Уязвимые объекты на поверхности Земли

По мере развития человеческой цивилизации появляются все новые и новые аспекты астероидной опасности. В настоящее время на поверхности Земли построены высокие плотины гидроэлектростанций, крупные химические заводы, мощные атомные электростанции, хранилища ядерных отходов, разрушение которых может привести к серьезным последствиям [Мельников и др., 1992]. Атомные электростанции, химические заводы, производящие ядовитые вещества, или такие, которые могут загрязнить окружающую среду, если в них произойдет утечка, хранилища радиоактивных отходов являются объектами, которые должны быть защищены от попадания в них астероидов или их фрагментов.

Такие объекты могут быть защищены либо активными способами (разрушением астероидов на орбитах с помощью ядерных устройств или кинетического оружия, изменением траекторий таких космических тел), либо пассивными способами (укреплением структур объектов, изменением их конструкций). Мы не будем описывать здесь обычное структурное повреждение воздушным взрывом (которое может привести к наклону или даже полному разрушению стальных рам, кирпичных стен, строений с железобетонными и упрочненными железобетонными рамами, крыш и т. д.). Это можно исключить размещением опасных объектов под землей. Однако движение грунта также может вызвать значительные повреждения. Трубопроводы, туннели, метро, подземные структуры — все может разрушаться вследствие деформации и образования разломов.
В зонах, где амплитуда возмущений превышает порог плавления и фазовых превращений грунта (∼ 100 Мбар), расчет конструкций подземных сооружений не имеет смысла, поскольку при таких нагрузках поведение строительных материалов близко к таковым для грунта и сооружение будет полностью разрушено [Коряк, Старчикова, 1997]. Но и в зонах, где амплитуда возмущений превышает 100–1000 кбар для скальных пород и 1–100 кбар для осадочных пород, можно предсказать полное и сильное разрушение конструкций сооружений.

Хранилища радиоактивных отходов. Хранилища радиоактивных отходов — это система помещений, построенных для изоляции радиоактивных веществ, которые в них содержатся, чтобы по мере возможности защитить биосферу в течение того периода, пока остается значительный риск радиоактивного заражения. Защитная способность хранилища зависит от барьера между радиоактивными отходами и биосферой. Существует две группы хранилищ: приповерхностные сооружения и глубоко расположенные сооружения. В отличие от хранилищ, расположенных в глубоких и промежуточных слоях, приповерхностные хранилища функционируют в течение нескольких десятков лет. В то же время глубокие сооружения рассчитаны на десятки тысяч лет, т. е. время их существования в будущем сравнимо с характерным интервалом времени между падениями тел размером 200–400 м, достигающих поверхности Земли.
Существуют национальные и международные программы, в которых была исследована осуществимость удобных геологических хранилищ. Были исследованы различные геологические среды (соль, кристаллическая порода, такая как гранит, глины и туф) и различные конструкции. Правильно выбранные места в асейсмических регионах обеспечили бы невозможность проникновения содержимого хранилищ в биосферу в течение, по крайней мере, нескольких тысячелетий. Несколько стран имеют уже построенные хранилища, в некоторых других они находятся в стадии конструирования. Другие страны планируют построение промышленных хранилищ в ближайшие 15–50 лет.

Атомные электростанции. В 1990 г. в мире существовало 435 работающих атомных электростанций в 30 странах, как в индустриально развитых, так и в развивающихся. Они обеспечивали 17 % мировых потребностей в электроэнергии. Однако случай в Чернобыле ясно показал риск, связанный с атомными электростанциями, и был учрежден международный режим ядерной безопасности. В последние годы синдром Чернобыля постепенно преодолевается и вновь ставится вопрос о строительстве новых атомных электростанций. В Великобритании предполагается строительство 10 новых станций. По всему миру в течение 15 лет будет построено 500 атомных электростанций с существенно улучшенными характеристиками безопасности. Однако они не предусматривают мер защиты от ударов космических объектов. Следует иметь в виду, что продуктивная жизнь этих станций составляет от 40 до 50 лет, как следует из предшествующего опыта.
Оценим вероятность катастрофы на атомной станции вследствие падения космического тела. Поверхность Земли составляет 5 108 км2. Если бы атомные электростанции были распределены равномерно по всей поверхности, сейчас на каждую из этих станций приходилась бы средняя площадь поверхности порядка 106 км2 с характерным радиусом площади 600 км. Число этих станций могло бы увеличиться в предсказуемом будущем (скажем, сто лет) в 10 раз с уменьшением соответствующего радиуса до 200 км. Если этот радиус будет равен радиусу разрушения структур атомной станции, то любое падение приведет к катастрофе, которая будет по порядку величины равна Чернобыльской (выделяется 100 миллионов Кюри радиоактивности) или больше.
Рассмотрим разрушение конструкций наземных атомных электростанций. Скорость подвижки почвы в 1 м/с повлечет не только разрушение мест соединения трубопроводов и утечку радиоактивности, но даже разрушение некоторых стен и крыш. Это означает, что при падении тела диаметром 1 км радиус зоны разрушения достиг бы 200 км. В то же время для химических заводов, расположенных на поверхности, критическая скорость подвижки меньше (10–15 см/с) и радиус зоны разрушения может достичь 1000 км.
В областях, далеких от берегов морей и океанов или расположенных достаточно высоко над уровнем моря, единственным опасным фактором являются сейсмические волны. Но атомные электростанции (и химические заводы) часто построены вблизи морского берега, потому что так легче транспортировать тяжелое оборудование к месту расположения (в частности, существуют проекты строительства нескольких подземных атомных станций на Кольском полуострове [Мельников и др., 1992]). При энергиях более 1000 Мт в гибели людей будут преобладать эффекты от цунами, возникающих при ударах в океан. Поэтому для ударов в океан различия между ударами с локальной и глобальной шкалой разрушений стираются.

Разрушение плотин. При разрушении плотин, гидроузлов образуется волна прорыва, затапливающая речные долины и разрушающая плотины лежащих ниже гидроузлов. Для арочных и бетонных плотин на скальном основании определяющей является стадия образования начального прорыва. Эта стадия может быть существенной для большинства плотин из местных материалов и смешанных (бетонная русловая плотина и боковые плотины из местных материалов), а также для бетонных плотин на мягком основании из-за размыва грунта основания и последующей потери устойчивости отдельных секций плотин [Розов, 1997].
Плотина из местных материалов перестает сдерживать напор воды, если ее гребень оказывается хотя бы на какое-то время ниже уровня воды в верхнем бьефе. При повышении этого уровня за счет волны, вызванной ударом, либо за счет оползания откоса сооружения, оказавшегося неустойчивым вследствие действия сейсмических волн, плотина размывается потоком воды из водохранилища. Волна прорыва обладает, как правило, огромной разрушительной силой. Отметим, что обычно концентрация населения вдоль речных долин очень высока. Поэтому разрушение системы плотин гидроэлектростанции является региональной катастрофой, которую нельзя допускать.