Текст книги "Катастрофы: неистовая Земля"

Автор книги: Тони Уолтхэм

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 20 страниц)

Оползни

Дорога, ведущая от города Хоп к Принстону, пересекает Каскадные горы в южной части Британской Колумбии (Канада), к востоку от Ванкувера. В 18 км от Хопа она извивается вдоль подножья крутых западных склонов горы Джонсон-Пик. Незадолго до рассвета 9 января 1965 г. по дороге медленно двигались три автомобиля. Внезапно с Джонсон-Пик сорвалась огромная масса породы 130 млн. т и погребла участок дороги около 3 км вместе с автомашинами и находившимися в них людьми.

Оползень, подобный случившемуся близ города Хоп, – вполне обычное событие для местностей, где активно проявляются процессы эрозии склонов. Ни один из очевидцев этой катастрофы не остался в живых, но можно предполагать, что оползень произошел почти мгновенно. Основная оползневая масса переместилась приблизительно на 2,5 км, спустившись при этом на 700 м по вертикали. Обломки были переброшены на 150 м вверх по противоположному склону долины. Следовательно, скорость их падения значительно превышала 150 км/ч.

Как и любой другой склон в аналогичных климатических условиях, западный склон Джонсон-Пик в течение многих тысяч лет подвергался непрерывной эрозии. Под воздействием дождей и солифлюкции, в результате развития осыпей и образования оврагов массы горных пород могут перемещаться по склону, от подножья которого обломочный материал уносится реками. На большинстве склонов эрозионные процессы протекают медленно и продолжаются непрерывно на протяжении значительного времени. Но на Джонсон-Пик сложилось своеобразное сочетание геологических условий, которое нарушило ход процесса. Легко раскалывающиеся зеленые сланцы и метаморфизованные вулканические породы, включающие пластовые интрузии фельзита, залегали почти параллельно склону горы и нередко отрывались и перемещались вниз, вызывая крупные оползни. Причиной, которая привела оползень в движение в ту январскую ночь 1965 г., явились два слабых локальных землетрясения. Детали геологического строения и динамики горных масс, подобные рассмотренным, и определяют обычно механизм оползневой деятельности, которая может привести к последствиям разного масштаба – от незначительного беспокойства до крупной катастрофы.

Оползни происходят в том случае, когда массы породы, слагающие склоны гор, теряют опору в результате воздействия каких-либо природных или антропогенных процессов. Теоретическое изучение сил, действующих на толщу горных пород, может предсказать вероятность обрушения склона или развития оползня. К сожалению, не поддается учету влияние неисчислимого множества разнообразных трещин, пронизывающих породу. А поскольку нельзя точно определить характер трещин, оценить сопротивление трения и степень сцепления пород на большой глубине, то нельзя однозначно указать и время обрушения склона.

Наш настрой может показаться слишком пессимистичным, поскольку даже качественные оценки геологической обстановки позволяют обнаружить многие случаи потенциальной опасности обрушения горных склонов. Но постоянные оползни, вызывающие значительные разрушения и даже человеческие жертвы, свидетельствуют о том, насколько трудно учесть все многообразие действующих факторов.

Существование огромных вертикальных или даже нависающих уступами утесов в таких районах, как Йосемит в Калифорнии и Доломитовые Альпы в Италии, показывает, насколько устойчивой может быть плотная слаботрещиноватая порода. Наклон в 70° инженеры обычно считают безопасным постоянным углом для твердой массивной породы с беспорядочно ориентированными трещинами. Однако известно, что в некоторых плохо консолидированных глинах обрушение происходит даже при наклоне менее 7°.

Во всех случаях обрушения склона следует учитывать два признака – основную причину этого события и механизм, приведший его в действие, т. е. вызвавший это обрушение. Наиболее частой причиной является либо отсутствие внутреннего сцепления в неуплотненном материале, либо наличие зон ослабления – трещин или плоскостей напластования – в твердых породах. В обоих случаях эти признаки относятся к статическим геологическим условиям, которые можно определить и предсказать. Гораздо труднее понять механизмы, приводящие оползень в действие. Одним из таких пусковых механизмов является нарушение целостности потенциально оползневых масс независимо от того, вызвано ли оно перегрузкой, связанной, например, со строительными работами и вибрацией при возведении каких-либо конструкций, или землетрясениями. Большинство крупнейших оползней в мире было в той или иной степени обусловлено удалением подошвы оползневой массы, в результате чего породы, слагающие склон, оказывались как бы в подвешенном состоянии.

Еще один спусковой механизм – это вода. К опасным последствиям может привести насыщение водой неустойчивого материала, который размягчается и становится непрочным. Но и удаление воды, влекущее за собой обезвоживание глин, также способствует возникновению оползней. Выветривание пород, изменение характера растительности, чередование замерзания и таяния – вот некоторые из природных механизмов, вызывающих развитие оползней. Большинство же крупных оползней, как будет показано на примерах, возникает вследствие сочетания нескольких из перечисленных факторов.

Предпринимались попытки классифицировать оползни, но особым успехом они не увенчались. Это в основном объясняется тем, что нет таких одного или двух параметров, по которым можно было бы проводить классификацию и которые одновременно были бы связаны с причинами образования оползней и механизмами, приводящими их в движение.

Масштабы оползней значительно варьируют, так же как и их скорости. Оползневые массы могут состоять из крупных, относительно неразрушенных блоков породы, из разжиженной глины или обломочного материала. Геологическая структура и место проявления могут быть весьма многообразными, что зависит от причины, вызывающей движение оползня. При дальнейшем описании будет использована весьма приблизительная классификация оползней, в которой особое внимание уделено геологическим факторам.

Камнепады

Во многих случаях при больших разрушительных оползнях наблюдается свободное падение обломков пород – камнепады; они способны с огромной скоростью перемещаться на значительные расстояния. Практически невозможно оценить масштабы крупнейших камнепадов, но некоторые, чисто статистические, данные о доисторическом оползне – камнепаде в долине Саид-маррех в Иране – весьма впечатляющи. Наклонная известняковая плита мощностью 300 м сорвалась с горы Кабир-Кух и обрушилась в долину Саидмаррех. Длина оползневого блока по горизонтали составила около 15 км, в поперечнике он достигал 5 км. При оползании с Кабир-Кух блок спустился на 900 м и, постепенно наращивая скорость, в виде огромной массы обломков помчался вниз, пересек долину Саидмаррех шириной 8 км, перевалил через расположенный за долиной хребет Кухе-Киалан высотой 450 м. Круша все на своем пути, эта оползневая масса остановилась только в 17 км от места возникновения.

По самым скромным подсчетам объем оползневого материала составил здесь около 20 км ³, а его масса – около 50 млрд. т. Обломочный материал перегородил долину, образовав огромную плотину. Возникло озеро длиной 65 км и глубиной 180 м. В настоящее время это озеро уже не существует: оно осушилось через ущелье, прорезанное текучими водами в толще оползневой запруды. Полагают, что оползень в долине Саидмаррех был самым крупным в мире. Поскольку это случилось в доисторическом прошлом и человека еще не было, говорить о нанесенном ущербе не приходится, но, произойди подобный громадный оползень сейчас в густонаселенном районе, последствия были бы ужасающими.

Оползень в долине Саидмаррех находится примерно в 100 км к северо-западу от города Дизфуль на западном склоне гор Загрос в южном Иране. В геологическом отношении он не отличается от других крупных оползней. Кабир-Кух представляет собой гору, рельеф которой повторяет очертания поверхности слагающего ее известняка, образующего антиклинальную структуру. Во внешнем покрове горы, представленном известняками Асмари, и зародился оползень. Известняки падают под углом 20° по направлению к долине. Их подстилают тонкослоистые известняки и мергели. Известняки Асмари обнажились на вершине горы, где гребень антиклинали оказался размытым. Подножье склона Кабир-Кух, на котором возник оползень, постепенно, но достаточно активно разрушалось водами реки Каркхех. В результате большая часть известняков внизу склона была размыта. Таким образом, огромная известняковая плита оказалась лежащей на наклонной поверхности рыхлого мергеля. Подошва горы была эродирована и, возможно, прорезана крутыми ущельями, дренировавшими склон. Возникли поистине классические условия для образования оползня.

Горы Загрос сейсмически активны, и вполне вероятно, что оползневое движение началось вследствие землетрясения. Оползень с фантастической быстротой двинулся по дну долины, сложенной мергелями и гипсом; при этом массивный известняк раскалывался. К настоящему времени большая часть его превратилась в щебень, но остались и крупные блоки до 2000 т. Эти тяжелые блоки были перенесены оползнем на расстояние более 8 км. Первоначальная структура оползшего известняка позволяла воде легко насытить его, что вызвало на нижней границе повышение гидростатического давления. Этот процесс, а также образование карстовых пустот в базальном известняке в значительной мере ослабили устойчивость толщи пород. Движению, усиленному наличием воды, способствовало также то обстоятельство, что дно долины было сложено гипсом и мергелем и представляло собой поверхность с относительно низким сопротивлением трения. Тем не менее до сих пор не вполне ясно, как такая огромная масса породы могла переместиться на столь значительное расстояние.

Суть спора о способе перемещения камнепадов заключается в следующем: как движется обломочный материал – течет ли он по склону или же скользит над его поверхностью. Гипотеза, согласно которой обломочный материал течет, казалась сначала более привлекательной, поскольку она объясняла отсутствие значительного трения в основании оползня. В пользу другой точки зрения также имеются доводы, основанные, например, на результатах изучения оползня Блэк-Хок в южной Калифорнии.

Этот оползень обрушился с высоты около 1200 м с горы Блэк-Хок тоже еще в доисторическое время. Оползневый материал представлен главным образом обломками мрамора. Есть предположение, что оползневая масса двигалась вниз по склону как единое целое, почти без трения, скользя на подушке из сжатого воздуха. Такая воздушная подушка могла появиться, если оползень на некотором участке своего пути оторвался от поверхности склона. В пользу этого предположения свидетельствует наличие краевых гряд обломочного материала, которые могли образоваться вследствие просачивания воздуха из-под краев оползневой массы. Хотя морфология оползневых отложений в районе Блэк-Хок и может быть объяснена гипотезой воздушной подушки, свидетелей этого доисторического события нет, и поэтому имеет смысл рассмотреть, как ведут себя более современные камнепады.

В 1881 г. огромная глыба сорвалась с горы Платтенберг й, пролетев более 450 м, упала недалеко от деревни Эльм, расположенной близ города Гларус в восточной Швейцарии. Как ни удивительно, этот обвал был по существу делом рук человеческих. Гора Платтенберг сложена аспидными сланцами, разработка которых велась карьерным способом. По мере выемки сланца в карьере образовался' искусственный обрыв длиной 180 м и высотой около 60 м. Нависшая верхняя стенка карьера не была укреплена, и к 1876 г. стало очевидным, что она движется и может обрушиться. Буквально на глазах в нависшей части карьера появлялись крупные извилистые трещины. Целых пять лет трещины разрастались и даже поглотили небольшой ручей. К 8 сентября 1881 г. ширина главной трещины уже превышала 3 м, а скорость обрушения и шум от перемещающихся пород настолько усилились, что работы в карьере были прекращены.

В 17 ч 15 мин 11 сентября 1881 г. над карьером произошел небольшой оползень. Жители расположенной внизу деревни следили за ним с благоговейным страхом и изумлением. Через 17 мин за первым оползнем последовал второй. Затем на горе воцарилось спокойствие, но всего на 4 мин, после чего с грохотом сорвалась вся сланцевая масса, нависавшая над карьером. Она обрушилась на дно карьера, а затем подобно огромной струе воды хлынула в долину. Масса каменных обломков объемом более 112 000 м3 пересекла дно долины, взлетела на 100 м вверх по ее противоположному борту, отскочила от него и устремилась вниз по долине. Преодолев около 1,5 км менее чем за минуту, она внезапно остановилась. Несмотря на то что оползень не затронул центральную часть деревни Эльм, под ним было погребено 115 человек.

Не исключена возможность, что оползневая масса, которая устремилась на деревню Эльм, перемещалась вниз по долине на подушке из воздуха, захваченного ею при падении. Это предположение, казалось бы, подтверждается тем, что камнепад на некоторых участках почти не повредил растительности. Но имеются также факты, свидетельствующие в пользу того, что обломочный материал, насыщенный изнутри воздухом и пылью, пребывал в текучем состоянии. Очевидец этой катастрофы, которому удалось спастись от оползня бегством, впоследствии описывал движущийся обломочный материал как бугристо-холмистую, волнующуюся массу, напоминавшую «кипящую перловую кашу». Эта масса проникала и в дома; один старик, находясь в кухне своего дома, был по плечи погребен потоком обломков, который обтекал его со всех сторон, не причиняя никакого вреда. Поскольку постройки не были повреждены, а просто заполнены обломками, предположение о том, что оползневая масса представляла собой поток, кажется более логичным. Подтверждают гипотезу течения и эксперименты с моделями.

Обе существующие гипотезы пытаются объяснить, каким образом камнепады могут перемещаться с такой огромной скоростью и на столь большие расстояния. К сожалению, сейчас приверженцы каждой из этих гипотез полностью отвергают другую точку зрения и взаимопонимания между исследователями не достигнуто.

Камнепады часто происходят в районах молодых гор, таких как Швейцарские Альпы. Для некоторых деревень, расположенных в самых глубоких долинах, от камнепадов нет никакого спасения. В 1618 г. на юге Швейцарии со склонов Монте-Конто на город Плёр обрушился огромный камнепад, унесший 2430 человеческих жизней. По-видимому, это бедствие подобно камнепаду в деревне Эльм было вызвано непродуманным расположением карьеров на горных склонах. В Швейцарии же, к западу от Шюра, где сейчас находится деревня Флимс, в межледниковую эпоху оползень перегородил долину Рейна, образовав озеро, первоначальная глубина которого составляла 200 м. Сейчас этого озера уже нет, потому что Рейн быстро прорезал новое русло в массиве каменных обломков, и деревня Флимс на его берегу в настоящее время не подвергается опасности,

Однако кое-где такие созданные стихией озера и поныне существуют. Одно из них возникло в результате самого сильного из наблюдавшихся в наше время камнепадов. Это произошло в 1911 г., когда в долину реки Мургаб на Памире обрушилось около 5 км ³породы. Разбушевавшаяся стихия целиком погребла под обломками одну из деревень и затопила другую водами образовавшегося при этом Сарезского озера.

За 18 лет до этой катастрофы сильный обвал произошел в Индийских Гималаях. Горный склон, сложенный доломитами, сполз в долину реки Бирехиганга близ деревни Гохна к северо-востоку от Дели, образовав плотину высотой 300 м и длиной 3 км, за которой стало быстро наполняться озеро. Уровень воды в озере тщательно контролировался, и через год было точно предсказано, когда вода перельется через плотину. Своевременная массовая эвакуация населения из городов и сел, расположенных в долине, позволила избежать человеческих жертв, но многие населенные пункты были смыты с лица Земли, когда вода хлынула через запруду. После этого наводнения уровень воды в озере понизился на 120 м.

Значительный научный интерес вызвал оползень на Памире, произошедший в 1911 г. одновременно с землетрясением. Сначала полагали, что причиной землетрясения был сильный камнепад, но расчеты опровергли это предположение. Было установлено, что именно камнепад, как и в большинстве случаев, был следствием землетрясения.

Незадолго до полуночи 17 августа 1959 г. оползень обрушился на кемпинг у реки Мадисон в штате Монтана (США); при этом погибло 27 человек. Оползень, который правильнее было бы назвать камнепадом, сорвался с крутых склонов каньона в результате землетрясения магнитудой 7,6, эпицентр которого располагался под озером Хебген. Обрушившийся материал состоял из смеси доломитов и кристаллических сланцев. Нижняя часть склона каньона была сложена почти вертикально залегающими доломитами, они подстилали толщу кристаллических сланцев, угол падения которой в сторону каньона достигал 50°. Этот неустойчивый склон каньона держался до тех пор, пока сейсмические вибрации не ослабили доломитовый контрфорс.

Магнитуда разрушительного землетрясения 1970 г. в Перу была лишь ненамного больше– 7,7, однако вследствие толчков с горы Невадос-Уаскаран сорвались огромные массы горных пород и льда и устремились вниз по долине к городу Юнгай. Под ними погибло 10 000 человек.

Оползнями часто сопровождаются землетрясения в горных районах. Но, возможно, гораздо опаснее те оползни и камнепады, которые не связаны с землетрясениями. Наглядным примером служит камнепад, произошедший в 1903 г. в канадском городе Франк.

К востоку от перевала Кроуснест в Скалистых горах на юге провинции Альберта находится маленький шахтерский городок Франк, расположенный на дне глубокой ледниковой долины. С южной стороны долины вырисовывается обрывистый склон горы Тёртл, возвышающейся на 900 м. Вся верхняя часть горы сложена верхнепалеозойскими известняками, в основном массивными и плотными. Однако в нижней части толщи среди них часто встречаются слабые – сланцеватые и плитчатые – разности. Известняки образуют крутую антиклиналь с опрокинутой нижней частью восточного крыла. Характерная особенность этой структуры состоит в том, что на значительном участке слоистость пород параллельна склону, обращенному в сторону города Франк. Под массивными известняками проходит крупная плоскость разлома, по которой они контактируют с толщей довольно рыхлых меловых осадочных пород, слагающих склоны у подножья горы и дно долины, покрытое аллювием и валунной глиной. В районе города Франк эти меловые осадочные породы залегают почти вертикально. Они представлены в основном сланцами с прослоями песчаников и включают угольный пласт мощностью 4 м.

В 1901 г. к югу от города Франк, у подножья восточного склона горы Тёртл, начали разработку месторождения угля. В результате появились почти вертикальные открытые горные выработки, разрезавшие залежь на отдельные столбы. К октябрю 1902 г. горные выработки уже протягивались на 700 м вдоль простирания угольных пластов, а столбы, особенно в утренние часы, стали оседать. В апреле следующего года уголь практически «самодобывался»: глыбы угля постоянно падали с висячего бока на дно забоя, откуда шахтеры просто сгребали его лопатами. Это происходило на участке длиной 450 м, где глубина выработок местами достигала 120 м. В 4 ч утра 29 апреля 1903 г. подвижки в шахте внезапно усилились. Породы скрипели и стонали, огромные куски угля отламывались от кровли и падали, загромождая стволы горных выработок. Работавшие в ночную смену шахтеры поспешили покинуть шахту. Еще через 10 мин раздался сильный треск и вершина горы Тёртл рухнула _в долину. За этим треском последовал шум, напоминающий приглушенный взрыв, и более 28 млн. м ³известняка низверглось вниз по склону горы. Перелетев через невысокую гряду песчаника, у подножья горы эта масса почти оторвалась от земли и устремилась по долине со скоростью более 160 км/ч.

Сопровождаемый сильными порывами ветра, выдувавшими людей из расположенных поблизости домов, этот обломочный материал пронесся с ужасным шумом, похожим на звук парового клапана котла высокого давления, пересек русло реки Олдмен, продвинулся еще на 1,5 км, взлетел на 100 м вверх по склону противолежащего холма и затем внезапно остановился. Менее чем за 2 мин, прошедшие после первого громкого треска, беспорядочная масса из глыб и мелких обломков известняка засыпала вход в шахту, перекрыла 1,5 км железнодорожного полотна, идущего вдоль Тихоокеанского побережья Канады, разрушила несколько домов на окраине шахтерского городка Франк. Во время этой катастрофы погибло 76 человек.

Несомненно, что явной причиной оползня в городе Франк были горные работы. Однако этот оползень является классическим, так как в его возникновении определенную роль сыграл и ряд других факторов. Важное значение имела структура известняка, особенно угол его падения. Если бы падение было более пологим, слоистость могла бы препятствовать движению пород по склону. И наоборот, если бы падение пород и склон холма были более крутыми, происходили бы частые небольшие камнепады, что препятствовало бы накоплению значительного количества неустойчивого материала. Но в данном случае угол залегания был критическим и слагающий склоны известняк на большом участке не имел практически никакой опоры. Кроме того, под действием ледника, прорывшего в плейстоценовое время долину, где располагался город Франк, восточный склон горы Тёртл стал более крутым. Его наклон оказался больше, чем угол падения трещин в породах сланцевой толщи. Все это сделало камнепад неизбежным; удивительно, что гора Тёртл простояла так долго после отступления ледника.

Обрушению могла способствовать также насыщенность трещиноватых известняков водой, периодическое замерзание которой приводило к «вспучиванию» вышележащих слоев. Накануне камнепада температура воздуха днем была достаточно высокой и снег в трещинах сильно подтаял; ночью же ударил мороз, и талая вода, вновь замерзнув, значительно увеличилась в объеме; по-видимому, и этот фактор тоже сыграл некоторую роль. Вследствие снятия нагрузки с отступлением плейстоценового ледника в известняках могли образоваться критически ориентированные, параллельные склону горы, трещины – столь обычные для отложений ледниковых долин. Однако установить наличие таких трещин в данном случае затруднительно. В результате же горных работ была ослаблена опора подножья горы, где сохранились лишь непрочные целики угля, и любые подвижки известняка вызывали обрушение породы. Однако ориентировка некоторых локализованных зон тектонических брекчий в известняке свидетельствует о том, что существенной роли в происшедшем оползне эти явления сами по себе сыграть не могли. Совокупность процессов, действовавших непосредственно в толще известняка, была вполне достаточной, чтобы произошел камнепад. Эти естественные процессы сделали оползень неизбежным задолго до того, как в городе Франк стали вести добычу угля.

После катастрофы 1903 г. жители города стали проявлять беспокойство. А вдруг северный склон горы Тёртл тоже обрушится на город? Ведь по своей геологической структуре этот склон идентичен восточному, тем более что вдоль всего хребта протянулись крупные зияющие трещины. И хотя неизвестно доподлинно, когда они появились: до землетрясения 1901 г., во время оползня 1903 г. или уже после этих катастроф – стало совершенно ясно, что з подобной геологической обстановке вполне может развиться новый оползень. Не следует ли поэтому перенести город в другое место? Горных выработок непосредственно под городом нет, и если бы основной причиной камнепадов была добыча угля, то город Франк можно было бы считать в относительной безопасности. Что же касается горных работ, которые велись на горе Тёртл до 1903 г., то они, безусловно, были плохо спланированы и в сложных геологических условиях этого района их можно оценить как настоящее самоубийство. Однако прославленная Канадо-Американская угольная компания об этом и не думала; цель у нее была лишь одна – добывать уголь и делать деньги.