описание девятибалльного землетрясения (17 октября 1737 г.) в каталоге Камчатских землетрясений, а также каталог землетрясений на территории России, составленный в 1893 г. И. В. Мушкетовым и А. П. Орловым.

Территория Российской Федерации по сравнению с другими странами мира, расположенными в сейсмоактивных регионах, в целом характеризуется умеренной сейсмичностью. Наиболее сейсмоактивными являются регионы Северного Кавказа, юга Сибири и Дальнего Востока, где интенсивность сейсмических сотрясений достигает 8–9 и 9–10 баллов по 12-балльной макросейсмической шкале MSK– 64. Определенную угрозу представляют и 6–7-балльные зоны в густонаселенной европейской части страны.

В сейсмическом отношении территория России принадлежит Северной Евразии, сейсмичность которой обусловлена интенсивным геодинамическим взаимодействием нескольких крупных литосферных плит: Евроазиатской, Африканской, Аравийской, Индо-Австралийской, Китайской, Тихоокеанской, Северо-Американской и Охотоморской. Наиболее подвижны и, следовательно, активны границы плит, где формируются крупные сейсмогенерирующие орогенические пояса: Альпийско-Гималайский – на юго-западе; Трансазиатский – на юге; пояс Черского – на северо-востоке; и Тихоокеанский пояс – на востоке Северной Евразии. Каждый из поясов неоднороден по строению, прочностным свойствам, сейсмогеодинамике и состоит из своеобразно структурированных сейсмоактивных регионов.

В европейской части России высокой сейсмичностью характеризуется Северный Кавказ, в Сибири – Алтай, Саяны, Байкал и Забайкалье, на Дальнем Востоке – Курило-Камчатский регион и о. Сахалин. Менее активны в сейсмическом отношении Верхояно-Колымский регион, районы Приамурья, Приморья, Корякии и Чукотки, хотя и здесь возникают достаточно сильные землетрясения. Относительно невысокая сейсмичность наблюдается на равнинах Восточно-Европейской, Скифской, Западно-Сибирской и Восточно-Сибирской платформ. Наряду с местной сейсмичностью на территории России ощущаются также сильные землетрясения сопредельных зарубежных регионов (Восточные Карпаты, Крым, Кавказ, Центральная Азия и др.).

Характерная особенность всех сейсмоактивных регионов – примерно одинаковая их протяженность (около 3 000 км), обусловленная размерами древних и современных зон субдукции (погружение океанической литосферы в верхнюю мантию Земли), расположенных по периферии океанов, и их орогенических реликтов на континентах. Преобладающее число очагов землетрясений сосредоточено в верхней части земной коры на глубинах до 15–20 км. Самыми глубокими (до 650 км) очагами характеризуется Курило-Камчатская зона субдукции. Землетрясения с промежуточной глубиной залегания очагов (70–300 км) действуют в Восточных Карпатах (Румыния, зона Вранча, глубина до 150 км), в Центральной Азии (Афганистан, зона Гиндукуша, глубина до 300 км), а также под Большим Кавказом и в центральной части Каспийского моря (до 100 км и глубже). Наиболее сильные из них ощущаются на территории России. Каждому региону свойственны определенная периодичность возникновения землетрясений и миграция сейсмической активизации вдоль зон разломов. Размеры (протяженность) каждого из очагов обусловливают величину магнитуды М (по Рихтеру) землетрясений. Длина разрыва пород в очагах землетрясений с М = 7,0 и выше достигает десятков и сотен километров. Амплитуда смещений земной поверхности измеряется метрами.

Сейсмичность территории России удобно рассматривать по регионам, расположенным в трех основных секторах – в европейской части страны, Сибири и на Дальнем Востоке. В такой же последовательности представлена и степень изученности сейсмичности этих территорий, основанная не только на инструментальных, но и на исторических и геологических сведениях о землетрясениях. Более или менее сопоставимы и надежны результаты наблюдений, выполненные лишь с начала XIX в., что получило отражение и в приведенном ниже изложении.

Крупнейшие сейсмические катастрофы в начале прошлого века имели место в Монгольском Алтае. К их числу относятся Хангайские землетрясения 9 и 23 июля 1905 г. Первое из них, по определению американских сейсмологов Б. Гутенберга и Ч. Рихтера, имело магнитуду М = 8,4, а сейсмический эффект в эпицентральной области составил 10–12 баллов. Магнитуда и сейсмический эффект второго землетрясения, по их же оценкам, близки к предельным величинам магнитуд и сейсмического эффекта: М = 8,7 и 10–12 баллов. Оба землетрясения ощущались на огромной территории Российской Империи, на расстояниях до 2 000 км от эпицентра. В Иркутской, Томской, Енисейской губерниях и по всему Забайкалью интенсивность сотрясений достигала 6–7 баллов. Другими сильными землетрясениями на сопредельной с Россией территории Монголии были Монголо-Алтайское (1931 г., М = 8,0, 10 баллов), Гоби-Алтайское (1957 г., М = 8,2, 10–11 баллов) и Моготское (1967 г., М = 7,8, 10–11 баллов).

Сахалин представляет собой северное продолжение Сахалино-Японской островной дуги и трассирует границу Охотоморской и Евразиатской плит. До катастрофического Нефтегорского землетрясения (1995 г., М = 7.5, 9–10 баллов) сейсмичность острова представлялась умеренной и до создания в 1991–1997 гг. нового комплекта карт общего сейсмического районирования территории России (ОСР–97) здесь ожидались лишь землетрясения интенсивностью до 6–7 баллов.

Статистика чрезвычайных ситуаций за последние годы показывает, что в Российской Федерации доля землетрясений в ЧС составляет 8 %. Территория России, подверженная землетрясениям с интенсивностью более 7 баллов, составляет 20 %, около 6 % территории занимают особо опасные 8–9-балльные зоны (Камчатка, Сахалин, Северный Кавказ, Прибайкалье и Якутия). Более 20 млн россиян проживают в зонах возможных разрушительных землетрясений. Прибайкалье представляет собой один из активных сейсмических районов, особенно в южной части. Эпицентры тянутся здесь полосой вдоль тектонических депрессий, начинающихся на юго-западе впадиной оз. Хубсугул и далее проходящих по линии впадин Иркута и Тунки, оз. Байкал, р. Баргузин. Местные землетрясения достигают иногда большой силы (Кударинское в 1903 г., Моиндинское в 1949 г.).

В последние годы резко усилилась сейсмическая активность на Дальнем Востоке. В 1993 г. зарегистрировано 36 землетрясений, в основном в районах Камчатки и Сахалина. В районе Магадана и на Верхоянском хребте известны землетрясения 7-балльной силы. На Камчатке и в полосе Курильских островов тектонические землетрясения часты и сильны; одновременно отмечаются вулканические землетрясения, т. е. крупные волны на водной поверхности океана, которые при моретрясениях с большой скоростью устремляются на низменные берега суши и могут причинить большие бедствия (например, в 1923 г. близ Усть-Камчатска). Заметные колебания ощущаются в Приморье и особенно на Сахалине, где возможны 7-балльные землетрясения. Шикотанское землетрясение 4 октября 1994 г. сопровождалось волной цунами и многочисленными повторными толчками. В зоне землетрясения на островах Малой Курильской группы возникли обвалы и оползни грунта.

В равнинных областях Сибири и европейской части России землетрясения практически отсутствуют. Лишь изредка сюда доходят в ослабленной форме колебания, возникшие в результате сильных землетрясений южных районов, или же ощущаются слабые подземные толчки карстового происхождения (в северных районах европейской части России, на Урале и в Донбассе).

2.4. Примеры землетрясений

Наиболее известные катастрофические землетрясения [12, 13]: Лиссабонское – 1755 г., Верненское – 1887 г. (разрушившее г. Верный, ныне Алма-Аты), землетрясение в Греции – 1870–1873 гг., Калифорнийское – 1906 г., Чилийское – 1906 г., Мессианское – 1908 г., Ново-Зеландское – 1931 г., Ашхабадское – 1948 г.

Сильнейшие землетрясения второй половины ХХ в. представлены в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Сильнейшие землетрясения во второй половине ХХ в.

Окончание табл. 2.5

Для формирования полномасштабной картины негативных последствий землетрясений рассмотрим в более подробном описании отдельные из названных примеров и другие относящиеся к приближенному современному периоду.

Катастрофа в Лиссабоне 1 ноября 1755 г

Лиссабон 1 ноября 1755 г. отмечал один из традиционных католических праздников – День всех святых. Улицы города были украшены, соборы и церкви переполнены прихожанами. После богослужения верующие намеревались пройти по улицам португальской столицы.

Однако шествие не состоялось. В 9 ч 20 мин город содрогнулся, высокие шпили церквей «закачались, словно колосья на ветру». Не успела земля успокоиться, не прошло и несколько секунд, как последовал второй, еще более мощный толчок: колокольни рухнули на крыши храмов, стены домов разваливались, погребая под собой сотни и тысячи идущих по улицам людей. Те, кому удалось спастись из этого ада, устремлялись к берегам р. Тахо и портовым причалам, надеясь найти там спасение. Но после первого толчка воды реки отступили, обнажилась вся акватория порта и стоявшие у причалов корабли завалились набок на илистом дне. Вода тут же вернулась: высокие, как дом, бурлящие валы неистово обрушились на город, швыряя на берег тяжелогруженые трехмачтовые суда, как игрушечные кораблики. Вскоре волны докатились до центра города, затопили лабиринт узких улочек – они мгновенно превратились в стремительные потоки, поглотившие все, что встречалось им на пути (рис. 2.2).