Nebezpečné geologické procesy Geologické procesy, které označujeme jako „nebezpečné", probíhaly na Zemi po celou dobu jejího vývoje. Geologické procesy, které ovlivňují lidský život, mohou být ■ nenápadné ale také výrazné ■ užitečné ale také zhoubné Geologická nebezpečí Geologická nebezpečí ■ zemětřesení vulkanické erupce ■ záplavy ■ sesuvy (patří mezi přírodní nebezpečí spolu s nálety sarančat, ohni, tornády) Technologická nebezpečí - radon, azbestová vlákna, rtuť, uhelný prach (člověkem vybudované prostředí) Antropogenní nebezpečí - kyselé deště, kontaminace povrchových a podzemních vod, ochuzení ozónové vrstvy (probíhá v přírodním prostředí, způsobeno člověkem) Zranitelnost a citlivost Doba účinku ■ krátkodobá - zemětřesení, tornáda (vteřiny) ■ dlouhodobá - sucha (až desetiletí) Dopady ■ primární: pochází od samotné události (záplavy, cyklony, zemětřesení) ■ sekundární: pochází z nebezpečných procesů, které jsou spojeny s hlavní událostí, ale nejsou jí přímo způsobeny (hořící les zapálený lávovým proudem, požáry domů způsobené hořícím plynem z plynového vedení rozrušeného zemětřesením) ■ terciární: dlouhodobé efekty (ztráta divoké zvěře nebo změna koryt řek v důsledku záplav, změna topografie a reliéfu v důsledku zemětřesení) v průběhu posledních 20 let - 3 miliony životů, 800 milionů ztratilo majetek v průběhu 90. let - desetitisíce sesuvů a zemětřesení, fyzické škody 40 miliard USD/rok ■ vichřice, záplavy a zemětřesení 18,8 milionu USD/den Zranitelnost - zahrnuje nejen fyzikální působení přírodního nebezpečí, ale také postavení lidí a majetku v oblasti (hustota osídlení, vědecké poznání oblasti, vzdělanost v oblasti a vědomí nebezpečí, existence varovného systému, vybavení a dostupnost rychlé pomoci ...) Odhad nebezpečí a rizik Často zaměňovány, nejsou však stejné Ptáme se: „Jak často očekáváme, že se nebezpečná událost vyskytne?' „Pokud se vyskytne, jaké bude mít pravděpodobné působení?" Posouzení nebezpečí zahrnuje: ■ kdy a kde se v minulosti nebezpečné události vyskytly ■ určení vážnosti fyzikálních důsledků minulých událostí podle jejich síly ■ určení očekávané frekvence událostí, které budou mít vážné fyzikální důsledky ■ určení, jak by vypadala určitá událost, kdyby se vyskytla nyní v podobě účinků, které by způsobila ■ prezentace všech těchto informací v podobě, ve které může být použita při plánování a rozhodování Odhad nebezpečí a rizik Výstupy: Mapy, tabulky. Generalized Seismtc Hazard Map of Canada r-/ Acceleration as %g wnn ; J& probability of 01 per annum I SeFsmic zones Mapa citlivosti území na svahové sesuvy a doporučení pro využití území pro Congress Springs oblast u San Francisca. Mapa pravděpodobnosti zemětřesení pro Kanadu. Jasnejšou identifikovány oblasti s nejvyšší pravděpdobností pohybu hornin. 37" 14 07*- \tt' 02 68' 122' 02- or i.' i i 1km _l___ Relative Map area Geotogřc conditions Recommenced land use stability PuöllC Private] Most stable i T □ Rat to aenite skjpes. subfect to local shallow sliding, soil creep and selttemenl Yes Ves ves ■ Gentle to moderately steep «lopes in older stabilized landslide debris, subject to settlemeril smi creep, and shalio* and deep landsidnng Yes res Yes 1 Steep to very seep slopes subject to mass-wasting by SOU Cfeep, slumping and roch fait Yes y« Yea I I Gentle to ^ery steep slopes in unstable material subject to Sliding, jumping and soil creep No No No |___| ■ Moving shaJtow(>1Üfl) urac dB No No No 1 Least stable ■ Moving deep landslide, subject to rapid failure No No No Odhad rizik (riziková analýza) Riziko je vyjádření ekonomických ztrát, zranění a smrti, ztráta fungování veřejných služeb, které očekáváme při výskytu určité události. Začíná posouzením pravděpodobnosti, že určitá nebezpečná událost dané síly nastane v průběhu určitého časového období. Poté zahrnuje posouzení dalších faktorů: ■ polohu budov, zařízení a záchranných systémů ■ potenciální expozici danou událostí ■ citlivost společnosti na dané působení Riziková analýza tedy bere v úvahu kromě vědeckých faktorů také sociální a ekonomické podmínky. Často se vyjadřuje v podobě pravděpodobnosti. Vykouření 1,4 cigarety, vypití 0,5 litru vína, jeden rtg snímek hrudníku nebo vystavení se účinkům zemětřesení pobytem po 7 měsíců v jižní Kalifornii představuje stejné riziko: přibližně 1:106 (v milionové populaci se zvýší počet úmrtí o 1). Alternativně je možné riziko vyjádřit v podobě škody v penězích. Předvídání a výstraha Předvídání je vyjádření pravděpodobnosti, že událost nastane. Vyžaduje kontinuální monitorování geologických procesů. Soustředí se obvykle na anomálie, které mohou předcházet (prekurzory - malé fyzikální změny, které vedou ke katastrofickým událostem). Předpověď obvykle zahrnuje krátkodobé předvídání určité události o určité síle. Výstraha je příprava obyvatel na nebezpečnou událost, aby se s ní dokázali vyrovnat. Dá se charakterizovat jako„veřejné vyhlášení výjimečného stavu, kdy by měl být normální běh života po určitou dobu změněn tak, aby bylo možné nebezpečnou událost zvládnout". Role geologů Některé události nelze ovlivnit - impaktu meteoritu nelze zabránit a jen velmi těžko jej lze předvídat. Je však celá řada nebezpečí, na která se lze připravit. Mnoho z těchto opatření leží mino vědecký rámec (ekonomická, právní, politická opatření). Lidé, kteří jsou vystaveni riziku mohou zaujmout odmítavý postoj, mohou riziko přijmout nebo mohou podlehnout panice. Pro osoby, které jsou zodpovědné za rozhodování, je velmi důležité znát geologická rizika. Existuje však celá řada překážek v komunikaci a rozdílné priority: badatelé politici pozorování a pochopení socioekonomické důsledky vědecké články se zvláštní terminologií nejsou cvičeni na zvládnutí nebezpečí Jednotlivé nebezpečné události Zemětřesení Mechanismus - teorie elastického odskočení (křehkost x elasticita) Zemětřesení Kontinuální posun podél San Andreaské poruchy (Carrizo Plains). Protože se posun pomalý a spojitý, zůstávají obě části toku v kontaktu, propojení se udržuje podél poruchy. Pomerančovníková plantáž v jižní Kalifornii. Stromy v pozadí se pohybují podél poruchy San Andreas zleva doprava. Zemětřesení Účinky Richterova škála Přehled největších zemětřesení ... 2 r r 60 U 40 20 počet/rok 800 000 charakter účinků 800 000 zaznamená jen seismograf 30 000 někteří lidé uvnitř 4 800 mnoho lidí, chvěje se sklo 1 400 zaznamená každý, nádobí padá 500 malé poškození budov, padají cihly a omítka 100 poškození budov, padají komíny vážné škody, mosty a části budov padají h většina budov spadne 1 *5-10 let totální zničení 12 February 1 12 February 2 Místo rok Sicílie, Turecko 1268 Chichli, Čína 1290 Neapol, Itálie 1456 Shaanxi, Čína 1556 Shemaka, Rusko 1667 Neapol, Itálie 1693 Katalánie, Itálie 1693 Beijing, Čína 1731 Kalkata, Indie 1737 Lisabon, Port. 1755 Kalábrie, Itálie 1783 Messina, Itálie 1908 Gansu, Čína 1920 Tokyo, Jokohama 1923 Gansu, Čína 1932 Quetta, Pákistán 1935 Tang Shan, Čína 1976 Irán " 1990 Předvídání Prekurzory: malé otřesy, neklid zvířat 12 0 February 3 12 0 February 4 Malé otřesy, které předcházely zemětřesení u Haichengu v Číně v roce 1975 Zemětřesení Současná seismicita 4.0 - 7.5 • 0 - 60 km deep magnitude ^ • > 60 km deep >7.5 magnitude Pravděpodobnost dalších zemětřesení v průběhu 10-ti let Vulkanické e Neexplosivní Explosivní tephra, pyroklastika ■ erupční sloupy a spad tephry ■ pyroklastické proudy ■ laterální výbuchy Tok nízce viskózni lávy (Hawaii 1983, 1 100°C). rupee Primární účinky ■ lávové proudy ■ pyroklastika ■ emise jedovatých plynů Sekundární účinky i bahnotoky a suťové laviny ■ záplavy (Island) ■ tsunami ■ vulkanické otřesy a zemětřesení ■ změny v atmosféře Pozitivní účinky ■ formování atmosféry (komunikace plášť, kůra a atmosféra) i živinami bohatá půda i teplo Tok lávy je určen viskozitou. Ve spodní části je pahoehoe vzniklá z lávy nízko viskózni (Kilauea 1959), nahoře je aa vzniklá z vysoce viskózni lávy (1989). Vulkan St. Helen, květen 1980 3000r South ," 3*9 Steam and ash Time ~ 0 -'v Pre ■ 1980 profile Site of a - previous eruption North 3000 r 2000 H 1^ Bulge block Tlme_40sec 3000 r- 2000 h Eruptive / / Cii column^-. /. ■ ,o [MidJ. Time * 50 sec 3000 2000 r 2 km Vulkanické erupce v 4!».'"I Vulkanické erupce Prachové částice v atmosféře Mt. Pinatubo, Filipíny červen 1991 Vulkanické erupce Spreading center basaltic volcanism Andesitic stratovolcanoe Chain of andesitic stratovolcanoes Caldera and rhyoiitic lephra Vulkanická činnost je vázána na procesy deskové tektoniky „Hot spot" Hawaii minimálně 70 milionů let na jednom místě Approximate ages of islands in millions of years A '/ Kauait 3-5.5 Oahu, 2.25-3.25 Molokai, 1.25-2 Maui. 0.5-1 Hawan, present-0.8 Andesitické stratovulkány mapují subdukční zóny („andesitická linie) Vafiey of 10,000 smokes Katmai: Mt Trident Kamchatka Penincute D _ vr.* Ml. Bat 1 Ml Rainier f .Ol ;\ Geysei y CralerLaKe krakatau f Tambora f TF Asama Mt Shasta' FupJ . kJ * Faralion de Pajaros „Kilauea Paricutin^El bo^Mayor. Mauna Loa ^C *P* / An; ' ANOESITE LINE Vulkanické erupce ■ ... -- Pompeje, Itálie, erupce Vesuvu 79 n. I. Lidé otráveni jedovatými plyny, pak zasypáni pyroklastickým materiálem IR snímek Vesuvu a Neapolské zátoky. Červená - málo zvětralé horniny (posledních 300 let), žlutá a oranžová - erupce 79 n. I. i 0- ^X^"8* ^n \ l bH r~ M 3? ■ í^I^^SBBBI Lake Monoun a Lake Nyos, Kamerun - smrtelný C02 1984-otráveno 37 lidí 1986 - otráveno více než 1 700 lidí Volcanic activity or decaying material causes buildup of gases at the bottom of Lake Nyos A Gases escape from lake following a landslide, earthquake. eruption, or lake water overturn The heavier-than- air gases flow into the valley, killing the inhabitants -ttflj **ir r**S?t* Tsunami Velmi dlouhé oceánské vlny generované zemětřesením v blízkosti pobřeží (často označované jako „přílivové vlny" - nemají s přílivem souvislost). Normální oceánské vlny mají průměrnou délku 100 m, u tsunami může přesahovat 200 km. Rychlost: normální vlny kolem 90 km/h, tsunami až 950 km/h. U pobřeží se výrazně zpomalují: na oceánu zřídka převyšuje amplituda 1 m, u pobřeží rostou na 5 až 10 m (výjimečně až 40 m). Dlouhé trvání a dlouhé intervaly mezi maximy (dlouhá vlnová délka). V posledním století 94 destruktivních tsunami (51 000 mrtvých) Aljaška 1958, způsobeno lavinou odstartovanou zemětřesením (60 m vysoká vlna). R V Sesuvy svahů Poklesy (zahrnují rotaci) Spadání Skluzy (zahrnují translaci) Sesuvy ■ Bahnotoky (vodou nasycený sediment), soliflukce ■ Granulami toky (směs sedimentu, vzduchu, vody - nenasycený vodou), creep (plazení) ■ Podmořské sesuvy - turbiditní proudy „Horninový ledovec" - Wrangell Mts., Aljaška. Soliflukce - Orgiére Valley, Italské Alpy. . \>*r "jr"J&rr.*Jp" a&HÉ Místo rok Huascarán, Peru 1971 Ledovec Sherman, Aljaška 1964 Mount Rainier, Washington 1963 Madison, Wyoming 1959 Elm, Švýcarsko 1881 Ledovec Clacier, Itálie 1717 Sesuvy objem vertikální posun horizont. posun rychlost (mil. m3) (m) (km) (km/h) 10 4000 14,5 400 30 600 5,0 185 11 1890 6,9 150 30 400 1,6 175 10 560 2,0 160 20 1860 7.2 >125 Mt. Huascarán, Peru - sesuv vyvolán zemětřesením v květnu 1970, zbytky vesnice Yungay vpravo dole Sesup haldy č. 7 u Aberfanu ve Walesu v říjnu 1966 Sesuvy Faktory - sklon svahu ■ vrstevný orientovaný tlak ■ vrstevná soudržnost ■ bezpečnostní faktor ■ voda - povrchové napětí Problematické materiály Přidávání vody: suchá půda se stane plastickou, při ztrátě vzájemného kontaktu zrn zkapalnění (limit zkapalnění) Expanzivní a hydrokompaktující půdy Obsah smektitů - voda výrazně snižuje vrstevnou soudržnost Citlivé půdy V některých půdách jsou jílové minerály uspořádány v podobě pórovité struktury „domečku z karet". Stabilizace je zajištěna rozpuštěnými solemi. Zředění způsobí jejich destabilizaci a rychlou ztrátu soudržnosti („zkapalnění", „rychlé jíly"). Některé z jílů jsou schopny obnovit svoji původní strukturu - tixotropní jíly (Rissa, Norsko -jíly uložené v mělkém oceánu a okraji ledovce; pohyb 20 km/h). Poklesy V zásadě vertikální pohyb, nevyžaduje transport materiálu. Krasové oblasti (rozpouštění vápenců), závrty. Podporováno snižováním hladiny podzemní vody. Důsledek důlní činnosti: sůl, ropa, uhlí, plyn. Čerpání vody. Zatížení: Zvláště na málo zpevněných sedimentech. Pokles ve Winter Park, Orlando, Florida, Roswell, New Mexico, kras. kveten 1981. V průběhu 20 hodin narostl do 100 m šířky Maximální pokles (m) Poklesy Ovlivněné území (km2) 0,30 0,22 2,63 4,50 3,00 3,90 2,70 9,00 295 150 121 3 000 500 800 12 100 'Í^^MJ^ 8,50 0,30 8,80 Winter Park, Florida. Poklesy v okolí opuštěného dolu u Sheridanu, Wyoming (těžba 1890-1920). Patrné jsou opěrné pilíře. Záplavy Příčiny Srážky Pobřežní záplavy (tsunami, hurikány, příliv, lidská činnost) Protržení přehrad Vlivy říční systém -- přímá x meandrující koryta Záplavy na úpatí Himalájí, Meandrující řeka u Phnom Penhu, Kambodža Brahmaputra, Bangladéš ***• Záplavy Průtok (m3/s) = průřez (m2) x rychlost (m/s) Změny průřezu na řece Coloradu u Less Ferry v průběhu 6 měsíců v roce 1956 to 5 Lag time natural surface Time Lag time after storm sewers Lag time after unbanization Průtokové hydrografy pro určitou událost v různých povodích: (A) přirozený povrch, (B) povrch s protipovodňovými kanály, (C) nepropustný povrch s protipovodňovými kanály Předvídání frekvence záplav Záplavy Je založena na statistickém zhodnocení průtoků v určitém místě. Každý rok je určen maximální průtok a ty jsou uspořádány sestupně (m = 1, 2, 3 ...)■ Poslední má hodnotu m jako je počet hodnocených let n = m Interval opakování: Weibullova rovnice R = (n + 1) / m, R je průměrný interval mezi dvěma záplavami dané velikosti. Pravděpodobnost výskytu v daném roce: P = m / (n + 1) (roční pravděpodobnost překročení průtoku). L-O co E ^ 2000 =- ■ £ 1500 E X ;■:. F g 1000 c < 50-year ílood 10-year flood Mean annual flood 2 5 10 20 Recurrance interval (years) Nebezpečí spojená s oceány a počasím Atmosféra: Proudění atmosféry („motýlový efekt"). Většina událostí v troposféře (10 km). Oceány: Príliv, eroze vlnami, posun pláží. Descending ^cold, dry air Polar cell \Jy Rising warm. ^^moistair \ \ Ferrel cell \\ \ Descending ^~coo), dry air J \ v A Hadley cell t Hadley cell Descending F \ cool, dry air Ferrel cell " Rising warm, moist air Nebezpečí spojená s oceány a počasím Cyklony: systém nízkého tlaku s kruhovým spirálovým dovnitř směřujícím větrem. Cyklony u Guadeloupských ostrovů 11. června 2000 m .J&, A Nebezpečí spojená s c Výjimečné počasí Tornáda: krátkodobé události, 300-400 m široká s extrémni silou (zvednou 80 t vagón, ledničku dopraví do vzdálenosti 2 km, některé stojí na místě, jiné se pohybují 100 km/h. Vnější části se pohybují až 450 km/h (uvnitř jen 60 % normálního tlaku ■ Tajfuny (západní Pacifik) a hurikány (Karibská oblast a Severní Amerika): stejná struktura jako ďf■ tornádo, mnohem větší (až 600 km, tok energie v průběhu jednoho dne odpovídá 400 ^ dvacetimegatunovým vodíkovým bombám). ■ Sucha, písečné bouře, dezertifikace. )ceany a počasím & "m Nebezpečí spojená s oceány a počasím Sucha, písečné bouře, dezertifikace. 1;. I ^ Maria fi* Nebezpečí spojená s oceány a počasím Eroze vyzvednutého pobřeží. Tongue Point, Nový Zéland. ■Hfl ABC = Material removed by mass wasting . : Manicouagan Crater, Quebec, 210 mil. let, 75-100 km Meteor Crater, Arizona: jednoduchý kráter 1 200 m Meteority Vymírání druhů vykazuje periodicitu 26 mil. let i) i;' OJ Z o 0.10 h E 0.08 CL CO _ (Ľ CT k_ (D Q_ CO C O o S 0.02 006 0.04 Q Permian iTriassicj Jurassic [ Cretaceous j Tertiary 300 £» f j 200 150 100 Millions of years before present Upheaval Dome, Canyonlands NP, Utah: komplexní kráter