В западных ведущих космических державах (США, Франция) исторически сложилось так, что используются преимущественно районы падения, находящиеся в акваториях морей и океанов (мыс Канаверал, округ Ванденберг, европейский космодром Куру в Южной Америке и др.). Морские районы падения частей ракет-носителей, как правило, находятся за пределами национальной территории государства, осуществляющей запуск. Это снижает негативные последствия, так как, взаимодействуя с перемещающимися воздушными массами, отходы от запусков ракет-носителей пока растворяются и нейтрализуются, а не накапливаются в локальном месте.
К лидерам разрушения земной поверхности и ландшафтов относят сухопутные войска. Масштабные изменения рельефа происходят при проведении боевых учений на местности. Инженерная подготовка учебных театров военных действий требует возведения многочисленных фортификационных сооружений, протяженных траншей, окопов, ходов сообщения и противотанковых рвов. При этом перемещаются огромные массы грунтов, что создает искусственно расчлененный «военизированный» антропогенный рельеф. Большинство военных полигонов в Российской Федерации было построено в середине прошлого века. С ростом технической оснащенности армии потребность вооруженных сил в земельных угодьях постоянного и временного использования продолжает расти. Так, в период Великой отечественной войны мотопехотному батальону (600 человек) требовалось для маневров 16 км
2
2
О возможных масштабах изменения ресурсной экологической функции литосферы можно судить по старейшему полигону на территории России. Это артиллерийский полигон, построенный в 1930 г. в Нижнем Тагиле. В годы Великой Отечественной войны на нем проводили испытания продукции 182 заводов, вели сборку боеприпасов для фронта. В послевоенные годы деятельность полигона была переориентирована на научно-практическую работу по совершенствованию боеприпасов, отработке новых высокоэффективных систем вооружений. Сегодня ФКП «НТИИМ», работающий в интересах более 100 предприятий России, является межотраслевым научно-исследовательским полигоном национальной значимости и головной организацией по полигонному приборостроению. Он занимает боевое поле площадью 78 км
2
1.2 Нарушение геодинамической экологической функции литосферы
Геодинамические экологические функции литосферы отражают ее способность влиять на состояние биоты, безопасность и комфортность проживания человека через природные и антропогенные геологические процессы и явления. Их развитие в природных условиях связано с внешними космическими факторами и со сбросом (разрядкой) напряжений в геофизических полях Земли, а воздействие геологических процессов на биоту с перемещением вещества земной коры и преобразованием рельефа [81].
Военные действия включают передвижение войск, создание фортификационных сооружений (окопов, противотанковых рвов, блиндажей и т.д.), боевые действия по уничтожению противника (бомбардировки, запуски ракет, взрывы), испытания оружия. При этом активизируются геологические процессы, изменяется рельеф, состав и структура пород. В зависимости от длительности и мощности военных мероприятий изменяются интенсивные и экстенсивные геологические процессы, связанные с внутренними (эндогенные геологические процессы) и внешними (экзогенные процессы) силами Земли. Эти изменения негативно сказываются не только на безопасности проживания людей, но и на условиях существования всего живого.
Наибольший ущерб природе нанесен войнами XX-XXI вв., что вызвано разработкой мощнейших видов вооружения. Новые типы взрывчатых веществ дают взрывы огромной мощности, пушки стреляют под большим углом и с большей дальностью, снаряды падают на землю, глубоко проникали в почву. Дальнобойность орудий увеличилась настолько, что они стали стрелять по невидимой цели. Неминуемое увеличение рассеивания снарядов приводит к стрельбе не сообразно целям, а сообразно площадям. В связи с изменением боевых порядков войск на смену разрывным бомбам гладкоствольных орудий пришли шрапнель и гранаты (артиллерийские, ручные, винтовочные и др.). Обычные фугасы дают огромное количество осколков, что является дополнительным поражающим фактором, губящим не только врага, но и природу. Авиационные бомбы также имеют большое рассеивание и проникают в почву глубже, чем артиллерийские снаряды того же веса.
Каждый килограмм взрывчатого вещества обычной бомбы вызывает разрушение экосистемы на площади 12,5 м
2
Статистический анализ экспериментальных данных о размерах воронок химических и ядерных наземных взрывов с сопоставимыми высотами центра тяжести и тротиловыми эквивалентами (1÷5000 и 300÷14300 т соответственно) показал, что с уменьшением приведенной высоты ядерных взрывов приведенные размеры воронок возрастают и приближаются при заглублении заряда к характерным для взрывов взрывчатых веществ, оставаясь при этом значительно меньше. С увеличением глубины взрывов различия в механическом действии ядерных и химических взрывов уменьшаются. Зависимости параметров воронок от тротилового эквивалента при крупномасштабных наземных взрывах согласуются с принципами энергетического подобия и в пределах погрешности измерений не зависят от силы тяжести [2]. На рисунке 3 показаны фотография и характерный профиль воронки наземного взрыва взрывчатого вещества. В работах [1, 95] представлены некоторые результаты исследований параметров воронок при крупномасштабных наземных взрывах, проведенных на различных испытательных полигонах. Мощность взрывов (даже не ядерных) современных боеприпасов такова, что высокоточные удары по технической инфраструктуре приводят к значительным экологическим последствиям.
Рис. 3. Фотография наземного взрыва взрывчатого вещества с тротиловым эквивалентом 5 000 т и профиль воронки (радиус воронки по свободной поверхности 55 м, радиус воронки по навалу 70 м, радиус навала грунта 360 м, радиус разлета кусков породы 1 500 м, глубина воронки от свободной поверхности 21,4 м, объем воронки по свободной поверхности 120000 м
3
Передвижение войск, осуществляемое часто вне дорог и на гусеничном транспорте, приводит к разрушению, а нередко и уничтожению почвенного и растительного покровов, возникновению очагов дефляции (выдувания почвенного горизонта), ускорению линейной и плоскостной эрозии. Особенно значим этот эффект в районах Крайнего Севера, пустынях и полупустынях с незначительным растительным покровом. Так, в Египте в начале 40-х гг. из-за боевых действий резко увеличилось число пылевых бурь. Передвижение войск привело к распылению маломощных почв, а переселившиеся из мест ведения боев жители способствовали этому процессу, вырубая на топливо кустарники [19, 85].
Нарушение или удаление почвенного покрова для предотвращения наступления противника является распространенным примером действий, которые изменяют его физические характеристики и гидрологический режим в районе боевых действий. Строительство подземных городов и туннелей, которые использовались для обороны и эвакуации мирного населения, связано с перемешиванием и изъятием десятков тонн ферралитной почвы. Военное туннелирование практиковалось во время гражданской войны в США, Второй мировой войны, войны во Вьетнаме [132, 210, 211].
Создание фортификационных сооружений приводит к изменению рельефа, образованию выемок и отвалов, погребению почвы и уничтожению растительности. Эти сооружения на сельскохозяйственных угодьях, особенно в равнинных условиях, усиливают процесс заболачивания и засоления, что негативно отражается на плодородии земель. В Европе во время Первой мировой войны на 1 км фронта в среднем приходилось от 15 до 30 км траншей, а протяженность оборонительных рубежей, построенных с июня 1941 по сентябрь 1942 г. на европейской части нашей страны, составила 25 тыс. км, то есть на 1 км фронта обороны или исходного положения приходилось 810 км траншей и ходов сообщения [82].
Движение колонн, маневры колесных и гусеничных тяжелых транспортных средств являются еще одним важным фактором, который влияет на почву. Уплотнение почвы является основным негативным последствием перемещений военных, при этом значительно изменяются ее гидравлические свойства, она становится более уязвима к эрозии. В насыщенных почвах избыточная нагрузка может привести к разжижению, что приведет к различным проблемам, включая образование грязи [263].
Бомбы и снаряды, противотанковые и противопехотные мины вызывают образование воронок (кратеров) и холмистости, при этом происходит перемешивание почвенных горизонтов, нарушается ландшафт, значительно меняется топография местности. Сама установка мины может вызвать значительное возмущение почвы. После активации мины почва, ее окружающая, загрязняется пластиковыми и металлическими фрагментами, а также остатками взрывчатых веществ.
Длительные периоды военных действий в Чечне (конец XX начало XXI вв.) оказали крайне негативное воздействие на все компоненты природных комплексов, привели к их трансформации в специфические техногенные модификации (беллигеративные ландшафты). Ранее здесь были распространены плодородные земли малогумусные черноземы, лугово-черноземные глинистые и суглинистые почвы. В результате многократной передислокации воинских подразделений, строительства баз, прокладки траншей, окопов, складирования боеприпасов, минирования земель, бомбардировок почвенный покров во многих районах (Сунженский, Грозненский, Гудермесский, Урус-Мартановский и др.) оказался нарушенным на площади 4050 тыс. га. В Надтеречном районе республики от станицы Знаменская до места слияния Терека с Сунжей из-за передвижений военной техники, транспорта со снаряжением и продовольствием почвенный покров был уничтожен на глубину 1530 см. Сейчас эти земли невозможно использовать для сельскохозяйственных целей без рекультивации и внесения удобрений [24, 25].
Повсеместное уничтожение почвы, растительности и животных отмечалось во время войны на территориях Вьетнама, Лаоса и Камбоджи [85]. Здесь впервые в истории войн объектом поражения стала среда обитания целых народов (посевы сельскохозяйственных растений, плантации технических культур, джунгли и мангровые леса). В 1966 г. военно-воздушные силы США сбросили на Вьетнам 638 тыс. авиабомб, а за 19651971 гг. 6,2 млн т авиабомб. Это привело к образованию 12 млн воронок. Во время муссонных дождей специально вызывались искусственные ливни, приводившие к глубокой эрозии почв. В результате в Индокитае районы интенсивных бомбардировок практически полностью лишились почвенного и растительного покровов.
Сбрасывание бомб и взрывы причина активизации склоновых процессов. Обстрелы склонов из артиллерийских систем и подрывы в зонах зарождения лавин применяли с 30-х годов прошлого века для спуска лавин в целях уменьшения опасности в Альпах и Хибинах. Примером преднамеренной активизации склоновых процессов во время военных действий является бомбардировка горных склонов в Афганистане для инициирования схода осыпей и обвалов перед выводом советских войск.
Активизация склоновых процессов в районах военных действий и на испытательных полигонах происходит также из-за колебаний атмосферного давления при запуске тяжелых ракет. В связи с закрытостью темы точных литературных данных найти не удалось, хотя сам факт усиления экстенсивности и интенсивности этих геологических процессов с неблагоприятными экологическими последствиями не вызывает сомнения.
Огромные площади затрагивают изменения рельефа при сбрасывании атомных и водородных бомб. Площадь взрывной воронки от атомной бомбы мощностью 20 кт составляет 1 га, а водородной бомбы мощностью 10 Мт 57 га [18]. Во второй половине XX века ядерными державами (США, СССР, Великобритания, Франция, Китай, Индия, Пакистан) было проведено около 1600 подземных ядерных взрывов, зарегистрированных сейсмическими станциями во всем мире [11].
При подземных и наземных ядерных взрывах происходит активизация геологических процессов (землетрясений). В литературе приводятся такие примеры: после испытательного ядерного взрыва в штате Невада в 1968 г. возникло землетрясение силой 5 баллов; в 20012002 гг. в Афганистане зарегистрировано около 40 землетрясений (9 из них имели магнитуду выше 5). Часть землетрясений можно связать с воздействием тяжелой авиации во время антитеррористической операции войск США [82].
Примерами ответной реакции литосферы в виде индуцированных землетрясений служат ракетно-ядерные удары в Югославии, Афганистане, Ираке, Южной Осетии и Ливии (19992011 гг.). Сопоставление времени бомбардировок с сейсмической активностью дает возможность выявить ее вторичное усиление после ракетно-артиллерийских обстрелов.
В ряде случаев ядерные взрывы проводились в районах с повышенной сейсмичностью (выше 6 баллов по шкале MSK-64), в частности в районе озера Байкал и долины реки Амударья. Число постбомбардировочных землетрясений по сравнению с природными землетрясениями за тот же период времени, предваряющий военные действия, возрастает примерно в 1,41,7 раза [23]. С точки зрения оценки экологических последствий от землетрясений в сейсмоактивных регионах такая техногенная добавка может играть существенную роль.
Исследования, проведенные на Семипалатинском, Новоземельском, Невадском и других полигонах, позволяют утверждать, что воздействие подземных ядерных взрывов сводится к кратковременному увеличению сейсмичности на расстоянии до 2000 км от места проведения испытаний. В первые 510 дней после воздействия происходит увеличение частоты землетрясений, затем она уменьшается до фоновых значений и повторно активизируется через 3040 дней.
Есть предположения и о положительной роли подземных ядерных взрывов, активизирующих слабую и умеренную сейсмичность, способствующих сбросу части тектонического напряжения в сейсмически активных районах, о чем свидетельствуют наблюдения за сейсмической активностью в Средней Азии в период проведения ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне [55].
Возможность преднамеренного использования геологических процессов позволила военным ввести новый термин «литосферное оружие», подразумевающее инициирование землетрясений и извержений вулканов для уничтожения противника. Однако среди исследователей до сих пор нет единого мнения о силе вызываемого воздействия [23, 55].
Были попытки установить связь между пусками космических ракет и землетрясениями [68]. По мнению автора, ему удалось обнаружить группирование сильных землетрясений в Калифорнии, Мексике и на Аляске в полумесячном интервале после пусков мощных космических ракет на мысе Канаверал. Другие авторы считают, что случайная группировка таких землетрясений в столь узком интервале невозможна. В дальнейшем значимая корреляционная связь между запуском ракет и сейсмической активностью так и не была установлена.