природных опасностей

Синергетические эффекты, модели и сценарии развития

Практически любая природная катастрофа, сопровождающаяся разрушением объектов хозяйства, гибелью и ранением людей, является в настоящее время результатом наложения и синергетического усиления в одной области пространства нескольких часто независимых друг от друга факторов-условий и факторов-процессов природного, техногенного и социального генезиса, совместно приводящих к более тяжким последствиям, чем при их раздельном проявлении.

Например, социальные и экономические потери от большинства катастрофи­ческих землетрясений XX и XXI веков могли быть существенно меньше, если бы одновременно не реализовались два обстоятельства. Во-первых, эпицентральные зоны этих землетрясений не были бы во многом стихийно застроены без соответ­ствующего инженерно-геологического и сейсмологического обоснования. Во-вто­рых, в этих зонах не произошел бы техногенный подъем уровня подземных вод до критических (3—5 м от поверхности) отметок в результате утечек из водонесущих коммуникаций, который усилил на 1—2 балла сейсмические сотрясения, а также привел вместе с ними к уменьшению прочности грунтов, их разжижению и выплыванию, образованию оползней, обвалов, селей, провалов земной поверхности и других опасных техноприродных процессов (рис. 2.2).

Между техногенным подтоплением территорий и сейсмическими сотрясениями существует не только прямая, но и обратная положительная связь. Она проявляется в усилении разрушительных сейсмических эффектов на трассах водонесущих ком­муникаций, приводящих, в свою очередь, к увеличению утечек воды и интенси­фикации процесса подтопления территорий и объектов хозяйства. Подобные синергетические эффекты взаимоусиления характерны для сейсмических сотрясений и обусловленных ими крупных оползней и обвалов, сход которых, в свою очередь, вызывает новые сотрясения, а также генерирование волн типа цунами. Тесная синергетическая связь существует между сейсмогравитационными деформациями массивов пород и разрушением берегов морей и водохранилищ, между селевыми потоками, образующимися при прорыве сейсмогенных плотин на реках, и новыми оползнями и т. д. (см. рис. 2.2).

Наиболее общими факторами (движущими силами) охарактеризованных выше любых других ОПТП являются:

· гравитационные поля Земли, Луны, Солнца, а также планет Солнечной системы,

· солнечная радиация,

· тектоническое, магнитное, температурное и другие поля, обусловленные сложными преобразованиями вещества и энергии во внутренних (подкоровых) сферах Земли.

Указанные факторы опре­деляют внешние для соответствующих сред-систем воздействия и задают общую направленность развития во времени-пространстве рассматриваемых опасностей. К внешним (для определенной среды) относятся и воздействия граничащих с ними сред в том числе и техносферы.

Все эти среды находятся между собой в конкурентных отношениях и как бы пытаются расшириться за счет другой среды. Такое взаимодействие приводит к формированию определенных деструктивных процессов, наиболее ак­тивных в пограничных зонах, и переходных (буферных) образований вещества разных уровней организации. Последние выполняют защитные функции, которые осуществляются в виде регулирования и ослабления воздействий конкурентных сред друг на друга посредством механизма обратной отрицательной связи. Собст­венно сложные космо-геологические процессы, приведшие к образованию асте­носферы, земной коры, атмо- и гидросферы, представляют собой последовательные акты самоорганизации первичного вещества Земли, на­правленные на установление равновесного состояния этого вещества с окружающим космосом. С этих теоретических позиций любой опасный природный и техногенный процесс является одновременно естественной составляющей и продолжением, как указанного глобального процесса самоорганизации материи, так и более локальных процессов, возникающих в ре­зультате периодических нарушений равновесного состояния между различными земными средами и (или) их частям.

Согласно представлениям синергетики - науки о самоорганизации различных систем, - любая из природных сред является открытой необратимой диссипативной системой. Другими словами, это неизолированная от других сред система с упо­рядоченной структурой, которая возникла и сохраняется благодаря обмену веще­ством и энергией с другими системами-средами. Указанный обмен осуществляется в виде определенных процессов, представляющих часто опасность для общества. В синергетике они рассматриваются как проявления хаоса, связанного с рассеи­ванием энергии и нарушением упорядоченности. С другой стороны, эти же процессы создают новые устойчивые подсистемы или порядок из хаоса, за что получили название диссипативных. Совокупность взаимосвязанных, последовательно обу­славливающих друг друга процессов, приводящих к разрушению одних и созданию других систем, собственно, и представляет собой надпроцесс самоорганизации систем.

Характерными примерами самоорганизации, помимо приведенных выше, яв­ляются подтопление территорий и развитие просадок в лёссах, эрозионный подмыв склонов и образование оползней, растворение пород и возникновение карстовых провалов (рис. 2.3). Аналогичные процессы и участки среды, где они развиваются, протекающие без разрушения структуры систем или, точнее, приводящие к их постоянному разрушению и восстановлению в одной области пространства, получили название саморегулирующихся. Последние эффекты обычно связаны с пополнением извне веществом и энергией, расходуемых системой на Компенсацию внешних для нее воздействий и сохранение равновесного состояния. Так, например, происходит саморегулирование абразионно-аккумулятивных про­цессов на морских берегах, приводящее к созданию относительно устойчивых во времени и в пространстве участков размыва, перемещения и аккумуляции наносов. Так поддерживается относительное постоянство барханных форм рельефа, много­летних уровней подземных и поверхностных вод, областей антициклонической деятельности и других подобных явлений.

Будем называть синергетическими охарактеризованные выше комплексные це­почечные процессы разного генезиса и обусловленные ими эффекты (явления) саморегулирования и самоорганизации систем, имеющие общую причину и опре­деленную последовательность возникновения. Отличительной особенностью синергетических процессов является взаимоусиление негативных эф­фектов, что наиболее характерно для начальных стадий их активного развития, до момента формирования относительно устойчивых к внешним воздействиям допол­нительных парасистем, то есть до полного включения механизма обратной отри­цательной связи (см. рис. 2.3). Продолжительность такого усиления составляет секунды и минуты у редко повторяющихся событий (крупные оползни, землетрясения и т. п.) до нескольких лет у перманентных процессов, имеющих мощный внешний источник возбуждения. Примером последнего взаимоусиления является комплекс процессов, проявившихся в 1978—1995 гг. при подъеме уровня Каспий­ского моря (рис. 2.4).

Воздействие Каспия на прибрежные территории в первые 5—7 лет его подъема выражалось преимущественно в затоплении, подтоплении и частичном абразионном размыве обширных пляжных пространств (парасистем основного берега), которые были сформированы при спаде уровня в 1929—1977 гг. По мере подъема уровня и размыва пляжей увеличивались приглубость и крутизна береговых склонов. Это, в свою очередь, приводило к усилению волноэнергетического воздействия на по­бережье за счет меньшей чем до 1978 г. трансформации волн на мелководьях. Соответственно постепенно активизировалось абразионное разрушение надводных уступов террас Каспия, на которых расположены основная застройка, объекты рекреации и сельского хозяйства.

Другими примерами опасного взаимоусиления природных процессов на Кас­пийском побережье являются подтопление территорий и повышение их сейсмич­ности, подпор морем речного стока и прорывы русел рек, затопление территорий и увеличение повторяемости катастрофических нагонов. Проявлением последнего синергизма стал ветроволновой нагон на побережье Северного Дагестана и Кал­мыкии 10—14 марта 1995 г., имевший обеспеченность около 4—5%. Нагоны такой обеспеченности ранее не приводили здесь к потерям, а в этот, усиленный подъемом уровня, погибли 6 человек и более 35 тыс. овец. Без крова остались 250 семей.

Как следует из приведенных примеров, характерной особенностью синергети­ческих процессов, помимо взаимоусиления негативных эффектов, является неко­торое запаздывание во времени их проявления по сравнению с возбуждающим фактором-процессом. Например, прекращение подъема и даже небольшое пони­жение уровня Каспия в 1996—2002 гг. практически не привело к уменьшению интенсивности абразии, нагонов и других опасных процессов. Это позволяет го­ворить еще об одной особенности синергетических процессов, а именно — об инерционности их проявления после ослабления или прекращения действия ини­циирующего фактора.

Схема-модель на рис. 2.4 показывает один из возможных сценариев развития опасных процессов на региональном уровне, который реализуется, в основном, при подъеме уровня моря. Эта модель нуждается в соответствующей прогнозной количественной оценке исходя из вероятности подъема уровня до определенных отметок. Стабилизация или спад уровня приведут, естественно, к изменениям в количестве и характере синергетических связей, интенсивности и вероятности процессов, которые должны отражать другие сценарии их развития.

Дата добавления: 2015-08-21