Table of Contents

Стихийные бедствия формировали поверхность Земли и влияли на жизнь на протяжении миллиардов лет. От внезапного разрыва линии разлома до медленного ползучего засухи эти события возникают из фундаментальных планетарных процессов. Понимание того, как землетрясения, вулканы, ураганы и наводнения возникают из-за взаимодействия тектонических, атмосферных и гидрологических систем, имеет важное значение для защиты сообществ и экосистем. В этой статье исследуются земные процессы, стоящие за крупными стихийными бедствиями, их климатические последствия и стратегии, которые мы можем использовать для снижения риска в эпоху быстрых изменений окружающей среды.

Динамические системы Земли: двигатель, стоящий за катастрофами

Земля - беспокойная планета. Ее внутреннее тепло приводит в движение тектонику плит, в то время как солнечная энергия и гравитация управляют атмосферой и океанами. Взаимодействие этих систем создает условия для стихийных бедствий. Для оценки риска и повышения устойчивости мы должны сначала понять фундаментальные процессы на работе.

Тектоническая активность и сейсмические опасности

Литосфера разбивается на дюжину крупных плит, которые движутся со скоростью несколько сантиметров в год. Там, где плиты сходятся, расходятся или скользят мимо друг друга, напряжение накапливается вдоль разломов. Когда это напряжение превышает силу породы, оно высвобождается в виде сейсмической энергии — землетрясения. Величина и частота землетрясений зависят от типа границы плит и местной геологии. Зоны субдукции, где одна плита ныряет под другую, производят самые большие землетрясения и могут генерировать цунами. Центры распространения, такие как Срединно-Атлантический хребет, производят частые, но меньшие события. Границы трансформации, такие как разлом Сан-Андреас, генерируют умеренные и большие землетрясения с нерегулярными интервалами.

Помимо землетрясений, тектоническая активность стимулирует горообразование, вулканизм и формирование бассейнов, которые влияют на местный климат и опасные модели. Программа геологической службы США по опасности землетрясений обеспечивает мониторинг в реальном времени и оценку рисков, которые помогают сообществам подготовиться к землетрясению и вторичным эффектам, таким как оползни и сжижение.

Вулканизм: Магма из глубины

Вулканические извержения происходят, когда магма поднимается из мантии или нижней коры и достигает поверхности.Магма образуется через декомпрессионное плавление на средних океанских хребтах, плавление потока в зонах субдукции или теплообмен из мантийных плюмов.Стиль извержения варьируется от состава магмы: базальтовые магмы с низким содержанием кремнезема производят потоки жидкой лавы и нежные извержения, в то время как высококремниевые и риолитические магмы улавливают газ, приводя к взрывным событиям, которые выбрасывают пепел, пемзу и пирокластические потоки.

Вулканические извержения представляют множество опасностей: потоки лавы разрушают инфраструктуру, облака пепла нарушают авиацию и сельское хозяйство, а пирокластические потоки — быстро движущиеся потоки горячего газа и горных пород — являются одними из самых смертоносных вулканических явлений. Программа USGS по опасности вулканов отслеживает более 50 вулканов США и выдает предупреждения на основе сейсмической активности, деформации почвы и выбросов газа.

Атмосферные и гидрологические процессы

Стихийные бедствия, связанные с погодой, возникают из-за взаимодействия солнечной радиации, разницы атмосферного давления, влаги и эффекта Кориолиса. Ураганы (тропические циклоны) образуются над теплыми океанскими водами, когда температура поверхности моря превышает 26 ° C. Шторм черпает энергию из испарения и конденсации, усиливаясь в вращающуюся систему со скоростью ветра более 119 км / ч. По мере того, как ураганы движутся внутри страны, они приносят штормовой нагон, сильные ливни и торнадо.

Наводнения являются результатом продолжительных осадков, таяния снега или штормового нагона. Наводнение рек происходит, когда осадки превышают пропускную способность дренажного бассейна, в то время как внезапные наводнения развиваются в крутой местности в течение нескольких часов. Засухи, напротив, развиваются медленно, поскольку постоянный дефицит осадков приводит к истощению влаги почвы, уменьшению потока и нехватке воды. Национальные центры экологической информации NAA отслеживают эти события и предоставляют климатические данные, необходимые для прогнозирования.

Типы стихийных бедствий: системная классификация

Сегментировать стихийные бедствия можно по их основной системе управления. Понимание этих категорий помогает исследователям и аварийным менеджерам адаптировать прогнозы и меры реагирования.

Геологические катастрофы

  • Землетрясения — Землетрясение, вызванное внезапным скольжением разлома. Вторичные эффекты включают цунами, оползни и сжижение почвы. Землетрясение в Индийском океане в 2004 году (магнитуда 9,1) вызвало цунами, в результате которого погибло более 227 000 человек в 14 странах.
  • Вулканические извержения — Включают потоки лавы, пепел, пирокластические потоки и вулканические газы.Извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах в 1991 году выбросило 5 кубических километров материала и привело к снижению глобальной температуры на 0,5 °C в течение двух лет.
  • Цунами — Длинные волны океана, порождаемые подводными землетрясениями, оползнями или вулканическим коллапсом. Они движутся на реактивных скоростях в глубине океана и вырастают до десятков метров при приближении к берегу.
  • Оползни — Оползни вниз по склону движения породы, почвы или обломков, вызванные осадками, землетрясениями или вулканической активностью.Оползень Осо в штате Вашингтон в 2014 году убил 43 человека и похоронил участок реки Стиллагуамиш длиной в милю.

Метеорологические и гидрологические катастрофы

  • Ураганы, тайфуны и циклоны — разные названия одного и того же явления: тепло-ядро тропических штормов. Штормы категории 5 могут выдерживать ветры выше 252 км/ч и наносить катастрофический ущерб в результате ветра, штормового нагона и внутренних наводнений.
  • Торнадо — Насильственно вращающиеся столбы воздуха, которые простираются от грозы до земли.В США ежегодно происходит более 1000 торнадо, с пиковой активностью в «Аллее торнадо».
  • Наводнения — Наиболее распространенное стихийное бедствие в мире. Речные наводнения, прибрежные наводнения и внезапные наводнения требуют разных подходов к прогнозированию. Пакистанские наводнения 2010 года затронули 20 миллионов человек и затопили одну пятую часть страны.
  • Засухи — Длительные периоды осадков ниже среднего. Они приводят к неурожаям, нехватке воды и повышенному риску лесных пожаров. Засуха в Калифорнии в 2012–2016 годах была самой сильной за 1200 лет по некоторым рекордам по количеству колец деревьев.
  • Лесные пожары — Не чисто метеорологические, но сильно подверженные влиянию засухи, ветра и температуры. Изменение климата удлинило периоды пожаров и увеличило площадь сожженных во многих регионах.

Климатические драйверы частоты и интенсивности бедствий

Естественная изменчивость климата, такая как Эль-Ниньо-южное колебание, модулирует возникновение стихийных бедствий. Во время Эль-Ниньо восточная часть Тихого океана нагревается, увеличивая активность ураганов в центральной части Тихого океана и уменьшая ее в Атлантике. Ла-Нинья имеет тенденцию производить больше атлантических ураганов и более сухих условий на юго-западе США Изменение климата, вызванное деятельностью человека, в настоящее время накладывает тенденцию к потеплению на эти природные циклы, повышая интенсивность определенных бедствий. Более теплые океаны питают более сильные ураганы; более высокие температуры воздуха высыхают растительность, ухудшая засухи и лесные пожары; и больше влаги в атмосфере увеличивает потенциал осадков штормов.

Климатические последствия стихийных бедствий

Стихийные бедствия не только приводят к немедленному разрушению, но и могут изменить климат и экосистемы таким образом, чтобы они сохранялись в течение десятилетий, создавая петли обратной связи, которые усиливают или смягчают будущие события.

Краткосрочные климатические эффекты

Крупные извержения вулканов впрыскивают диоксид серы в стратосферу, где он образует сульфатные аэрозоли, отражающие солнечный свет и охлаждающие планету в течение одного-трех лет.Извержение Пинатубо 1991 года вызвало глобальное падение температуры примерно на 0,5 °C. Лесные пожары выделяют углекислый газ, черный углерод и другие частицы. Черный углерод, отложенный на снегу или льду, уменьшает альбедо, ускоряя таяние. Наводнения могут насыщать почву и усиливать испарительное охлаждение локально, в то время как засухи уменьшают облачный покров и позволяют большему количеству солнечного излучения достигать земли.

Долгосрочная обратная связь с климатом

Некоторые бедствия запускают процессы, которые питают климатическую систему. Рассмотрим лесные пожары: сжигание лесов высвобождает накопленный углерод, добавляя к атмосферному CO2. Если режим пожара смещается с низкой тяжести на высокую тяжесть, леса могут не регенерировать, превращая поглотитель углерода в источник углерода на протяжении веков. Аналогичным образом, оттепель вечной мерзлоты, ускоряемая лесными пожарами и потеплением, высвобождает метан, мощный парниковый газ. В Шестом оценочном докладе МГЭИК IPCC отмечается, что такие петли обратной связи могут усилить глобальное потепление, если выбросы продолжатся без контроля.

Цунами и штормовые нагоны переносят соленую воду на прибрежные пресноводные водно-болотные угодья, убивая растительность и изменяя хранение углерода. Коралловые рифы, которые буферизируют энергию волн, повреждены штормовым стоком и отбеливающими явлениями; их потеря увеличивает эрозию побережья и риск наводнений. Эти каскадные воздействия иллюстрируют, почему управление стихийными бедствиями должно учитывать долгосрочные климатические последствия.

Нарушение экосистем и утрата биоразнообразия

Стихийные бедствия могут реструктурировать экосистемы. Извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году уничтожило более 600 км2 леса, однако последующее восстановление стало естественной лабораторией для экологической последовательности. Инвазивные виды часто колонизируют нарушенные районы, конкурируя с местной флорой и фауной. Наводнения могут создавать новые водно-болотные угодья или смывать нерестилища. Повторяющиеся ураганы в Карибском бассейне сплющивали коралловые рифы и уменьшали разнообразие рыб. Понимание этих изменений помогает планировщикам сохранения проектировать устойчивые ландшафты.

Тематические исследования: катастрофы, которые изменили наше понимание

2004 Индийское цунами

26 декабря 2004 года землетрясение магнитудой 9,1 у побережья Суматры вызвало цунами, которое в некоторых местах достигло высоты 30 метров. Волна прошла через Индийский океан со скоростью до 800 км/ч, поразив береговые линии в 14 странах с небольшим предупреждением. Более 227 000 человек погибли, что сделало его одной из самых смертоносных катастроф в истории. Это событие вызвало глобальную перестройку систем предупреждения о цунами, включая создание системы предупреждения о цунами в Индийском океане и смягчения его последствий. Это также подчеркнуло важность просвещения общин - многие жизни были спасены в Симеулу, Индонезия, благодаря местным знаниям о признаках цунами.

Ураган Катрина и побережье Мексиканского залива

В августе 2005 года ураган Катрина обрушился на берег возле Нового Орлеана в качестве шторма категории 3. В то время как ветер наносил ущерб, наибольшее влияние оказал штормовой нагон, который переполнил дамбы, затопив 80% города. Более 1800 человек погибли, а экономические потери превысили 125 млрд долларов. Катастрофа выявила слабые места в управлении чрезвычайными ситуациями, инфраструктуре и социальном равенстве. В ответ Инженерный корпус армии США построил новую систему защиты от штормового нагона на 14,5 млрд долларов, а FEMA обновила свою систему готовности. Катрина также стимулировала исследования связи между изменением климата и интенсивностью ураганов.

Австралийские пожары Буша 2019–2020 (Черное лето)

Сезон лесных пожаров в Австралии в 2019–2020 годах был беспрецедентным по масштабу и серьезности. В результате рекордной жары и засухи — условия, которые стали более вероятными из-за изменения климата — пожары сожгли около 46 миллионов акров, уничтожили более 3000 домов и убили по меньшей мере 34 человека. Дымовой шлейф облетел земной шар и вызвал массовое цветение водорослей в Южном океане из-за осаждения железа. Пожары выпустили почти 900 миллионов тонн CO2, что иллюстрирует, как один пожарный сезон может повлиять на глобальные углеродные бюджеты. Катастрофа ускорила принятие Австралии методов управления пожарами коренных народов и привела к более сильным строительным нормам в зонах, подверженных пожарам.

Стратегии готовности и смягчения

Решение проблемы риска стихийных бедствий требует многоуровневого подхода, который объединяет науку, инженерию и участие сообщества. Хотя ни одно место не является абсолютно безопасным, мы можем снизить уязвимость с помощью упреждающих мер.

Системы раннего предупреждения

Система глобального наблюдения Земли (GEOSS) координирует данные со спутников, буев и сейсмических сетей. Центры предупреждения о цунами в Тихом и Индийском океанах теперь выдают предупреждения в течение нескольких минут. Управление Организации Объединенных Наций по снижению риска бедствий (FLT:0) продвигает системы раннего предупреждения обо всех опасностях в качестве ключевой цели Сендайской рамочной программы. Однако предупреждения эффективны только в том случае, если они достигают уязвимых групп населения и оперативных действий, что требует устойчивого просвещения сообщества.

Инфраструктура и планирование землепользования

Строительные нормы могут уменьшить ущерб от землетрясения за счет изоляции базы и гибких стальных рам. Морские стены, дамбы и барьеры для наводнений защищают прибрежные и речные сообщества, но они также могут создать ложное чувство безопасности. Планирование землепользования - избегание развития на поймах, крутых склонах и активных линиях разломов - часто более экономически эффективно, чем модернизация после факта. Зеленая инфраструктура, такая как восстановление водно-болотных угодий и проницаемые поверхности, поглощает ливневую воду и уменьшает пики наводнений.

Экосистемная адаптация

Здоровые экосистемы обеспечивают естественные буферы против стихийных бедствий. Мангровые леса и коралловые рифы ослабляют энергию волн, уменьшая штормовой нагон и воздействие цунами. Управление лесами, которое снижает нагрузку на топливо, снижает тяжесть лесных пожаров. Восстановление водоразделов улучшает хранение воды и снижает риск засухи. Международный союз охраны природы выступает за природные решения, которые одновременно защищают биоразнообразие и человеческие сообщества.

Готовность и образование сообщества

Общественные кампании по информированию учат людей, как строить аварийные комплекты, разрабатывать планы эвакуации и распознавать ранние предупреждающие знаки. В подверженных землетрясениям регионах стандартны учения «Бросай, закрывай и держись». В стране торнадо безопасные комнаты и штормовые укрытия спасают жизни. Наиболее эффективные программы привлекают местных лидеров и учитывают культурные контексты. Япония, одна из наиболее подготовленных к стихийным бедствиям стран, проводит ежегодные учения и поддерживает сложную систему оповещения общественности.

Заключение

Природные катастрофы неизбежны, но их человеческие потери не неизбежны. Исследуя земные процессы, которые приводят к землетрясениям, вулканам, штормам и наводнениям, мы получаем знания, чтобы более точно прогнозировать их и уменьшать их воздействие. Климатические обратные связи между бедствиями и атмосферой, океанами и биосферой добавляют срочности нашим усилиям: по мере потепления климата частота и интенсивность некоторых бедствий будут увеличиваться, создавая новые проблемы для устойчивости. Научно-обоснованный подход, который сочетает в себе мониторинг, инфраструктуру, восстановление экосистем и готовность сообщества, может помочь обществам ориентироваться в этом неопределенном будущем. Продолжение инвестиций в исследования и международное сотрудничество остается наиболее эффективным путем к минимизации опустошения стихийных бедствий.