Прогнозирование гео-экологических катастроф

Прогнозирование — специальное научное исследование конкретных перспектив развития какого-либо явления, одна из форм конкретизации научного предвидения. Оно дает возможность заблаговременно принять меры по устранению нежелательных последствий.

Прогноз опасных геологических процессов и стихийных геологических бедствий включает четыре элемента: 1. Вид бедствия (геологического «события»). 2. Место. 3. Время. 4. Интенсивность. В настоящее время прогноз по первым двум пунктам трудностей не вызывает. Практически для любого места Земли известно, какое геологическое событие там может произойти. А проблема предсказания точного времени и интенсивности катастрофы до сих пор не решена, хотя и имеются удивительные по точности прогнозы и места и времени и интенсивности, например, землетрясений. Материальный ущерб от «тихих» геологических катастроф (просадки грунта, карстовые и оползневые процессы, «эрозия» почвы и другие) во много раз превышает последствия таких «громких» как землетрясения и извержения вулканов. В табл. 11.2. и 11.3. представлены геодинамические процессы в оболочках Земли и продолжительности некоторых геологических процессов.

Таблица 11.2. Схема геодинамических процессов в оболочках Земли (по D.J. Wyllie et all., 1993, с изменениями Н.Л. Добрецова и др., 2001)

Прогнозы обычно делятся на 5 временных циклов: оперативный, краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный, сверхдолгосрочный.

Таблица. 11.3. Сопоставление продолжительности некоторых геологических процессов и геологической деятельности человека. (по Дж. Уилсону, 1996.)

Методы прогноза. В основе большинства прогнозов лежат три основных метода: 1. Экспертных оценок. 2. Экстраполяция статистических тенденций. 3. Поиск зависимости между двумя или более статистическими переменными.

Статистический метод выясняет и находит среднее значение течения данного процесса (его цикл или цикличность) и по этим данным строит прогноз (усредненные ряды на будущее).

В настоящее время прогноз геологических событий, влияющих на экологические ситуации можно свести к определению:

1) климатических изменений,

2) тектонической (и вулканической) деятельности,

3) падение на Землю космического вещества,

4) изменение солнечной активности (СА).

5) результатов антропогенного давления на природу.

Прогноз геологических событий осложняется не стационарностью геологических процессов, что существенно затрудняет прогнозирование. Только некоторые из не слишком отдаленных от нас по времени процессов можно прогнозировать при условии, что в этот интервал времени общий характер процесса не будет сильно меняться.

Эндогенные геологические процессы обусловлены эндодинамическим преобразованием горных пород, происходящие главным образом внутри Земли, в зоне действия сейсмотектонических и термодинамических факторов и вызванные в основном внутренними силами Земли. Здесь прогнозируются такие события как: землетрясения, вулканические извержения, цунами, и т.д.

Экзогенные геологические процессы: обусловлены экзодинамическим преобразованием горных пород, происходящим на поверхности Земли и в приповерхностном слое — в зоне действия факторов выветривания, эрозии, склоновых и береговых деформаций, вызванные в большей части внешними по отношению к литосфере силами (солнечной энергией, атмосферными, гидросферными, гравитационными). Здесь прогнозируются такие события как: оползни, обвалы, карст,суффозия и т.д.

Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений осуществляется специализированными службами министерств, ведомств или специально уполномоченными организациями, которые функционально, по своему назначению, являются информационными подсистемами в составе единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

В основную задачу мониторинга и прогнозирования опасных геологических явлений входит своевременное выявление и прогнозирование развития опасных геологических процессов, влияющих на безопасное состояние геологической среды, в целях разработки и реализации мер по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, для обеспечения безопасности населения и объектов экономики страны.

Источниками природных чрезвычайных ситуаций и, соответственно, объектами мониторинга и прогнозирования опасных геологических явлений являются территории активного проявления эндогенных (землетрясение, вулканическое извержение) и экзогенных (оползень, обвал, карст, суффозия, просадка в лессовых грунтах, эрозия овражная, переработка берегов) геодинамических процессов. Перечень поражающих факторов опасных геологических процессов, характер их действия и проявления определяется соответствующим ГОСТ’ом.

При организации наблюдательных сетей мониторинга должен быть выполнен подготовительный этап работ по созданию специализированной картографической основы для контролируемой территории (в форматах ГИС) в масштабах, соответствующих уровню мониторинга, с целью оптимизации системы наблюдений и оценки вероятных потерь (геологического риска).

Объектами мониторинга являются территории распространения опасных геологических явлений, выделяемые по данным специализированных геологических исследований как учетные единицы таксономического ряда объектов наблюдений: регион, область, район, участок, временная зона.

Методы прогнозирования опасных геологических явлений, перечень исходных данных, правила оценки, алгоритмы прогноза и оценки достоверности, перечень выходных данных должны соответствовать требованиям ГОСТ’а.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Введение.

1. Дайте определение науки «Геология».

2. Перечислите ряд самостоятельных направлений в геологии, в том числе и прикладных.

3. Какое теоретическое направление в геологии является общенаучной и важнейшей задачей геологии?

4. Перечислите основные практические задачи геологии.

Гл. 1.

1. Кто впервые в своих трудах разделил весь минеральный мир на земли, камни и руды и по существу создал первую известную нам классификацию минеральных тел?

2. Кто впервые указал на возможность расчленения слоистых толщ по сохранившимся в них ископаемым органическим остаткам ("шкала осадочных образований Англии")?

3. В каком веке получают развитие теоретические исследования по изучению процессов метаморфизма; начинается экспериментальное физико-химическое изучение силикатных систем; появилась новая наука «геохимия»?

4. В каком веке появились первые представления о существовании особо подвижных поясов земной коры – геосинклиналей и платформ, а также явление радиоактивности?

5.Когда впервые были созданы тектонические карты; в качестве самостоятельной дисциплины выделились петрография осадочных пород (литология), сконцентрировавшая внимание на выяснении вопросов осадочного породообразования, установлении его стадий и климатических типов?

6.Что в науке первично – эмпирические факты или гипотезы?

Гл. 2.

1.Сколько на сегодняшний день открыто планет? Перечислите их.

2.Какой самый большой объект (по массе и размеру) в Солнечной системе?

3.Из каких 2 больших зон (сфер) состоит Солнце?

4.Что такое «солнечная активность»?

5.Какие объекты относятся к «скрытой массе Космоса»?

6.Что такое «инсоляция» и «альбедо»?

7.Назовите 3 оболочки (геосферы) Земли.

8.На чем основана «Теория катастроф»?

9.Что такое «астроблема»?

Гл. 3.

1- Перечислите внешние геосферы Земли.

2- Какие слои (сферы) включает в себя атмосфера Земли?

3- Какие два газа по объему являются основными в атмосфере Земли?

4- Природные воды чьих объектов включает в себя гидросфера Земли?

5- Какие две группы сейсмических волн вы знаете?

6- Назовите 2 типа объемных волн.

7- Назовите 3 основных слоя (зоны) недр Земли.

8- Что такое «астеносфера»?

9- Назовите два основных процесса, влияющих на геологические преобразования.

10- Что относится к эндогенным процессам?

11- Что относится к экзогенным процессам?

12- Какие два основных типа земной коры вы знаете?

13- Какой оксид или диоксид преобладает в континентальной и океанической коре Земли?

14- Как называется средние содержания химических элементов в земной коре, в горной породе, в минерале?

15- Какой химический элемент самый распространенный в земной коре?

16- Какие 3 самые распространенные химические элементы на Земле?

17- Определение «минералов».

18- Назовите 5 наиболее распространенных основных минеральных групп (среди которых – полевые шпаты).

19- На какие группы по своему физическому состоянию делятся все минералы?

20- Перечислите основные диагностические (отличительные) признаки минералов.

21- Что такое «цвет следа» или «цвет в порошке»?

22- На сколько групп по плотности делятся минералы в «Шкале плотности»?

23- Какую характеристику минерала определяет «Шкала Мооса»?

24- Какие свойства минерала относят к «особым»?

25- На какие 5 групп (типов, классов) по химическому составу делятся все минералы (классификация минералов)?

26- Что такое «самородные элементы»?

27- Назовите 2 класса (вида) сульфидов.

28- Назовите 5 видов галоидов.

29- Назовите 3 наиболее распространенных вида соединений оксидов и гидроксидов.

30- Соли каких4-х кислот образую группу кислородных солей?

31- Определение «горных пород».

32- Каких 2 видов по своему минеральному составу может быть горная порода?

33- На какие 3 группы по своему происхождению подразделяются горные породы?

34- По каким двум признакам классифицируют магматические горные породы?

35- На какие 4 класса по содержанию кремнезема подразделяются магматические породы?

36- При каких условиях формируются осадочные горные породы?

37- Продуктами какого разрушения являются обломочные породы?

38- Назовите 4 уровня седиментации.

39- От чего зависит цвет глины?

40- До каких глубин морей и океанов характерны отложения карбонатных пород?

41- Что такое «метаморфизм»?

42- К каким породам относятся роговики и скарны?

43- Назовите объекты, относящиеся к гидросфере, один из которых – Мировой океан.

44- На каком месте по запасам пресной воды находятся ледники?

45- Сколько процентов от общих запасов воды на Земле приходится на пресную воду?

46- Сколько процентов от общей поверхности занимает вода на Земле?

47- При какой температуре плотность воды максимальна?

48- Во сколько раз увеличивается объем воды при переходе в газ (пар)?

49- Где больше электропроводность: в чистой воде или в растворах?

50- При какой температуре замерзает морская вода?

51- Что является самым крупным пресноводным бассейном мира?

52- Перечислите 4 основные степени (группы) минерализации воды.

53- Перечислите 4 основные группы газов по происхождению, одна из которых радиоактивная.

54- Какие газы наиболее химически активны в природных водах?

55- Какова соленость открытого океана, Красного моря, Черного моря?

56- Чем отличается по химическому составу морская и речная вода?

Гл.4

1.Что является простейшей геологической структурой?

2.Как называются поверхности, отделяющие друг от друга различные пласты?

3.Что такое в разрывных нарушениях «сдвиг», «взброс», «сброс»?

4.Назовите 2 крупнейшие геологические структуры земной коры.

5.Что показывает «гипсографическая кривая»?

6.Перечислите геологические структуры континентов.

7.Какова средняя высота континентов над уровнем моря?

8.Какова в среднем мощность литосферы платформ?

9.Как называются области платформ, где складчатое основание относительно погружено и покрыто толщей (1—16 км) горизонтально залегающих или слабонарушенных осадочных пород?

10. Как называются горно-складчатые области, образующиеся при сравнительно слабом или косом сжатии, при котором формируются крупные сдвиги в сочетании с зонами локального растяжения?

11. Что такое «кольцевые структуры», как они образуются?

12. «Астроблема» - что это такое и как она образуется

Гл. 5

1.Как называется наука, изучающая последовательность формирования горных пород и периодизацию геологической истории, метод определения относительного возраста горных пород?

2. Что изучают палеонтологический и биостратиграфическийметоды?

3.Как называется метод, который устанавливает относительный возраст и последовательность залегания пластов осадочных горных пород?

4.Как называется шкала, графически изображающая последовательности напластования геологических образований в конкретном районе или в целом по земному шару?

5.Какие 3 вида стратиграфических шкал различают по масштабу?

6.На какие 5 эр история Земли подразделяется в стратиграфической шкале?

7.Как называется «шкала геологического времени»?

8.На чем основаны радиологические методы определения геологического возраста?

9.Какие методы имеют наибольшее распространение для датирования геологических объектов, один из которых уран–свинцовый, а второй …?

10. Менялась ли очень резко интенсивность космического излучения в последние 5-6 тысяч лет?

11. Перечислите области применения космогенных радионуклидов.

12. Каков период полураспада изотопа углерода ¹⁴С?

13. Приведите примеры использования радиоуглеродного метода ¹⁴С.

14. Каков период полураспада трития?

Гл.6

1.Какие процессы называются экзогенными?

2.Приведите примеры космических воздействий.

3.Какие виды выветривания вы знаете?

4.Какие факторы действуют при физическом выветривании?

5.Что такое эоловая деятельность?

6. Перечислите 4 видагеологической деятельности ветра.

7.Перечислите деятельность поверхностных текучих вод.

8.Что такое «эрозия» горных пород?

9. Какие 2 периода вы знаете в режиме рек?

10. Что называется «поймой»?

11. Что такое «денудация»?

12. Что такое «пролювий» и «аллювий»?

13. Дельта реки – это ее начало или конец?

14. Что такое «кора выветривания»?

15. Какие виды воды содержат горные породы?

16. Сколько процентов суши занимают ледники?

17. Какова высота покрова (толща) льда Антарктиды?

18. Какова скорость движения ледников?

19. Основные типы ледников.

20. Воздействие гравитационных процессов.

21. Солнечно-земные связи.

22. Чему в среднем равны приливы на Земле (на суше и в океане), создающиеся Луной?

23. Что такое астероиды, их виды и орбиты?

Гл.7

1. 3 основных вида эндогенных процессов.

2. Как называется процесс, в котором в определенных глубинных условиях, отличающихся от первоначальных условий образования, происходят необратимые изменения в структуре, минеральном и химическом составе горных пород?

3. Перечислите главные факторы метаморфизма.

4. На какие 2 группы по результату изменения пород можно разделить метаморфические процессы?

5. По объему пород, подвергшихся метаморфизму, сколько типов метаморфизма различают?

6. Какие виды магматизма вы знаете?

7. Назовите 2 типа вулканов.

8. Что такое геотектоника?

9. Что такое «гипоцентр», «очаг», «фокус» землетрясения?

10. Сколько делений (магнитуд) имеет шкала Рихтера?

Гл.8

1. Как называется этап скрытой жизни на Земле?

2. Как называется этап явной жизни на Земле?

3. Сколько миллионов лет тому назад на Земле появились первые организмы (по изотопным данным)?

4.Как называется первая (самая ранняя) эра развития Земли?

5.Существовала ли на Земле в архее атмосфера и биосфера?

6.Протерозой делится на 2 периода. Каких?

7.Когда на Земле появились первые многоклеточные?

8.Сколько млн.лет продолжается фанерозой?

9.Перечислите 3 эры фанерозоя.

10. К какому периоду относится появление высших растений, вышли многие представители животных?

11. В какой период появился человек?

12. Как называется последний антропогенный период и сколько он уже продолжается?

Гл.9

1.Определение полезного ископаемого.

2.Основные 3 свойства полезного ископаемого.

3.Классификация полезных ископаемых по целевому использованию (5 групп).

4.Как расположены на Земле месторождения полезных ископаемых?

5.Являются ли минерально-сырьевые ресурсы невозобновляемыми?

6.Являются подземные воды невозобновляемыми?

7.По каким запасам природных минерально-сырьевых ресурсов Россия занимает 1 место, 2 место, 3 место?

Гл.10

1.До появления организмов с хлорофилловой функцией еще в докембрии, основным механизмом выделения свободного кислорода была реакция фотодиссоциации водяных паров под действием ультрафиолетового излучения. Где в это время только могла развиваться жизнь?

2.Что (какой газ) в настоящее генерируют все зеленые растения планеты?

3.На какие 2 ветви разделяется СО2 атмосферы (куда отправляется)?

4.Какой основной по массе элемент современной атмосферы?

5.В.И. Вернадский сформулировал два основных принципа развития биосферы, характеризующих наиболее характерные черты биогенной миграции химических элементов. Назовите эти принципы.

6.Сколько куб.м. пород в процессе своей жизнедеятельности человечество перемещает механически в год (это и добыча полезных ископаемых, и строительные, и дорожные работы)?

7.Как называется стадия развития биосферы, которая начинается с момента появления человеческого разума, продолжается в наше время, и будет развиваться в будущем?

Гл. 11

1.Все многообразие обстановок экологического неблагополучия по первопричине своего возникновения могут быть разделены на две основные группы. Какие?

2. К какой группе относятся грозные явления природы: землетрясения, цунами, снежные лавины и селевые потоки, явления карста и суффозии, горные обвалы и развитие оврагов, наводнения и подтопления и т.п.?

3. К какой группе относятся многочисленные последствия технического воздействия на природу, начиная от механического перемещения грунтов до радиоактивного заражения атмосферы, гидросферы и литосферы искусственно полученными радионуклидами?

4. Для чего необходим мониторинг техногенного давления цивилизации на природу?

5. Что грозит любой системе, которая только потребляет вещество и энергию, но не выделяет их?

6. Что включает ноосферный подход Вернадского к способам ликвидации негативных экологических ситуаций? Перечислите основы подхода.

7. На какие временные циклы делятся прогнозы?

8. К определению каких геологических событий можно свести прогноз экологических ситуаций (катастроф)?

Литература

1. Астрономия: век 21, МГУ (ред.-сост. Судрин В.Г), Фрязино, Век 2, 2007.

2. Бондаренко С.,, Потапов Г.И., Афанасьев С.Л., Лукин В.Н., Геология, М., МГОУ, 2004.

3. Вернадский В.И., Очерки геохимии, М., Наука, 1983.

4. Войткевич Г.В., Геологическая хронология, М., 1984.

5. Добровольский В.В. Геология, М., ВЛАДОС, 2001.

6. Жарков В.Н. Внутреннее строение Земли и планет, 2-е изд., М., Наука, 1983.

7. Земная кара и верхняя мантия, М., Мир, 1972.

8. Короновский Н.В., Якушева А.Ф., Основы геологии, М., 1991.

9. Короновский Н.В., Ясаманов Н.А, Геология, М., Естественные науки, 2006.

10. Катастрофические воздействия космических тел, Под ред. Адушкина В.В., Немчинова И.В., М., РАН, ИКЦ «Академкнига», 2005.

11. Любушкина С.Г. Пашканг. Естествознание. Землеведение и краеведение. М.: Владос, 2002. 455 стр.

12. Милютин А.Г. Геология. М.: Высшая школа, 2004. 416 стр.

13. Общая геология, под редакцией А.К. Соколовского, М, КДУ, 2006.

14. Рапацкая Л.А. Общая геология. М.: Высшая школа, 2005. 448 стр.

15. Старостин В.И., Игнатов П.А. Геология полезных ископаемых. М.: Академический проект. 2004. 510 стр.

16. Судо М.М., Геология, М.,МНЭПУ, 2002.

17. Судо М.М., Геология (конспект лекций), М., РУДН, 2006.

18. Тарасов Б.Г., Пирогов И.А. Инженерная геология. Вопросы общей геологии. С-Пб., Изд-во СПбГТУ, 2001. 100стр.

19. Уилсон Дж. Геология и человек. М.: Недра, 2006. 188 стр.

20. Ульямс Л., Науки о земле, М., Эксмо, 2009.

21. Хуторской М.Д., Введение в геотермию, М., РУДН, 1996.

22. Хуторской М.Д., Зволинский В.П., Рассказов А.А. Мониторинг и прогнозирование геофизических процессов и природных катастроф: Учеб. пособие. – М., РУДН, 1999.

23. Хаин В.Е., Михайлов А.Е., Общая геотектоника, М., 1985.

24. Хаин В.Е., Ломизе М.Г., Геотектоника с основами геодинамики, М., МГУ, 1995.

25. Энциклопедия для детей. Геология, М., Аванта+, 1997.