Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Землетрясение является природным явлением, которое обладает огромной разрушительной силой. Оно приносит большое бедствие в те районы земного шара, где происходит. Предупреждение землетрясений является первоочередной за-дачей для минимизации разрушений различных объектов с целью спасения человеческих жизней. В настоящей статье рассмотрены возможные причины появления и характер распространения землетрясений техногенного типа, которые провоцируются деятельностью человека. Проанализировано влияние данного вида колебаний на здания, сооружения и инженерные коммуникации. Было выяснено, что такое действие как заполнение водой водохранилища после постройки плотины вызывает большое количество мини-землетрясений. Это бывает очень опасным особенно в районах с высоким уровнем сейсмики. Кроме того, любое большое воздействие различных колебаний на земную кору может спровоцировать различные повреждения, характер которых в некоторых случаях предугадать не представляется возможным.
землетрясение, здания, сооружения, инженерные коммуникации, литосфера, сейсмологические станции, строительство.
Под землетрясением подразумевают толчки и колебания земной поверхности, которые вызываются разрывами и смещениями в литосфере. Место смещения является очагом землетрясения, который может находиться на глубине нескольких десятков километров от поверхности земли. Сейсмические волны, распространяющиеся от него во все стороны, вызывают землетрясение. Они достигают наибольшей силы непосредственно над очагом, называемым эпицентром землетрясения (рис. 1).
Рис. 1. Последствие землетрясения
Учеными ежегодно с помощью сейсмологических станций фиксируется более млн землетрясений, некоторая часть из них не ощущается людьми. По статистике среди такого большого количества толчков именно разрушительных явлений фиксируется в пределах 15–20 (рис. 2).
Рис. 2. Эпицентры землетрясений
Среди всех возможных видов землетрясений интерес вызывают техногенные, которые образуются по причине влияния различной деятельности человека на природную среду, что вызывает образование толчков и колебаний земной поверхности. Именно в XX в. окружающая среда в большой степени ощутила влияние человеческого воздействия на себя. Кроме того, стоит сказать, что такой вид воздействий не может быть всегда объективно спрогнозирован, что доказывается многочисленными случаями, представленными в настоящей статье.
Техногенные землетрясения являются самым молодым видом колебаний земной поверхности, который в данном случае еще не до конца изучен, так же как и сами причины землетрясений. Сегодня достаточно проблематично даже с помощью современного оборудования, фиксирующего даже небольшие толчки, достаточно точно угадать место эпицентра землетрясения, а также его дату наступления. Это касается техногенных землетрясений, причины возникновения которых могут быть очень различными.
Причиной техногенных (антропогенных) землетрясений является различная деятельность человека, которая может спровоцировать образование толчков и колебаний земной поверхности. Как правило, точно предсказать место и район землетрясения невозможно, т.к. влияние человека разнопланово и может, как увеличиваться, так и уменьшаться в различных географических широтах [1]. Поэтому предлагается разобрать основные причины, которые могут спровоцировать данный вид землетрясений.
К самым распространенным причинам образования техногенных землетрясений относят строительство и заполнение водой водохранилищ (рис. 3). Производство строительных работ при возведении плотины, а затем накопление водных масс при формировании водохранилища приводит к изменению давления в породах. Также происходит снижение сил трения на контактах земных блоков. Стоит отметить, что вероятность проявления сейсмичности возрастает с увеличением высоты плотины. Например, при строительстве плотин высотой более 90 метров сейсмичность вызывают около 10% из них, а для плотин высотой более 140 метров – уже 21%. Особенно опасным является строительство плотин в зонах высокой сейсмичности. При заполнении водохранилища Мид (США) после возведения плотины Гувера документально было зафиксировано несколько небольших землетрясений.
Рис. 3. Плотина на водохранилище
Сейсмологическими станциями было зафиксировано увеличение активности слабых землетрясений в момент заполнения следующих водохранилищ: Нурекской и Токтогульской. Такие же похожие процессы происходили уже и в других местах земного шара, что, таким образом, напрямую подтверждает именно эту теорию. Также стоит упомянуть Индию, где 11 декабря 1967 г. в районе плотины Койна возникло землетрясение с магнитудой 6,4. Погибло 177 чел. Было доказано, что оно было вызвано именно заполнением водохранилища. Городу Койна-Нагар, расположенному вблизи, был причинен большой ущерб.
Также возможно образование землетрясений при добыче подземных ископаемых, бурении и строительстве на шельфе, особенно в сейсмически опасных районах. Кроме появления толчков и разрушений происходит разрыв трубопроводов нефтегазового комплекса, что может привести к мощному загрязнению окружающей среды.
В большинстве случаев происходит разрыв магистральных трубопроводов в основном малого диаметра (до 300 мм) в месте сварного шва. Также наблюдаются повреждения различного характера: переломы, трещины, выпирание раструбных стыков и т.д. Была выяснена следующая закономерность: чем жестче стык, тем больше повреждений. Это происходит уже при магнитуде 6 баллов и более [2].
С увеличением глубины заложения сейсмостойкость подземных трубопроводов растет. С ростом давления в водопроводной сети увеличивается количество разрушений их стыков.
Больше всего разрушаются подземные сооружения, уложенные в рыхлых грунтах, о чем свидетельствуют многочисленные землетрясения по всему земному шару.
Многочисленные анализы повреждений подземных трубопроводов подтверждают, что стальные трубы являются наиболее сейсмостойкими.
При землетрясении повреждения и разрушения подземных трубопроводов происходят в большинстве случаев в местах присоединения к инженерным сооружениям. Например, на ответвлениях, а также поворотах.
Что касается колодцев подземных трубопроводов, то было выяснено, что при 8-балльном землетрясении они могут получить незначительные повреждения, что не будет влиять на их эксплуатационные свойства [3-6].
Среди других возможных причин землетрясений техногенного характера можно перечислить большие взрывы, в том числе и ядерные при испытаниях бомб.
В конце 30-х годов прошлого века для нужд германской армии было разработано фирмой «Крупп» сверхтяжелое железнодорожное артиллерийское орудие, которое предназначалось для разрушения хорошо защищенных французских пограничных укреплений линии Мажино. Первое оружие получило название «Дора» в честь жены главного конструктора (рис. 4). Позднее были построены еще две похожие крупнокалиберные пушки.
Рис. 4. Сверхтяжелое дальнобойное орудие «Дора»
Орудие имело калибр 810 мм (в 1,8 раза больше, чем на морских военных кораблях). Вес снаряда составлял 4,8 тонн для фугасного и 7 тонн для бетонобойного. Дальность стрельбы составляла до 60 км. Из-за сложности в изготовлении орудия в помощь были приглашены специалисты по морской дальнобойной артиллерии.
Так как пушка имела колоссальный вес 1 350 000 кг, она размещалась на специальной платформе и передвигалась только по построенной для нее железной дороге. Длина ствола составляла 32 м, а высота с учетом платформы равнялась 4-х этажному дому.
Немцы использовали данное орудие всего два раза: при штурме г. Севастополь (1942 г.) и при подавлении Варшавского восстания (1944 г.). Данную пушку возможно было применять только при осаждении городов и населенных пунктов, обстреливая объекты с дальнего расстояния (рис. 5). В реальном бою она была бесполезна, т.к. из-за сложности устройства и отсутствия автоматизации ее скорострельность составляла всего лишь один снаряд за 30–40 мин. Также орудие было плохо защищено от налетов авиации. Артиллеристам было довольно сложно производить наводку и корректировку стрельбы пушки из-за большого расстояния до цели. Поэтому они наводили оружие не на конкретный объект, а на предполагаемое окружающее пространство рядом с его дислокацией. Это снижало точность попадания в цель. Также на заряжании орудия и других вспомогательных работах было задействовано около 2700 чел.
Рис. 5. Орудие «Дора» производит выстрел по противнику
Во время осады г. Севастополь при стрельбе 7 тонными снарядами были зафиксированы следующие явления: сильное сотрясение земли рядом с орудием; поднятие пыли с поверхности; сотрясение посуды и приборов на столах в зданиях; выбивание всех стекол в окнах домов, находящихся на расстоянии 3 км от орудия; появление тонких трещин в штукатурке и т.д. Таким образом, с учетом вышеперечисленных признаков имело место землетрясение техногенного масштаба (рис. 6). Его интенсивность по описанию примерно составляла 6 баллов (сильное).
Рис. 6. Сравнение размеров снаряда оружия «Дора» и человека
Интересно, что немного позднее в этом же году произошло землетрясение в районе города Никсар (Турция), находящегося на расстоянии 500 км от Севастополя. Сила толчков составила 7,3 баллов. Погибло более 1100 чел. В области Эрбаа-Никсар было разрушено и повреждено более 5000 зданий. Горизонтальное смещение пластов на 1,7 м произошло в долине рек Келкит и Ешилирмак. Некоторые ученые предполагают, что сейсмические волны от сотрясения земли при стрельбе из большого орудия по г. Севастополь могли докатиться до данной местности в Турции и спровоцировать еще более разрушительное землетрясение.
Доказано, что испытание ядерного оружия, особенно подземного, способно спровоцировать землетрясение. Совсем недавно Северной Кореей был осуществлен первый ядерный подземный взрыв на полигоне в северо-восточной части страны. Эпицентр взрыва находился на расстоянии 130 километрах от границы с Россией. Его мощность составила от 5 до 15 килотонн. Сейсмологи зарегистрировали подземный толчок магнитудой примерно 4,2 балла. Из-за этого небольшие землетрясения были зарегистрированы в Японии, США, России, Австралии. Толчки и сотрясение отмечались многими людьми (рис. 7). Происходило колебание окон и дверей, покачивались висячие предметы (люстры и т.д.), скрипели полы и дребезжали окна.
Рис. 7. Эпицентр взрыва атомной бомбы в 2006 г. (Северная Корея)
Можно встретить большое количество заметок по поводу строительства тектонического оружия, при помощи которого возможно искусственно создавать землетрясения или извержения вулканов на определенной территории путем воздействия на естественные геологические процессы.
В годы Второй мировой войны США и Новая Зеландия вели разработку сверхмощного оружия, действующего по принципу искусственно вызванного цунами (проект «Seal»). Под руководством ученого из Новой Зеландии Томаса Лича была проведена серия экспериментов с подводными взрывами, имеющими целью изучение процесса волнообразования. «Цунами» – бомба, согласно расчетам экспериментаторов, должна была состоять из 2 млн отдельных зарядов взрывчатки. Соединенные кабелем заряды должны были быть установлены на морском дне в линию на расстоянии порядка 8–10 км от берега и взорваны одновременно. По мнению авторов, это позволит создать толчки и колебания земной поверхности, что вызовет разрушительное цунами, которое смоет все на берегу.
Однако в реальных военных операциях это было бы очень сложно организовать, т.к. необходимо иметь полное преобладание на море, что требует большого количества времени и ресурсов. К тому же такое оружие может поражать только береговые цели, что при сегодняшних методах ведения войны является крайне неэффективным.
Данная программа была строго засекречена вплоть до конца XX в. Позже сотрудники университета Вайкайто (Новая Зеландия) изучили документы старых лет и пришли к мнению, что такое оружие вполне возможно и работоспособно, однако из-за вышеперечисленных трудностей оно не было ни разу использовано (рис. 8).
Рис. 8. Последствия от цунами, вызванного землетрясением
Еще к одной причине появления землетрясений техногенного характера относят также различные концерты рок-групп, на которые собирается большое количество народу, а также обширные спортивные соревнования.
На концерте американской рок-группы Foo Fighters (США) в г. Окленд (Новая Зеландия) несколькими сейсмологическими станциями были зафиксированы толчки и колебания земной поверхности, которые хорошо чувствовались не только приборами, людьми, но и животными, что вызывало их беспокойство. Это происходило, потому что более 50 тыс. поклонников прыгали, танцевали под песни своих кумиров на стадионе, сотрясая землю. Также от громкого звука, исходящего от колонок, которые были установлены на поле, содрогалась земля. Приблизительно интенсивность землетрясения составила порядка 2–3 баллов (слабое).
В заключении хочется сказать, что землетрясение – это сложный и трудно прогнозируемый процесс, который может приводить к большим повреждениям и человеческим жизням. Однако техногенные (антропогенные) землетрясения можно предугадывать и предотвращать с учетом правильного подхода к проблеме. Поэтому в обязательном порядке должен осуществляться мониторинг окружающей среды, а также прогноз неблагоприятных ситуаций.
1. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений [Текст] / Г.А. Соболев. - М.: Наука, 1993. - 312 с.
2. Рашидов Т.Р., Хожметов Г.Х. Сейсмостойкость подземных трубопрово-дов. [Текст] / Т.Р. Рашидов, Г.Х. Хожметов. - Ташкент: изд-во “Фан” УзССР, 1985. - 152 с.
3. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение [Текст]. Г.И. Николадзе, М.А. Сомов. - М.: Стройиздат, 1995. - 688 с.
4. Мкртычев О.В., Юрьев Р.В. Расчет конструкций на сейсмические воз-действия с использованием синтезированных акселерограмм [Текст] / О.В. Мкртычев, Р.В. Юрьев // Промышленное и гражданское строительство. - 2010. - № 6. - С. 52-54.
5. Мкртычев О.В., Решетов А.А. Методика определения исходных харак-теристик наиболее неблагоприятных акселерограмм для линейных систем с ко-нечным числом степеней свободы [Текст] / О.В. Мкртычев, А.А. Решетов // Вест-ник МГСУ. - 2015. - № 8. - С. 80-91.
6. Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. Параметры спектров реакции [Текст] / Ф.Ф. Аптикаев, О.О. Эртелева // Сейсмостойкое строительство. Безопасность со-оружений. - 2008. - № 5. - С. 23-25.
7. Соболев Г.А. Основы прогноза землетрясений [Текст] / Г.А. Соболев. - М.: Наука, 1993. - 312 с.
8. Рашидов Т.Р., Хожметов Г.Х. Сейсмостойкость подземных трубопроводов. [Текст] / Т.Р. Рашидов, Г.Х. Хожметов. - Ташкент: изд-во “Фан” УзССР, 1985. - 152 с.
9. Николадзе Г.И., Сомов М.А. Водоснабжение [Текст]. Г.И. Николадзе, М.А. Сомов. - М.: Стройиздат, 1995. - 688 с.
10. Мкртычев О.В., Юрьев Р.В. Расчет конструкций на сейсмические воз-действия с использованием синтезированных акселерограмм [Текст] / О.В. Мкртычев, Р.В. Юрьев // Промышленное и гражданское строительство. - 2010. - № 6. - С. 52-54.
11. Мкртычев О.В., Решетов А.А. Методика определения исходных характеристик наиболее неблагоприятных акселерограмм для линейных систем с конечным числом степеней свободы [Текст] / О.В. Мкртычев, А.А. Решетов // Вестник МГСУ. - 2015. - № 8. - С. 80-91.
12. Аптикаев Ф.Ф., Эртелева О.О. Параметры спектров реакции [Текст] / Ф.Ф. Аптикаев, О.О. Эртелева // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. - 2008. - № 5. - С. 23-25.
