ФАКУЛЬТАТИВНЫЙ КУРС ДЛЯ УЧАЩИХСЯ СТАРШИХ КЛАССОВ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫ: Сейсмичность и вулканов

ФАКУЛЬТАТИВНЫЙ КУРС ДЛЯ УЧАЩИХСЯ СТАРШИХ КЛАССОВ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ШКОЛЫПроблема изучения таких физических процессов, как сейсмичность и вулканизм, всегда была актуальной. Это обусловлено ростом человеческих жертв и материального ущерба от землетрясений и извержений вулканов.
Особенно важна и актуальна настоящая проблема для людей, проживающих в регионах, наиболее подверженных землетрясениям и извержениям вулканов. К таким регионам в нашей стране относится Сахалинская область, где изучение процессов в литосфере жизненно необходимо. Сахалинская область – единственная в России, расположенная на островах, в зоне проявления активного вулканизма и чрезвычайно высокой сейсмичности. Это связано с тем, что Сахалин и Курильские острова находятся на границе самых гигантских морфоструктур Земли – Евразиатского континента и Тихого океана, в зоне сочленения которых происходят активные современные тектономагматические процессы. Динамика недр проявляется здесь, прежде всего в извержениях действующих вулканов, а также в высокой сейсмичности, выражающейся в частых и нередко мощных землетрясениях.
Для того чтобы быть способным защититься от какого-либо явления, необходимо знать, что это за явление, причины его, особенности. И чем глубже будут эти знания и доступнее для большинства людей, тем меньше будет жертв и эффективнее принимаемые меры.
Тематический план факультативных занятий для учащихся старших классов общеобразовательных школ№ п/пТемы занятий Количество часов
1 Введение. Общие описания очага землетрясения. Причины землетрясений 1
2 Модели сейсмического очага 1
3 Параметры сейсмического очага 1
4 Прогноз и предвестники землетрясений 2
5 Меры защиты при землетрясениях. Шкалы сейсмической интенсивности 1
6 Экскурсия на сейсмостанцию 1
7 Строение вулканов. Классификация вулканических извержений. Связь вулканизма с тектоникой. Интенсивность, энергия и магнитуда извержений 1
8 Движущая сила извержения. Динамика лавового потока. Пепловые потоки 1
9 Выпадение пепла. Образование кальдеры. Вулканические бомбы 1
10 Меры активной защиты от вулканических извержений 2
11 Защита рефератов 2
12 Встреча с ученым 1
Всего: 15 занятий
Основные требования к знаниям и умениям учащихсяПо теме «Введение. Общие описания очага землетрясения. Причины землетрясений»
иметь общее представление о данном факультативном курсе, его целях и задачах;
знать и понимать такие термины, как сейсмичность, землетрясение, эпицентр, эпицентральная зона, сейсмограф, время в очаге, гипоцентр. При изучении темы у учащихся должны сформироваться первоначальные знания об очаге землетрясения;
знать причины землетрясений (тектоническая активность, вулканические извержения, обрушение полостей).
По теме «Модели сейсмического очага»
иметь представления о моделях сейсмического очага;
знать для чего создают модели сейсмического очага.
По теме «Параметры сейсмического очага»
знать такие параметрами сейсмического очага, как магнитуда, энергия, деформация, объем, напряжение и длина, ширина разлома;
-уметь характеризовать эти параметры.
По теме «Прогноз и предвестники землетрясений»
изучить предвестники землетрясения;
уметь кратко охарактеризовать их.
По теме «Меры защиты при землетрясениях. Шкалы сейсмической интенсивности»
знать мерами защиты при землетрясениях;
знать шкалы сейсмической интенсивности.
По теме «Экскурсия на сейсмостанцию»
иметь общее понятие о работе сейсмостанции;
уметь писать отчет по заданной форме.
По теме «Строение вулканов. Классификация вулканических извержений. Связь вулканизма с тектоникой. Интенсивность, энергия и магнитуда извержений»
знать строение вулканов;
знать классификацию вулканических извержений;
усвоить какая существует связь вулканизма с тектоникой;
изучить интенсивность, энергию и магнитуда извержений.
По теме «Движущая сила извержения. Динамика лавового потока. Пепловые потоки»иметь общее представление о движущей силе извержения;
знать динамику лавового потока;
иметь общее представление о пепловых потоках.
По теме «Выпадение пепла. Образование кальдеры. Вулканические бомбы»изучить процесс извержения, т. е. знать такие процессы, как выпадение пепла, образование кальдеры и вулканические бомбы.
По теме «Меры активной защиты от вулканических извержений»
знать правила поведения при извержениях вулканов.
По теме «Встреча с ученым»
иметь общее представление о землетрясениях Сахалинской области;
знать их причины и последствия.
По окончанию факультативного курса учащиеся должны написать и защитить реферат на тему связанную с сейсмичностью и вулканизмом.
Содержание и методика проведения занятийЗанятие 1. Введение. Общие описания очага землетрясения. Причины землетрясенийЦель: ознакомить учащихся с факультативным курсом. Дать общие описания очага землетрясения. Познакомить учащихся с причинами землетрясений.
Методические рекомендации по проведению:
Вводная лекция учителя о содержании курса. Знакомство с некоторыми основными понятиями.
Примечание: по окончанию вводной части учащиеся должны ответить на вопросы следующей анкеты.
Анкета:
1.Что вы знаете о сейсмичности?
2.Что вы знаете о вулканизме?
3.Что хотели бы узнать о сейсмичности и вулканизме?
Общие описания очага землетрясенияСейсмичность – распределение землетрясений во времени и в пространстве.
Землетрясениями были названы наиболее разрушительные из известных человечеству катастроф, которые обусловлены приходом на поверхность Земли упругих колебаний. В физическом отношении землетрясения представляют собой толчки на (или вблизи) поверхности Земли (до глубины около 600 км), которые могут быть настолько сильными, что приводят к разрушению зданий, а в море вызывают образование гигантских «приливных» волн (цунами). Участок наибольшего воздействия землетрясения называют эпицентральной зоной. Влияние любого крупного землетрясения можно почувствовать или, по крайней мере, зафиксировать по всему земному шару.
Для регистрации землетрясения используют сейсмографы – инструменты, сконструированные таким образом, чтобы записывать колебания своих оснований. На сейсмографе записывается сейсмограмма, т. е. линия, повторяющая колебания земной поверхности в любом выбранном направлении. Всякое изменение частоты колебания на сейсмограмме называется фазой. Главные фазы называют Р, S и L фазами; было установлено, что они фиксируют воздействие, соответственно, продольных, поперечных и поверхностных волн. Сейсмографы могут быть построены лишь таким образом, чтобы регистрировать достаточно ограниченные диапазоны частот или только интенсивные колебания. Различие амплитуд сильного землетрясения в эпицентре и где–нибудь на половине пути сейсмических волн вокруг Земли фактически настолько велико, что нет ни одного инструмента, способного работать во всех этих диапазонах.
Землетрясения обычно проявляются в виде толчков. Такое представление предполагает, что это явление характеризуется определенным моментом времени, в котором оно произошло. В действительности такая трактовка является упрощением.
Это представление существенно упрощенно, так как трудно представить себе толчок, который бы завершился в бесконечно малый промежуток времени. В действительности движение требует времени и может быть относительно медленным. Однако подобного рода явления представляют собой исключения, более обычны такие землетрясения, которые можно описывать как толчок, имеющий по меньшей мере четкое начало, которым является время возникновения землетрясения в очаге (по Гринвичу). Это время называется время в очаге.
Аналогично допускают, что очаг землетрясения, т. е. гипоцентр, имеет ограниченные размеры и его положение может быть определено с помощью географических координат («эпицентр») и его глубины (в км) от земной поверхности. Однако и здесь можно сделать допущение, заключающееся в том, что нас интересует положение точки («фокус»), откуда началось движение.
В соответствии с этим при обычном подходе к описанию землетрясений предполагают, что сейсмический толчок имеет четко выраженное начало и определенное пространственное положение. Известно, что действие землетрясения на грунт длится промежуток времени.
Определения глубины очагов землетрясений показывают, что 80% всех землетрясений возникает в коре, причём большинство на глубине 8 – 10 км.
По глубине землетрясения принято разделять на неглубокие (мелкофокусные) с глубиной очага менее 60 км, промежуточные – от 60 до 150км и глубокофокусные – более 150 км. Максимально известная глубина очагов составляет, по некоторым оценкам, 720 км и более (по другим данным – 620 км), т. е. близ границ верхней и нижней мантии. Приведённое деление условно и не вполне согласуется с положением очагов в коре, надастеносферной и подастеносферной частях мантии [Злобин,2000].
Причины землетрясенийПо механизму образования землетрясения подразделяются на несколько классов, связанные: а) с тектоническими процессами, б) с вулканическими толчками, в) с обрушением полостей и аналогичными явлениями.
Обрушение полостей некогда считали основной причиной землетрясений. Однако теперь стало ясно, что этот факт может вызвать только слабые сотрясения.
Вулканические извержения могут вызвать значительно более сильные толчки: нет сомнений, что вулканическая активность может сопровождаться сильными землетрясениями.
Наиболее распространенной «причиной» землетрясений является, однако, тектоническая активность. Доказано, что земная кора и верхняя мантия постоянно напряженны, при этом во многих местах породы находятся на грани устойчивости. Землетрясения тесно связаны с формированием разломов; действительно упрощенно можно представить, что формирование разлома является механизмом очага землетрясения. Можно показать, что такой механизм согласуется с локальной ориентировкой системы глобальных напряжений. Если материал близок к разрушению, то сравнительно незначительная причина может послужить «спусковым механизмом» для землетрясения.
Занятие 2. Модели сейсмического очагаЦель: дать общее представление о моделях сейсмического очага.
Методические рекомендации по проведению:
Повторения основных понятий и выводов прошлого занятия.
Изучение моделей сейсмического очага
Очаг землетрясения можно рассматривать как «фокус», имеющий определенные координаты и проявляющий активность в четко фиксируемое время. Физические процессы, которые могут происходить в таком очаге, должны генерировать сейсмические волны, вызывающие определенные эффекты в эпицентральной зоне.
Понять физику сейсмического очага нелегко. Расшифровка сейсмического очага основана главным образом на различных физических и математических моделях. Эти модели либо очень упрощены, либо представляют собой очаг неоднородности в бесконечном статически или динамически упругом поле напряжений. Были также сделаны попытки создать модели, описывающие механизм конкретных землетрясений.
В самых простых моделях землетрясение рассматривается как разлом в земной коре, по которому происходит мгновенная подвижка. Это хорошо объясняет особенности направлений вступлений P-волн, наблюдаемые на сейсмографах. Данные сейсмических станций всего мира, характеризующие конкретное землетрясение, позволяют определить точное пространственное положение плоскости разлома, обусловившего землетрясение.
Упрощенная модель в виде разлома порождает ряд серьезных трудностей. Можно легко показать, что сдвигающее напряжение, которое необходимо для подвижки по плоскости нарушения, за исключением самых небольших глубин (для того, чтобы преодолеть трение), должно быть значительно больше прочности на сдвиг любого из встречающихся в этих условиях материалов. Следовательно, если происходит формирование разлома, то оно связанно скорее с некоторой реологической неустойчивостью пород, чем с образованием реальной трещины. Был высказан ряд предположений о наличии «смазки» на поверхности разломов, обусловленной плавлении при сдвиге, фазовыми переходами и влиянием поровых растворов. Модели, которые не могут быть представлены разломом, можно принять к некоторым типам землетрясений, но для большинства из них модель в виде разлома несомненно является наиболее подходящим аналогом. Бесчисленное количество выявленных расчетов путем плоскостей разломов и их соответствие полю тектонических напряжений в земной коре было бы в противном случае слишком удивительным.
Хотя физические процессы, происходящие в очаге землетрясения, еще не вполне ясны, упрощенную модель «разлома» целесообразно сохранить. При этом возникает задача математического описания такого «разлома», образующегося в земной коре. Поскольку участки коры, где возникают землетрясения (глубиной до 600 км), обычно рассматриваются как упругие, то усилия были направлены на создание такой математической модели очага в поле напряжений в упругой среде, которая феноменологически соответствовала бы «разлому».
Наиболее часто рассматриваются источники возмущения в виде определенных сингулярных сил. Однако воздействие диполя, обладающего некоторым моментом, дает такие же нодальные линии, как в случае хрупкого разрыва. Изучались и другие источники возмущений; установлено, что некоторые из них создают такую же волновую картину, как и дипольная сила с моментом. Различие можно найти только в том случае, если учитывать нодальные плоскости S или амплитуды. Более сложный источник возмущения, а именно двойной диполь без момента был изучен Кнопоффом и Рэндоллом [Knopoff, Randall, 1970].
Вместо сингулярности в напряжениях (силах) можно рассматривать сингулярность в деформациях, что проводит к дислокационной теории очага землетрясения. Подобный математический анализ показал, что они могут давать такие же нодальные линии, как и силовые модели; однако дислокационная модель, соответствующая квадруполю, в отличии от соответствующей дипольной находится в статистическом равновесии. Проникновение поверхности дислокации в среду, подвергнутая на ее границах постоянно действующим напряжениям, всегда увеличивает энергию, затрачиваемую на деформацию, так что разрыв становится не возможным. Однако это не верно, если рассматривать систему в целом.
Теория дислокаций была применена к объемным очагам и к асимметричным дислокациям.
Вышеперечисленные исследования основываются только на рассмотрении упруго-статистической среды. Для объяснения полученных сейсмограмм необходимо использовать теоретические положения динамики упругой среды. Это можно сделать путем рассмотрения статистического источника, у множенного на временной гармонический множитель eiwt, или путем создания модели начальных фаз не установившего процесса формирования сингулярности. Силовые и дислокационные модели очага характеризуются в первом приближении одинаковым начальным излучением. Динамические силовые (мультипольные) модели очагов землетрясений изучались несколькими исследователями.
Аналогично изучались динамические дислокационные модели.
Перечисленные выше аналитические решения лучше всего аппроксимируют фактические условия (гармонический источник, аппроксимация первого движения и т.д.). Были так же предприняты попытки исследовать более реальные условия.
Результаты изучения упрощенных моделей подтверждаются более сложными аналитическими и физическими моделями, по крайней мере, в основных чертах. Сравнение с данными фактических наблюдений дает вполне удовлетворительные результаты.
Занятие 3. Параметры сейсмического очагаЦель: познакомить учащихся с такими параметрами сейсмического очага, как магнитуда, энергия, деформация, объем, напряжение и длина, ширина разлома.
Методические рекомендации по проведению:
Занятие начинается с вступления: разнообразные модели сейсмического очага характеризуется большим числом различных параметров. Выбор и оценка параметров имеют, конечно, значение лишь в том случае, если соответствующая модель принята или, по крайней мере, подразумевается.
Магнитуда. Некоторые из параметров однако имеют более общее значение, например суммарная энергия, высвобождаемая сейсмическим очагом во время землетрясения. К сожалению, трудно определить энергию землетрясения. В связи с этим необходимо выбрать такую характеристику силы землетрясения в очаге, которую можно было бы определить эмпирически и, во всяком случае, непосредственно. Один из таких параметров является магнитуда. Понятие магнитуды было сформулировано Рихтером. В нем учитывается только максимальная амплитуда сейсмической записи землетрясения. Зависимость между магнитудами M двух землетрясений на стандартном расстоянии 100 километров от эпицентров и максимальными амплитудами B (в мм) сейсмических записей имеет следующий вид:
(1)
при условии записи сейсмограмм на стандартном торсионном сейсмометре со свободным периодом 0.8 c, инструментальным увеличением 2800 и коэффициентом затухания 50:1. Нулевое значение шкалы соответствует M=3 для B=1мм.
Магнитуда зависит от типа используемого сейсмографа. Нельзя считать, что магнитуда однозначно характеризует силу (т.е. выход энергии) источника землетрясения. Тем не менее она дает приближенную оценку очага и легко определяется по сейсмограмме, хотя и не удается получить идентичные результаты при замерах одного и того же землетрясения сейсмографами в различных частях Земли.
3.Энергия. Можно было бы точно оценить силу землетрясения, если измерить выделяемую им энергию. Однако это сделать невозможно.
Чтобы исследовать эту проблему, надо рассчитать полную энергию, выделенную очагом землетрясения в виде упругих волн, на основе записанного сейсмографом потока энергии, прошедшего через сейсмическую станцию. Поскольку в таких расчетах учитывается излучение источника, то принятый тип модели конкретного сейсмического очага так же является весьма важным фактором. Расчеты включают сложение квадратов амплитуд сейсмических записей.
Энергетическим классом K землетрясения называют десятичный логарифм выделяемой энергии, выраженной в эргах,
.(2)
Существует следующая зависимость между энергией и различными шкалами магнитуд
,(3)
где α и β – эмпирические коэффициенты. Они могут быть определены только приближенно, поскольку нельзя ожидать однозначной зависимости между энергией, полученной суммированием, и магнитудой, полученной из максимальной амплитуды волнового цуга.
4.Деформация. Деформация упругого тела пропорциональна квадратному корню из накопленной в нем упругой энергии. Полная зависимость имеет вид:
,(4)
где W – упругая энергия на единицу объема; θ – объемная дилатансия; εij – тензор деформации; λ, μ – константы Ламэ.
Таким образом, высвобождаемую при землетрясении энергию можно выразить через соответствующую «высвобожденную» деформацию. При этом, однако, допускается, что объем очага землетрясения постоянен для всех магнитуд, что едва ли правильно. Как следует из уравнения (4), полная энергия упругой деформации очага равна:
,(5)
где V – объем очага землетрясения.
Ниже показано, что объем очага землетрясения V возрастает с увеличением магнитуды таким же образом, как и E, откуда следует, что W и ε не зависимы от магнитуды.
Зависимость между деформацией (общей и на единицу объема) характеризуется выражением:
.(6)
Деформация увеличивается так же в зависимости от магнитуды, как объем или энергия, поскольку деформация на единицу объема ε является постоянной.
Независимость магнитуды от деформации на единицу объема в зоне землетрясения физически означает, что землетрясения с разной магнитудой различаются размерами очага. Землетрясение происходит тогда, когда деформация в очаге достигает критического значения.
5.Объем. Другим параметром очага землетрясения является его объем. Это участок вокруг «фокуса» землетрясения, в котором нарушены условия упругости. В упрощенных моделях такой объем предполагается равным нулю, однако физически это не возможно. Объем увеличивается с ростом магнитуды, подобно энергии:
,(7)
но с другими коэффициентами (α= 9,58 и β=1,47 для магнитуды поверхностных волн).
Из уравнений (5) и (7) следует, что деформация на единицу объема в очаге землетрясения является постоянной. Если допустить, что деформация при землетрясении остается постоянной, можно рассчитать объемы (по крайней мере, относительные) очага землетрясения.
6.Напряжение. Если мы предполагаем, что придельная деформация в районе землетрясения постоянна, то же самое мы должны допустить и для придельного напряжения, поскольку между ними имеется однозначное соответствие в теории упругости, применение которой представляется обоснованной вне очага землетрясения.
Когда происходит землетрясения, напряжение на гипотетической поверхности разлома падает, что соответствует прочности на сдвиг. Падение напряжения было подсчитано Чиннери для не глубоких землетрясений путем измерения горизонтального смещения по поверхности разлома, принятого за вертикальную плоскость[Chinnery, 1964]. При таком подходе падение напряжения составляет порядка 10-100 бар. Падение напряжения при землетрясениях с магнитудой 6,8-8,3 обычно не превышает 60 бар с крайними значениями от 10 до нескольких сотен бар. По сравнению с обычной прочностью пород в верхних слоях Земли эти величины оказываются очень низкими. Отсутствует явная корреляция между средним падением напряжения магнитудой соответствующего землетрясения.
7.Длина, ширина разлома и наблюдающиеся движения. При многих не глубоких землетрясениях можно наблюдать тектонические подвижки. Для таких землетрясений были выявлены между длиной разлома L, относительными смещениями D (горизонтальными и вертикальными) и магнитудой M.
Кроме того, была установлена зависимость магнитуды от ширины разлома W и сейсмического момента μLDW (где μ—жесткость).
Большинство зависимостей имеет вид:
(8)
(9)
(10).
Это предполагает также линейные зависимости между группами этих параметров:
(11)
(12)
(13)
и т.д.
Кинг и Кнопофф [King, Knopoff, 1969] использовали более сложную зависимость:
(14),
где n≈2. Чиннери повторно изучил эти корреляции и обнаружил отсутствие линейных зависимостей типа (8) или (10) для всей шкалы магнитуд, но подтвердил линейную зависимость (9) для 3<M<8. Однако надежное подтверждение этих зависимостей затрудняется из-за недостатка достоверных данных.
Таким образом, используя вышеназванные формулы можно определить длину и ширину разлома.
Занятие 4-5. Прогноз и предвестники землетрясенийПримечание: на предыдущем занятие дать учащимся вопросы к семинарскому занятию.
Тема семинарского занятия: «Прогноз и предвестники землетрясений»
Вопросы к семинару:
Пространственно-временной ход сейсмичности;
Изменение соотношения скоростей продольных и поперечных волн VP/VS;
Деформации и наклоны земной поверхности;
Изменение уровня грунтовых вод;
Форшоки (т. е. сейсмические толчки, предшествующие главному толчку);
Изменения электромагнитных полей;
Геохимические исследования;
Наблюдения за животными
Прогноз и предвестники землетрясенийЦель: изучить предвестники землетрясения. Привить учащимся навыки самостоятельной работы. Развитие ораторского мастерства.
Методические рекомендации по проведению:
Важнейшее значение для уменьшения бедствий от землетрясений имеют прогноз этого явления и правильное понимание населением возможности прогноза. Существуют различные точки зрения на прогноз. В то же время от правильного решения этого вопроса зависит принятие адекватных действий. Поэтому столь важным является рассмотрение проблемы прогноза землетрясений.
Прогноз – это предсказание силы, места и времени землетрясения. Для этого в первую очередь необходимо выявить предвестники землетрясения, которые подразделяются на долгосрочные, среднесрочные и краткосрочные.
Долгосрочные предвестники.
Они основаны прежде всего на проведении общего сейсмического районирования (ОСР), осуществляемого по совокупности критериев и признаков: плотность сейсмических землетрясений, энергия и интенсивность землетрясений, геологические о геофизические признаки.
По этим признакам строят карты сейсмического районирования двух типов: карты сейсмической активности и карты повторяемости землетрясений (силой 7 или 8 баллов). Таким образом, по сути карты второго типа указывают, через сколько времени в том или ином месте могут произойти землетрясения с той или иной магнитудой.
Краткосрочные и среднесрочные предвестники.
Пространственно-временной ход сейсмичности;
Изменение соотношения скоростей продольных и поперечных волн VP/VS;
Деформации и наклоны земной поверхности;
Изменение уровня грунтовых вод;
Форшоки (т. е. сейсмические толчки, предшествующие главному толчку);
Изменения электромагнитных полей;
Геохимические исследования;
Наблюдения за животными
2.Осветим кратко эти предвестники, поскольку они могут быть полезны как специалистам, так и непосредственно населению [Злобин,2000].
3.Итог урока: в течении семинарского занятия учащихся должны заполнять следующую таблицу:
№ п/пПризнак Форма проявлений Примечание
Занятие 6. Меры защиты при землетрясениях. Шкалы сейсмической интенсивностиЦель: ознакомить учащихся с мерами защиты при землетрясениях, а так же со шкалами сейсмической интенсивности.
Методические рекомендации по проведению:
Меры защиты при землетрясениях
Для защиты от какого-либо стихийного бедствия и снижения негативных последствий существует три вида действий:
Предотвращение стихийного бедствия или катастрофы;
Предсказание их;
Принятие мер защиты;
Рассмотрим эти действия.
Предотвращение землетрясения
Предотвратить землетрясение практически невозможно. Однако известны случаи, когда землетрясение все же было предотвращено.
Предсказание землетрясений
Возможность предсказания и его эффективность мы рассмотрели на предыдущем занятии. За последнее время прогресс в этой области есть, но о возможности надежного спасения людей и инфраструктуры на основе прогноза говорить пока рано.
Принятие мер защиты
Исходя из вышесказанного, следует, что наиболее доступным и действенным сейчас остается последнее средство – принятие мер защиты при землетрясениях самими людьми на основе знаний и соответствующих действий.
Итак, что надо знать о необходимых действиях для того, чтобы уменьшить негативные последствия от землетрясений?
При всей общности явлений в каждом регионе имеются свои специфические особенности (степень сейсмичности территорий, надежность проведения сейсморайонирования и прогноза, удаленность от наиболее вероятных очаговых зон, максимально возможная магнитуда землетрясения и т. д.).
Решение всех этих задач требует больших усилий, средств и времени.
Все меры защиты можно систематизировать в следующие таблицы:
До землетрясения:
№ п/пМеры и действия Примечание
1 Получить информацию о сейсмо - стойкости здания, где вы проживаете или работаете. В ЖЭУ, «Сахалингражданпроекте» узнайте серию дома и сейсмостойкость.
2 Ознакомьтесь заранее со шкалой интенсивности в баллах, признаками балльности, чтобы потом вовремя принять решение – следует ли покинуть здание или можно ещё остаться в нем из расчета имеющегося времени 15-20 сРеально ощущаемые большинством людей колебания (сотрясения здания в целом, раскачивание висячих предметов, распахивание дверей, окон, колебания жидкости) и отличные от иных (движения грузовика), соответствуют уже 5 баллам. Поэтому надо будет немедленно покинуть здание.
3 Заранее продумайте план и наметьте маршрут. На случай принятия решения об эвакуации.
4 Запомните наиболее безопасные места (проемы капитальных внутренних стен, входных дверей, углы у капитальных стен и др.) и наиболее опасные (застеклённые проемы, лифты, лестницы, балконы, карнизы). На случай невозможности эвакуации.
5 Помня о необходимости защиты от обломков, стекол, падающих предметов, научите этому детей, проведите тренировки. Места укрытия – под столом, кроватью.
6 Подумайте заранее - как увеличить безопасность детей, стариков, больных. Эвакуация, помещение в безопасное место.
7 Закрепите мебель, освободите выход из квартиры. Сделайте это заранее.
8 Тяжелые предметы переместите вниз. Если они неустойчивы.
9 Проверьте отсутствие тяжелой мебели над спальными местами, входными дверями В случае наличия – убрать.
10 Освободите лестничные площадки, коридоры Особенно у выхода.
11 Не располагайте спальные места у больших стеклянных проемов окон. 12 Освободите балкон от легковоспламеняющихся и ядовитых жидкостей. 13 Проверьте крепления люстр и светильников 14 Отключите газ, электричество, водоснабжение. В квартире и подъезде.
15 Знайте и умейте оказывать первую медицинскую помощь Особенно при травмах и сдавливании конечностей.
16 Храните дома запас воды, продовольствия, аптечку скорой медицинской помощи Запас воды – на 3-5 дней, продукты в консервах.
17 Основные документы храните компактно, помните, где они лежат. Место хранения документов должно быть легко вам доступно.
Во время землетрясения:
№ п/пМеры и действия
В помещении В транспорте На улице
1 Покинуть помещение, если есть возможность сделать это за 15-20 с. Если вы окружены высотными зданиями или находитесь на виадуке, сохраняйте спокойствие и продолжайте максимально быстрое движение. Отойдите от зданий, не стойте вблизи них. Не пытайтесь снова проникнуть в них.
2 Покидая помещение, сохраняйте спокойствие, не создавайте «пробки» в дверях. Не останавливайтесь вблизи мостов, туннелей и эстакад. Избегайте останавливаться под деревьями, электричес – кими проводами. Отойдите от зданий, столбов, оград, постарай–тесь выйти на открытое место (пустырь, стадион, сквер, широкую дорогу).3 Не выпрыгивайте из окон верхних этажей. На открытом месте остановитесь, но не выходите из машины. Осмотритесь, чтобы над вамине было деревьев, линий электропередачи, карнизов, балконов.
4 При эвакуации через окна первого этажа предварительно разбейте чем-нибудь стекла. В автобусе попросите водителя открыть дверь, но не бейте стекла окон, не сейте панику, не вырывайтесь из автобуса. 5 При эвакуации не пользуйтесь лифтом. Если вы находитесь в городской местности или около склонов, утесов, террас, скал, развалин – отъедьте от них. 6 Если вы остались в помещении, займите безопасную позицию (как можно дальше от печей, каминов, электрических приборов, тяжелой мебели, стёкол), ближе к капитальным стенам. 7 Присядьте или опуститесь на пол, укройтесь под крепким столом, откройте дверь квартиры, можно встать в дверном проеме. 8 Для защиты от падающей штукатурки, стеклянных предметов – спрячьтесь. Закройте голову руками. После землетрясения:
№ п/пМеры и действия Примечания
1 Если вы не пострадали, примите меры по освобождению людей из легко устранимых завалов, окажите первую помощь. Если вы не в состоянии оказать помощь, сообщите о пострадавшем.
2 Если вы оказались в завале – не паникуйте. Людей спасали из завалов через 7-10 и более суток.
3 В завале постарайтесь определиться: где находитесь, нет ли выхода, лаза. Подайте голос, ищите воду, одеяло, пищу. Надейтесь на помощь.
4 Если вы вне завалов – окажите содействие остальным, постарайтесь разместить пострадавших. Прежде всего – больных, стариков, детей.
5 Не занимайте телефон без необходимости. Телефонная линия может выйти из строя из-за этого.
6 Включите радио, слушайте местные радиостанции и радиотрансляцион- ную сеть. По радио может передаваться полезная информация штаба ГО и ЧС.
7 Не будьте пассивным наблюдателем, создавайте инициативные группы по оказанию первой помощи пострадавшим, уменьшению паники. Действовать надо сразу, до поступления официальных распоряжений.
8 После оказания первой помощи проверьте отключение электричес – тва, повреждения сети. Неисправность может привести к пожарам.
9 Проверьте отключение газа и отсутствие утечки. Газ особенно опасен.
10 Проверьте неисправность водопро –вода, выключите водоснабжение в случае его неисправности. 11 Проверьте и исправьте канализацию, прежде чем ею пользоваться. 12 Проверьте лестницу, прежде чем ею пользоваться. 13 Не разводите костры, не пользуйтесь открытым огнем или примите меры предосторожности. Во избежание пожаров.
14 Не приближайтесь к зданиям, пострадавшим во время землетрясения. 15 Остерегайтесь последующих толчков, они могут произойти и через несколько суток, недель, месяцев. По поводу последующих толчков пользуйтесь только официальной информацией. Они наиболее опасны первые 2-4 часа после основного толчка.
16 Знайте, что в настоящее время невозможно надежно предсказать последующие толчки. 17 Помните, что землетрясения могут вызвать другие природные катастрофы, например, цунами. На берегу – срочно удалитесь от моря.
Шкалы сейсмической интенсивности
Для того, что бы представить себе, какие могут быть последствия землетрясений и разрушения в зданиях и какой силы землетрясение они могут выдержать, приведем шкалу сейсмической интенсивности.
Интенсивность, балл (МSK - 64) Признаки интенсивности землетрясений
1 Колебания почвы отмечаются приборами
2 Ощущаются в отдельных случаях людьми, находящимися в спокойном состоянии, преимущественно на верхних этажах зданий.
3 Колебания отмечаются немногими людьми в зданиях, не замечаются вне зданий.
4 Землетрясение отмечается многими людьми в зданиях, похоже на колебания, вызванные тяжелым транспортом; не замечаются большинством спящих (просыпаются отдельные лица), не замечается при ходьбе вне помещения. Возможно дребезжание стекол.
5 Качание висящих предметов, многие спящие просыпаются, ощущается сотрясение зданий в целом, не замечают многие при ходьбе вне помещений.
6 Замечается большинством людей, некоторые пугаются, выбегают из помещений; трещины в штукатурке, перегородках во многих зданиях.
7 Во многих домах повреждаются трубы, в капитальных стенах возникают тонкие трещины. Ощущают многие за рулем движущейся по асфальту автомашины, слышен звон больших колоколов.
8 Сквозные трещины в капитальных стенах, падение многих дымовых труб.
9 В некоторых зданиях хорошей постройки обвалы, обрушения стен, перекрытие кровли.
10 Обвалы во многих зданиях хорошей постройки. Трещины в грунтах шириной до 1 м.
11 Обвалы подавляющего числа зданий хорошей постройки; повреждение железных дорог, мостов, плотин; многочисленные трещины на поверхности Земли, большие обвалы в горах.
12 Сильное повреждение или разрушение практически всех наземных и подземных сооружений.
Вышеназванная шкала интенсивности – 12 –балльная. Естественно, не каждое землетрясение угрожает жизни человека и не надо боятся каждого толчка.
Для того чтобы иметь представление о соотношении шкалы интенсивности в баллах MSK – 64 магнитуд по шкале Рихтера в балах шкале интенсивности, принятой в Японии, приводим ниже соответствующую таблицу. Хотя для точного перевода интенсивности в баллах по шкале MSK – 64 в магнитуду по шкале Рихтера существуют хорошо известные специалистам формулы, все же для простоты и понимания большинством людей представляется уместным привести приближенную таблицу соотношений. Эти соотношения в основном соответствуют землетрясениям, происходящим на глубине примерно 20 км.
Баллы
Шкала Японии Шкала Рихтера Шкала MSK – 64
-
1,1
1,8
2,4
3,1
3,8
4,3
5,7
6,2
6,9
7,0
- -
-
-
4
4,6
5,2
5,8
6,4
7
7,6
8,2
8,8 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Занятие 7. Экскурсия на сейсмостанциюЦель: познакомить учащихся с работой сейсмостанции.
Методические рекомендации по проведению:
1.План экскурсии:
Рассказать о роли сейсмостанций
Ознакомить с работой сейсмостанций
Рассказать о применяемых здесь приборах
Примечание: к следующему занятию учащиеся должны принести отчет об экскурсии в следующей форме:
2.Отчет:
Для чего нужны сейсмостанции
С какими приборами ознакомились
Что нового узнали
Свои впечатления об экскурсии
Занятие 8. Строение вулканов. Классификация вулканических извержений. Связь вулканизма с тектоникой. Интенсивность, энергия и магнитуда изверженийЦель: познакомить учащихся со строением вулканов. Дать классификацию вулканическим извержениям. Установить связь вулканизма с тектоникой. Изучить интенсивность, энергию и магнитуда извержений.
Методические рекомендации по проведению:
1.Строение вулканов.
По определению Г. Макдоналда, экс-президента международной ассоциации по вулканизму и химии недр Земли, вулкан – это отверстие или место в земле, из которого расплавленная порода или газ (или вместе) поступают на поверхность из недр [Макдоналд, 1975].
Вулкан, или вулканический аппарат, устроен следующим образом (см. рис). Это, как правило, конусовидная гора и в ней выделяют:
кальдеру
соммуконус (вершинный)
кратер (центральный, побочный)
жерло (выводной канал)
лавовый поток
вулканический очаг.

Схема строения вулканов
2.Классификация вулканических изверженийХарактеристики извержения определяются в значительной степени количеством и давлением газа, выделяемого из расплавленной породы, а так же вязкостью лавы. По степени вязкости можно выделить наиболее жидкую лаву (пахоэхоэ), промежуточную (аа – лаву) и наиболее вязкую (глыбовую) лаву. Лава пахоэхоэ с удалением от источника может превратиться в аа – лаву (потеря летучих компонентов обуславливает увеличение ее вязкости); глыбовые лавы имеют обычно более силикатный состав по сравнению с другими их типами. Истинные значения вязкостей трудно определить, поскольку они зависят от температуры. Вследствие этого приведенная выше классификация лав является только относительной.
Так же, как и вязкость, количество давления газа в поднимающейся магме может быть низким, средним или высоким. Типы извержений можно классифицировать как показано в таблице :Лава Давление газа
низкое среднее высокое
Жидкая Исландский
Гавайский СтромболианскийВезувианскийПромежуточная ВулканианскийПерретианскийВязкая МерапскийВинсентианскийПелейскийДля гавайского и исландского типов извержений характерна продолжительная активность; исландский тип обычно наблюдается в протяженных трещинах, в то время как гавайский тип связан с более короткими трещинами и кратерами. Стромболианский тип более мощный, чем предыдущие, и образует облака; везувианский тип образует их еще в большей степени. Вулканианский тип характеризуется вертикальными выбросами облаков газа; в извержениях перретианского типа эти облака достигают гигантских размеров и связаны с выпадением пепла. Мерапский тип характеризуется образованием раскаленных облаков, которые превращаются в раскаленную лаву («палящие тучи») в извержениях винсентианского типа и в гигантские раскаленные лавины при извержениях пелейского типа. Наиболее катастрофические последствия для населения возникают при сочетании высокого давления газа и большой вязкости лавы.
3.Связь вулканизма с тектоникойВулканы, подобно землетрясениям и горным хребтам, не располагаются случайно на земном шаре. Они приурочены к определенным вулканическим областям.
Вулканы обычно тяготеют к районам современной тектонической активности. Таким образом, существует зависимость между вулканизмом и тектоникой.
Имеется также зависимость между вулканизмом и сейсмичностью района; это становится очевидным, если сравнить распространение вулканов, отображающим сейсмичность Земли. Существует сходная зависимость между вулканизмом и потоком внутреннего тепла Земли. [Boldizsar, 1970].
Между вулканизмом и тектоникой существует только общая зависимость. Структура тектонически активного района часто бывает очень сложной в деталях.
4.Интенсивность, энергия и магнитуда изверженийДля описания силы вулканических извержений необходимо иметь возможность классифицировать их в соответствии с некоторой шкалой интенсивности. Такую шкалу первым разработал, по – видимому, Тсуя [Tsuya, 1955], положив в ее основу только объем исторгнутого материала.
Для установления зависимости между объемом материала и энергией извержения следует провести разграничения между исторгнутым материалом, состоящим в основном из расплавленной магмы (класс А), и извергнутым материалом, представленным твердым или древним материалом (класс Б); такое разграничение необходимо, поскольку расплавленная магма обладает значительно большей энергией, чем твердый материал [Hedervfry, 1963].
Энергию, выделяемую при вулканическом извержении, можно рассчитать путем феноменологического изучения производимых им различных воздействий. Выделяемая энергия включает: кинетическую энергию выброса пирокластических материалов из кратеров, тепловую энергию в форме тепла, содержащегося в извергнутой лаве и газах, сейсмическую энергию вулканических землетрясений, энергию, расходуемую на разрушение горных пород, и т. д. Не трудно показать, что можно пренебречь всеми формами высвобождающейся энергии по сравнению с выделением тепловой энергии. Последнее определяется массой извергнутого материала и его температурой. Соответствующая формула имеет вид:
,(15)
где Е – высвобождаемая тепловая энергия; V – объем извергнутого материала; ρ- его средняя плотность; ΔТ – превышение температуры лавы над температурой воздуха, ºС; с – удельная теплоемкость лавы (0.25 кал/ºС); L – теплота плавления (L=0 для твердого материала, L=50 кал/г для расплавленной лавы). В данной формуле величина Е выражена в калориях, в случае использования других единиц в уравнение нужно ввести переходный коэффициент.
Поскольку по плотности и температуре извергнутый материал довольно однороден, выход энергии зависит в основном от его объема V при условии выделения двух классов извержений с L=0 и L=50 кал/г (для твердого и расплавленного материалов). Можно определить магнитуду (М) для извержений по тому же методу, что и для землетрясений. Исходная формула, соответствующая уравнению (3), имеет вид:
,(16)
где значения α и β отличаются у разных авторов. Хедервари для определения М извержения принял α=11 и β=1.6. Рассмотрев значения для многих извержений, он затем получил следующие зависимости между объемом V (в м³) извергнутого материала и магнитудой:
Для извержений класса А (17);
Для извержений класса Б(18)
Хедервари применил последние две формулы к большому числу вулканических извержений. Он получил, таким образом, корреляцию между интенсивностями по Тсую и магнитудами для извержений классов А и Б.
Занятие 9. Движущая сила извержения. Динамика лавового потока. Пепловые потокиЦель: познакомить учащихся с движущей силой извержения. Изучить динамику лавового потока. Дать общее представление о пепловых потоках.
Методические рекомендации по проведению:
1.Движущая сила изверженияДвижущую силу, необходимо для подъема магмы и ее интенсивного извержения, необходимо искать в фазовых переходах многокомпонентных расплавах. Простейший из этих расплавов состоит из воды (пара), «растворенной» в вулканическом стекле. Количество газа c в растворе (выраженной в долях единицы) при давление p и температуре 1000 C составляет:
,(19)
где a=11,4 Мбар и b=1,08 Мбар (для альбита).
Если допустить, что магматический резервуар находится в равновесии, то изменение внешних условий может его нарушить. При изменение внешних условий в сторону понижения внешнего давления выделение газа приведет к дополнительным уменьшению давления и соответствующему увеличению неравновесности. Этот может привести к извержению. Именно расширяющийся газ вызывает основной эффект. Было установлено, что существует линейная зависимость между логарифмами давления газа p и кинетической энергией E вулканических взрывов, имеющая следующий вид:
,(20)
где E выражено в эргах и p в барах.
Фактически расчет извержения является очень сложной и пока не решенной задачей, поскольку следует учитывать изменение вязкости расплава.
2.Динамика лавового потокаГорячая лава вытекающая из вулкана, может течь на очень большие расстояния, особенно большие лавовые покровы образовались в доисторические времена. Кажется трудным описать динамику таких огромных потоков, с учётом тех значений вязкости, которые обычно принято связывать с лавами.
В первом приближение динамики может быть описана как динамика ньютоновской жидкости, однако более сложная линейная модель может оказаться более адекватной. Много измерений вязкости вулканических пород было проведено в различных условиях Мюразом [Murase, 1962].
Во время течения потока лавы постепенно охлаждается, что приводит к увеличению его вязкости. При построении динамической модели потока лавы необходимо учитывать изменение вязкости от температуры. Зависимость между вязкостью и абсолютной температурой T обычно выражают уравнением:
,(21)
где и b константы.
Это зависимость вытекает из общего рассмотрения абсолютных скоростей процесса. Для базальтов значение 0 меняется от 1,3 до 6,010-6 пз, а значение b от 2,65 до 2,7310-4 K [Danes, 1972]. Температура плавления близка к 1150 K. Для андезитовых лав значения этих констант будут другими из-за большей вязкости и более низкой температуры магмы в момент извержения. Вязкость свежих лав меньше, чем повторных расплавов, в которых, по-видимому, отсутствуют летучие компоненты или образуется со временем дополнительные связи в вулканическом стекле.
Данеш построил простую модель потока лавы, приняв за основу представление о чистой ньютоновской жидкости. Уравнение движения вязкой жидкости наклонным слоем с ламинарным течением следующее:
,(22)
где x-координата, параллельная потоку; y-координата, нормальная потоку; u-скорость потока; -плотность расплава; -вязкость расплава; p-давление; g-ускорение силы тяжести; -угол наклона нижней поверхности слоя. Для слоя мощности h имеем:
.(23)
При малом можно принять sin и cos1. Тогда для установившегося течения получим:
.(24)
Можно провести дальнейшею аппроксимацию: если допустить dh/dx постоянным и равным , то, проинтегрировав уравнение (24) от y=0 до y=h, получим для граничных условий u=0 (где y=0) и du/dy (где y=h) следующее выражение:
. (25)
Отметим, что:
.(26)
Раскаленная лава, стекая, постепенно охлаждается, что описывается в большинстве случаев законом Стефана-Больцмана:
,(27),
где -удельное тепловое излучение лавы; -универсальная постоянная Стефана-Больцмана; L-энерготепловой эквивалент; a-удельная теплоемкость лавы; T-абсолютная температура. На практике трудно получить данные о продолжительности течения лавы, поэтому зависимость от времени заменяют на зависимость от x:
,(28)
что дает:
(29)
или, после интегрирования:
,(30)
где T0-первоначальная температура; Ts-окончательная температура (затвердевания) потока лавы (1150 C). В природе зафиксированы потоки с x=300 км.
В описанной выше теории лавовый поток просматривается как однородная вязкая жидкость. Фактически в таком потоке происходит охлаждение лавы от поверхности внутрь, что вызывает образование холодной «корки». После этого лава сохраняет подвижность только на отдельных участках, где она прорывает корку в форме апофиз. Кроме того, при охлаждении начинает проявляются не ньютоновские процессы [Shaw, 1969]. Конечно, трудно точно теоретически рассчитать такие явления. Тем не менее, искусственное разрушение корки (сбрасывание взрывчатых веществ с самолёта) в топографически благоприятных условиях позволяют изменить направление потока лавы. Даже низкая земляная насыпь, быстро сооруженная на пути потока лавы, может в зависимости от вязкости лавы спасти посевы от уничтожения.
4.Пепловые потокиПеплообразные продукты вулканических извержений переносятся и осаждаются двумя различными способами: при пеплопаде мелкообломочные продукты извержения, выброшенные высоко в воздух, выпадают на сушу или в воду; в противоположность этому при пепловом потоке аккумуляции материала происходит из горячей, раскаленной смеси обломков и газа, захваченных в быстрое турбулентное движение и смещающихся вниз по склону вулкана. Движение пеплового потока происходит под действием силы тяжести, в то время как при пеплопаде перемещение вызывают горизонтальная сила ветра и остаточная турбулентность, а сила тяжести только осаждает материал из пеплового облака, движущегося по ветру.
Пепловый поток в форме раскаленного облака может служить классическим примером. Возможные механизмы таких потоков рассматривались Фишером [Fisher,1966], Шревом [Shreve,1968b] и Алленом [Allen,1971a].
Фишер заимствовал концепцию пограничного слоя из гидравлики, предположив, что между потоком и склоном образуется слой с низкой вязкостью. Шрев считает, что такой слой «смазки» формируется в результате захваченного и сжатого воздуха; эту модель он также применил для объяснения механизма катастрофических оползней. Аллен рассматривает пепловый поток как разновидность турбидитного потока в воздухе. К сожалению, механика турбидитных потоков изучена слабо, поэтому трудно прогнозировать распространение, скорость и другие характеристики потока пепла при ожидаемом вулканическом извержении.
Занятие 10. Выпадение пепла. Образование кальдеры. Вулканические бомбыЦель: познакомить учащихся с процессом извержения, т. е. рассмотреть такие вопросы, как выпадение пепла, образование кальдеры и вулканические бомбы.
Методические рекомендации по проведению:
Выпадение пеплаПри выпадении пепла продукты вулканического переносятся в атмосфере на большие расстояния в виде турбулентной взвеси. По мере затухания турбулентности несущая способность воздуха уменьшается, и пепел постепенно осаждается на земную поверхность. Выпадающий пепел подвергается эоловой дифференциации, при которой частицы сегрегируются по их скорости падения, в процессе переноса ветром.
А.Е. Шейдеггер совместно с Поттером [Scheidegger, Potter, 1968] изучали механизм выпадения пепла, основанный на физической модели. При этом были сделаны следующие выводы:
При пеплопаде некоторый объем пепла выбрасывается в воздух за период времени Т с начальным распределением частиц по их размеру и плотности как степенная функция скорости выпадения.
Турбулентное движение взвешивает пепел в воздухе; турбулентность затухает в соответствии со стандартными законами затухания.
Несущая способность турбулентного движения воздуха и воды в реке аналогичны. Продолжительность выпадения пепла в любой точке с подветренной стороны вулкана пропорциональна продолжительности выброса пепла.
На эти процессы накладывается постоянное действие ветра, направленного от источника пепла.
Описанная выше модель аналогична модели, использованной Шейдеггером и Поттером при излучении градационной слоистости осадков. Однако здесь рассматривается перенос материала ветром со средней скоростью v. Искомым конечным результатом является аналитическое выражение для расчета размера частиц и мощности осадка пепла h на различных расстояниях кратера:
;(31)
,(32)
где Т – продолжительность выброса пепла; m – константа затухания турбулентности (изменяется от 1 до 5/2); - константа, зависящая от первичного распределения размеров частиц. Эти формулы показывают, что уменьшение размера частиц и мощности осадка пепла h происходит пропорционально увеличению расстояния от кратера. Проверка формулы по имеющимся данным наблюдений дала удовлетворительную сходимость.
Образование кальдерыЕсли лава извергается из жерла вулкана вследствие расширения газа, внизу остается пустое пространство. Эта полость может впоследствии обрушится под тяжестью вышележащих пород, образуя на поверхности Земли депрессию, называемую кальдерой.
Возникает кальдера или нет, зависит от устойчивости подземных полостей. Эта проблема рассматривалась в связи с генезисом пещер. По – видимому, устойчивость полости не зависит от ее размеров. Максимальное скалывающее напряжение на стенке сферической полости, вызванное чистым (изотропным) сжатием p (под нагрузкой вышележащих пород), равно:
.(33)
Сопоставление этого сдвигающего усилия с прочностью материала породы на сдвиг покажет: обрушится данная полость или нет.
Формулы для трехосного напряженного состояния значительно более сложные.
Когда полость обрушивается, проседание распространяется до поверхности. Обозначим вертикальную координату через z, горизонтальные через x и y; тогда проседание w слоя, расположенного на высоте z над полостью, выразится следующим уравнением диффузии:
(34)
Шейдеггер [Scheidegger, 1966] привел общее доказательство этого уравнения, основанное на статистической механике.
Для практического применения следует знать смещение на уровне полости (w=w(h,y,z=0)), затем, используя уравнение (34), определить форму кальдеры на поверхности. Константу К можно определить по данным полевых наблюдений. Оливери дель Кваглиарелло высказали иные соображения относительно генезиса кальдер, предположив, что нагреваемая поднимающейся магмой поровая вода создает высокое поровое давление. Последнее повышается до тех пор, пока не произойдут внутренние разрывы породы, которые дадут выход коровым растворам и снизят поровое давление. Это может привести к образованию кальдероподобных проседаний поверхности на прилегающей территории.
Вулканические бомбыВзрывы, сопровождающие вулканическое извержение, способны выбрасывать вулканические бомбы.
Бомбы представляют собой камни (диаметр их часто превышает 50 см), выброшенные на большие расстояния и движущиеся обычно по параболическим траекториям. Сопротивление воздуха имеет небольшое значение. Энергия вулканического выброса, преобразованная в кинетическую энергию бомб, составляет, как уже отмечалось выше, только незначительную часть общей высвобождающейся энергии.
Для первоначальной скорости v0 максимальная дальность полета D бомбы достигается при выбрасывании ее под углом 450 и составляет:
(35)
Таким образом, можно определить первоначальную скорость v0 по максимальной дальности полета вулканических бомб, выброшенных при извержении. Подсчитанные таким методом первоначальные скорости часто превышают 170 м/с. С такой скоростью максимальная дальность полета составляет около 3 км.
Излишне говорить о трудности создания эффективной защиты против таких снарядов, как вулканические бомбы. Это явление следует предвидеть заранее и в районах возможного их падения необходимо провести эвакуацию населения.
Занятие 11-12. Меры активной защиты от вулканических изверженийПримечание: на предыдущем занятие дать учащимся вопросы к семинарскому занятию.
Тема семинарского занятия: «Меры активной защиты от вулканических извержений»
Вопросы к семинару:
лавовые потоки
тефры (вулканические бомбы, лапилли, пепел)
грязекаменные потоки
водные потоки (вулканические наводнения)
палящая туча (раскаленные лавины)
вулканические газы
цунами вулканического происхождения
Меры активной защиты от вулканических изверженийЦель: Расширить кругозор учащихся и ознакомить их с правилами поведения при извержениях вулканов.
Методические рекомендации по проведению:
Прежде чем определять меры защиты от вулканических извержений, рассмотрим, какие существуют виды опасности.
При вулканических извержениях существует 7 видов опасности:
1.лавовые потоки
2.тефры (вулканические бомбы, лапилли, пепел)
3.грязекаменные потоки
4.водные потоки (вулканические наводнения)
5.палящая туча (раскаленные лавины)
6.вулканические газы
7.цунами вулканического происхождения.
Изучая все эти виды опасности и меры защиты от них можно систематизировать эти данные в следующую таблицу:
№ п/пВид вулканической опасности Меры защиты
1 Лавовые потоки Отведение лавового потока. Бомбардировка с воздуха. Строительство защитных стен. Строительство каналов. Покинуть опасное место.
2 ТефрыПокинуть район извержения, если возможно – уйти в укрытие, если нет – пытаться уклониться. Применить защитные каски, маски.
3 Грязевые потоки Защита и бегство в укрытие нелегки. Это связано с громадной скоростью потока. Применимы только примитивные меры защиты – строительство дамб и сооружение желобов на пути вероятного продвижения потока.
4 Водные потоки Те же, что от грязекаменных потоков.
5 Палящая вулканическая туча Заблаговременная эвакуация.
6 Вулканические газы Применить противогаз, защитные маски.
7 Цунами вулканического происхождения Как при обычных цунами: удалиться от побережья, подняться на возвышенность.
Занятие 13-14. Защита рефератовЦель: рассмотреть кругозор учащихся. Привить любознательность
Методические рекомендации по проведению:
Примечание: на протяжение всего занятия учащиеся внимательно слушают выступление одноклассников и кратко конспектируют их выступление. А так же задают интересующие их вопросы
Вступительная часть;
Выступление учащихся;
Подведение итогов.
Занятие 15. Встреча с ученымЦель: познакомить учащихся с землетрясениями Сахалинской области, а так же с их причинами и последствиями.
Методические рекомендации по проведению:
Вступительная часть, т. е.
осветить цели и задачи занятия;
дать задание учащимся;
представить ученого.
Выступление ученного по теме «Землетрясения Сахалина»;
Вопросы от учащихся;
Заключительная часть, т. е.
подведение итога занятия;
благодарность ученому.
В итоге после подборки материала и систематизации его по занятиям у меня получился полный факультативный курс «Физические процессы в недрах земли (особенности сейсмичности и вулканизма)».
Материал занятий изложен на доступном для школьников языке. На этих занятиях учащиеся знакомятся как с научной терминологией, так и с правилами поведения и техникой безопасности в тех или иных чрезвычайных ситуациях. Так же предусмотрена и самостоятельная работа учащихся для развития их поисково-познавательной деятельности.
Основной формой занятий является урок-лекция, но для разнообразия я включила в состав курса и нетрадиционные уроки (семинары, экскурсия, встреча с ученым).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫЗлобин Т. К. Природные катастрофы в литосфере Сахалино–Курильского региона и меры безопасности. Южно-Сахалинск, издательство СахГУ, 2000 – 132с.
Макдоналдс Г. Вулканы. М., Мир. 1982. 344 С.
Allen J. R. L., 1971 a. J. Sediment. Petrol., 41: 97.
Boldizsar T., 1970. Pure Appl. Geophys., 80: 260.
Chinnery, M. A., 1964. J. Geophys. Rc., 69: 2085.
Danes, Z. F., 1972. J. Geophys. Res., 77 (8): 1430.
Fisher, R. V., 1966. Am. J. Sci., 264 (5): 350.
Hedervari, P., 1963. Bul. Volcanol., 25: 373.
King, V.Y. and Knopoff, L., 1969. Bull. Seismol. Soc. Am., 59: 269.
Knopoff, L, Randall M. J., 1970. J. Geophys. Res., 75: 4957.
Murase, T., 1962. J. Fac. Sci. Hokkaido Univ., Ser., 7, 1 (6): 487.
Shaw, H. R., 1969. J. Petrol., 10: 510.
Shreve, R. L.,1968 b. Bull. Geol. Soc. Am., 79 (5): 653.
Scheidegger, A. E. And Potter, P.E., 1968. Sedimentology, 11: 163.
Scheidegger, A. E., 1966 Pure Appl. Geophys., 65: 160.
Tsuya, H., 1955. Bull. Earthquake Res. Inst., 33 (3).