Природа електричних явищАтмосферні розряди Грозою називають процес конденсації (згущення) водяної пари в атмосфері, який супроводжується блискавкою і громом, видимими і звуковими електричними розрядами, які завжди зв'язані з хмарами і, як правило, з дощем, градом або снігом. Гроза здавна вражала уяву людини, сповнювала наших предків, погано захищених від негоди, жахом. Не вміючи пояснити походження і причини виникнення грози та не маючи змоги боротися проти неї, люди вважали грозу діянням богів, які карають людей "за гріхи". Стародавні слов'яни поклонялися богу Перуну - творцеві блискавки, стародавні греки - Зевсу - громовержцю. У наш час люди навчилися не тільки завбачувати, де і коли виникне блискавка, але й знешкоджувати її. Речовини, з яких утворений поверхневий шар земної кори, мають більшу електропровідність порівняно з нижнім шаром атмосфери. Морська вода має дуже хорошу провідність, вологий грунт - хорошу провідність, тоді як провідність повітря невелика. Але з висотою, за рахунок збільшення іонізації атмосфери, провідність повітря збільшується, спочатку повільно, потім все швидше, і досягає в шарі повітря, розташованому на висоті 80 км, величини, яка приблизно дорівнює провідності прісної води. Тому вчені розглядають верхні шари атмосфери як деяку провідну оболонку, а земну кулю з атмосферною оболонкою - як велетенський кулястий конденсатор, внутрішньою оболонкою якого є поверхня суші і океану, а зовнішньою – провідна оболонка повітря. У проміжку між цими оболонками і виникає електричним заряд, між атмосферою і землею навіть у хорошу погоду постійно існує електрична напруга. У більшості випадків повітря заряджене позитивно, а земля негативно. Дослідження Н.А.Гезехусом водяних бризок були початком правильного уявлення про електризація хмар і опадів. Він виявив у повітрі, поблизу водоспадів, присутність вільної негативної електрики, яка з'являється внаслідок того, що бризки, які відриваються від води, заряджаються негативно. Коли струмінь падає на поверхню води, не встигнувши розбитися на краплі, ніякої електризації нема. Явище електризації спостерігається лише тоді, коли на поверхню падає струмінь, що вже розпався на окремі дрібні краплі. Виникнення електричних зарядів відбувається тут не внаслідок ударів і зливання крапель, а тільки при ковзанні або відокремленні шару бризок від поверхні. Розвиваючи ідеї Гезехуса, Ленард та його учні дослідили умови електризації при розбризкуванні крапель дощу. Якщо дощова крапля дістає різкий поштовх, то від її поверхні, як від вибуху відриваються найдрібніші негативно заряджені крапельки (ефект Гезехуса). Це відбувається в той момент, коли дощові краплі вдаряються в землю. Великі краплі у повітряному потоці нестійкі і можуть не розпадаючись існувати лише кілька секунд. Дощова крапля поривом повітря спочатку надувається у вигляді капелюшка, її верхня частина на мить перетворюється у тонку плівку, яку прориває потік повітря, що діставши можливість вільно проходити через кільцеподібний водяний залишок, несе вгору багато маленьких негативно заряджених краплинок, у той час як великі позитивно заряджені частини розлітаються а сторони. При повторному розбризкуванні цих заряджених частин, ефект, природно, зростає, і заряди збільшуються. Ефект Гезехуса пояснює виникнення грозової електрики. Необхідною умовою її прояву в дощових краплях є наявність при виникненні грози висхідного потоку з коливаннями у швидкості від 3 до 8 м/сек більше (що створює завихрювання). Все це відбувається за рахунок роботи вітру. Чим сильніші висхідні потоки, тим більше заряджається хмара. Відомо, що електричний заряд одного знака намагається притягти до себе заряд іншого знака, повітря - поганий провідник і перешкоджає сполученню електрики протилежних знаків. Проте такий стан зберігається лише доти, поки у грозовій хмарі не нагромадиться достатньо великий електричний заряд. Як тільки він утворився, повітря вже не може перешкоджати проскакуванню електричної іскри (пробою), і тоді відбувається електричний розряд - блискавка. Якщо у повітрі напруга електричного поля перевищує деяку межу, тоді іони набувають швидкості, достатньої для розщеплення шляхом удару молекул повітря, що зустрічається на їх шляху. В такому разі відбувається самостійний світний розряд. Атмосферні розряди поділяють на так звані вогні Ельма і блискавки (плоскі, лінійні, чоткові, ракетоподібні і кульові). Вогні Ельма, названі по імені церкви св. Ельма, на шпилі якої такі свічення не раз спостерігали ще в середині XVI ст. бувають найчастіше в горах. Коли напруга поля в атмосфері значно зростає, у предметів, що виступають над земною поверхнею (наприклад, у стебел трави, жердин, щогол кораблів, натягнутого дроту тощо), напруга поля легко досягає 30 кВ/м. Тоді навколо виступів поширюються тліючі розряди або розряди у вигляді світної оболонки. При дуже великій силі струму розряди мають форму окремих грон. В електротехніці вогні Ельма спостерігаються поблизу проводів високовольтних •)І»мя'І (гак зване коронування проводів). Ияткавка - це велетенська електрична іскра, часто в кілька кілометрів завдовжки. І и І розряд має величезну силу. Під час розряду енергія акумулюється при під 10 до 100 і більше мільйонів вольт, тоді як тривалість розряду дорівнює Іноїчним часткам секунди. Ця напруга в багато разів більша, ніж та, яку п.Іть найбільші електричні установки, будь-коли збудовані людиною. Ось й порівняно короткий електричний розряд стає таким грізним і небезпечним. І'.пи.кість гроз, які відбуваються на поверхні всієї земної кулі, дуже велика - •••ми Іно 16 мільйонів на рік або 44 тисячі щодня. Це значить, що кожної години близько 2 тисячі гроз. Плоска блискавка - це електричний спалах на поверхні хмар. Вона може бути и|.....І> віблиском іскрової блискавки, якої не видно з-за хмар, або особливого виду розрядом у формі кущового або мерехтливого світла, що з'являється у -міх частинах хмар. Грози з плоскими блискавками належать до розряду слабих. V наших широтах вони спостерігаються лише рано навесні і пізно восени. Лінійна блискавка являє собою велетенську електричну іскру, дуже звивисту І І численними відростками. Лінійна бли-кавка відрізняється особливо великою • мною струму (до 200 тис, амперів). Ударяючи в будинки, вона часто спричиняє пожежі, звалює і розщеплює великі дерева, вражає людей. Іноді линійну блискавку нвають "запалюючою блискавкою", її довжина звичайно дорівню,; 2-3 км, але Ііуиають блискавки до 10 км. За дослідженнями І.С.Стекольнікова, лінійна блискавка складаєтеся з розрядного клналу, по якому йде струм, його видно оком. Перед розрядним каналом іде так піаний "лідер", який є початковою стадією явища і прокладає шлях блискавці а .нмосфері. Процес появи і розвитку блискавки дає таку картину: з хмари у напрямі до Іемлі починають рухатися електрони, які завжди є в атмосфері. Течія елеютюнів шдбувається під дією електричної напруги, створюваної зарядами хмари. Спочатку гече невелика кількість електронів, у вузькому каналі, на зразок струмочка. У цій частині хмари, де починається зародження каналу скупчуються електрони, які мають велику швидкість руху. Такі електрони, стикаючись з атомами повітря, розбивають їх на позитивні іони і електрони. Електрони, що при цьому звільняються, летять у напрямі до землі, знову зіштовхуючись з атомами повітря, розщеплюють їх. Електронна лавина захоплює все нові маси повітря, розщеплюючи його атоми на частини. При цьому повітря розігрівається, його провідність посилюється, із Ізолятора воно перетворюється в провідник. Через провідний канал повітря з хмари починає стікати все більше електрики, і через соті пастки секунлм електронна лавина досягає землі. Цим закінчується підготовча частина блискавки вона пробила собі дорогу до землі. Тепер починається бурхливий процес протікання електрики через канал. Відбувається сполучення негативної і позитивно'І' електрики. Головний процес розвивається від землі до хмари. Це і є розряд електрики між землею і хмарою. Такий розряд являс собою електричний струм величезної сили. Канал блискавки дуже сильно розігрівається і тому яскраво світиться. Все це відбувається за ДУЯІІ короткий час. В той момент, коли лідер торкається землі, починається друга, головна частини удару - розряд. Від землі вверх до хмари простягається велетенське полум'я, якМ повторює шлях, пройдений лідером. Піднімаючись вверх, полум'я поширюється також і по відгалуженнях, оскільки останні виникли при переміщенні лідера. Блискавка, що падає з хмари на землю, триває дуже малу частку секунди (віДІ 0,001 до 0,02). Тривалість проходження блискавки, між хмарами значно більша <І іноді до 1,5 секунди. Ширина розрядного каналу досягає 40-50 см. Проте більшая частина струму тече, безперечно, в руслі завширшки всього в кілька сантиметрів, • Температура в каналі блискавки перевищує 18000 °С Чогкову блискавку видно на фоні хмар світною пунктирною лінією. Це -надзвичайно рідкісна форма. Вона, мабуть, є перехідним типом від лінійної до І кульової блискавки. Ракетоподібна блискавка, в порівнянні з іншими видами блискавок, І розвивається дуже повільно. Тривалість розряду дорівнює 1-1,5 секунди. Надзвичайно, рідкісна і загадкова форма блискавки - кульова. Вона складається І з круглої маси, яка світиться завбільшки з кулак або навіть з галову людини і рухається з помірною швидкістю. Іноді кульова блискавка зникає безслідно, а І іноді розривається з страшним тріском. Шляхи, якими рухаються кульові блискавки, звивисті і часто збігаються з напрямом вітру. Кульова блискавка виникає безпосередньо за лінійною. Звідси І можна припустити, що лінійна блискавка є необхідною умовою появи кульової. При появі кульової блискавки, звичайно, чути свист або дзижчання. Після того, І як вона зникне, часто залишається гостропахнучий серпанок. Кульова блискавка І існує від секунди до кількох хвилин, її форма може бути сферичною, ] грушеподібною, веретеноподібною, стрічкоподібною, а колір - білим, жовтим, і голубим, фіолетовим. Кульова блискавка може рухатися за вітром і проти нього, < стояти на місці й пересуватися в кількох сантиметрах від людини, не огортаючи її теплом, і підпалити дерева чи будинки навіть під зливою, може тихо і безслідно щезнути на очах або вибухнути з силою кількасоткілограмової бомби. Цілком фантастична здатність кульової блискавки проходити крізь віконне скло, не пошкоджуючи його і не змінюючи при цьому своєї форми, напряму і швидкості руху. В літературі описується випадок, коли кульова блискавка розплавила сережку 1 на вусі жінки, не заподіявши їй шкоди. Кульові блискавки притягуються до приміщень і можуть бути втягнутими всередину через відчинені двері, вікна, квартирки, а іноді просто через щілини. Вони котяться вздовж провідників, нагріваючи їх, і при зіткненні з ними вражають на смерть. Повного пояснення кульової блискавки ще не знайдено. Удари блискавки. Кількість гроз за будь-який проміжок часу не може бути надійним критерієм для вирішення питання про кількість грозових ударів у землю. Прямої залежності між кількістю гроз і числом грозових ударів не існує. При враженні людей, будинків, дерев тощо блискавка поводиться по-різному, іноді дуже дивно - го вбиває людину, навіть не доторкнувшись до її одягу, то ий, не завдавши ні найменшої шкоди. В іншому випадку вона зриває и 11 їй і переносить її на штукатурку стін. •Іасто вдаряє в дерева. Найбільше ударів зазнає дуб, який має ^ І1 мибоко розташовану кореневу систему і, отже, має відносно менший • Іду І її інші листяні породи, потім ялина і сосна. Найменше терпить від • пискавка перетворює дерева на тріски, бо висока температура іскри «нове закипання соку, і пара з силою розкидає тріски на десятки •Й* У • нірони. Іноді на таку ж віддаль відлітають цілі частини дерева. При І • ти розряду на стовбурі дерева утворюється глибокий жолоб з каналом, ,І мийся, по якому розряд іде в землю. На столітніх одиноких дубах дуже *.....піди "загоєних ран", нанесених ударами блискавок. ми стовпи і грати, що є хорошими провідниками електрики, також І І.оя під час грози, і наближатися до них небезпечно - все це "провідники", 'Іи< кавка віддає перевагу. Руйнівна дія блискавки особливо велика при І «и високих цегляних труб, на яких нема громовідводу. ......«мопчна дія блискавки часто призводить до загибелі живих організмів. .Іючи на короткочасність впливу, струм паралізує роботу клітин мозку, ніш параліч серця, в кращому випадку завдає сильних опіків. Якщо подати Ііірндку допомогу (штучне дихання, спеціальні вливання тощо), контужених чтою часто можна повернути до ж <ття. Проте метод закопування в землю, ии широко практикує населення, завдає тільки шкоди, бо потерпілий у цей момент • І.<'(>ує штучного дихання і посиленого доступу повітря до тіла, а не • 'кіджуючого "компресу" з землі. Захисні заходи від блискавки Блискавка вибирає собі шлях найменшого опору. Вона йде по шляху скупчення Гнш.ш провідних часток, туди, де потрібно менше напруги. Одного разу блискавка • чіила в невелику трубу, з якої йшов дим, хоч вона знаходилася в зоні добре 1.1 ІІ'мленого громовідводу, поставленого на високій трубі, що була недалеко. Це пояснюється тим, що дим з меншої труби, піднявшись у небо, став добрим провідником і викликав відхилення траєкторії блискавки від її звичайного (до громовідводу) шляху. Аналогічним чином діє стовп відпрацьованих газів. Відомі, «ипадки враження блисковкою літаків, які випустили димовий конус відпрацьованих І .Ізів поряд з грозовою хмарою. Підвищена вражуваність блискавкою обмежених ділянок земної поверхні (мибірна вражуваність) залежить аід провідності шарів грунту на поверхні землі і па її глибинах. Блискавка вибере шлях найменшого опору. Оскільки провідність І лини більша, ніж піску, то розвиток розряду визначиться не верхнім рельєфом місцевості, а контуром верхнього иару глини. Таким чином це підтверджує теорію нибірної вражуааності блискавок. Для захисту будинків Іа інших споруд від руйнівних і запалювальним дій блискавки іастосовують громовідвід, або, як його тепер називають блискавковідвід, -металевий стержень, сполучений з надійно заземленим провідником. Основне .завдання блискавковідводу полягає в тому, щоб відвести іскровий розряд у землю і перешкодити утворенню небезпечних зарядів від індукції на провідниках. Як оберегти с..-йг від грозових розрядів? Насамперед слід запам'ятати, що І під час грози треба знаходитися якнайдалі від стержня блискавковідводу, від 1 високих дерев та інших предметів, які блискавка вибирає у першу чергу. Найбільше І вона полюбляє дуб, як говорили стародавні слов'яни, "перунове дерево". Навіть у І місті, де є багато громовідводів та інших аисоких предметів (бляшані дахи, радіо- І та телеантени тощо), блискавка "шукає" це дерево. На рівнині вона частіше вдаряє І там, де грунт більш електропровідний, наприклад, глинистий. Небезпечно у цей час І бути у воді й біля води. Під час грози не слід мати коло себе металеві предмети, І радіоприймачі (особливо з витягненими антенами). Мокрий одяг є кращим ] провідником, а, отже, під час грози небезпечніший. У людину, яка пересувається, | блискавка потрапляє частіше. Навіть близький удар її у землю для людини, що І рухається, набагато небезпечніший, ніж для людини, яка стоїть. Адже під час удару І блискавки в землю довкола цього місця виникає електричне поле, напруга якого і зменшується вздовж радіусів, що розходяться від місця удару. Коли людина йде, вона своїми ногами замикає на землі дві точки з різним електричним потенціалом. Під час грози, навіть коли стоїте, тримайте ноги разом. Нагадаємо також про інші прості застережні правила, які легко виконувати, коли ви знаходитеся в приміщенні. Перед початком грози у приміщенні треба ліквідувати протяги, зачиняючи вікна або, в крайньому разі, лишаючи їх відчиненими тільки з однієї сторони. Всі димарі також слід закрити, бо помічено, що кульова блискавка часто вибирає саме ці шляхи навіть при слабкому русі повітря. При сильній грозі у приміщенні краще знаходитися якнайдалі від вікон і печей. Блискавка часто вдаряє в димар і руйнує печі, а при падінні на будинок проходить по стінах і по тих кутах, де розташовані ринви. При грозі краще триматися якнайдалі від проводів і великих металевих мас. Наприклад, від залізних стовпів. Розмови по телефону, особливо під час сильної грози, не рекомендуються. Слід вимкнути радіоприймачі і телевізори. Ознаки удару блискавки - на шкірі потерпілого є бурі знаки входу електрики діаметром до 3 сантиметрів у вигляді розгалужених червоних ниточок. Загальний стан - опіки, судоми, занепад серцевої і дихальної діяльності, втрата притомності. -- ^ ГРІЗНІ сили І сМа АТМОСФЕРИ Процес утворення опадів При охолодженні повітря під час його піднімання у вищі шари утворюються хмари. На небі спочатку з'являється маленький білий клаптик. Але знизу продовжують надходити все нові і нові потоки нагрітого повітря, які містять у собі водяну пару. Хмарка розростається, набирає куполоподібної форми і скоро стає справжньою купчастою хмарою. Тепле повітря при підніманні охолоджується, водяна пара конденсується і перетворюється у великі купчасті хмари. Грозові хмари також можуть утворюватися при вулканічних виверженнях і великих пожежах. Найбільша кількість грозових днів спостерігається в гірських районах (Альпи -40, Карпати - 35) на рівнині їх значно менше. В Західній Європі кількість грозових днів досягає 20-25, у Середній Єврзпі - 25-30. На півночі кількість гроз зменшується: у Норвегії - 6-8 днів, за Полярник/ колом - 2. У Швеції вони бувають частіше (від / до 10 днів). У Західній Європі максимум гроз припадає на літо (звичайно, червень І пинень), а зима бідна на грози. Зимові грози в середніх широтах - надзичайно рідкісне явище. За статистичними даними на кожні 10 зим припадає лише одна І роза. Продукти конденсації водяної пари, що випадають з атмосфери у твердому або рідкому стані(сніг, дощ, град тощо), називаються опадами. Під кількістю опадів, що випали під час дощу, розуміють не загальний об'єм води, а висоту (в міліметрах) того шару, який утворився б, якби вода не стікала, не вбиралася землею і не випаровувалася. Зливою називається дощ такої сили, коли за одну хвилину буває 1 мм опадів. Цю кількість визначають особливим приладом - самописним опадоміром. На силу злив дуже впливає гірський рельєф. З навітряної сторони гір, які є перешкодою для повітряних потоків, створюються умови для посилення висхідного руху повітря. Це викликає прирісг швидкості вертикального повітряного потоку, який приводить до зростання величини зливових хмар і, отже, до підвищення інтенсивності зливи. Наслідки злив. Під час сильної зливи вода, не просочуючись у землю, стікає по поверхні. Вона зносить найцінніші пожьчні речовини і тим самим порушує будову грунту, утворюючи глибокі ритвини і яри. Зливи заносять піском ріки, руйнують їх береги, призводять до значних повеней. Вони псують дороги, залізничні насипи, спричиняють зсув грунту. Багато водойм, не кажучи вже про невеликі ставки, настільки переповнюються водою, що проривали греблі і широко розливалися. Зливи псують залізничне полотно, спричиняючи просідання і викривлення шляху, а на високих насипах - зсуви. Збитки від злив досягають десятків мільйонів карбованців. Багато лиха завдають зливи в горах. Всім відома стрімка течія гірських рік, особливо після злив і під час весняного танення снігів. З гір в долини іноді падають величезні скелі, зносяться цілі селища, родючі долини засипає каміння. Зливи в горах утворюють ревучі потоки, які з шаленою швидкістю мчать раніше сухими долинами. Особливо великих руйнувань потік завдає, коли він вривається у велику долину і загачує русло ріки. Ріка дуже швидко виходить з берегів, затоплює поля, зносить житло, губить худобу і людей. Бували випадки, коли маси щебеню і каміння перегороджували ріку і, таким чином, виникало нове постійне озеро. Проте значно частіше ріка прориває таку загату. Прорвавши греблю, вода раптово рине в долину, все знищуючи на своєму шляху. В гірських районах такі зливові потоки не рідкісне явище, їх називають селевими. Селеві потоки нерідко призводять до великих руйнувань і навіть жертв у горах. Наслідки снігопадів. Навіть найінтенсивніші снігопади не можуть дати такої кількості опадів, яку ми спостерігаємо при літніх зливах. Проте зимові опади можуть продовжуватися дуже довго - добу і більше. В цих випадках об'єм снігу, що випав, величезний. І важко доводиться транспорту, якщо снігопад супрводжується сильним вітром (сніжний буран), морозом, і все це вібувається на відкритій місцевості. Град - це шмат-чки льоду, найчастіше неправильної' форми, які випадають з атмосфери разом з дощем або без нього (сухий град). Град випадає переважно в 1 теплу пору року. В жаркі дні градини можуть досягати дуже великих розмірів - ] величини голубиного або навіть курячого яйця. В окремих, правда дуже рідкісних випадках, вага градин досягала майже до кілограма. Для утворення великих градин , необхідно, щоб у зливовій хмарі був дуже сильний висхідний потік, який поширюється на велику" висоту. Повінь - тимчасове затоплення значних ділянок суші водою під дією сил стихії. їх, в залежності від причин виникнення, умовно можна розділити на три групи: - викликані великими зливами або інтенсивним таненням снігу, в результаті, чого виникають паводкові води, різко зростає рівень води в річках, озерах. Особливо значні збитки народному господарству завдають повені, з льодоходом. Льодохід, як правило, супроводжується заторами (загромадженням русла ріки льодом), які викликають у свою чергу додатковий підйом рівня води і затоплення нових територій. Крім цього, при прориві водою перешкод може утворитися стрімка хвиля, яка створює небезпеку раптового затоплення території, розташованої нижче за течією; - що виникають під дією нагінного вітру. Вони спостерігаються на морських узбережжях і в гирлах рік, які впадають у море. Нагінний вітер затримує воду в гирлі, в результаті чого підвищується рівень води в річці; - спричинені підводним землетрусом (рідше виверженням підводних чи острівних вулканів). В результаті підводних землетрусів виникають гігантські хвилі - цунамі. У відкритому морі цунамі, як правило, пологі і несуттєві. Однак з наближенням до берега їх крутизна швидко виростає і вони навалюються на узбережжя з величезною силою. Висота цунамі при березі визначається підводним і береговим рельєфом. Біля похилих берегів їх висота, як правило, не перевищує 5-6 м, на дільницях берега з вузькими бухтами вона досягає 15-20 м. Масштаби руйнувань, викликані позенями; залежать від рельєфу місцевості, пори року і погоди, грунту, ступеня забудови і міцності будівель, наявності в затоплених районах населення, стану гідротехнічних і меліоративних споруд, проведення профілактичних робіт і ряду інших факторів, з яких вирішальними є швидкість руху, глибина і структурний склад водяного потоку. При повені вода за короткий час заливає вулиці, підвальні приміщення будинків, підмиває і руйнує будівлі, розмиває залізничні і автомобільні магістралі, викликає аварії на комунально-енергетичних об'єктах, покриває значні площі лісових і сільськогосподарських угідь, знищує посіви, руйнує меліоративну сітку. Повені з давніх часів сприймалися людиною, як найбільше стихійне лихо. Не випадково в релігіях багатьох народів воно виступає як "перст божий". Достатньо згадати хоча б біблійний "всесвітній потоп" Таке уявлення складалося під враженням дійсно жахливої картини, яка виникає в ряді випадків в районах повені. Іноді причиною значних повеней бувають пошкодження гребель і дамб. Так в 1959 р. внаслідок конструктивних дефектів зруйнувалася гребля на річці Райран (південь Франції). Повінь, що виникла призвела до зищення військово-повітряної бази і міста Фрежюс. Весь особовий склад, який знаходився в цей час на території бази, загинув. В травні 1970 р. у зв'язку з тривалими зливами і великим таненням снігу в передгір'ї Карпат рівень води в річках Дністер, Тиса, Прут та ін. піднявся на !•'. Виникла повінь, яка охопила території Тернопільської, Житомирської, МІ.ІнвськоТ, Чернігівської, Закарпатської, Хмельницької, Івано-Франківської областей України і призвела до великих матеріальних збитків. Було зруйновано ряд виробничих, культурно-побутових та житлових будівель, пошкоджені лінії > ж'ктропередач, розмиті насипи залізничних магістралей, автомобільні шляхи, М'-икі гідротехнічні і меліоративні споруди, залиті водою десятки тисяч гектарів пїимих посівів, силосні і сінажні ями, бурти з картоплею тощо. •у С ДИНАМІЧНІ ЯВИЩА НА ПОВЕРХНІ І СМа 3: ЗЕМЛІ І БЕЗПЕКА людини Екзогенні процеси Головними факторами, що формують рельєф земної поверхні, є зовнішні (екзогенні) та внутрішні (ендогенні) процеси, які діють у тісній взаємодії. Серед цих процесів є немало небезпечних і навіть катастрофічних. До екзогенних процесів, які в основному зумовлені кліматичними умовами, належать вивітрювання, гравітація, робота льоду, вітру, поверхневих та підземних нод. Процеси вивітрювання здебільшого відбуваються дуже повільно і з погляду їх динамічності не є небезпечними. Проте в певних природних умовах їх руйнівна сила набуває значної швидкості, особливо в районах з великим контрастом добових температур. До гравітаційних процесів належать: зсуви, осипи, обвали, селі, лавини. Зсуви - це катастрофічні порушення рівноваги в заляганні гірських порід на схилах. Зсуви залежать від багатьох причин: геологічної будови (наявності шарів глин, по яких відбувається сковзання), гідрогеологічних умов (^воложекн» порід, що лежать вище водотривкого шару), порушення рівноваги схилу під дією ерозії або через необачне втручання людини (підрізання схилу дорогою тощо). Згузи •-небезпечне явище, що може істотно впливати на будівництво гребель, мостів, лсріг, трубопроводів. Для заповнення їх виникненню треба насамперед припинити доступ води в шари порід, що лежать над водотривкими глинами. Для цього закладають водозбірні колодязі, дренажні галереї, напірні канави, штольні, які захищають від змочування глинистий шар порід, будують підпірні стінки тощо. Осипи тя обвали переважно розвиваються на крутих незаліснених схилах, утворених м'якими або стійкими породами і відповідно представлених піщаними конусами осипання чи хаосом брил біля підніжжя схилів. Особливо небезпечні осипи та обвали в сейсмічних областях і там, де часто бувають зливи. Сельові явища - це грязев^-кам'яні потоки тимчасового характеру, корот¬кочасний пгводок, що утворюється на крутих схилах та в долинах гірських річок після значних злив. СельовІ явища спричиняються вирубувлнняги лісів, випасанням худоби тощо. Особливо часто вони відбуваються з горах Криму, Карпат, де завдають великої шкоди - руйнують будівлі, знищують ліси, посіви, сади. Селі виносять значну кількість уламкового матеріалу, залишаючи його на рівнинах. Для бооогьби з цими катастрофічними процесами використовують відв />,ні дамби та канали, підпірні стін -й. Значний ефект дає заліснення поверхні схилів, щоб запобігти І їх руйнуванню та утворенню уламків порід. Останнім часом сельонебезпечні долини, наприклад, річок Стрия, Черемоша у Карпатах, перегороджують греблями, вище яких створюються водосховища - сельоуювлювачі, що поглинатимуть сельовий матеріал і регулюватимуть стік. Лавини - руйнівлий процес у гірських країнах, пов'язаний з падінням або сповзанням маси снігу з крутих схилів рр Це - катастрофічне явище, подібне до обвалу. Шлях лавини позначається вибоїнами, поваленими деревами. Сніг разом з уламками гірських порід, що скочуються з гір, зупиняється лише в нижній частині схилу або в долині. Після його танення залишаються величезні нагромадження уламків. Особливої шкоди лавини завдають дорогам у горах та поселенням у долинах. З лавинами дуже важко боротися, але їх можна завбачити. Існує навіть лавинопопереджувальна служба в горах. Там, де виникає загроза лавини, ' влаштовують її передчасний і тому безпечний спуск. Для захисту від лавин будують кам'яні стінки, навіси, галереї, тунелі. У тіло залізобетонних стінок вмонтовані спеціальні датчики, що допомагають протилавинній службі вивчати це грізне явище. Процеси, пов'язані з діяльністю льоду (зона тайги, тундри) відбуваються переважно високо в горах і не впливають на господарську діяльність. Вітрові процеси характеризуються тим, що сипучі піски заносять дороги, засипають родючі землі, будівлі. Утворення ярів. Інженерні заходи боротьби з ярами такі: обвалування, зрізання кругих схилів ярів, створення каналів стоку, протиерозійних лотків та бетонованих водозбірних колодязів, будівництво гребель на дні яру. Агролісомеліоративні заходи передбачають сівозміни, оранку впоперек схилу, закладання широких борозен, терасування, залишення соломи та стерні, насадження вздовж ярів дерев та чагарників. В ярах можна створювати ставки для риборозведення та водопостачання. В окремих випадках дамба ставка править мостом через яр. Абразія - це процес механічного руйнування хвилями і течіями берегів. Заболочення, замулювання- це нагромадження мулу та піщаних часток на дні водойми. Карстові процеси пов'язані з дією підземних та поверхневих вод на породи, що легко розчиняються (вапняк, доломіт, гіпс, кам'яна сіль). Карст впливає на інженерну діяльність людини через підземні порожнини. В районах його поширення небезпечно будувати греблі, водосховища, канали, дороги, міста. Інженерно-геологічна оцінка закарстованих ділянок є однією з найскладніших проблем. Відомі випадки, коли після спорудження водосховища воно залишалося незаповненим внаслідок фільтрації води у карстові порожнини. Траплялися провали будівель, залізничного полотна, мостових споруд. Ендогенні процеси Ендогенні процеси зумовлені дією внутрішніх сил Землі і є причиною утворення головних форм рельєфу, на формування яких впливають водночас і екзогенні явища. Розрізняють тектонічні, і магматичні процеси. Тектонічні коливальні рухи. Нині доведено: земна кора постійно активна в будь-якій точці, та ми не помічаємо цього через повільні зміни і їх малий масштаб. ІІІмидкість вертикальних сучасних рухів змінюється в Європі від +9,4 до -3,7 мм ;ІіК, в Японії - від +53,0 до -19,0 мм на рік. Мексіканська затока щороку І ніускається більш як на 10 мм, Аляска за цей час піднімається майже на 40 мм. Вважається, що для сучасних великих гідротехнічних споруд та будь-яких очасних будівель небезпечними вже є коливні рухи, швидкість яких змінюється п.І 1-2 мм за рік. Такі небезпечні рухи руйнують трубопроводи, греблі, мости, ІІудівлі. Криворіжжя, Прикарпаття піднімається щороку на 5 мм. Сучасне проектування та експлуатація інженерних споруд, освоєння нових територій неможливі без урахування процесів, пов'язаних із сучасними рухами земної кори. Сучасні рухи, крім повільної дії, проявляються раптово у вигляді землетрусів. Під час землетрусів зміщення поверхні Землі по вертикалі може досягти десятків с антиметрів, кількох метрів і навіть сотень метрів, утворюючи скиди, уступи, тріщини, Іребені, обвали. Землетрус - це коливання земної кори, вихідний центр якого перебуває на певній глибині Землі. Землетруси трапляються у тих місцях, де є гірські пасма, западини, плити, які рухаються по розривах, а розриви бувають, як правило, в місцях стику структур. По цих стиках або розривах і накопичуються тектонічні напруження. Коли така напруга перевищує сили зчеплення гірських порід, масив різко зміщується по розриву, а відтак миттєво звільнюється накопичена потенціальна енергія. Сейсмічні хвилі поширюються у всі боки, викликаючи землетрус. Ділянка поверхні розриву, по якій сталося сейсмічне зміщення гірських порід, називається вогнищем землетрусу. Енергія кожного вогнища оцінюється по шкалі Ріхтера і має градації від 1 до 8,75 магнітури. Інтенсивність поштовху визначається за 12-бальною шкалою. Чим ближче вогнище землетрусу до поверхні, тим більша Інтенсивність струсу. Землетруси виникають там, де в земній корі трапляється розрив або послаблення нашарувань гірських порід. Це місце і називають глибинним центром землетрусу, або його гіпоцентром. Над гіпоцентром міститься так званий епіцентр землетрусу. Від центру землетрусу хвилі поширюються у всі боки. Ці хвилі називаються сейсмічними. В щільних породах швидкість поширення сейсмічних хвиль більша, у нетривких -менша. Так, у кристалічних породах сейсмічні хвилі розбігаються зі швидкістю 4500-6500 метрів, у нетривких - 1800-2400 метрів за секунду. Райони, де відбуваються землетруси, називаються сейсмічними. Струси земної кори виникають з багатьох причин. Головним чином - від внутрішньої енергії Землі, розриву чи переміщення верств земної кори, вибухів вулканів, гірських обвалів, завалів порожнин тощо. Тому землетруси ділять на тектонічні, вулканічні та денудаційні (від зсувів, обвалів гірських порід). До групи тектонічних відносяться найбільш чисельні і найсильніші землетруси на Землі, які фіксуються. Різна глибина вогнищ дозволяє виділити серед тектонічних землетрусів так звані нормальні землетруси, при яких поштовх стається на глибині, яка не перевищує 60 км, проміжні землетруси з глибинами вогнищ від 60 до 300 км, і нарешті, глибокофокусні з глибиною вогнища від 300 до 700 км. Спостереження останніх 20 років показують, що найбільша кількість сильних поштовхів виникає на малих глибинах всередині земної кори, товщина якої, напевно, міняється від 20 до 60 км. Таким чином, зв'язок більшості землетрусів з розломами, напевно, ні у кого не викликає сумніву. Ці землетруси виникають на малих глибинах, в жорсткій земній корі і пояснюються розколюванням кори, утворенням в ній розломів. Складніша справа з рідкісними землетрусами, які стаються на великих глибина.'. І їх вогнища розташовані під земною корою і поки що погано вивчені. Але, напевно, ] ці землетруси, включаючи навіть глибокофокусні, пов'язані з утворенням розривів, сколів в підкорковій речовині планети. Вулканічні землетруси виникають біля діючих вулканів і пов'язані з рухом магми і газів по каналу вулкану. Область розповсюдження вулканів у багатьох місцях земної кулі співпадають з сейсмічними областями. Тому точно віднести землетруси до тектонічної чи вулканічної категорії іноді буває важко. Можна говорити про вулканічну природу тільки для тих землетрусів, які стаються поблизу вулкану в момент посилення його активності. Відмінними рисами вулканічних землетрусів є те, що вони обов'язково пов'язані з вулканами І що енергія їх поштовхів та площа розповсюдження невеликі. Буває, що ні лавини, ні великої кількості парів не було відмічено. Зрозуміло, що землетрус був пов'язаний з рухом нової порції магми по каналу вулкану, причому до поверхні магма не дійшла і зупинилася десь на невеликій глибині всередині вулкану. Денудаційні землетруси виникають при підземних обвалах значних ділянок печер. Ці землетруси стаються в місцевостях, котрі багаті вапняками, гіпсами та іншими гірськими породами, які легко розчиняються підземними водами. Як відомо, в таких породах можуть виникати великі печери. При значному розростанні печер їх склепіння не витримує і обвалюється. Чим більший об'єм породи, що обвалюється і висота обвалу, тим сильнішим оуде землетрус. Таким чином, вогнища цих землетрус»» завжди розташовуються на малій глибині і, як правило, бувають пов'язані з певними печерами. Сила ударів невелика, а сам землетрус охоплює маленьку площу, яка не ІЗІіс-евииІує декілька десятків квадратних кілометрів. Один із найбільш сильних обвальних землетрусів стався в 1915 році у Волчанському районі Харківської області. Правда, Існуь ще одна думка, що вулканічний і тектонічний землетруси чітко розрізнити неможна. Різниця лише в маленьких масштабах явищ і площі, яку вони охоплюють. Не можна забувати про ряд процесів, які супроводжують деякі землетруси. Магнітні бурі, грози, дивні спалахи у атмосфері в момент підземних ударів, можливо, пов'язані з тими глибинними процесами, які викликають землетруси. Енергія цих глибинних процесів фантастично велика. Поштовхи підкоркових землетрусів проникають повз внутрішню оболонку планети товщиною в 600-700 км і проводять спустошення на земній поверхні. Ця енергія в стані підіймати величезні маси розплавленої магми на багато десятків кілометрів угору. Сучасна фізика знає тільки одне джерело енергії, потенційні можливості якого безмежні. Цим джерелом с ядерна енергія. Енергія процесів, які стаються під земною корою, може бути /Іиц/е частиною процесів зміни речовини для всього Всесвіту. Цими загальними процесами с ядерні перетворення. Ядерні реакції, напевно, ідуть в глибинах Землі. Землетруси повинні допомог (й нам зрозуміти сутність процесів, які проходять в глибинах Землі. Для цього необхідно вивчати землетруси не самі по собі, а разом зі всіма процесами, які супроводжують їх. Розгадавши сутність процесів, икі проходять на глибині, ми навчимося їх передбачати. Сейсмічні хвилі, провісники Іемлетрусів, без втоми снують по нашій планеті. Вони пронизують наскрізь її Іінутрішні ділянки,приносячи зі собою по крупинках таємниці земних надр. Доведено, що землетруси переважно виникають у районах молодих гірських (истем, які оперізують Землю величезними ланцюгами. Землетруси бувають звичайні, перехідні, спустошливі, і катастрофічні. Від катастрофічних землетрусів руйнуються міста, села, утворюються щілини в земній корі. Потужні землетруси відбуваються на великій площі. В останнє десятиліття сейсмічна служба зареєструвала 42 тисячі великих землетрусів у всьому світі, а кількість поштовхів вимірюється мільйонами. Прилади зафіксували, що в середньому щороку на планеті відбувається 300 тисяч землетрусів. Щороку такі країни, як Японія, Китай, Чілі, Греція, Перу, Туреччина, Іран страждають від землетрусів. Трапляються вони і на території України, їх вогнищами є Крим і Карпати. Хоч на решті території республіки у давнину відбувалися землетруси силою до шести-семи балів: ца північ від Львова, Харкова і навіть неподалік Києва та Чернігова у 1091 та 1230 рр. Один з найсильніших землетрусів у Криму стався в 1927 році в Ялті. Його сила досягла 9 балів. Руйнації зазнали міста Алушта, Гурзуф, Балаклава, Севастополь, Сімферополь. Обвалилися скелі на горах Ай-Петрі і Демерджі. На захід від Криму в морі вихопилися вогняні стовпи висотою до 500 метрів. Гадають, що то був кикид підземного газу, який залягає під дном Чорного моря. Нині у всьому світі налічується близько 400 тисяч сейсмічних станцій, які мають високочутливі прилади. Прогнозування землетрусів -найважливіше завдання сейсмологів планети. Вчені впритул наблизилися до розв'язання проблеми попередження цього стихійного лиха, використовуючи все, що можна: і поведінку тварин, і зміну магнітного поля напередодні землетрусу, і коливання вмісту газу радону в мінеральній воді. Велику роботу по попередженню землетрусів ведуть українські сейсмологи. Вони патрулюють землетруси не тільки України айв інших куточках планети. На Україні, як ми вже говорили, є дві сейсмічні зони - Крим і Карпати. Встановлено, наприклад, що в Карпатах можливі семибальні поштовхи. Тільки коли? Сейсмічна служба в Карпатах веде пильні спостереження цілодобово. Чутливі прилади вловлюють будь-які коливання земної кори - відлуння активності глибинних надр. Нині вчені пробують встановити математичну залежність між рухами земної поверхні і величиною внутрішніх напружень. Якщо цей задум здійсниться, то буде легше передбачувати підземні поштовхи. У Карпатах, окрім Львова, є сейсмічні станції в Косові, Ужгороді, Рахові, Межигір'ї. Прилади встановлені в глибоких штольнях. Сейсмологи уважно прислухаються до пульсу планети. Землетрус не виникає раптово. Це тільки здається, що він настає зненацька. Насправді народження землетрусу в будь-якій частині планети йде поступово і довго. Велетенські підземні сили, поволі наростаючи, змішують підземні пласти Землі. На поверхні це не помітно, хоч вогнище майбутнього землетрусу вже починає виділяти певні випромінювання, котрі і впливають на геофізичні поля в навколишньому середовищі, їх природа не вивчена. Проте відомо, що внаслідок цього процесу відбувається іонізація повітря, з'являються світіння в небі, виникають грозові розряді Звідси й аномалії в поведінці тварин, тривожні відчуття в людей, гостра реакція Я зміни в атмосфері. Тож учені й намагаються відшукати сліди підземних бур у дзеркаї неба. Адже земля, повітря і вода - єдиний світ, в якому ми живемо. Жахливим видом землетрусу є цунамі.Вщ чого походить цунамі? Це питаний поки що мало вивчене. Вчені гадають, що такі хвилі народжуються вії землетрусного поштовху, вогнище якого сховане під водою. Землетрус піднімав морське дно і діє, як велетенський поршень. Вода збурюється і рухається з шаленоЛ швидкістю у вигляді гігантських хвиль. Як боротися з цунамі? Приборкувати цю страшну силу люди ще не навчилися! А ось прогнозувати цунамі в якійсь мірі можна. Визначені райони океанів, дЛ можливі хвилегони катастрофічного характеру. Знаючи швидкість руху цунаміЯ можна вирахувати, коли згубні хвилі докотяться до берега... Магматичний вулканізм виникає внаслідок переміщення магми, порушення™ рівноваги між енергією магми та опором кам'яної оболонки Землі. Сучасний,! магматичний вулканізм позначається на житті та господарській діяльності людини,! виверження вулканів призводять до людських жертв, руйнуються міста та селища. • За активністю вулкани поділяю на три групи: діючі, про виверження яких за останні І два тисячоліття є документальні відомості; ті, що, можливо, діяли в історичний час; І згаслі - не діючі тисячоліттями. Але й згаслі вулкани можуть стати діючими. Грязевий вулканізм - природне геологічне явище, пов'язане з глибинними І процесами, які називають псевдовулканічними, оскільки вони в генетичному відношенні І нічого спільного з магматичними вулканами не, мають. Чинником цього процесу є І коливні та тектонічні рухи, що призводять до утворення складок в областях І тектонічних западин, де перемішуються нафта, газ та вода. Для грязевулканічних І процесів необхідна також поява у пластах гірських порід аномально високого тиску, ] пластичного характеру І а наявність тектонічних розривів, по яких рідина проникає ] на поверхню. Ось чому грязеві вулкани трапляються в ділянках молодої альпійської | складчастості, до яких в основному належать нафтогазоносні провінції. Грязеві вулкани - це конусовидні або плескаті горби з лійкоподібним отвором на І вершині. За формою нагадують справжній конус вулкана. Найбільші з них досягають висоти 400 м, при діаметрі основи до 4 км. Вершину грязевого вулкана увінчує кратер, що іноді перевищує у діаметрі 500 м. Він з'єднує канал жерла з вогнищем вулкана. Грязеві вулкани іноді виносять каміння, воду, газ з глибини 10-12 км, тому їх ще називають "візитними картами Землі". Температура грязі під час виверження становить понад 100 °С, газ при цьому, як правило, спалахує і горить у вигляді факела. Проте така діяльність надр дуже рідко спричиняє жертви та руйнування. Грязевих вулканів на Землі є близько 345, у тому числі на Керченському півострові - 33. Грязеві вулкани обмежені в своєму поширенні певними районами, але Іноді виникають у нових місцях, наприклад нещодавно в Івано-Франківській області утворилося два грязеві вулкани, досі тут невідомі. Масові пожежі Грізним стихійним лихом є масові пожежі, які охоплюють при сприятливих умовах (суха погода, вітер) значні території. Особливо небезпечні та значні за своїми масштабами є масові лісові пожежі. Під лісовою пожежею розуміють неконтрольоване горіння рослинності, яке розповсюджується по лісовій території. Масовими прийнято називати такі лісові пожежі, які виникають в різних місцях одночасно або за короткий проміжок часу на значній території лісу. Масові лісові пожежі наносять великі збитки народному господарству і особистому майну громадян. При лісових пожежах вогонь знищує дерева та кущі, заготівельну лісову продукцію, будівлі та споруди. Ослаблені пожежами насадження стають вогнищами розповсюдження шкідливих захворювань, що призводить до загибелі не тільки уражених вогнем, але і сусідніх з ними насаджень. В результаті пожеж знижуються захисні, водоохоронні та інші корисні властивості лісу, знищується цінна фауна, порушується планове ведення лісового господарства та використання лісових ресурсів. Лісові пожежі виникають з різних причин. До 80% лісових пожеж виникає через недотримання населенням заходів протипожежної безпеки у місцях роботи і відпочинку, а також в результаті використання на роботі в лісі несправної в протипожежному відношенні техніки. Лісові пожежі виникають від блискавок під час грози, а також від самозапалювання торфу – вічного супутника лісів – при несприятливих метеорологічних умовах (висока температура, тривала відсутність дощів). В залежності від того, в яких елементах лісу розповсюджується вогонь, пожежі поділяються на низові (наземні), підземні (торф’яні) і верхові (горішні). В залежності під швидкості руху краю пожежі та висоти полум'я пожежі можуть бути слабкими, середньої сили і сильними. Найбільш поширені - низові пожежі. При низових пожежах вогонь розповсюджується тільки по ґрунті, обпікаючи нижні частини стовбурів дерев та пнів. Низові пожежі розділяються на побіжні та стійкі. При низових побіжних пожежах горить опале листя, суха трава, пні, сушняк тощо. Така пожежа розповсюджується з великою швидкістю, обходячи місця з підвищеною вологістю, тому частина площі залишається незачепленою вогнем. Побіжні пожежі частіше трапляються весною, коли просихає лише верхній наземний шар. При низовій стійкій пожежі вогонь "заглиблюється", прогоряє підстилка, сильно обгоряють корені та кора дерев, повністю згоряє підлісок. Стійкі пожежі розвиваються, як правило, починаючи з середини літа, коли просихає підстилка. При низовій побіжній пожежі переважає полум'яний тип горіння, при стійкій - безполум'яний. У більшості випадків низова стійка пожежа є другою стадією побіжної пожежі. При підземних пожежах горить торф, який залягає під лісовими масивами. Торф згоряє або частково, до вологих шарів, в яких горіння продовжуватися не може, або повністю, на всю глибину до мінерального шару ґрунту. При цьому оголюються та обгоряють корені дерев, внаслідок чого останні гинуть. Підземні пожежі в лісах самі по собі виникають вкрай рідко. Виникнення та розповсюдження їх звичайно пов'язано з низовими лісовими пожежами, при яких вогонь заглиблюється у шар торфу, окремими осередками на найбільш підсохлих дільницях, найбільше біля стовбурів дерев, а потім поступово розповсюджується у сторони. Горіння при підземних пожежах безполум'яне. Підземні пожежі виникають в основному у другій половині літа. Число пожеж зростає у засушливі роки, коли є достатньо просохлі торф’яні шари, які залягають під лісом. Верхові (горішні) пожежі характеризуються тим, що вогонь охоплює крони дерев, при цьому згорають листя, хвоя, дрібні, а іноді великі гілки. При таких пожежах полум'я розповсюджується як по ґрунті, так і по кронах дерев. Найчастіше верхові пожежі спостерігаються в гірських лісах при розповсюдженні вогню у гору по крутих схилах. У значній мірі виникненню верхових пожеж сприяє сильний вітер. Розрізняють верхові стійкі та верхові побіжні пожежі. При стійкій верховій пожежі вогонь розповсюджується по кронах дерев в міру руху краю низової пожежі. При цьому згорає підстилка, підлісок, вогонь охоплює стовбури і крони дерев. Таку пожежу також називають повальною - після неї залишаються лише обвуглені залишки стовбурів. При верховій побіжній пожежі, яка виникає тільки при сильному вітрі, вогонь розповсюджується по схилі "стрибками", інколи значно випереджаючи фронт низової пожежі. Таке розповсюдження вогню пояснюється тим, що тепло від крон, які горять, піднімаючись за вітром, лише частково попадає на сусідні крони, і його недостатньо для підігріву крон та підготовки до займання. Підігрів стається в основному за рахунок тепла від низової пожежі, під дією вітру це тепло підігріває крони передніх дерев на значній відстані, потім стається спалах крон. При русі вогню по кронах вітер розносить іскри, гілки, які горять, що створює нові осередки низових пожеж за декілька десятків, а іноді й сотень метрів попереду основного осередку. Під час стрибка полум'я розповсюджується по кронах з швидкістю 15-20 км/год. Однак швидкість розповсюдження самої пожежі менша, оскільки після стрибка стається затримка горіння, поки низовий вогонь не пройде ділянку, на якій крони вже згоріли.
