Влияние импактных событий на биосферу

Из внешних проявлений контактного ядерного взрыва при действии
его на грунтовый массив наиболее яркими являются образование
воронки, разлет грунта в атмосферу, формирование навала грунта. Воронка
выброса контактного ядерного взрыва есть результат поршневого действия
испаренного грунта из центральной части взрыва (области эпицентраль-
ного источника) и вдавливания грунта в массив воздушной ударной
волной. В окрестности воронки выброса формируются зоны разрушения и
наблюдаются значительные остаточные смещения грунта. Размеры зон
разрушения и областей с остаточными смещениями грунта, как прави-
правило, коррелируют с геометрическими размерами воронки. При контактном
взрыве энергией 1 Мт на поверхности мягкого грунта радиус воронки
выброса составляет примерно 130м, а глубина — примерно 50 м. Размер зон
разрушения и сжатия грунта составляет несколько радиусов воронки.
В процессе образования воронки огромная масса грунта выбрасывает-
выбрасывается в атмосферу — при взрыве с энерговыделением 1 Мт — приблизительно
10⁶ т грунта. Меньшая часть выброшенного грунта попадает в светящуюся
область взрыва, а затем вовлекается в облако взрыва. Большая же часть
выбрасываемого грунта, двигаясь в поле силы тяжести и падая
обратно на поверхность грунтового массива, участвует в формировании навала
грунта.

...

Безусловно, наиболее значительной особенностью ядерного взрыва вблизи поверхности грунта является резкое изменение параметров механического действия на грунтовый массив с увеличением (даже незначительным) глубины-высоты подрыва заряда.
Физически этот эффект объясняется достаточно просто. Как уже отме-
чалось, при контактном ядерном взрыве максимальное значение энергии,
приходящейся на нижнее грунтовое полупространство, составляет не
более 10 % от общей энергии взрыва. При заглублении заряда в грунт на 2-3
радиуса (примерно 1-1,5 м) первоначально все 100% выделившейся при
взрыве энергии приходятся на грунтовый массив. Затем, со временем, в
процессе перераспределения энергии взрыва между воздушной и грунто-
грунтовой средами большая часть энергии снова окажется в верхнем (воздуш-
(воздушном) полупространстве. Но в процессе перераспределения энергии (время
основного перераспределения энергии также резко увеличивается с глуби-
глубиной подрыва зарядного устройства) над грунтом совершается значитель-
значительная работа расширяющимися продуктами взрыва, что и приводит к уси-
усилению механического действия взрыва на грунтовый массив.
Фактически при заглублении заряда в грунт резко увеличивается ин-
интенсивность эпицентрального источника, а следовательно, и связанные с
ним такие факторы, как параметры эпицентральной волны, размеры во-
воронки выброса, размеры зон разрушения породы и др. Заглубление за-
зарядного устройства мегатонного класса на несколько метров приводит к
увеличению интенсивности эпицентрального источника (по энергии) на по-
порядок и более.


Максимальная толщина слоя грунта под зарядным устройством, прогретого
прямой тепловой волной, составляет около 0,5 м. В этой части формирую-
формирующегося эпицентрального источника заключена основная энергия, передан-
переданная грунту. Толщина приповерхностного слоя грунта, прогретого
излучением (другая подобласть эпицентрального источника), не превышает 0,1 м
и быстро убывает к краям, а максимальное значение энергии в этом диске
на рассматриваемые моменты времени составляет около 1,5% от полной
энергии взрыва.

Интенсивные газодинамические процессы в рассматриваемое время
развиваются лишь в непосредственной окрестности взрывного устройства.
Удар по грунту разлетающейся со скоростью около 10³ км/с плазмы веще-
вещества конструкции взрывного устройства является неупругим — темпера-
температура грунта при соударении достигает 10⁷ К, поэтому основная часть пе-
переданной энергии также переизлучается в атмосферу, а в грунте остается
менее 10 % кинетической энергии плазмы.

...

Если сравнивать с взрывом ядерного устройства мегатон-
мегатонного класса, то наиболее существенным отличием для взрыва килотонно-
го класса является отсутствие мощного высвета энергии излучением из
грунтового массива в атмосферу в начальные моменты времени. В связи
с этим при контактном ядерном взрыве килотонного класса значительно
возрастает доля энергии взрыва, переданной грунту, по сравнению с ана-
аналогичным взрывом мегатонного класса.

...

Таким образом, только очень малая доля энергии взрыва при контакт-
контактном и приземном взрывах передается грунту: ~1-4%.

 

Расчетные эпюры скорости движения грунта под центром взрыва и на
поверхности грунта на одном и том же расстоянии от центра взрыва в точ-
точках (г = 0, z = —5м/т1/3) и (г = 5м/т1/3, z = 0) для различных значений
высоты (глубины) подрыва зарядного устройства приведены на рис. 9.3. В
точках наблюдения на поверхности отчетливо выделяются фазы движения
грунта, обусловленные локальным действием воздушной ударной волны: в
вертикальном направлении движение грунта направлено вниз, а в горизон-
горизонтальном направлении отмечаются два основных цуга колебаний — сначала
грунт движется от центра взрыва, а затем к центру взрыва.

 

Выбор указанных типов грунтов обусловлен тем, что эти сре-
среды, являясь горными породами, обладают различными механическими
свойствами. В частности, качественно различаются законы их объемного
деформирования. Так, полускальные грунты имеют значительно большую
пористость и способны разрушаться в условиях гидростатического нагру-
жения. Если при разрушении полускальных грунтов происходит их
уплотнение за счет «схлопывания» пор, то при разрушении прочной скальной
породы, напротив, имеет место дилатансионное разуплотнение породы.
Следовательно, расчеты ядерного взрыва на прочной скальной породе
(гранит) и полускальном грунте (пористый туф) позволяют получить ко-
количественные данные по характеристикам сейсмовзрывных волн для двух
сильно различающихся по своим свойствам горных пород.

 

Как и в случае мягкого грунта,
полускальная порода вблизи эпицентра взрыва вначале движется вниз под
действием воздушной ударной волны, а затем под действием эпицентраль-
ной волны и в результате развития процессов воронкообразования проис-
происходит интенсивное движение грунта вверх и от взрыва. Горизонтальная
составляющая движения, обусловленного действием воздушной ударной
волны, имеет две характерные фазы колебаний, смещение в которых при-
примерно одинаково по модулю, а направление движения в первой — от центра
взрыва, во второй — на взрыв. На близких расстояниях от центра взрыва
частицы грунта попадают в область воронки выброса.

...

Сильнее, особенно на малых расстояниях от центра взрыва, отличаются
максимальные смещения в скальном и полускальном грунтах.
Например, на расстоянии 1 м/т1/3 смещение под центром взрыва в
полускальном грунте примерно в 8 раз превышает смещение в скальной породе.
По мере удаления от центра взрыва различия в значениях смещения в скальном и полускальном
грунтах уменьшаются и на расстоянии бм/т1/3 отношение ^д/ск/^ск ПОД
центром взрыва составляет примерно 2, а на поверхности для горизонталь-
горизонтальных составляющих смещения — 1,3. Это, по-видимому, можно объяснить
тем, что прочностные характеристики грунта наиболее сильно влияют на
размеры воронки, а следовательно, и на значения смещения грунта вблизи
образующейся воронки.

...

Вблизи взрывного источника фронт дробления сов-
совпадает с фронтом волны, при этом среда деформируется не хрупким об-
образом, а пластически. Этот факт отражен в обобщенной квазиупругопла-
стической модели скальной породы — при давлениях, больших 150 МПа,
скальная порода деформируется пластически [46]. В соответствии с ре-
результатами расчетов, в зоне под центром взрыва область пластического
деформирования составляет примерно l,5i/B, где Нв — глубина воронки.