Każdego dnia na całym świecie występują zjawiska przyrodnicze świadczące o potędze żywiołów naszej planety. Jeśli zdarzenia takie nastąpią na obszarach zamieszkałych i zagospodarowanych, wtedy mogą stanowić realne zagrożenie dla zdrowia, a nawet życia ludzi. Takie gwałtowne i skoncentrowane w czasie i przestrzeni zjawiska, które pociągają za sobą ofiary oraz powodują ogromne straty materialne, nazywamy katastrofami przyrodniczymi. W zależności od zasięgu mogą mieć one charakter lokalny, regionalny lub globalny.

Ludzkość doświadcza zjawisk o charakterze katastroficznym od tysięcy lat. Wraz z rozwojem cywilizacyjnym oraz postępem technologicznym powiększa się jednak nasza wiedza na ich temat. W ostatnich kilkudziesięciu latach powstały nowe technologie, które przyczyniły się do lepszego poznania kataklizmów, a tym samym do minimalizacji skutków ich występowania.

Najbardziej niszczycielskie są te z katastrof przyrodniczych, które mają przebieg gwałtowny i niespodziewany, jak tornado czy trzęsienie ziemi. Istnieje jednak szereg zjawisk, którym można zapobiegać lub ograniczyć ich następstwa. Kraje, które przyjęły zasadę, iż najlepszym zabezpieczeniem przed skutkami kataklizmów jest przygotowanie się na ich wystąpienie, charakteryzują się na ogół mniejszymi stratami.

Efektywność podejmowanych działań zależy od dostępu do różnych technik. W przewidywaniu i określaniu zasięgu zagrożeń powszechnie wykorzystywane są między innymi stacjonarne systemy monitoringu zjawisk przyrodniczych. Najpopularniejsze są sieci pomiaru meteorologicznego i hydrologicznego będące systemem wczesnego ostrzegania przed powodziami, burzami czy gradobiciem. Składają się na nie zautomatyzowane stacje, które przekazują do centrów zarządzania dane dotyczące wielkości i natężenia opadów czy zmian stanu wody w rzekach.

Na wybrzeżach morskich szczególnym zagrożeniem są fale tsunami. System ostrzegania przed tym kataklizmem składa się z pływających na powierzchni akwenu boi oraz umieszczonych na dnie czujników mierzących ciśnienie wody. Po zarejestrowaniu zmiany poziomu wody urządzenie w czasie rzeczywistym transmituje sygnał do centrów monitorowania tsunami. Na podstawie przesyłanych danych wydawane są komunikaty i ostrzeżenia dotyczące wysokości oraz zasięgu fali oraz podejmowane są decyzje o ewentualnej ewakuacji ludności. Najlepiej rozwinięty system wczesnego ostrzegania przed tym kataklizmem obejmuje swoim zasięgiem Ocean Spokojny. Brak takiego systemu na Oceanie Indyjskim był jednym z powodów dużej liczby ofiar tsunami, które wystąpiło w 2004 roku. Obecnie trwają prace nad wdrożeniem systemu ostrzegania dla państw położonych nad tym akwenem.

RDUt62d7KOfwn

Zdjęcie przedstawia boję unoszącą się na wodzie. Ma okrągłą dolną część, a na niej zamontowana jest wyższa konstrukcja zakończona dwiema rurkami. Na dolnej części boi jest napis: tsunami.

Złożone systemy monitorowania obejmują również zjawiska sejsmiczne i wulkaniczne. Wzorcowym przykładem jest projekt wprowadzony na Islandii. Opiera się on na systemie stacji sejsmicznych oraz stacji pomiaru naprężeń litosfery. Dodatkowo zbierane są dane hydrometeorologiczne dotyczące stanu wody, jej temperatury, przewodności elektrycznej, a także wyładowań elektrycznych w chmurach oraz zawartości pyłów i gazów wulkanicznych. Stworzony system jest więc rozwiązaniem kompleksowym, informującym nie tylko o zagrożeniu wybuchem wulkanu, ale ostrzegającym również przed zjawiskami towarzyszącymi, takimi jak gwałtowne powodzie określane mianem jökulhlaupjökulhlaupjökulhlaup.

W monitoringu geofizycznych katastrof przyrodniczych znalazł zastosowanie również popularny system nawigacji satelitarnej GPS (Global Positioning System). Na powierzchni terenu umieszcza się stacjonarne odbiorniki GPS. Wykorzystując sygnały radiowe z satelitów, możemy precyzyjne określić lokalizację urządzeń. Na podstawie zebranych danych dotyczących położenia geograficznego oraz wysokości danego punktu można obliczać prędkość i kierunek pionowych oraz poziomych ruchów skorupy ziemskiej. Informacje te są szczególnie przydatne do przewidywania zjawisk sejsmicznych i wulkanicznych. Podobne pomiary stosowane są do oceny ryzyka wystąpienia ruchów masowych, np. osuwisk.

RJXtNfmaugKnd

Ilustracja przedstawia mechanizm zdalnego ostrzegania przed katastrofami. Na ilustracji jest zbiornik wodny, fragment plaży z budynkami. Zaznaczono miejsce trzęsienia ziemi. NAd tym miejscem pojawiły się fale. Na falach unoszą się boje GPS. Na brzegu po prawej stronie ilustracji i po lewej stronie za budynkami stoją sejsmografy, czujniki GPS w postaci dużych czasz. W wodzie znajdują się czujniki rejestracji ciśnienia wody oraz czujniki sejsmograficzne. Po lewej stronie ilustracji na plaży jest centrum analityczno-ostrzegawcze. W powietrzu jest satelita komunikacyjny oraz satelita GPS. Satelita komunikacyjny odbiera sygnały z boi, sejsmografów, mareografu, czujnika GPS stojącego w pobliżu brzegu morza. Od satelity GPS poprowadzono strzałki w kierunku boi i mareografu.

Badanie zjawisk katastroficznych może być zajęciem niebezpiecznym dla naukowców. Z tego powodu coraz większe zastosowanie znajdują techniki teledetekcyjne. Są to pomiary wykonywane z pewnej odległości (zdalnie, bezdotykowo) przy wykorzystaniu specjalistycznych sensorów (czujników), które określają fizyczne cechy obiektów na podstawie charakterystyki promieniowania elektromagnetycznego. Urządzenia rejestrujące mogą znajdować się na powierzchni Ziemi, na pokładach śmigłowców, samolotów i balonów, bezzałogowych statków powietrznych (dronów), jak również satelitów. Metody teledetekcyjne dzieli się na aktywne i pasywne.

W aktywnych technikach teledetekcyjnych sygnał wysyłany przez instrument po odbiciu od obiektu wraca i jest rejestrowany przez urządzenie. Przykładami takich instrumentów są: radar, w którym wysyłane są fale radiowe, lidar wysyłający światło czy sodar lub sonar emitujący fale akustyczne. Techniki te wykorzystywane są między innymi do prognozowania gwałtownych zjawisk meteorologicznych jak burze, gradobicia czy szkwałyszkwałszkwały. Naziemne i lotnicze skanery laserowe wykorzystywane są również do monitoringu ruchów masowychruchy masoweruchów masowych.

W pasywnych metodach teledetekcji analizowany jest sygnał emitowany przez obserwowany obiekt. Przykładem są zdjęcia, w tym również zdjęcia wykonywane z samolotów lub satelitów. Metoda ta określana jest mianem aerofotografii. Jej zaletą jest możliwość uzyskania obrazów dużych powierzchni lub miejsc trudno dostępnych oraz powtarzalność obrazowania określonego obszaru codziennie lub co kilka do kilkunastu dni. Sekwencyjne zdjęcia mogą być wykorzystywane np. do monitoringu rozprzestrzeniania się pożarów lasów, powodzi czy suszy. Instrumenty teledetekcyjne stosowane w aerofotografii mogą również rejestrować poszczególne składowe widma światła odpowiadające barwom niebieskiej, zielonej i czerwonej oraz widma promieniowania niewidzialnego (podczerwonego czy ultrafioletowego). Zastosowanie tak czułych sensorów zwiększa zakres monitoringu zjawisk przyrodniczych. Na podstawie zdjęć wykonanych w podczerwieni możemy określać wilgotność gleby, stan zdrowotny roślin czy zawartość w powietrzu gazów cieplarnianych.

Rl08YDBv7lbat

Na zdjęciu jest urządzenie stojące w trawie. Na krótkiej rurce zamontowane jest okrągłe urządzenie.

R13wZCSv7GJYV

Zdjęcie przedstawia przyrząd monitorujący przemieszczanie się zbocza. Przyrząd stoi na stojaku. Ma postać otwieranej skrzynki oraz baterii słonecznej. Urządzenie stoi w terenie pozbawionym roślinności, skalistym.

R1CNfSTJ2qdw8

Ilustracja przedstawia kosmos z satelita unoszącym się nad Ziemią. Satelita zbudowany jest między innymi z baterii słonecznych.

Katastrofy przyrodnicze w konsekwencji niosą za sobą ogromne straty materialne oraz ogromne liczby ofiar. Określanie zasięgu katastrofy wiąże się głównie z określeniem strat, jakie przyniosła, na terenie, na którym wystąpiła. Przy określaniu zasięgu katastrofy przyrodniczej naukowcy wykorzystują przede wszystkim metody teledetekcyjne - głównie aerofotografię.

RIUY80V6RgK5t

Zdjęcie satelitarne przedstawia widok z góry na chmury układające się spiralnie. Pod chmurami jest ocean.

R1X12DX7OJbzj

Ilustracja przedstawia kulę ziemską. Na Oceanie Indyjskim pokazano punkt, z którego rozchodzą się fale tsunami. Docierają do Malezji, Indonezji Indii.

W zależności od rodzaju katastrofy przyrodniczej wykorzystuje się różne narzędzia do określenia mocy danego zjawiska. Przy trzęsieniu ziemi jego wielkość w Europie opisuje 12‑stopniowa skala intensywności, nazwana Europejską Skalą Makrosejsmiczną – EMS‑98 (European Macroseismic Scale). W pierwszym stopniu drgania są nieodczuwalne i rejestrowane tylko przez przyrządy, natomiast przy 12 stopniu wszystkie konstrukcje ulegają całkowitemu zniszczeniu, pojawiają się ogromne zmiany topograficzne i zmiany w sieci wodnej i wód podziemnych. Przy powodziach ocena ich zasięgu opiera się głównie na szacunkowym określeniu za pomocą zdjęć wielkości zalanego obszaru. Do określenia zasięgu powodzi wykorzystuje się 3‑stopniową skalę. Pierwszy stopień to powodzie małe o zasięgu lokalnym, drugi to powodzie średnie o zasięgu regionalnym, natomiast trzeci stopień to powodzie duże o zasięgu krajowym, wymagające pomocy międzynarodowej. Huragany natomiast monitorowane są za pomocą specjalistycznych radarów. Bardzo wysoko rozwinięta technologia pozwala dokładne śledzić moc i wielkość oraz drogę trąby powietrznej. Obecnie dzięki rozwojowi techniki i ciągłym badaniom śledzenie skutków i samych nagłych zjawisk pogodowych jest coraz łatwiejsze.

Słownik