Біопрогнозування надзвичайних ситуацій

Вступ

Парадигма гармонізації життєдіяльності суспільства ставить за мету підвищення якості життя й задоволення потреб як нинішнього, так і майбутніх поколінь. Умовою досягнення цього є створення кожною державою національної системи управління безпекою суспільного розвитку, складовою якої є система управління природно-техногенною безпекою. Збалансоване вирішення соціально-економічних завдань, проблем цивільного захисту населення, збереження сприятливого стану довкілля і природно-ресурсного потенціалу держави можливе лише за умов застосування науково обґрунтованих кількісних оцінок ризиків виникнення надзвичайних ситуацій техногенного і природного характеру та прогнозування динаміки їх розвитку.

Біопрогнозування надзвичайних ситуацій займається: удосконаленням існуючих та створення нових методів прогнозів і попередження надзвичайних ситуацій техногенного й природного характеру, небезпечних природних явищ, в тому числі епідемій, епізоотій, епіфітотій розробкою математичних моделей надзвичайних ситуацій, створення оптимальних алгоритмів ліквідації наслідків аварій та катастроф, в тому числі пошук і рятування людей на воді, оптимізація існуючих та розробка нових методів прогнозів і оцінка збитків, в тому числі матеріального внаслідок аварій, катастроф і надзвичайних ситуацій техногенного, природного, соціально-політичного та воєнного характеру.

Великі здібності та відчуття тварин

Вже декілька сотень років ведуться розмови, переповідаються історії про «шосте відчуття» тварин, яке дозволяє їм заздалегідь відчувати появу ураганів, землетрусів, цунамі та вулканічних вибухів. Після цунамі 26 грудня 2004 року один датчанин, який відпочивав на півночі Фхукету, написав: «Собаки розумніші за всіх нас… Вони почали тікати до вищих гір набагато раніше ніж ми взагалі зрозуміли, що буде далі». У Кхао Лаку, за 50 миль на північ від Фхукету, на західному березі Таїланду, десятки слонів, які «обслуговували» туристів, ще за багато годин раніше від початку цунамі почали голосно кричати. А за годину до того, коли хвиля цунамі накрила курорт, вони почали кричати ще голосніше. Як тільки хвиля покотилася, вони пішли на вищі місця, деякі з них навіть зірвали кайдани. Птахи фламенго, які у цей час розмножуються у Калімерському заповіднику, що на південному узбережжі Індії, цьоріч заздалегідь вибрали собі інші місця. Працівники багатостраждального національного парку «Яла» у Шрі-Ланці з подивом відмітили що сотні слонів, леопардів, тигрів, диких кабанів, оленів, водяних буйволів, мавп та інших тварин кудись зникли, цим самим рятуючи себе. Група із захисту тварин «Fauna & Flora International» повідомила, що крім великих черепах, які були знайдені мертвими на узбережжі Індонезії, вплив цунамі на дику природу був мінімальним. Ці розповіді знову підводять нас до висновку: тваринний світ знає про природні катаклізми щось таке, що не відоме людині. Чи можемо ми перейняти від них цей досвід, пам'ятаючи, що навіть сейсмологи зі своїм сучасним обладнанням не можуть передбачати цунамі? Взагалі вчені кажуть, що інструменти, створені людьми, ще не можуть повторити сенсорні здібності тварин.

Супер або гіпервідчуття тварин звуку, температури, дотику, вібрації, електростатичні та хімічні реакції та магнітні поля надають їм велику перевагу… Тому вони можуть наперед відчути виникнення стихийних лих. А ось люди таких здібностей не мають. Протягом мільйонів років еволюції у тварин розвивалися ці відчуття. У той же час люди, навіть маючи супертехнології, різну зброю та інформаційні системи, цього не змогли досягнути. Тому не випадково тварини виживають у складних умовах. Дослідження показують, що багато видів риб мають відчуття до вібрації низьких частот. Вони навіть можуть відчути двобальний рівень землетрусу, чого не можуть відчути люди, які проживають на 10-му поверсі будинку. Або таке: коли утворюється потужна сейсмічна вібрація від літака чи вантажівки, слони часто ставлять свої хоботи на землю – вони ніби хочуть відчути щось більше. Слон (а його мозок є найбільшим серед усіх тварин) може відчувати, з якого напрямку виходить загроза, якої сили вона та як захищатися від неї.

Багато видів тварин та птахів можуть вловлювати інфразвуки, у межах частот від 1 до 3 герц (порівняйте це з людською здібністю чути мінімум від 100 до 200 герц). Це те відчуття слуху, що людина навіть не вважає за звук. На думку Десмонда Моріса, фахівця з питань поведінки тварин та автора книги «Гола мавпа», коти та собаки здатні чути раптові електромагнетичні зміни, подібно до тих, які передують землетрусам. Тому наближається гроза, багато собак тремтять і бояться.

Але питання полягає в іншому: чому вони, а не люди можуть це відчувати? Тому що ми фізіологічно обмежені? Мабуть, ні. Швидше за все, тому що ми хочемо підкоряти та контролювати природу, а не жити в гармонії з нею.

Загроза цунамі у майбутньому

У 2001 році вчені прогнозували виверження вулкана Кумбре Вейа, що розташований на острові Ла Палма (один із Канарських островів), яке призведе до великого підводного зсуву землі. Пізніше було доведено, що подія буде не такою грандіозною, як говорили спочатку. Очікується, що наступне виверження вулкана трапиться в середині 21-го століття, але необов'язково відразу після цього буде зсув землі. В найгіршому випадку західна частина острова (що важить, можливо, 500 мільярдів тон) зісковзне в океан, і це матиме катастрофічні результати. Такий зсув землі викличе 100 метрове цунамі, яке знищить східне побережжя Північної Африки, а також 10–25 метрові хвилі, які досягнуть східного побережжя Північної Америки приблизно через 7–8 годин після зсуву, стануть причиною тисяч смертей в Майамі, приміській зоні Нью-Йорка, у певних частинах Бостону та всіх інших містах, розташованих у цій прибережній зоні.

У межах технічної концепції після ідентифікації небезпек (виявлення принципово можливих ризиків) необхідно оцінити їх рівень і наслідки, тобто ймовірність відповідних подій і пов’язану з ними потенційну шкоду. Для цього використовують методи оцінки ризику, які поділяють на феноменологічний, імовірнісний і метод детермінант.

Феноменологічний метод базується на визначенні можливості протікання катастрофічних процесів виходячи із результатів аналізу умов, пов’язаних з реалізацією тих чи інших законів природи. Цей метод найбільш простий у застосуванні, проте дає надійні результати, якщо існуючі стани і процеси такі, що можна визначити стан компонентів, що розглядаються. Феноменологічному методу надається перевага при порівнянні запасів безпеки різних типів потенційно небезпечних об’єктів (явищ), але малопридатний для аналізу розгалужених катастрофічних процесів, розвиток яких залежить від перебігу певних фаз природного явища і надійності його засобів захисту. Феноменологічний метод реалізується на базі фундаментальних закономірностей, які об’єднуються в межах фізики, хімії, механіки катастроф.

Метод детермінант передбачає аналіз послідовності етапів розвитку надзвичайної ситуації, починаючи від вихідної події через послідовність імовірних стадій до кінцевого стану системи. Проходження катастрофічного процесу вивчається і передбачається за допомогою математичного моделювання, побудови імітаційних моделей і проведення складних розрахунків. Цей підхід забезпечує наочність і психологічну сприйнятливість, оскільки дає можливість виявити основні фактори, що визначають проходження природного процесу чи явища.

Недоліки методу: існує потенційна можливість втратити з поля зору певні ланцюги подій при розвитку надзвичайної ситуації, які можуть рідко проявлятися, але є важливими; побудова адекватних математичних моделей є складним завданням.

Імовірнісний метод аналізу ризику передбачає як оцінку ймовірності виникнення катастрофи, так і розрахунок відносних ймовірностей того чи іншого шляху розвитку процесу. При цьому аналізуються розгалужені ланцюги подій, вибирається певний математичний апарат і оцінюється повна ймовірність надзвичайної ситуації. Розрахункові математичні моделі в цьому підході, як правило, значно простіші порівняно з попередніми схемами розрахунку. Основні обмеження ймовірнісного аналізу безпеки пов’язані з обмеженістю даних за функціями розподілу параметрів. Крім того, застосування спрощених розрахункових схем знижує достовірність отриманих оцінок ризику для природних катастроф ланцюгового характеру. Незважаючи на це, ймовірнісний метод на даний час вважається одним з найбільш перспективних для застосування в майбутньому.

Прогнозування виникнення землетрусів

За основу прогнозу прийнято брати до уваги цілий ряд ознак. Тут можна використати найважливіші методи:

1. Статистичні методи.

2. Виділення сейсмічне активних зон, які довго не відчували землетрусів.

3. Вивчення швидких зсувів земної кори.

4. Вивчення змін відношень швидкості паралельних і поперечних хвиль.

5. Зміни магнітного поля і електропровідності гірських порід.

6. Зміни складу газів, які надходять з глибин.

7. Реєстрація попереджуючих поштовхів (форшоків).

8. Вивчення розподілу очагів в часі і просторі.

Статистичні методи легкі. Чи відбувалися тут землетруси в минулому? Ні, так не буде і в майбутньому. Якщо ж землетруси відбувалися, то з якою і періодичністю вони повторюються? Допомогти могла б регулярність повторення, але такої закономірності не існує. Вивчивши статистичні данні, ми можемо побачити рівномірний розподіл землетрусів протягом року, по порам року і місяцям. Взимку вони бувають трохи частіше ніж влітку. Найчастіше землетруси відбуваються вранці, трохи менше вночі.

Принцип другого методу – виділення сейсмічне активних зон без землетрусів – логічний: в його основі лежить визначення в сейсмічне активних зонах ділянок, де довго не відбувалася разрядка енергії. Саме там можна чекати на катастрофічні землетруси. Але цей метод не дозволяє назвати ні день, ні неділю, ні місяць, коли відбудуться поштовхи.

Майбутній землетрус вчені можуть виявляти завдяки збільшення швидкості земної кори. Цей метод використовується в Японії і Сполучених Штатах Америки. Перед деякими землетрусами земна поверхня швидко підіймається (швидко в геології – декілька міліметрів на рік), потім рух припиняється, відбувається землетрус.

Багато уваги приділяють методу вивчення співвідношення швидкості паралельних і поперечних хвиль. Паралельні хвилі поширюються приблизно в 1.75 разів більше, ніж поперечні. Перед землетрусом швидкість паралельних хвиль зменшується, це співвідношення вимірюється цифрою 1.5. Подібні явища спостерігаються приблизно за декілька місяців до сейсмічного явища. Вже перед самим землетрусом співвідношення швидкостей повертається до початкового. Цей метод перевірений експериментально.

Перед деякими землетрусами підвищується напруга магнітного поля і електропровідність гірських порід. Зробивши декілька дослідів з магнітним полем в Каліфорнії геолог Дж.Хілі дійшов висновку, що місту Холлістера загрожує землетрус з М-5. На питання, коли це буде, він відповів: «можливо завтра». І на наступний день справді відбулися короткі поштовхи.

Методом майбутнього вважається метод вивчення газів з підземних вод. Цей метод був винайдений російськими вченими, який працював безпосередньо на Камчатці і в Середній Азії. Перед землетрусом гази включають в себе в б разів більше хлору. Ці зміни хімічного складу відбуваються приблизно за 3–5 днів до землетрусу. Б наш час об'єктом досліджень стали зміни місткості гелію, ртуті, срібла та інших елементів.

Прогнозування виверження вулканів

Група дослідників з австралійського Університету Квінсленда під керівництвом Аліни Хейл розробила спосіб прогнозу вивержень вулканів. В основі пропонованого методу – спостереження за підземними поштовхами, які зазвичай передують різким змінам у поведінці вулкана. Про те, що виверженню вулкана передують невеликі землетруси, було відомо давно. Тепер група Хейл підготувала точний опис того, як саме майбутній викид лави викликає коливання землі.

«Ми не знали, що саме хоче нам сказати вулкан цими сигналами», – сказала Хейл. В її моделі враховуються процеси, що відбуваються в надрах тектонічних структур, наприклад, утворення в лаві кристалів. У своїй роботі дослідники спиралися на дані спостереження за розташованим на острові Монтсеррат вулкані Soufriere Hills. Як очікується, продовження досліджень у цьому напрямі дасть вченим можливість передбачати виверження вулканів.

Для прогнозу вивержень складають карти вулканічної небезпеки з показом розповсюдження продуктів минулих вивержень, ведеться моніторинг їх провісників. Таким провісником є слабкі вулканічні землетруси. Зазвичай їх частота не перевищує 10 за добу, але перед самим виверженням їх кількість зростає до кількох сотень. Деякі вулкани перед виверженням, ніби «дихають»: піднімаються, надуваються і потім опускаються, – це в результаті зміни тиску магми всередині. Тому й змінюється кут нахилу його поверхні (нахиломіром можна визначити нахил 1 мм на 0,5 км). По його зміні на поверхні влкн. Асама в Японії, вчені передбачили початок виверження на цілий місяць. Також незадовго до пробудження вулкану можна спостерігати розширення або звуження кратеру. Ці зміни вимірюються лазером і радіохвилями. Сьогодні використовують дані магнітного поля та спостереження за тваринами. Ці засоби використовують щоб взнати приблизну дату виверження, але точний час поки що ми не в змозі визначити, крім того у цих процесах є ще багато таємниць. Вулканічна діяльність не закінчується на виверженні вулканів, вона проявляється в інших процесах на Землі. Яскравим прикладом може бути діяльність гейзерів.

Висновок

Досить давно людина використовувала для прогнозування виникнення стихійних лих спостереження за поведінкою тварин. Спостерігаючи за тваринами можна було передбачити, яка ситуація може виникнути в найближчому майбутньому.

Для прогнозування виникнення надзвичайних ситуацій можуть використовуватися також декілька технічних методів: 1. Статистичні методи. 2. Виділення сейсмічне активних зон, які довго не відчували землетрусів. 3. Вивчення швидких зсувів земної кори. 4. Вивчення змін відношень швидкості паралельних і поперечних хвиль. 5. Зміни магнітного поля і електропровідності гірських порід. 6. Зміни складу газів, які надходять з глибин. 7. Реєстрація попереджуючих поштовхів (форшоків). 8. Вивчення розподілу очагів в часі і просторі.

Література

Безпека життєдіяльності. Навчальний посібник./ Під ред. О.Н. Русака. – С. – П.: ЛТА СП, 1996. – 231 с.

Гражданская оборона: Учебное пособие. / Под ред. Н.П. Оловянишникова. – М.: Высш. школа, 1979. – 176 с.

Заплотинський В.М. Безпека життєдіяльності.: Навчальний посібник. – К., 2000. – 280 с.

Дуднікава І.І. Безпека життєдіяльності: Навч.посібник. – К.: Вид-во Європ. ун-ту, 2003. – 268 с.

Лапін В.М. Безпека життєдіяльності людини: Навч. посібник. – К.: Т-во «Знання», КОО, 2000. – 186 с.

Пістун І.П. Безпека життєдіяльності. – Суми: Університетська книга, 1999 – 301 с.

Шоботов В.М. Цивільна оборона: навчальний посібник. – К., 2004. – 439 с.