книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

глава

МЕТЕОГЕННО-БИОГЕННЫЕ ОПАСНЫЕ ПРИРОДНЫЕ

ПРОЦЕССЫ

Актуальность проблемы. В засушливые годы природные пожары охватывают большие площади, нанося ущерб хозяйству всех стран. Устойчивые повальные пожары вызывают смену пород леса, растительного покрова, способствуют вод­ ной и ветровой эрозии, ухудшают режим стока в реках. В сырых и влажных типах леса возникают процессы заболачивания, на горных склонах усиливаются селе­ вые потоки, снежные лавины и оползни, изменяются флора, фауна, структура всего биоценоза. Повторяемость и интенсивность природных пожаров сущест­ венно зависит от климата, обнаруживает 22-летнюю и другую ритмичность. Наи­ более часты лесные и степные пожары, в местах наибольшей деятельности чело­ века. В XX в. в результате добычи торфа обычным явлением стали и торфяные по­ жары.

Вкаждый момент времени на Земле возникает не менее 10 пожаров в резуль­ тате воздействия молний или самовозгорания органического вещества. В сухое лето число одновременных пожаров может достигать нескольких сотен. Особо подвержена пожарам Австралия, где в условиях постоянно сухого климата еже­ годно выгорает в среднем 400 тыс. га леса, кустарника и пастбищ. Например, в 1983 г. на юге страны на площади 550 тыс. га сгорели растительность, 20 тыс. го­ лов скота, около 2000 домов, погиб 71 человек. Прямой ущерб достиг более 300 млн долл. Ущерб от пожаров в СШ А в 1950 г. оценивался в 47,7 млн долл., в бо­ гатой лесом Канаде средний годовой ущерб (1959 — 1968 гг.) — 37,1 млн канад­ ских доллара, в Турции, где площадь лесов мала, ущерб в 1973 г. — 8,1 млн долл.

ВФРГ в 1975 г. ущерб составил 8 млн марок, 8 тыс. га превратилось в обуглен­ ную пустыню, несколько месяцев тлели торфяники. В Австралии в 1939 г. сгоре­ ло 2 млн га эвкалиптовых лесов, 67 лесопильных заводов, 600 домов, 71 человек погиб.

В СШ А в 1950 г. зарегистрировано 208,4 тыс. лесных пожаров площадью 6,3 млн. га.

В 1975 г. в Калифорнии (США) в национальном парке секвойи гигантской с 30 августа по 12 сентября бушевал пожар. За 7 суток борьбы 1800 пожарным с

341

Раздел II. Опасные природные процессы

участием вертолетов и самолетов удалось локализовать его на площади 6 тыс. га, убытки составили 2 млн. долл. Однако на 8-й день огонь перебросился через за­ градительные полосы на окружающий лес, и пожар стал распространяться с еще большей силой. В Канаде в 1961 г. возникло 8655 пожаров, которые охватили площадь 3,8 млн. га.

Катастрофический пожар возник в августе 1975 г. на севере ФРГ на месте мас­ совых ветровалов 1972 г. За 3 года площадь лесов не была очищена от повален­ ных деревьев. Из-за многодневного зноя (35°С) высохли болота и пруды, засыха­ ли деревья. Стихийно начались пожары. Огонь вышел из-под контроля пожарных служб. Резкий порывистый ветер погнал 40-метровую стену пламени на лесные насаждения. Огненный вал выжигал землю. Гибли деревья, звери, птицы, люди. Убытки составили 8 млн. марок, 8 тыс. га леса пожар превратил в обугленную пу­ стыню.

Леса России с древних времен тоже многократно опустошались лесными по­ жарами.

В России в 1915 г. возник самый большой пожар на планете: на территории 1600 тыс. км2 было уничтожено 125 тыс. км", задымлено 6000 тыс. км2, было приостановлено речное пароходство. В среднем по России в одном очаге раз­ вившегося пожара за сутки выгорает 200— 1000 га леса.

Половина мировой площади бореальных лесов (до 600 млн га) приходится на Россию, большая часть из них располагается в Сибири. Ежегодно на террито­ рии России происходит более 30 тыс. пожаров. Повреждаются леса на площа­ ди 2— 3 млн га, выбросы аэрозолей в атмосферу при крупном пожаре соизме­ римы с вулканическим извержением. От пожаров в России эмиссия углерода в атмосферу составляет до 40 Мт/год плюс эмиссия в виде углекислоты от разло­ жения и минерализации погибших растений на огромных гарях.

Количество пожаров особенно возросло в период освоения и заселения рай­ онов Севера, Сибири и Дальнего Востока. Для возделывания хлеба, разведения животноводства, сооружения промышленных предприятий, жилищ нужна была земля. Ее получали путем выжигания лесов. Огонь нередко выходил из-под кон­ троля человека.

Пожары — важный природный фактор, и проблема борьбы с ними во многих странах еще не решена. Для повышения эффективности борьбы нужны научные исследования. Лесная пирология — это наука о природе лесных пожаров и вы­ зываемых ими многообразных изменениях в лесу. Она разрабатывает методы борьбы с лесными пожарами, с их отрицательными последствиями, а также оп­ ределяет пути и возможности использования положительной роли огня в лес­ ном хозяйстве.

Служба охраны лесов от пожаров строго организована. Вся работа этой службы направлена на улучшение охраны лесов от пожаров, это достигается за счет:

342

Гifieа 9. Метеогенно-биогенные опасные природные процессы

повышения их пожароустойчивости; своевременного обнаружения лесных пожаров;

ликвидации пожаров в начальной стадии их развития.

Существует два аспекта лесопожарной проблемы: воспитание у населения бережного отношения к лесу;

разработка средств и способов обнаружения и ликвидации лесных пожаров.

Охрана лесов от пожаров и своевременная их ликвидация возложены на Гослесхоз. Для охраны лесов, характеризующихся повышенной пожарной опасно­ стью, строятся пожарно-химические станции (ПХС). При ПХС создаются запасы огнегасящих химикатов, спецодежды, спецобуви и т.д. В настоящее время для борьбы с лесными пожарами широко используется авиация.

Причины возникновения лесного пожара можно разделить на 2 группы: связанные с деятельностью человека; не зависящие от деятельности человека.

Ощутимый урон наносят бесконтрольные сельскохозяйственные палы. Так, вес­ ной 1972 г. в Новосибирской и Омской областях по этой причине возникло бо­ лее 40% всех пожаров. Поэтому правилами пожарной безопасности запрещено выжигать траву на полях, примыкающих к лесам.

Большинство лесных пожаров связаны с деятельностью человека: искра (непотушенный костер, брошенная непотушенная сигарета).

Согласно статистическим данным, в 1972— 1979 гг. основными причинами по­ жара были:

По данным К. Вильсона (1979), более половины лесных пожаров в СШ А начина­ ются в 10-метровой зоне дорог по вине людей. Наиболее пожароопасной явля­ ется 3-метровая зона обочины дорог

9.1

Виды и характеристика природных пожаров

География лесных пожаров. Лесные пожары, как и леса, — явление географическое. Так, все тропиче­ ские леса расположены в зонах высоких темпера-

343

Раздеч //. Опасные природные процессы

тур, а бореальные — в областях с вполне умеренным климатом. Тем не ме­ нее первые находятся в зоне высокой влажности, и крупные пожары здесь (например, в Бразилии) имеют антропогенный генезис, тогда как зоны са­ ванн, субтропические зоны и бореальные леса достаточно часто подверже­ ны воздействию естественных факторов (например, молний). Для зон бореальных лесов в засушливые периоды характерно возникновение подземных и. в первую очередь, торфяных пожаров (рис. 9.1, 9.2). Существенное вли­ яние оказывают и города, многочисленное население которых отдыхает в зоне прилегающего леса, не соблюдает элементарные противопожарные требования, что часто приводит к пожарам абсолютно антропогенного про­ исхождения.

Различают степень опасности возникновения пожаров и их развития в различных регионах по следующим параметрам:

1)сезонность горимости лесов, т.е. неодинаковые сроки наступления

иокончания пожарных сезонов;

2)различия горимости лесов в связи с неодинаковой плотностью на­ селения и характером его деятельности:

3)географическое различие самих лесов;

4)особенности послепожарных изменений в лесах разных регионов. «Зимние» пожары (в засушливый период) наблюдаются в Австралии,

Индии, Африке с конца декабря до середины марта.

В пределах сезона выделяют пожароопасные и непожароопасные пери­ оды. Так. разрастание трав в конце весны сдерживает появление и распро­ странение пожаров, а отмирание их в начале осени восстанавливает горимость участков.

Причина возникновения пожаров в зимний период заключается в том, что и низкие температуры воздуха могут сопровождаться низкой относитель­ ной влажностью воздуха и высыханием горючих материалов. Поэтому при отсутствии снежного покрова возможны загорания.

Природа лесных пожаров. Лесной пожар — стихийное, неуправляемое распространение огня по лесной территории. Лесные пожары возникают при наличии горючих материалов, условий, способствующих загоранию этих материалов, источника огня. Они начинаются обычно с момента заго­ рания опада — живого напочвенного покрова, лесной подстилки и других горючих материалов. Под влиянием климатических (засухи) и лесорасти­ тельных особенностей в весенний и осенний периоды возникает больше по­ жаров, чем в летний. Ветер способствует распространению огня. Источни­ ки пожаров бывают природными (молнии, самовозгорание) и антропоген­ ными (искры, непотушенный костер, осколки стекол в виде линз, взрывы). На 10-километровую зону вокруг жилых массивов приходится большинст­ во пожаров. В слабо заселенных местностях (Архангельская область, Коми, Сибирь, Дальний Восток) 50% пожаров возникают из-за молний. Обочи­ ны дороги, зоны авиабаз, — это коридоры повышенной опасности.

344

Раздел II. Опасные природные процессы

Рис. 9.2. Лесные пожары России за 1992—1996 гг.

Во влажных тропических лесах, где происходит равномерное выпаде­ ние осадков, опасность возникновения пожара меньше. По мере удаления от тропиков периоды без дождей выражены четче.

Периодичность пожаров в том или ином регионе связана с типом леса, с филогеническими и фитоценотическими изменениями леса во времени, с деятельностью человека, с изменениями погоды.

Пожароопасный сезон в лесу устанавливается с того момента как ис­ чезает снежный покров и лесные горючие материалы высыхают до состо­ яния загораемости. Основное число пожаров в нашей стране с апреля по сентябрь—октябрь.

Пожароопасные пояса:

1 — северная граница на широте Киева (мартовские и апрельские по­ жары);

2 — от 50° до 56° с.ш. (апрельские пожары);

3 — подзона тайги до 59° с.ш. (майские пожары); 4 — средняя и северная тайга севернее 59° (майско-июньские пожары).

346

Г шва 9. Метеогенно-биогенные опасные природные процессы

Пожары в течение суток возникают чаще всего после полудня, особен­ но в солнечные дни, когда воспламеняемость горючих материалов наибо­ лее высокая. Днем воздух более теплый и сухой, соответственно и меньше влажность горючих материалов.

Горение лесных материалов. При лесных пожарах в основном горят клетчатка и лигнин, составляющие стенки клеток растений, а также смолы и эфирные масла. В результате нагрева горючего материала (древесины) до 100— 150°С ускоряется испарение воды, а при дальнейшем повышении тем­ пературы начинается процесс его разложения. При этом выделяются лету­ чие вещества, которые, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь и легко воспламеняются. Чем быстрее происходит подогрев, тем выше кон­ центрация газов и при достижении порога возникает воспламенение. Хвоя вспыхивает при 200°С. Но при замедлении подогрева температура воспламе­ нения может повыситься до 400°С. Если подогрев еще больше замедлить, то хвоя обуглится, но не загорится. Минимальная температура пламени при го­ рении — 500°С.

Существует 5 стадий горения древесины от подогрева до угольной фазы:

1)0— 100°С — процесс нагревания древесины за счет горения соседних;

2)100— 150°С — испарение влаги (свободной, капиллярной, абсорбиро­ ванной);

3)150—300°С — нарастающий процесс разложения древесины с выде­ лением газов, начало обугливания;

4)300—500°С — постепенное замедление процесса разложения в обуг­ ленных частицах;

5)500—1000°С — горение углей с выделением СО и СО>.

Существует 2 типа горения: пламенное и беспламенное. Пламенное — это горение продуктов пиролиза древесины и твердой фазы (угля). Оба ти­ па взаимозаменяемы. Если высота пламени не менее 2-кратного диаметра (толщины) горящей частицы, то горение пламенное, а если меньше — бес­ пламенное.

Распространение горения по территории происходит при условии взаим­ ного соприкосновения горючих материалов или при минимальном расстоя­ нии между ними, т.е. при наличии сплошного ковра из горючих материалов с достаточно рыхлым их расположением. Горение может распространяться внутрь при достаточном нагреве внутренних слоев и их горючести.

Мелкий опад живой напочвенный покров, а также живая хвоя деревь­ ев и мелкие сучья горят низким пламенем. При проникновении горения во внутренние слои горючих материалов (лесной подстилки, торфа, внутрен­ них частей валежника, стволов, пней) обычно наблюдается беспламенное горение.

Лесопожарные различия. Лесные горючие материалы разнообразны по характеру реакции на изменение погоды и по горимости, поэтому по-раз­ ному в них возникает и распространяется пожар. Выделено 6 групп лесных

347

Раздел II. Опасные природные процессы

горючих материалов: I — мхи и лишайники с мелким опалом; 2 — травы и кустарнички: 3 — подрост и подлесок: 4 — лесная подстилка и торф: 5 — валежник, гнилые пни и деревья; 6 — хвоя, охвоенные ветки и сучья в по­ логе древостоя. Состояние материалов групп 1,4 и 5 зависит от погоды (количества осадков и числа дней после дождя). Рассмотрим эти группы подробнее.

Группа 1 — горючий первичный материал. Он существенно зависит от погоды. Лишайники рода кладония очень быстро теряют влагу, медленнее высыхают мхи, еще медленнее — подстилка, гнилые пни и валежник. Заго­ рание происходит при содержании влаги 25—40%. Эти материалы — актив­ ные проводники горения. Влажность опада из хвои, сосняка верескового и мшистого в момент появления загораемости составляет 14—15% веса, зеле­ ной верхней части мхов — 30, сосняка мшистого — 21—28, а в нижней час­ ти — 42—52%. Лишайники горят при влажности 16%. Опад из хвои ускоря­ ет горение мхов.

Группа 2 — черника, брусника, вереск, багульник и др. Имеют устойчи­ вую влажность и самостоятельно гореть не могут. Необходимо наличие под ними материала 1-й группы. Наиболее пожароопасны багульник и вереск

Группа 3 — подрост и подлесок. Имеют сравнительно высокую влаж­ ность, лиственная часть сдерживает горение, а хвойная поддерживает. Их влажность почти не зависит от состояния погоды, так как она постоянна. Они способствуют образованию рыхлой структуры мелкого опада, поэтому опад быстро высыхает и интенсивно горит.

Группа 4 — лесная подстилка и торф. Имеют влажность от 6 до 250% на свежих почвах и до 650% на торфяниках. Характерно медленное высыхание, поэтому их возгорание чаще во 2-й половине лета и осенью. Пожары на тор­ фяниках могут не прекращаться даже зимой. Костры на торфяниках крайне опасны и недопустимы.

Группа 5 — валежник, гнилые пни и др. Влажность меняется широко, но медленно, поэтому скрытые очаги могут сохраняться долго.

Группа 6 — хвоя, охвоенные ветки и сучья. Устойчивая и высокая влаж­ ность. Воспламеняются только при горении других материалов. В древостоях из лиственных пород пожары, как правило, прекращаются. Поэтому стремятся специально выращивать высоковлажную растительность (толок­ нянку, кошачью лапку, бессмертник) для борьбы с пожарами. А гигантская трава — сахалинская гречиха не горит, даже если ее облить керосином. Присутствие черники в брусничных лесах ослабляет силу пожаров.

По роли в пожаре выделяют: проводники горения — мхи, лишайники с мелким опалом, лесная подстилка, торф, валежник, пни, горящие отдельные стволы деревьев; поддерживающие горение — травы, кустарнички, самосев древесных пород, подрост, подлесок, хвоя, охвоенные ветки и мелкие сучья полога древостоя; задерживающие распространение горения — некоторые ку­ старнички и травы (люпин многолетний, бадан, сахалинская гречиха), кус­ тарники (серая ольха, спирея) и лиственные деревья (липа, осина, тополь).

348

Раздел //. Опасные природные процессы

Подземные (торфяные или почвенные) пожары. Горит торфяной или пере­ гнойный слой. Огонь распространяется внутри слоя на глубину до минераль­ ного или водного слоя. Изредка на поверхность вырываются языки пламени и дым. Скорость до 1 км/сутки. Если горит до 30 см сверху, то пожар под­ стилочный, а ниже — торфяной. Контур пожара яйцевидный. В 1971 г. при комплексном пожаре в Подмосковье была предпринята попытка тушения торфяного пожара. Для этого в зону пожара к кромке без предварительной разведки были направлены машины с курсантами военных училищ. В итоге часть из них провалилась в очаг внизу, погибли люди и техника.

Чаше бывают низовые пожары. Наиболее пожароопасны сосновые леса, потом лиственничные, пихтовые и еловые (медленное снеготаяние под мощным покровом), затем смешанные и, наконец, лиственные. Среди со­ сновых лесов самые горючие лишайниковые и вересковые боры, затем брус­ ничные, далее кисличные и черничные и, наконец, травяные и сфагновые (болото). Среди еловых наиболее горючие леса с брусничником, далее с чер­ ничником и затем травяно-сфагновые. При классификации подсчитывают число конкретных типов и их площадь, соотнесенную к общей площади.

Скорость распространения лесного пожара, температура и высота пламени.

Скорость сгорания — это количество сгоревшего материала в единицу вре­ мени, а скорость распространения — это расстояние, проходимое пожаром в единицу времени. Кромка пожара — это полоса, охваченная одновремен­ ным горением. Она шире, когда идет проникновение вглубь и задержка на этом месте. Скорость сгорания в пламенной стадии всегда выше, чем в бес­ пламенной. Скорость распространения зависит от типа леса и строения его основного компонента (древостой, наличие или отсутствие захламленности, почвенно-топографические условия). Эти же условия определяют темпера­ туру и высоту пламени. Определив скорость, температуру и высоту горения, разрабатывают меры по тушению. Учитываются также относительная влаж­ ность воздуха и горючих материалов, сила и направление ветра, рельеф (на­ пример, вверх по склону горение распространяется быстрее).

9.2

Негативные воздействия, способы локализации и тушения

Лесные пожары наносят прямой (за период горения и тления) и косвенный (все последующие изменения из-за него) ущерб.

Прямой ущерб выражается в уничтожении и повреждении древостоя, лесной фауны, почвенного слоя, уничтожении материальных ценностей (заготовленной продукции, сена, построек, жилых домов, промышленных

350