- зависимость и уязвимость компьютерных систем функционирования и управления в банковской сфере, энергообъектов, городской инфраструктуры обеспечения жизнедеятельности городов от природных и техногенных катастроф, программного сбоя и внешних хакерских атак, которые могут полностью нарушить их работу.
Для Российской Федерации наибольшую угрозу имеет низкий уровень ответственности государственных чиновников за принимаемые решения и передача своих функций в коммерческие структуры, главной целью которых, как прописано в их уставах, является получение прибыли. Это приводит к тому, что интересы государства, общества не только не учитываются, но и даже противоречат им. Сейчас при разработке регламентирующих документов, реформирующих экономику, хозяйственные и правовые отношения, основное внимание уделяется правовым и юридическим вопросам, а научно-обоснованная экспертиза рисков и возможных угроз практически не проводится. Новые хозяева бывших государственных предприятий, получившие их почти задаром и часто криминальным путем, заинтересованы только в максимальном получении прибыли и в самые короткие сроки. Поэтому они не занимаются модернизацией и обновлением производственного оборудования, привлекают низкооплачиваемых рабочих с низкой квалификацией, отказываются от социального обустройства рабочих. Сейчас с помощью иностранных инвестиций началось восстановление заброшенных горно-обогатительных предприятий. Но при этом используются дешёвые и экологически грязные технологии. Хозяева предприятий не заботятся об окружающей среде, а для работы на предприятиях привлекают вахтовым способом иностранных рабочих. Всё это инициирует локальные очаги социальной нестабильности, особенно в промышленных моногородах и поселках, а также закладывает будущие техногенные аварии и катастрофы [1].
Особенности проявления современных катастроф. Следует повторить, что современные природные, техногенные и гуманитарные катастрофы имеют синергетический смешанный характер.
Сильное разрушительное землетрясение, ураганы, наводнение и засуха, взрыв на химическом заводе - всё это то, с чего может начаться мега-катастрофа. В первую очередь в них будут вовлечены трансграничные государства, а в наихудшем развитии и многие далёкие от места аварии страны, как в случае с аварией на нефедобывающей платформе в Месиканском заливе в 2010 г., который не только загрязнил Восточное побережье США, но и изменил гидрофизические характеристики океанического течения Гольфстрим и повлиял на климат Европы. В случае аварийного выброса или сброса опасных промышленных отходов, это особенно трагично проявляется для стран, имеющих общие реки и пересекающие границу постоянные розы ветров.
Тяжесть любой современной природной и техногенной катастрофы, которая всегда может перерасти в мега-катастрофу, определяет совокупность условий и факторов природного, техногенного (антропогенного) и социального характера [1].
Контрольные вопросы и задания к главе 2
Каковы основные закономерности и причины возникновения катастроф?
В чём заключается основная особенность современных природных, техногенных и социальных катастроф?
Назовите существующие препятствия при определении причин и возможности прогнозирования опасных природных явлений и техногенных чрезвычайных ситуаций.
Перечислите факторы и условия, имеющие глобальное проявление и усиливающие тяжесть возможных мега-катастроф.
5. Расскажите об опыте предсказания природных явлений и катастроф, который уходит корнями в глубокую древность: наблюдения за явлениями природы, гадания и жребии, солнцепоклонничество, астрология, учение о циклах, библейские пророчества, эсхатология и апокалипсис.
6. Перечислите научные методы прогнозирования катастроф.
7. Раскройте суть современных методов прогнозирования катастроф:
- статистических методов; оценки повторяемости и определения цикличности проявления ЧС;
- аналогии и сопоставления аналогий в характере развития различных процессов и проявления ЧС;
- сопоставления скорости изменения анализируемого фактора и процесса развития и проявления ЧС;
- энергетической оценки процессов развития и проявления ЧС;
- комплексного подхода в оценке влияния различных факторов;
- критических уровней факторов, обусловливающих возникновение ЧС; метода безразмерных относительных коэффициентов оценки факторов, обусловливающих возникновение ЧС;
- инструментальных методов прогнозирования ЧС (комплексный, многоуровневый мониторинг геофизических, геохимических, биологических параметров среды);
- метода оценки рисков; теории катастроф;
- методов нелинейной механики.
8. Перечислите основные условия и закономерности возникновения катастроф.
9. Дайте характеристику тенденций изменения глобальных процессов и угроз в мире.
10. Назовите общемировые тенденции угрозы мега-катастроф.
Глава 3 Теория мега-катастроф
3.1 Положения теории катастроф
Теория катастроф, как научное направление, стала развиваться с середины 60-х гг. прошлого столетия, объединила ряд существовавших на тот момент подходов при решении прикладных научных проблем и сформировала общий математический аппарат для их решения [22].
В основном это касалось решения задачи математических условий системного равновесия и процессов, сопутствующих его нарушению. Задача прогнозирования нарушения системного равновесия и катастрофы системы во времени при продолжительном периоде её существования в теории катастроф не ставилась. Аналитический подход в исследовании процессов подготовки и прогноза возникновения катастроф, используемый математической теорией катастроф, является развитием известной теории катастроф. Он ставит своей целью разработку общих математических принципов анализа и определения свойств и закономерностей катастроф, но отличается тем, что направлен на решение прогностических задач. Решение этой задачи с использованием только математического подхода, без учёта физических свойств рассматриваемой системы, невозможно. Поэтому для решения прогностических задач возникает необходимость её дополнения и разработки.
Центром и жертвой, а часто и причиной катастрофы, является человек или всё сообщество, его образ жизни и то, как они реагируют на экстремальные ситуации. Из этого следует необходимость определения социальных закономерностей катастрофы, как следствия влияния человеческого фактора на подготовку и развитие катастрофы.
Очевидно, что проявление катастроф природных, техногенных и биолого-социальных и систем, как физических и социальных явлений и процессов, имеют общие свойства и закономерности, которые могут быть систематизированы, и благодаря которым можно повысить достоверность прогнозов.
Глобализация, геополитика доминирования отдельных государств, попытки глобального управления миром, борьба за природные ресурсы, возрастающий уровень антропогенного воздействия на окружающую среду, приводящий к росту мега-катастроф, разработка новых видов оружия, создают новые военно-политические аспекты мега-катастроф, которые необходимо учитывать при прогнозировании катастроф.
В связи с вышесказанным, теория прогнозирования и предупреждения мега-катастроф, основанная на междисциплинарном подходе, состоит из следующих неотъемлемых и взаимодополняющих частей: математическая теория мега-катастроф; физическая теория мега-катастроф; социальная теория мега-катастроф; общие свойства и закономерности мега-катастроф; военно-политические аспекты теории мега-катастроф.
Теория катастроф в общеизвестном значении - раздел математики, включающий в себя теорию бифуркаций дифференциальных уравнений динамических систем, теорию особенностей гладких отображений и имеет фундаментальный математический аппарат для описания условий и свойств поведения системы до, в момент и после катастрофы.
Катастрофа в этом смысле означает резкое качественное изменение объекта при плавном количественном изменении параметров, от которых он зависит. Одной из главных задач теории катастроф является получение так называемой нормальной формы исследуемого объекта (дифференциального уравнения или отображения) в окрестности «точки катастрофы или бифуркации».
Теория катастроф нашла многочисленные применения в различных областях прикладной математики, физики, а также в экономике. Однако следует заметить, что при решении прикладных задач её теория существенно дополнялась и даже начинали развиваться новые научные направления, как например синергетика, а также то, что «вторжение» теории катастроф в прикладные области науки всегда встречало настороженное отношение со стороны её традиционных представителей.
Теория катастроф не ставит задачи прогнозирования состояния системы и определения времени её катастрофы на длительный период времени, хотя условия возникновения развития катастрофы строго подчинятся её математическим условиям. Математическая теория мега-катастроф предусматривает решение прогностических задач с использованием принципов теории катастроф, но при этом имеет специфичные дополнения.
3.2 Физическая теория катастроф
В настоящее время при анализе причин проявлений вулканизма, сейсмических, метеорологических и других опасных природных явлений, кораблекрушений и авиакатастроф, аварий энергосистем и других катастроф наибольшее распространение получили гипотезы о влиянии следующих факторов:
1. Гелиофизических и космических.
2. Изменение фаз Луны.
3. Изменение геофизических явлений.
4. Техногенные воздействия.
5. Взаимовлияние опасных явлений.
6. Резонансные взаимовлияния и лавинные эффекты.
Отличительная особенность перечисленных выше факторов состоит в том, что они проявляются во всех сферах жизнедеятельности человека: природной, техногенной и социальной. Рассмотрим основные подходы учёных в исследовании космических, геофизических, техногенных и других факторов, влияющих на возникновение опасных явлений и ЧС. Наибольшее распространение в гипотезах о причинах опасных явлений и ЧС в природной, техногенной и социальной сферах жизнедеятельности человека получила гипотеза о влиянии гелиофизических и космических факторов.
Влияние космических сил на различные природные процессы и явления отмечается ещё в древнейших летописях и исторических хрониках различных племён и народов нашей планеты. Первым, кто систематизировал отрывочные данные, стал русский учёный А.Л. Чижевский. Он занимался изучением взаимодействия циклов на примере исторических событий и солнечной активности, исследовал влияние солнечной активности на климатические, фенологические, гидрологические процессы, смертность и эпидемии. Ещё в 1930-х гг. А.Л. Чижевский, говоря о влиянии космоса на земные процессы, указывал на то, что космические воздействия на земные объекты, в силу малости их амплитуды, часто служат лишь фактором, провоцирующим те или иные явления (гибель организмов, возникновение землетрясений и т. д.), и не являются их непосредственной причиной. Он подчёркивал, что следует разделять внешнее воздействие на объекты и готовность к их восприятию [20, с. 620].
Космические факторы, оказывая воздействие на биосферу и особенно её составляющие части, подвергаются изменению со стороны экосферы планеты и потому по силе и времени проявления могут быть ослаблены и сдвинуты или даже полностью утерять свой эффект.
Системы биосферы могут блокировать космическое воздействие в целом или частично и поэтому некоторые учёные считают, что поиск чисто математических закономерностей тут едва ли целесообразен [68, с. 127].
Гелиогеофизические факторы, сопутствующие мега-катастрофам. Солнечная активность и сопутствующие физические процессы.
Исследованию физики Солнца и его влияния на земные и, в частности, ионосферные и геофизические процессы учёные всего мира уделяют огромное внимание на протяжении уже многих столетий. Тем не менее, чем более растёт объём этих исследований, тем больше возникает вопросов о причинах и свойствах процессов, происходящих на Солнце и связанном с ним окружающим космическим пространством.
К основным гелиофизическим процессам и их параметрам, учёт изменения которых может быть выбран в качестве потенциальных функций, относятся:
- 11-13-летние циклы солнечной активности;
- изменение солнечной активности, измеряемой относительным числом и площадью солнечных пятен в числах Вольфа по суточной шкале;
- изменение энергии рентгеновского излучения по интенсивности потока радиоизлучения Солнца на волне 10,7 см или рентгеновского излучения, в диапазоне 2-8 ангстрем;
- цикл вращения Солнца вокруг своей оси относительно Земли составляет 27,275 суток и относительно неподвижных звёзд 25,38 суток;
- 49 смена (переворот) магнитных полюсов Солнца происходит в момент максимальной солнечной активности 11-13-летнего цикла;
- проход Земли через сектора магнитного поля Солнца (4 сектора) в окружающем космическом пространстве и смена их полярности;
- вариации и характеристики быстрого (750 км/с) и медленного солнечного ветра (400 км/с), на расстоянии 1 а.э. поток протонов солнечного ветра может меняться от 108 до 1010 см-2с-1, а скорость от 300 до 1 000 км/с, температура в среднем составляет 105 К, измеряются - скорость солнечного ветра (км/с) и ионная плотность солнечного ветра (протон/см3);
- изменение индексов солнечной и геомагнитной активности (Dst-индекс, Кр-индекс, АЕ-индекс и др., всего более 20).
Наиболее доступной является информация о текущей солнечной активности и рентгеновском излучении, которую даёт в реальном режиме времени ряд российских и зарубежных научных центров наблюдения за Солнцем. Поэтому учёт суточных чисел Вольфа (W) и времени пиков рентгеновского излучения наиболее удобен для использования в прогностических расчётах. Получение других данных гелиофизического и ионосферного контроля можно получить только из космических центров, получающих и обрабатывающих эту информацию непосредственно от космических аппаратов и зондов, и поэтому не для всех возможно.