Вода - одна из самых полезных вещей на Земле. Мы пьем его, купаемся в нем, чистим им и используем для приготовления пищи. В большинстве случаев она полностью доброкачественная. Но в достаточно больших количествах тот же самый материал, которым мы ополаскиваем зубную щетку, может перевернуть машины, снести дома и даже убить.
Наводнение унесло миллионы жизней только за последние сто лет, больше, чем любое другое погодное явление. Ураган Катрина в Новом Орлеане и циклон 2008 года, обрушившийся на Мьянму, являются недавними примерами масштабных разрушений, которые могут повлечь за собой наводнения.
В этой статье мы узнаем, что заставляет воду так быстро менять свой характер, и посмотрим, что происходит, когда это происходит. Мы рассмотрим негативное влияние наводнений, а также некоторые преимущества. Мы также рассмотрим, как человеческое строительство может сдерживать наводнение или, в некоторых случаях, вызывать его.
Вода, везде вода
Чтобы понять, как работают наводнения, вы должны знать кое-что о том, как ведет себя вода на нашей планете. Общее количество воды на Земле оставалось довольно постоянным в течение миллионов лет (хотя ее распределение за это время значительно изменилось). Каждый день очень небольшое количество воды теряется высоко в атмосфере, где интенсивные ультрафиолетовые лучи могут разбить молекулу воды на части, но новая вода также выбрасывается из внутренней части Земли в результате вулканической активности. Количество воды, которое создается, и количество, которое теряется, в значительной степени равны.
В любой момент этот объем воды находится в различных формах. Он может быть жидким, как в океанах, реках и дожде; твердые, как в ледниках Северного и Южного полюсов; или газообразный, как невидимый водяной пар в воздухе. Вода меняется от состояния к состоянию, перемещаясь по планете под действиемветровых потоков Ветровые потоки генерируются нагревающей активностью солнца. Солнце светит больше на область вокруг экватора Земли, чем на области дальше на север и юг, вызывая несоответствие тепла на поверхности земного шара. В более теплых регионах горячий воздух поднимается в атмосферу, втягивая более холодный воздух в освободившееся пространство. В более прохладных регионах холодный воздух опускается вниз, втягивая теплый воздух в освободившееся пространство. Вращение Земли прерывает этот цикл, поэтому по всему земному шару существует несколько меньших циклов воздушных потоков.
Управляемые этими циклами воздушных потоков, запасы воды на Земле движутся по собственному циклу. Когда солнце нагревает океаны, жидкая вода с поверхности океанаиспаряетсяв водяной пар в воздухе. Солнце нагревает этот воздух (водяной пар и все остальное) так, что он поднимается сквозь атмосферу и увлекается ветровыми потоками. Когда этот водяной пар поднимается вверх, он снова остывает,конденсируяв капли жидкой воды (или кристаллы твердого льда). Скопления этих капель называютсяоблакаЕсли облако перемещается в более прохладную среду, на этих каплях может конденсироваться больше воды. Если таким образом накапливается достаточное количество воды, капли становятся достаточно тяжелыми, чтобы падать по воздуху в видеосадков (дождя, снега, мокрого снега или града). Часть этой воды собирается в больших подземных резервуарах, но большая ее часть образует реки и ручьи, которые впадают в океаны, возвращая воду в исходную точку.
В целом ветровые течения в атмосфере довольно постоянны. В любое конкретное время года течения имеют тенденцию двигаться по земному шару определенным образом. Следовательно, в определенных местах из года в год обычно наблюдаются одни и те же погодные условия. Но в повседневной жизни погода не так предсказуема. На ветровые течения и осадки влияют многие факторы, в основном географические и соседние погодные условия. Огромное количество факторов комбинируются бесконечным разнообразием способов, создавая все виды погоды. Иногда эти факторы взаимодействуют таким образом, что в одном месте собирается нетипичный объем жидкой воды. Например, условия иногда вызывают образование урагана, который выбрасывает большое количество дождя, куда бы он ни направлялся. Если ураган задерживается над регионом или несколько ураганов проходят через этот район, на землю выпадает гораздо больше осадков, чем обычно.
Поскольку водные пути формируются медленно с течением времени, их размер пропорционален количеству воды, которое обычно скапливается в этой области. Когда внезапно появляется гораздо больший объем воды, обычные водные пути переполняются, и вода растекается по окружающей земле. На самом базовом уровне это и есть наводнение - аномальное скопление воды на участке суши.
Серия штормов, приносящая обильные дожди, является наиболее распространенной причиной наводнения, но есть и другие причины. В следующем разделе мы рассмотрим некоторые способы возникновения наводнений, а также некоторые факторы, определяющие их масштабы.
Непогода
В предыдущем разделе мы видели, что наводнения возникают, когда в районе скапливается нетипичный объем воды. Это может произойти по-разному, и при этом происходит множество событий.
Наводнение, знакомое большинству людей, происходит, когда необычно большое количество ливней обрушивается на местность за довольно короткий период времени. В этом случае реки и ручьи, отводящие воду в океан, просто переполняются. Разная температура в разные сезоны приводит к разным погодным условиям. Зимой, например, воздух над океаном может быть теплее, чем воздух над сушей, в результате чего поток ветра перемещается с суши в море. Но летом воздух над сушей нагревается, становясь теплее, чем воздух над океаном. Это приводит к тому, что ветровой поток меняется на противоположный, так что больше воды из океана поднимается и переносится на сушу. Этамуссонная ветровая система может вызвать период сильных дождей, которые полностью не соответствуют климату в остальное время года. В некоторых районах это наводнение может усугубляться избытком воды из-за таяния снега.
Возможно, самым известным примером сезонных наводнений является ежегодное расширение реки Нил в Египте. В Древнем Египте из-за муссонных дождей у истока реки летом водный путь простирался на приличное расстояние. В данном случае затопление было не бедствием, а находкой. Расширяющиеся воды оставят плодородный ил по всему берегу реки, что сделает этот район идеальной сельскохозяйственной землей после того, как река снова спадет. Это один из основных факторов, позволивших цивилизации процветать в египетской пустыне. В наши дни река перекрыта плотиной выше по течению, которая собирает летние дожди и распределяет их в течение всего года. Это продлило посевной сезон, так что египетские фермы могут выращивать урожай круглый год.
Другим распространенным источником наводнений является необычная приливная активность, которая расширяет досягаемость океана дальше вглубь суши, чем обычно. Это может быть вызвано особыми ветровыми режимами, толкающими океанскую воду в необычном направлении. Это также может быть вызваноцунами, большими волнами в океане, вызванными сдвигом земной коры.
Наводнения также могут возникать при прорыве искусственнойплотины. Мы строим плотины, чтобы изменить течение рек в соответствии с нашими собственными целями. По сути, плотина собирает речную воду в большой резервуар, чтобы мы могли решить, когда увеличивать или уменьшать сток реки, а не позволять решать природе. Инженеры строят плотины, которые выдержат любое количество воды, которое может скопиться. Однако иногда воды накапливается больше, чем предсказывали инженеры, и конструкция плотины разрушается под давлением. Когда это происходит, сразу высвобождается огромное количество воды, в результате чего яростная «стена» воды толкает землю. В 1889 году такое наводнение произошло в Джонстауне, штат Пенсильвания. Горожан предупредили о приближающемся наводнении, но многие отмахнулись от этого предупреждения, назвав его необоснованной паникой. Когда стремительная стена воды все-таки ударила, всего за несколько минут погибло более 2000 человек.
Интенсивность наводнения зависит не только от количества воды, скапливающейся за определенный период времени, но и от способности земли справляться с этой водой. Как мы видели, одним из элементов этого является размер рек и ручьев в районе. Но не менее важным фактором являетсявпитывающая способность землиКогда идет дождь, почва действует как своего рода губка. Когда землянасыщена, то есть впитала всю воду, которую только могла, любая дополнительная вода, которая накапливается, должна течь каксток
Некоторые материалы насыщаются гораздо быстрее, чем другие. Чтобы увидеть, как это работает, просто возьмите ведро воды на улицу и попробуйте смочить различные поверхности. Почва посреди леса - отличная губка. На него можно было вылить несколько ведер воды, и он впитал бы воду доверху. Камень не такой гигроскопичный - кажется, он совсем не впитывает воду. Твердая глина находится где-то посередине. Как правило, почва, обработанная под посевы, менее впитывает влагу, чем необработанная земля, поэтому вероятность затопления сельскохозяйственных угодий выше, чем природных территорий.
Бетон - одна из наименее впитывающих поверхностей. В следующем разделе мы увидим, как бетон, асфальт и другие конструкции человека могут повлиять на затопление.
Отведи меня к реке
В прошлом разделе мы видели, что степень затопления определяется количеством воды, скапливающейся на территории, а также характером поверхности земли. По мере расширения цивилизации люди изменили ландшафт несколькими способами. В западном мире одним из самых значительных изменений стало покрытие земли асфальтом и бетоном. Очевидно, что эти поверхности не самые лучшие губки: почти весь дождь, который накапливается, становится стоком. В промышленно развитых районах без хорошей дренажной системы может не потребоваться много дождей, чтобы вызвать значительное наводнение.
Некоторые города, такие как Лос-Анджелес, построили бетонные каналы для защиты от наводнений, чтобы предотвратить эту проблему. Когда идет сильный дождь, вода стекает в эти каналы, которые извиваются за пределы города, где вода лучше впитывается. Однако такие системы могут вызвать затопление дальше по линии. Когда вы покрываете участок бетоном и асфальтом, вы, по сути, отсекаете часть естественной губки Земли, так что с остальной частью губки приходится иметь дело с гораздо большим количеством воды.
Похожая проблема может возникнуть сдамбами, большими стенами, построенными вдоль рек, чтобы предотвратить их разлив. Эти сооружения расширяют естественные берега реки, так что через нее может протекать гораздо больше воды. Но хотя они могут быть эффективными для предотвращения проникновения воды в одну область, они обычно усугубляют проблемы в той области, где нет дамб. В этот район попадают все паводковые воды, которые могли бы распространиться выше по реке. Другая опасность дамб заключается в том, что они, как и плотины, могут разрушиться. Когда это происходит, большое количество воды вытекает на сушу за короткий промежуток времени. Это может вызвать самые опасные наводнения.
Люди не добились больших успехов в борьбе с наводнениями вдоль побережья. Чрезмерное количество воды в этих районах особенно разрушительно для искусственных сооружений из-за вызываемой им эрозии. Один из методов борьбы с этой эрозией - строительство заборов и стен там, где вода встречается с землей. Это держит силу волн в страхе, поэтому они не изнашивают пляж. Но сооружения также мешают процессу формирования пляжа. Когда вы блокируете движение воды по берегу, океан не может распределять песок, и у вас не будет красивых пляжей.
Еще одна проблема с заборами и стенами заключается в том, что они мало что могут сделать. По сути, пляжи - это изменяющаяся среда, формируемая непреодолимой силой океана. Они по самой своей природе должны разрушаться и перемещаться под действием волн. Затопление - регулярная часть этого процесса, и, скорее всего, так и будет, что бы мы ни делали.
То же самое можно сказать и о многих внутренних районах. Хотя река может казаться нам устойчивым, неподвижным элементом ландшафта, на самом деле это живой, динамичный объект. Это особенно верно для больших рек, таких как Миссисипи в Соединенных Штатах и Янцзы и Хуанхэ в Китае. Со временем эти водные пути расширяются, резко меняют свое направление и могут даже изменить направление течения. По этой причине земля вокруг берегов реки очень подвержена затоплению.
К сожалению, реки также являются естественной достопримечательностью цивилизации. Среди прочего, они обеспечивают постоянный запас воды, богатые почвы и легкое транспортное средство. Когда уровень воды низкий, люди строят по всему берегу и пользуются всеми его благами. В какой-то момент приходит время, когда вода смещается, и люди, которые строили на поймах, быстро обнаруживают, что живут на зыбкой почве. Если в этих районах ведется обширное строительство, ущерб от наводнения может быть разрушительным.
В следующем разделе мы рассмотрим различные виды ущерба от наводнения, чтобы понять, насколько разрушительной может быть обычная вода.
Ничего страшного
Самый большой ущерб от наводнений, гибели людей и домов вызван, прежде всего, силой текущей воды. Во время наводнения два фута (61 см) воды могут двигаться с достаточной силой, чтобы смыть машину, а 6 дюймов (15 см) воды могут сбить вас с ног. Может показаться удивительным, что вода, даже очень много воды, может нанести такой удар. В конце концов, вы можете спокойно плавать в океане, не сбиваясь с ног, а это огромное количество движущейся воды. И в большинстве случаев текущая река недостаточно сильна, чтобы сбить вас с ног. Так почему же паводковые воды ведут себя по-разному?
Паводковые воды более опасны, потому что они могут оказывать гораздо большее давление, чем обычная река или спокойное море. Это связано с огромными различиями в объеме воды, которые существуют во время многих наводнений. Во время паводка в одной области может собраться много воды, а в другой области воды практически нет. Вода довольно тяжелая, поэтому она движется очень быстро, чтобы «найти свой уровень». Чем больше разница между объемами воды по площади, тем больше сила движения. Но в какой-то момент вода не выглядит такой глубокой, а значит, не кажется особенно опасной - пока не станет слишком поздно. Почти половина всех смертей от наводнений происходит из-за того, что люди пытаются проехать на своих автомобилях по бурлящей воде. Воды в океане гораздо больше, чем в половодье, но это не сбивает с ног, потому что распределено достаточно равномерно - вода в спокойном море не торопится найти свой уровень.
Наиболее опасными наводнениями являютсявнезапные паводки, которые вызваны внезапным, интенсивным скоплением воды. Внезапные наводнения обрушиваются на территорию вскоре после того, как вода начинает накапливаться (будь то из-за чрезмерного дождя или по другой причине), поэтому в большинстве случаев люди не видят их приближения. Поскольку в одном районе скапливается много воды, паводковые воды имеют тенденцию двигаться с большой силой, сбивая с пути людей, автомобили и даже дома. Внезапные наводнения могут быть особенно разрушительными, когда сильная гроза обрушивает на гору большое количество дождя. Вода движется вниз с горы с огромной скоростью, пропахивая все, что находится внизу в долинах.
Одно из сильнейших внезапных наводнений в истории США произошло в 1976 году в каньоне Биг-Томпсон, штат Колорадо. Менее чем за пять часов грозы в близлежащих районах вылили больше осадков, чем обычно выпадает в этом регионе за год. Река Большой Томпсон, обычно мелководная, медленно текущая, внезапно превратилась в неудержимый поток, каждую секунду сбрасывающий в каньон 233 000 галлонов (882 000 л) воды. Тысячи туристов собрались в каньоне, чтобы отпраздновать столетие штата Колорадо. Наводнение произошло так быстро, что не было времени выпустить предупреждение. При его попадании сотни человек были ранены, а 139 убиты.
Менее катастрофическим видом повреждения является обычная сырость. Большинство зданий могут защитить от дождя, но они не являются водонепроницаемыми. Если уровень воды достаточно высок, много воды просачивается в дома, пропитывая все вокруг. Но в большинстве случаев основным разрушительным элементом является не сама вода, а грязь, которую она приносит с собой. Когда вода течет по ландшафту, она собирает много мусора. Когда наводнение заканчивается, уровень воды падает, и все со временем высыхает, но грязь и мусор остаются вокруг.
В 1966 году сильный шторм затопил Арно, итальянскую реку, протекающую через город Флоренцию. Маленький город, одна из мировых столиц искусства, был залит водой, грязью и общей слизью. Помимо гибели людей и повреждения зданий, большой ущерб был нанесен городской коллекции произведений искусства. Грязь и слизь покрыли почти все, что хранилось в городских подвалах и подземных помещениях. Благодаря многолетней работе ученым и искусствоведам удалось восстановить большую часть поврежденных артефактов до хорошего состояния.
Другой вид ущерба от наводнения - распространение болезней. По мере того, как вода течет по территории, она может собирать всевозможные химические вещества и отходы, что приводит к крайне антисанитарным условиям. По сути, все и все в потопе плавают в одном большом супе. Хотя болезни обычно не создаются этими условиями, они легче передаются (большинство болезней легче распространяются через воду, чем по воздуху). Если вы находитесь в зоне затопления, очень важно пить только бутилированную или кипяченую воду и соблюдать другие правила санитарии. Чтобы узнать больше о том, что делать в условиях наводнения, ознакомьтесь с этим руководством, выпущенным Центром по контролю за заболеваниями.
Мы никогда не сможем остановить наводнение. Это неизбежный элемент сложной погодной системы нашей атмосферы. Однако мы можем работать над тем, чтобы свести к минимуму ущерб, причиняемый наводнениями, путем строительства сложных дамб, дамб и систем каналов. Но лучшим способом избежать ущерба от наводнения может быть полное отступление от подверженных наводнениям районов. Как и в случае со многими природными явлениями, наиболее разумной реакцией на наводнение может быть уход с дороги.