Введение
Число семь занимает особое место в человеческой культуре. Столько пословиц и поговорок связано с ним. Достаточно назвать некоторые из них: «Семь бед — один ответ», «Семь раз отмерь — один раз отрежь», «Семеро одного не ждут». А кто не помнит слова С. Маршака: «У нас, как в сказке, семь чудес...»!
Автор выбрал семь величайших природных катастроф, которые имели место в XXI в., или, в крайнем случае, в конце XX в. Это не обязательно самые сильные катастрофы в истории Земли. Просто они случились в течение жизни нашего поколения. Кроме того, следует иметь в виду, что чем более развита цивилизация, чем значимее ее научно-технические достижения, тем сильнее она подвержена влиянию природных катастроф. Есть основания считать, что на покорение человеком природы она отвечает увеличивающимся числом и мощью катастроф.
Сейчас уже не вызывает сомнений, что XX в. и начало XXI в. ознаменовались быстрым ростом числа природных катастроф и объема связанных с ними материальных потерь. Менее чем за полвека число природных бедствий увеличилось втрое, а экономические потери выросли в 9 раз. Важно, что рост числа катастроф происходит преимущественно за счет атмосферно-гидросферных опасностей, к которым относятся наводнения, ураганы, смерчи, штормы и т. п. Среднее число цунами остается практически неизменным — около 30 в год. По-видимому, эти события связаны с целым рядом объективных причин: ростом численности населения, ростом производства энергии и ее выделения, изменениями окружающей среды, погоды и климата. Доказано, что температура воздуха за последние несколько десятков лет увеличилась примерно на 0,5 градуса. Это привело к увеличению внутренней энергии атмосферы примерно на 2,6×1021 Дж, что в десятки и сотни раз превышает энергию самых сильных циклонов, ураганов, извержений вулканов и в тысячи — сотни тысяч раз — энергию землетрясений и их следствий, цунами. Не исключено, что прирост внутренней энергии атмосферы дестабилизирует метастабильную систему «океан — суша — атмосфера», ответственную за погоду и климат на планете. Если это так, то тогда действительно многие природные катастрофы связаны между собой. Природные катастрофы могут прямо и опосредованно воздействовать на психику человека и больших групп людей. «Возбудителями» людей и биосферы в целом, очевидно, являются физические поля — акустические, барические, электрические, магнитные и др. Их роль в настоящее время изучена недостаточно.
Ниже будут описаны семь типов катастроф. Первый из них — космического происхождения, связанный с падением на Землю Челябинского метеорита. Второй тип катастроф обусловлен тропическими ураганами, тайфунами. Третий тип катастроф был вызван Великим землетрясением в Японии. Примером следующей катастрофы стали уникальные цунами XXI в., возникшие в результате как Великого землетрясения в Японии, так и не менее грозного землетрясения в Юго-Восточной Азии. Далее будут описаны гигантские вулканические извержения начала XXI в. и конца прошлого века. Следующий тип катастрофы связан с крупномасштабными лесными пожарами. Завершается изложение повествованием причин и возможных последствий глобального потепления и колебаний климата.
Часть 1. Катастрофы космического происхождения
В течение последних двух десятилетий внимание специалистов усиленно привлекала проблема астероиднокометной опасности (АКО). Постепенно существование этой проблемы осознается правительствами ряда стран и ООН. Становится понятным, что проблема АКО — комплексная глобальная проблема, стоящая перед человечеством. Широким слоям населения ее существование и значимость оставались неизвестными. Это продолжалось до 15 февраля 2013 г., до падения на Землю Челябинского метеорита. Его пролет и взрыв над населенными пунктами, сопровождавшийся яркой вспышкой, грохотом, разрушениями и травмированием людей, нашел резонансный отклик во всем мире.
Тунгусский феномен
Более 100 лет тому назад, а именно 30 июня 1908 г., в бассейне реки Подкаменная Тунгуска, протекающей в Сибири (Россия), произошло падение и взрыв на высоте около 6–8 км крупного космического тела. Этим телом, скорее всего, была комета с начальной массой около 2 млн т. Энергия взрыва была близка к 50 Мт, что эквивалентно энергии взрыва 4 тыс. бомб, сброшенных на Хиросиму в 1945 г. Полет и взрыв космического тела сопровождались сильнейшими оптическим, акустическим, сейсмическим, геомагнитным, биологическим и экологическим эффектами. На площади около 2 тыс. км2 произошел вывал леса. Пожары возникли на территории площадью около 500 км2. Число жертв неизвестно, но оно было заведомо небольшим из-за того, что взрыв произошел в глухих сибирских лесах. Если бы космическое тело столкнулось с Землей всего на четыре часа позже, взрыв произошел бы над столицей Российской империи Санкт-Петербургом. Погибли бы сотни тысяч людей, включая семью императора. История России, да и всего мира, могла оказаться совершенно иной. Но вернемся к нашим дням.
Челябинский метеорит
15 февраля 2013 г. в районе г. Челябинска (Россия) наша планета столкнулась с астероидом, масса которого была близка к 11 тыс. т, скорость — около 18,5 км/с, диаметр — 18 м, а угол наклона траектории к горизонту — 18°. Энергия взрыва, произошедшего на высоте около 23–28 км, была около 440 кт (что примерно равно энергии 35 бомб, сброшенных на Хиросиму, условно — «хиросим»). От взрыва пострадало около 7 тыс. зданий, вылетели окна, двери, перегородки, разрушены крыши домов. Более 1 600 человек обратились за медицинской помощью. Нанесенный Челябинской области урон превысил 30 млн дол. США. Можно сказать, что жителям Челябинской области еще повезло, если бы траектория космического тела была круче, взрыв произошел бы на меньших высотах, энергия ударной волны у поверхности Земли была бы намного больше, бóльшими были бы разрушения и число пострадавших. С трудом поддается оценке численность возможных жертв среди жителей города с миллионным населением.
Пролет и взрыв Челябинского метеороида сопровождался целым комплексом эффектов. Вверх с огромной скоростью устремились продукты взрыва, которые поднялись до высоты 30–35 км. Образовался так называемый плюм. Под действием ударной волны возникли вторичные эффекты в геомагнитном поле, ионосфере и геокосмосе. Во все стороны стали распространяться электромагнитные, магнитогидродинамические и акустико-гравитационные волны. Их проявления обнаружены автором над г. Харьковом и даже в Западной Европе, т. е. на расстояниях в 2–3 тыс. км от места падения метеорита. Возмущение магнитного поля достигало 5–10 нТл, что наблюдается при магнитных бурях средней интенсивности. Концентрация электронов в ионосфере также возмущалась на десятки и сотни процентов на расстояниях от места взрыва Тайга в районе падения Тунгусского метеорита в 1000–100 км, соответственно.
Температура газа при взрыве увеличилась до нескольких десятков тысяч градусов. Область взрыва была намного ярче Солнца. Даже спустя часы после взрыва температура следа оставалась на 10–100 градусов выше температуры окружающей среды, что и обнаружил китайский метеоспутник.
Пролет метеороида также сопровождался электрическим эффектом. Напряженность электрического поля вокруг тела увеличилась до 1 МВ/м, что было достаточным для пробоя атмосферы, т. е. возникновения слабых молниевых разрядов. Электрические процессы сопровождались так называемыми электрофонными звуками, наводившими ужас на людей.
Остатки метеорита упали в озеро Чебаркуль и рассеялись вокруг этого озера. При взрыве произошло дробление космического тела на части с размерами от 1 дм до единиц микрометра. Фрагменты с размерами от 1 дм до 1 мм упали на землю за время 1–2 мин. Зато частицы с размерами 0,001–0,1 мм опускались к земле в течение несколько часов и даже нескольких суток. За это время ветер их отнес на расстояние 1–100 тыс. км.
Можно ли было предотвратить удар по Челябинской области? Или хотя бы смягчить его последствия? Это совсем не простые вопросы.
Чтобы предупредить об ударе из космоса, надо было знать о существовании этого космического тела, иметь полную информацию о параметрах его орбиты. В настоящее время составлены каталоги для астероидов крупнее 1 км, которые могут угрожать Земле. Перед астрономами поставлена задача создать каталоги опасных тел крупнее 140 м. Эта задача будет решаться десятки лет. Дело в том, что с уменьшением размера тела всего в два раза число таких тел увеличивается примерно в 10 раз. Так что если число километровых тел порядка миллиона, то стометровых — уже миллиард, а двадцатиметровых (как Челябинский метеорит) — около 100 миллиардов. Число и впрямь астрономическое. Ежегодно каталог астероидов пополняется примерно 25 тысячами новых астероидов. Если пополнение будет идти такими же темпами, то для каталогизации астероидов 20-метрового диапазона потребуется четыре миллиона лет! Будет ли к тому времени существовать земная цивилизация? Конечно, число астероидов, угрожающих столкновением с Землей, существенно меньше, а значит, и время каталогизации будет меньше, но все же очень большим.
Нужно идти по другому пути. По пути оперативного обнаружения угрожающего Земле космического тела. Объект с размерами Челябинского тела астрономическими средствами мог быть обнаружен на расстоянии в 1 млн км. При скорости его движения около 20 км/с время до падения составляет около 14 часов. Максимальная дальность обнаружения указанного тела космическими радарами примерно в 10 раз меньше. Так что в запасе у человечества всего 1,4–14 часов. После оперативного уточнения места падения метеорита останется не более 1–10 часов. Этого может быть достаточно, чтобы спрятаться в защищенном месте, остановить опасные производства, обесточить электросеть и т. п.
В случае с Челябинским метеороидом никакого оповещения не было, бомбардировка из космоса была полной неожиданностью. Почему это произошло? Глобальной сети раннего обнаружения космических объектов декаметрового размера просто не существует. Астероиды и кометы, имеющие значительно большие размеры, и то, как правило, открывают случайно. В настоящее время в мире существует несколько специализированных служб, перед которыми стоит задача обнаружения достаточно крупных астероидов и комет. Есть соответствующие средства и в Украине (г. Симеиз), и в России (г. Звенигород). Большинство средств принадлежит США, западноевропейским странам и Китаю. Но даже если бы оптические телескопы были нацелены в сторону подлетавшего метеороида, именно его нельзя было бы своевременно обнаружить из-за того, что он летел со стороны Солнца. Это значит, что телескопы были бы ослеплены светилом. Иное дело космические радары. Их очень немного. И они решают другие, совсем не научные задачи. По-прежнему, как во времена холодной войны, они нацелены на обнаружение стартов и полетов ракет предполагаемого противника... В этом смысле жители Челябинской области были обречены. На их месте могли оказаться жители любых других мест.
А как повели себя жители области? Яркая вспышка от взрыва вызвала любопытство. Находившиеся в помещениях свидетели события столпились возле окон. Как оказалось, это сослужило плохую службу. Докатившаяся через 1–3 мин взрывная волна обрушилась на г. Челябинск и область. От нее пострадали прежде всего оконные стекла, которые и травмировали сотни и сотни людей, включая детей.
Только одна учительница г. Челябинска Ю. Карбышева поступила профессионально. Увидев вспышку, она дала команду детям укрыться под партами. Никто из учеников этого класса от взрыва не пострадал, чего нельзя сказать о детях из других классов.
Уже после удара метеорита силы Уральского регионального центра МЧС были приведены в режим повышенной готовности, было задействовано 20 тыс. спасателей. В ряде районов был введен режим чрезвычайных ситуаций. Работало 135 аварийно-спасательных бригад. Систематически проводился мониторинг химической и радиационной обстановки. Специалисты оказывали психологическую помощь пострадавшим.
Главными вопросами, которые волновали жителей Челябинской области, России и других стран, были такие: «Почему своевременно не предупредили?», «Можно ли было предсказать атаку из космоса?», «Есть ли средства предупреждения о падениях крупных космических тел?», «Можно ли уничтожить угрожающее Земли космическое тело?», «Кто виноват?», «Что делать?»
Оказывается, что интервал времени между двумя падениями тел с диаметром 10– 20 м меньше продолжительности жизни человека (табл. 1) или сопоставим с ней.
|
Размер астероида, м |
10 |
20 |
30 |
50 |
80 |
100 |
|
Интервал времени, годы |
14 |
88 |
263 |
1 045 |
3 720 |
6 790 |
Наибольшие трудности с обнаружением и каталогизацией космических тел возникают при их размерах от 10 до 100 м. Это связано с малостью энергии электромагнитного излучения, отраженного от таких тел.
Для обнаружения мини-астероидов декаметрового размера могут применяться оптические и радарные методы. Радарные методы выгодно отличаются от оптических тем, что они могут применяться в любое время суток и при любой погоде. Радарные методы позволяют осуществлять быстрое электронное сканирование диаграммой направленности антенны.
В свое время автором были оценены возможности раннего обнаружения космических тел декаметрового размера (мини-астероидов) существующими неспециализированными и специализированными (космическими), а также перспективными радарами.
Сначала опишем результаты расчетов для неспециализрованных (военных) радаров с параметрами, близкими к параметрам существующих радаров, но не проектировавшихся для обнаружения мини-астероидов.
Результаты расчета максимальной дальности обнаружения при указанных условиях для различных размеров астероидов приведены в табл. 2. Там же указано и время до столкновения космического тела с Землей (время упреждения). Считалось, что скорость мини-астероида равна 20 км/с. Из табл. 2 видно, что наихудшими возможностями обладают радары метрового диапазона. Они способны обнаружить мини-астероид всего за 10–40 мин до столкновения с Землей. Несколько лучшие возможности есть у радара дециметрового диапазона. Для него время упреждения составляет 40–130 мин. Возможности радаров сантиметрового и дециметрового диапазонов сопоставимы. Они способны обнаружить подлетающий астероид на расстояниях 0,4–1,6 млн км. Время упреждения достигает 7–23 ч.
Специализированные радары проектировались как космические радары, предназначенные для радиолокации космических объектов. Примерами таких радаров являются радары в г. Евпатории (Украина) и в Голдстоуне (США). Их основные параметры приведены в табл. 3. Основное отличие космических радаров от неспециализированных состоит в использовании сигналов на два порядка большей энергией. Это обстоятельство позволяет обнаруживать мини-астероиды декаметрового размера на расстояниях около 1–5 млн км (табл. 4). Время упреждения при этом составляет 18–74 ч.
Радары в Евпатории и Голдстоуне выполнены по технологиям 1970-х гг. Основным их недостатком при решении задачи обнаружения космических тел декаметрового размера является использование антенн с механическим сканированием диаграммой направленности.
При разработке перспективного космического радара необходимо использовать фазированные антенные решетки с размером 100 м и площадью 10 тыс. м2, осуществляющие электронное сканирование диаграммой направленности в широком угловом секторе, например в пределах телесного угла 0,5–1,0 стер. Естественно, температура шумов должна быть минимизирована, доведена до 5–10 К. Энергию накапливаемого сигнала целесообразно увеличить до 10 МДж. Такие энергии достигаются, например, при мощности радиопередающего устройства 100 МВт и длительностью импульса в 0,1 с.
При указанных выше параметрах радара максимальная дальность обнаружения может быть увеличена до 7–24 млн км (см. табл. 4). Интервал времени до сближения с Землей при этом увеличивается примерно до 100–330 ч. При этом можно успеть не только оповестить население о грозящей катастрофе, но и эвакуировать его из опасного региона.
Приведенные выше расчеты справедливы в случае, когда направление на лоцируемый объект известно, например из заранее составленных каталогов или из оптических наблюдений. Чаще всего направление на объект будет неизвестным. В этом случае радар должен работать в режиме поиска потенциально опасного для землян тела.
Расчеты автора показали, что при однолучевой диаграмме направленности антенны для перспективного радара продолжительность одного скана составит 10–100 с. А их число будет около 10 млн. При этом время обзора будет 1,7–34 года, что является абсолютно неприемлемым.
Для уменьшения времени обзора следует применять параллельно-последовательный режим поиска космического тела. Для этого антенную решетку следует разбить, например, на 100 подрешеток. Каждую подрешетку целесообразно запитать от отдельного радиопередающего устройства и осуществлять последовательный обзор пространства в заданном телесном угле. Конечно, при многоканальном радаре максимальная дальность обнаружения уменьшится раз в тридцать и составит около 1 млн км. При этом время упреждения около 14 ч.
Таким образом, реальную опасность представляют падения космических тел декаметрового размера, потому что они случаются в течение жизни одного поколения. Примерами таких событий являются падения Тунгусского тела (Россия, 1908 г., диаметр 50 м), Курусского метеорита (Бразилия, 1930 г., диаметр 15–58 м) и Челябинского тела (Россия, 2013 г., диаметр 18 м). Общее представление об астероидной опасности в зависимости от размеров космического тела дает табл. 5.
Следует признать, что в настоящее время в мире не существует службы предупреждения о падении космических объектов декаметрового размера. В распоряжении землян имеется только два космических радара, которые принципиально способны обнаружить мини-астероиды указанного размера. Они находятся в Украине и США. Эти радары располагают громоздкими антеннами в виде полноповоротных параболоидов с механическим сканированием радиолучом. Из-за этого они малопригодны для своевременного выявления приближающихся к нашей планете опасных космических тел декаметрового размера.
В нескольких развитых странах (прежде всего в США и России) имеется небольшое (не более 10) количество неспециализированных (военных) радаров, которые принципиально способны обнаружить мини-астероиды декаметрового размера. Для них максимальная дальность 0,5–1,5 млн км, а время упреждения 7–23 ч. Эти радары решают возложенные на них задачи в строго ограниченных секторах обзора. По этой причине не следует надеяться, что неспециализированные радары будут успешно решать задачи предупреждения населения о грозящей космической катастрофе.
Проблему АКО автор предлагает решить при помощи специально спроектированных космических радаров нового поколения с электрическим способом сканирования диаграммой направленности. Для перекрытия всех возможных направлений космического удара понадобится 10–20 радаров с телесным углом обзора каждым из них в 0,5–1 стер. Определенную часть радаров придется расположить на островах и морских платформах. Если известно направление подлета мини-астероида, такие радары способны будут обнаружить подлетающее тело декаметрового размера на расстояниях до 8–24 млн км. При этом время упреждения исчисляется 5–15 сутками.
Если направление подлета мини-астероида априори неизвестно, то сначала требуется решить задачу его обнаружения. Для этого целесообразен параллельно-последовательный режим поиска космического тела. Время поиска объекта при этом уменьшается до 20–63 мин. Одновременно с этим уменьшается максимальная дальность обнаружения космического тела и время упреждения примерно в 30 раз. Последнее не превышает 3–9 ч.
Таким образом, в XXI в. человечество не является беззащитным перед лицом угрозы из космоса. Всеми необходимыми технологиями оно располагает. Радарные методы следует сочетать с оптическими. Для создания глобальной системы предупреждения о космической угрозе потребуется объединение усилий многих развитых стран.
Читайте также: Катастрофа на наибольшем арсенале боеприпасов
Напоминаем Вам, что в нашем журнале "Наука и техника" Вы найдете много интересных оригинальных статей о развитии авиации, кораблестроения, бронетехники, средств связи, космонавтики, точных, естественных и социальных наук. На сайте Вы можете приобрести электронную версию журнала за символические 60 р/15 грн.
В нашем интернет-магазине Вы найдете также книги, постеры, магниты, календари с авиацией, кораблями, танками.
