Nebezpečné geologické procesy Geologické procesy, které označujeme jako „nebezpečné", probíhaly na Zemi po celou dobu jejího vývoje. Geologické procesy, které ovlivňují lidský život, mo hou být nenápadné ale také výrazné ■ užitečné ale také zhoubné Geologická nebezpečí Geologická nebezpečí ■ zemětřesení vulkanické erupce ■ záplavy sesuvy (patřímezi 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 ozonové vrstvy (probíhá v přírodním prostředí, způsobeno člověkem) Zranitelnost a citlivost Doba účinku krátkodobá - zemětřesení, tornáda (vteřiny) ■ dlouhodobá - sucha (až desetiletí) Dopady i 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) : vprůběhu 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 ...) to' ;> 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. Mapa pravděpodobnosti zemětřesení pro Kanadu. Jasně jsou identifikovány oblasti s nejvyšší pravděpdobností pohybu hornin. 122* 02-or Relative stability Most si able Lea si stabio Map □ □ Geotogc conditions Rat to gentle slopes, subreti to local shallow sliding, soil creep and settlement Gentle to moderately steep slopes m older stabilized landslide debris, subject to settlement soil creep, and shallow and deep landslide Steep to very steep slopes subject to mass-wastmg by 50*1 C/eep, slumping and rock tali Gentle to very steep slopes m unstable matena! subtect to sliding, slumping and soil creep Moving shallow (> 10 ft) landslide Moving, deep landslide subjcci EC rapid failure Rewmmerided land use No Public Nn Yas Yes No No Mapa citlivosti území na svahové sesuvy a doporučení pro využití území pro Congress Springs oblast u San Francisca. Odhad rizik (riziková analýza) Hazards ixposure 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 ví na, 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 p očet úmrtí o 1). Alternativně je možn é 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 obyv atel 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 pozoro vání 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) Kontinuální posun podél San Andreaské poruchy (Carrizo Plains). Protože se posun pomalý a spojitý, zůstávají oběčásti 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 < 3,4 3,5-4,2 4.3- 4,8 4,9-5,4 5,5-6,1 6,2-6,9 7,0-7,3 7.4- 7,9 > 8,0 Přehled největších zemětřesení počet/rok 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 15 vážné škody, mosty a části budov padají 4 většina budov spadne 1x5-10 let totální zničení Místo rok Odhad obětí Sicílie, Turecko 1268 60 000 Chichli, Čína 1290 1 00 000 Neapol, Itálie 1456 60 000 Shaanxi, Čína 1556 830 000 Shemaka, Rusko 1667 80 000 Neapol, Itálie 1693 93 000 Katalánie, Itálie 1693 60 000 Beijing, Čína 1731 100 000 Kalkata, Indie 1737 300 000 Lisabon, Port. 1755 60 000 Kalábrie, Itálie 1783 50 000 Messina, Itálie 1908 160 000 Gansu, Čína 1920 180 000 Tokyo, Jokohama 1923 143 000 Gansu, Čína 1932 70 000 Quetta, Pakistán 1935 60 000 T'ang Shan, Čína 1976 240 000 Irán 1990 52 000 Předvídání Prekurzory: malé otřesy, neklid zvířat Malé otřesy, které předcházely zemětřesení u Haichengu v Číně v roce 1975 Zemětřesení I Současná seismicita Pravděpodobnost dalších zemětřesení v průběhu 10-ti let Vulkanické erupce Neexplosivní Explosivní ■ tephra, pyroklastika ■ erupční sloupy a spad tephry ■ pyroklastické proudy ■ laterální výbuchy Tok nízce viskózní lávy (Hawaii 1983, 1 100°C). Primární účinky ■ lávové proudy ■ pyroklastika ■ emise jedovatých plynů Sekundární účinky ■ bahnotoky a suťové laviny ■ záplavy (Island) ■ tsunami ■ vulkanické otřesy a zemětřesení ■ změny v atmosféře Pozitivní účinky ■ formování atmosféry (komunikace plášť, kůra a atmosféra) ■ živinami bohatá půda ■ teplo Tok lávy je určen viskozitou. Ve spodní části je pahoehoe vzniklá z lávy nízko viskózní (Kilauea 1959), nahoře je aa vzniklá z vysoce viskózní lávy (1989). Vulkanické erupce Vulkanické erupce Prachové částice v at Mt. Pinatubo, Filipíny červen 1991 Vulkanické erupce Vulkanické erupce Spreading center basaltic volcanism Andesitic stratovolcanoes Chain of andesitic stratovolcanoes Caldera e Vulkanická činnost je vázána na procesy deskové tektoniky Andesitické stratovulkány mapují subdukční zóny („andesitická linie) „Hot spot" Hawaii minimálně 70 milionů let na jednom m ístě Kauai, 3-5.5 Oahu, 2.25-3.25 Molokai, 1.25-2 Maui, 0.5 1 Hawaii, present-0.8 Vulkanické erupce Vulkanické erupce Tsunami ■ Velmi dlouhé oceánské vlny generované zemětřesením v blízkosti pobřeží (často označované jako „přílivové vlny" -nemajíspřílivem 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). Sesuvy svahů Poklesy (zahrnují rotaci) Spadání Skluzy (zahrnují translaci) Sesuvy Toky ■ Bahnotoky (vodou nasycený sediment), soliflukce ■ Granulami toky (směs sedimentu, vzduchu, vody - nenasycený vodou), creep (plazení) ■ Podmořské sesuvy - turbiditní proudy Soliflukce - Orgiére Valley, Italské Alpy. Sesuvy Místo objem vertikální posun (mil. m3) (m) horizont. posun (km) Mt. Huascarán, Peru - sesuv vyvolán zemětřesením v květnu 1970, zbytky vesnice Yungay vpravo dole rychlost (km/h) Huascarán, Peru 1971 10 4000 14,5 400 Ledovec Sherman, Aljaška 1964 30 600 5,0 185 Mount Rainier, Washington 1963 11 1890 6,9 150 Madison, Wyoming 1959 30 400 1,6 175 Elm, Švýcarsko 1881 10 560 2,0 160 Ledovec Clacier, Itálie 1717 20 1860 7,2 > 125 rok Sesup haldy č. 7 u *v Aberfanu ve Walesu šr 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 Vněkterých 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 Vzásadě vertikální pohyb, nevyžaduje transport materiálu. Krasové oblasti (rozpouštění vápenců), závrty. Podporováno snižováním hladiny tr\ /-J v^r\ tr\ t \ gr\s>\\ i ■ Důsledek důlní činnosti: sůl, ropa, uhlí, plyn. ■ Čerpání vody. Poklesy Ovlivněné území (km2) Pobřežní Londýn 0,30 295 Benátky 0,22 150 Shanghai 2,63 121 Tokyo 4,50 3 000 Osaka 3,00 500 San Jose 3,90 800 Houston 2,70 12 100 Los Angeles 9,00 50 Vnitřní Mexico City 8,50 225 Denver 0,30 320 San Joaquin Valley 8,80 13 500 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 Změny průřezu na řece Coloradu u Less Ferry v průběhu 6 měsíců v roce 1956 Průtok (m3/s) = průřez (m2) x rychlost (m/s) 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 vurčitém místě. Každý rok je určen maximální průtok a ty jsou uspořádány sestup ně (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 prů toku). 3000 r 2500 - LQ E ^ 2000 O) i— £ 1500 F x ■x, F « 1000 < 500 - 1.01 50-year flood i / y 10-year flood i t m =3 =4 // Mean annual flood j* v* i 2 5 10 20 Recurrance interval (years) 50 100 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Atmosféra: Proudění atmosféry („motýlový efekt") . Většina událostí v troposféře (10 km). Oceány: Příliv, eroze vlnami, posun pláží. Nebezpečí spojená s oceány a počasím Cyklony: systém nízkého tlaku s kruhovým spirálovým dovnitř směřujícím větrem. Cyklony u Guadeloupských ostrovů 11. června 2000 Nebezpečí spojená s oceány a počasím Výjimečné počasí Tornáda: krátkodobé události, 300-400 m široká s extrémní silou (zvednou 80 t vagon, 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 tornádo, mnohem větší (až 600 km, tok energie vprůběhu jednoho dne odpovídá 400 dvacetimegatunovým vodíkovým bombám). Sucha, písečné bouře, dezertifikace. Nebezpečí spojená s oceány a počasím Nebezpečí spojená s oceány a počasím Eroze vyzvednutého pobřeží. Tongue Point, Nový Zéland. Většina materiálu je při erozi pobřeží podlehne sesuvům po erozi paty, jen malá část je erodována přímo vlnami. Poškození domů na Fite Island, NY, po erozi pobřeží při vichřici v prosinci 1992. Nebezpečí spojená s oceány a počasím Anomální ohřátí povrchových vod ve východním rovníkovém Pacifiku. Spletité propojení oceánských a atmosférických procesů. Normální a anomální proudění. Meteority Pochází z pásu asteroidů. 107-109 kg/rok. Meteority od 100 m do km 1x za milion let. Rychlosti 4-40 km/s 30 m meteorit s rychlostí 30 km/h: 4 milionů tun TNT = Barringer Crater (Meteor Crater) v Arizoně, 1 200 m vprůměru a 200 m hlubo ký. Vymírání? g 0.10 Permian 'Triassic ~~Jurassic j Cretaceous j Tertiary 300 Upheaval Dome, Canyonlands NP, Utah: komplexní kráter i f I í ! T1 250 200 150 100 Millions of years before present