Текст книги "Катастрофы: неистовая Земля"
Автор книги: Тони Уолтхэм
сообщить о нарушении
Текущая страница: 8 (всего у книги 20 страниц)
Обвалы
В начале оползня, происшедшего в 1903 г. близ города Франк, глыбы известняка скользили вдоль плоскостей отдельности. Но в конце их пути у подножья горы накапливалась беспорядочная груда обломков. Такие оползни называют камнепадами. И наоборот, истинным обвалом считают перемещение блока пород по некоторой ранее существовавшей поверхности, причем блок в этом случае движется как единое целое. Геология подобных оползней обычно бывает достаточно простой. Но, к сожалению, дать прогноз, когда произойдет такой оползень, – очень трудно, так как измерить силы трения, действующие на глубине, практически невозможно.
В большинстве случаев ослабленными зонами, по которым происходят обвалы, являются плоскости напластования осадочных пород. В породах метаморфических эту роль могут играть плоскости рассланцевания. И в том и в другом случае обычно имеет значение присутствие прослоев или включений глин либо пластинчатых минералов – слюд. Классическим примером обвала может служить обрушение склонов невысокой горы Россберг, расположенной к востоку от города Люцерн в Швейцарии; произошло оно в 1806 г. Южный склон горы был сложен третичными конгломератами мощностью от 60 до 90 м с углом падения от 19 до 21°, залегавшими на горизонте битуминозного мергеля с таким же углом падения. У подножья склона эрозия дошла до мергеля, и лишь трение удерживало конгломераты на наклонной подошве. И вот в 1806 г. огромный массив конгломерата обрушился вниз на деревню Гольдау, расположенную в долине; погибло 457 человек.
Причиной возникновения многих подобных обвалов является человек, лишающий склоны гор их потенциальной устойчивости. Недалеко от города Тин на реке Влтава (юго-запад Чехословакии) возвышалась гора. Угол наклона ее поверхности составлял 30°. Гора была сложена биотитовыми гнейсами с углом падения 40° вниз по склону. Этот склон был достаточно устойчивым до тех пор, пока по нему не проложили дорогу. При строительстве дороги совершенно не учли местные геологические условия. Наклону тен дорожной выемки придали угол 55°, и поэтому вполне естественно, что выемка обрушилась и обломки гнейсов засыпали дорогу.
В городе Матлок (графство Дербишир) два дома были построены под уступом старого карьера в долине реки Деруэнт с крутыми берегами, несмотря на то что известняк на уступе круто падал в сторону этих домов. 10 января 1966 г. огромная плита известняка, ограниченная сзади нерудной жилой и лежавшая на маломощном пласте глины, медленно поползла вниз, и через 10 ч оба дома были полностью разрушены.
Геометрия обвалов, происходящих по плоскостям ослабления, весьма проста. Гораздо сложнее бывает картина, когда прочная рода залегает (иногда даже горизонтально) на мощных. отложениях более рыхлых пород, например глин. В этом случае в верхней толще происходит массовое смещение крупных блоков, вызванное пластической деформацией нижележащей глины.
Это смещение может быть трех типов.
Блоки могут просто оседать и смещаться, как это неоднократно случалось, например, на краю плато Сан-Рафаэль в городе Алжир. Серьезная катастрофа произошла здесь в декабре 1943 г., когда известняковый блок площадью 5000 м 2опустился на 7 м в нижележащий мергель и буквально выдавил его из-под себя. К счастью, наклон опустившейся поверхности сохранился без изменения и дома, стоявшие на плато, не были разрушены. Если из-под края такого плато будет выдавлено слишком большое количество глины, поверхность более крепкой перекрывающей породы может изогнуться в сводовую структуру. В Англии, в районе между Ноттингемом и Донкастером, коренные выходы толщи доломитовых известняков, перекрывающей мощную толщу мергелей, образуют выгнутый крутой откос, который нередко движется, вызывая слабые разрушения.
Если нижележащая глинистая порода не поддается пластической деформации, а сдвигается вдоль горизонтальной поверхности, блоки верхнего устойчивого слоя опрокидываются назад – в направлении коренного массива. Оползни такого типа характерны для базальтов, перекрывающих рыхлые глины на побережье графства Антрим в Северной Ирландии, а также на восточном побережье острова Скай в Шотландии. Оползни в Антриме более известны, поскольку там вдоль побережья идет превосходная, хотя и весьма опасная дорога. При крупнейших оползнях, происшедших на острове Скай еще в доисторические времена, оползающие массы перемещались на расстояния до полутора километров, а первоначальное горизонтальное смещение сменялось вертикальным. Общим для всех этих классических оползней является наличие глинистых отложений, перекрытых более крепкой породой.
Долина реки Гро-Вентр, протекающей к югу от знаменитого Йеллоустонского национального парка (США), подвержена оползням из-за особенностей своего геологического строения. Южный склон долины сложен карбоновыми песчаниками, глинистыми сланцами и известняками, которые падают на север под углом от 18 до 21°, почти параллельно склону долины. Это падение сохраняется и в более молодых пластах, образующих северный склон долины. Примерно в середине южного склона некогда существовал холм Шип-Маунтин, сложенный песчаниками толщи Тенслип. Эта толща наклонно залегает на маломощном горизонте глинистых сланцев, отделяющем ее от массивного известняка. Песчаники Тенслип были на значительную глубину прорезаны рекой и весьма неустойчиво удерживались на подстилающих сланцах, также имеющих наклонное залегание.
Эта ситуация сохранялась до 23 июня 1925 г., когда после сильных дождей и таяния снега огромный оползень увлек за собой холм Шип-Маунтин вниз в долину реки Гро-Вентр. За несколько минут в долину переместился массив песчаников Тенслип длиной 1,5 км, шириной 600 м и мощностью 60 м. Фронт оползня поднялся по северному склону более чем на 100 м. После этого оползень остановился, образовав в реке завал высотой около 70 м. На крутой скалистой вершине Шип-Маунтин обнажился известняк, и только останец песчаника напоминает о ее прежнем облике. Лес, покрывавший склон, в основном сохранился, но при оползании песчаника был перенесен на образовавшуюся в долине реки перемычку. При этом многие деревья сохранили свое вертикальное положение, некоторые погибли, другие были пригнуты к земле и покалечены, но продолжают жить. И сейчас этот лес привлекает причудливыми формами деревьев, у которых молодые ветви растут вертикально вверх от старых, поваленных стволов.
К нашему времени песчаник фактически уже разрушен выветриванием, однако можно с уверенностью сказать, что во время оползня он перемещался в основном как монолитный массив – ведь лес сохранился почти полностью, словно бережно пересаженный, лишь немногие деревья были погребены под обломками. К счастью, оползень не нанес значительного материального ущерба и человеческих жертв не было, хотя запруженная река образовала озеро, затопившее несколько крупных ферм, расположенных выше по долине. Часть воды просочилась через оползневую запруду, но 18 мая 1927 г. весенний паводок снова повысил уровень воды в озере и промыл в завале глубокий канал. Местный лесничий предвидел это и за час до катастрофы успел предупредить людей, живших вниз по течению, о надвигающейся опасности, так что большинство из них вовремя покинули свои дома. Воды озера устремились через промоину и вызвали сильное наводнение. Оно продолжалось 5 ч и смыло деревню Келли. Шесть человек не успели спастись и утонули в бушующем потоке. Теперь озеро почти полностью осушено и река мирно течет по ущелью, образовавшемуся в оползневом обломочном материале.
Геология оползня Гро-Вентр была классически простой, и эту катастрофу можно было предвидеть, однако ее точное время определить было невозможно. Непосредственной причиной этого оползня, как и многих других, явилось воздействие воды – дождя и талого снега.
Вода в оползнях
Дождевые и талые воды являются важным фактором оползневой деятельности. Одну из двух главных дорог в Непале – дорогу от Покхары к югу, в сторону Индии – почти ежегодно преграждали небольшие оползни, происходившие во время летних муссонов. Обломки оползших пород сгребали с дороги лопатами, и на этом борьба с оползнями прекращалась до следующего муссона. Грядущую опасность не оценивали, пока в 1976 г. муссон не вызвал большой оползень, приведший к разрушению деревни Пахирикхет и к гибели 150 человек.
В бразильском городе Сантус в марте 1956 г. 100 человек погибло во время оползней, последовавших за периодом проливных дождей. Дождевая вода может вызвать оползни почти в любой неустойчивой геологической структуре. Сильные дожди часто приводят к оползням в холмистых районах Гонконга: почвенный покров и залегающая ближе к поверхности выветрелая порода скользят по подстилающему граниту. Так, 18 июня 1972 г. оползень захватил участок шириной 200 м и разрушил лачуги в районе Квантун в Цзюмуне; при этом погибло более 100 человек. В июле того же года, когда однажды количество осадков на японском острове Камидзима за день превысило 40 см, в консолидированных мезозойских сланцах и песчаниках возник оползень; было разрушено 350 домов и погибло 112 человек.
Сильный дождь, прошедший 13 сентября 1936 г. в Норвегии, вызвал оползень в слаботрещиноватом гранито-гнейсе. Сама оползневая масса, сорвавшаяся с очень крутого горного склона, не вызвала разрушений. Но она обрушилась в озеро Лоен и послужила причиной возникновения огромной волны, которая ринулась на деревню, находившуюся на противоположном берегу, и смыла ее вместе с большей частью населения.
Иногда считают, что вода вызывает оползень вследствие того, что в ее присутствии уменьшается трение пород. Но совершенно очевидно, что это не так. У некоторых минералов, в том числе кварца, в сухом состоянии коэффициент трения ниже, чем в мокром. Кроме того, большинство горных пород всегда достаточно увлажнено и содержит тонкие водные пленки, которых вполне достаточно, чтобы сыграть роль «смазки».
Вода вызывает оползневое движение по ряду других причин. Она может проникать в поровые пространства или трещины в породах, создавая в них дополнительные нагрузки. Она стимулирует процессы внутреннего выветривания материала, что выражается как в растворении цементирующих компонентов, так и в образовании глинистых минералов вследствие гидратации других силикатов. Эти факторы могут способствовать возникновению оползней. Но протекают соответствующие им процессы медленно и, по-видимому, они не играют в этом деле решающей роли.
Сильный дождь и внезапное намокание оказывают совершенно иное воздействие: увеличивается водонасыщенность грунтов и возрастает давление поровых вод. Это, вероятно, и является основным фактором, вызывающим оползни. Повышенное давление поровых вод буквально разъединяет зерна минералов и блоки пород, уменьшая сцепление, поверхностное натяжение и сопротивление трения. Если давление воды достаточно высоко, может даже произойти разжижение неуплотненных осадков. Сильный дождь в течение суток может вызвать повышение уровня вод и увеличение порового давления, достаточные для того, чтобы оползень произошел даже в тех породах, которые в более сухих условиях абсолютно устойчивы. Именно это и послужило причиной оползней в Гонконге и обрушений породы в Гольдау, долине Гро-Вентр и на острове Камидзима.
Повышение давления воды было причиной оползня и на горе Мам-Top, находящейся в самом сердце Скалистого края в Англии. Среди местного населения эта гора известна под названием Шиве-ринг-Маунтин («дрожащая гора»). Это название она получила благодаря тому, что вниз по ее восточному склону в сторону Хопдейла постоянно движется оползень. За тысячи лет оползневая масса продвинулась примерно на 500 м, в настоящее время она медленно ползет со скоростью от нескольких сантиметров до 0,3 м в год. К сожалению, этот оползень дважды пересекается дорогой, построенной в 1802 г. и являющей яркий пример того, где не следует строить дороги. Однако у инженеров есть прекрасное оправдание: дорогу больше негде было прокладывать и поэтому приходится мириться с тем, что оползание постоянно разрушает дорожное покрытие и необходимо проводить непрерывные ремонтные работы.
Зимой 1977 г. до конца февраля на вершине Мам-Top лежал мощный снежный покров. Затем прошел сильный дождь, и снег быстро растаял. Вода ослабила всю оползневую массу, которая, как и следовало ожидать, начала двигаться, причем отнюдь не медленно. Разрывы и трещины разверзались в дорожном полотне, целые участки дороги проваливались, и на ее поверхности образовались ступени высотой до полуметра. Через несколько недель оползание породы прекратилось, но дорога была настолько разрушена, что движение по ней пришлось закрыть почти на год.
Повышение давления воды, вызвавшее оползень, первоначально возникло на вершине Хопдейл, где каменноугольные песчаники и сланцы серии Мам-Top залегают почти горизонтально на сланцах Эдейл. Подстилающие сланцы и послужили водоупорным горизонтом, задержавшим воды, которые просачивались вниз через песчаники. Оползневые явления, происходившие в 1977 г., оказали воздействие на уже оползшую массу, которая состояла из смеси обломков песчаников и сланцев. Массы воды скапливались в этом обломочном материале, и скважины, пробуренные после оползня 1977 г., обнаружили артезианскую воду на глубине более 20 м.
Насыщенные водой рыхлые образования и коренные породы обычно очень легко обрушаются, и это следует учитывать при строительстве в целом и проложении дорог в частности, чего не было сделано в данном случае. Конечно, дорогу в районе Мам-Тор можно перенести на участки, которые представляются сейчас наименее подверженными оползневым сдвигам, но это лишь временная мера. Для постоянного укрепления склона необходимо проложить сеть глубоких водотоков, которая предотвратит дальнейшее повышение давления поровых вод.
Искусственный дренаж может воспрепятствовать развитию оползня, а искусственное затопление может его вызвать. Примером тому является катастрофа, которая произошла на реке Вайонт. Русло реки Вайонт, текущей в Итальянских Альпах к северу от Венеции, проходит по глубокому ущелью на дне широкой ледниковой долины. Обширное пространство при слиянии Двух рек – Вайонт и Пьяве – казалось идеальным местом для сооружения водохранилища, и в 1960 г. Адриатическое общество электрификации воздвигло здесь плотину. Сводовая часть этой арочной плотины составляла всего 157 м, по своей высоте – 253, м– плотина занимала второе место в мире. К сожалению, геология участка, занятого водохранилищем, оказалась достаточно сложной, хотя место для плотины было выбрано прекрасное.
Эта долина протягивается вдоль синклинали в мезозойских известняках. С южной стороны водохранилища геологическая обстановка была наиболее сложной. А1ощные известняки, слагающие склоны горы Маунт-Ток, круто падают в направлении оси синклинали, а затем выполаживаются и обнажаются в ущелье реки Вайонт. Среди известняков часто встречаются их тонкослоистые, с прослоями мергелей разности. На склоне Маунт-Ток эту массу породы удерживала сила трения с подстилающими наклонно залегающими пластами. Две группы трещин, параллельных бортам широкой ледниковой долины и врезанному послеледниковому ущелью, пересекались как раз под выпуклым перегибом склона вдоль южного берега водохранилища, что делало этот склон менее устойчивым. Кроме того, было установлено, что в доисторическое время здесь произошли два оползня – недалеко от городка Пинеда и близ Кассо. Таким образом, геологическое строение местности заставляло позаботиться о мерах предосторожности. Поэтому до возведения плотины, а также во время ее строительства велись непрерывные геологические исследования с целью оценки потенциальной опасности возникновения оползней с горы Маунт-Ток.
Исследования склона Маунт-Ток, проведенные в 1957 и 1958 г., показали, что здесь возможны камнепады, объем которых не будет превышать 1 млн. м3. Особой угрозы такие оползни, конечно, не представляют. На следующий год в результате сейсмических исследований было установлено, что под поверхностным слоем рыхлого обломочного материала на глубине 20 м залегает твердая порода. В 1960 г. при повторных исследованиях твердые породы были обнаружены лишь на глубине 50–70 м. Но тогда никто еще не предполагал, что этот факт может объясняться постепенным разрушением породы. Скважины, пробуренные в 1959 г., не встретили в известняках плоскостей скольжения, и только со временем выяснилось, что скважины эти были просто недостаточно глубокими.
В 1960 г., когда началось заполнение водохранилища, инженеры установили контрольные реперы, позволяющие регистрировать любые движения грунта. Вскоре было зафиксировано медленное латеральное оползание, но никто не придал ему особого значения. В это же время было замечено, что холм Пиннаколо, расположенный у подножья склона Маунт-Ток и выступающий в ущелье реки Вайонт, медленно наклоняется. Вращательное движение блоков известняка свидетельствовало о том, что этот холм чем-то подталкивается с юга. В октябре 1960 г. скорость движения всего склона возросла и в известняке развилась трещина. Однако после того как уровень воды в водохранилище понизился, движение прекратилось. Четвертого ноября 1960 г. за 10 мин в водохранилище обрушился небольшой оползень известняка объемом 900 000 м3, но он не был неожиданным и поэтому особой тревоги тоже не вызвал. Более сильные подвижки, наблюдавшиеся в октябре, были объяснены трещиноватостью пород, характером их залегания, сильным дождем, а также эффектом плавучести, вызванным подъемом уровня воды в водохранилище.
В октябре – ноябре 1960 г. весь склон горы Маунт-Ток ежедневно перемещался в среднем на 4,3 см, это движение продолжалось в течение 10 суток. Было установлено, что перемещение заметно ускорялось, когда водохранилище оказывалось заполненным до наиболее высокой отметки. Поэтому заполнение стали проводить этапами и под постоянным контролем, и в последующие два года эта взаимосвязь подтвердилась. К сентябрю 1963 г. общее перемещение склона Маунт-Ток, варьируя на различных участках, составило 4 м. Смещение произошло в основном как результат подвижек в те периоды, когда уровень воды в водохранилище достигал новых высоких отметок. Вот что писал в своем отчете один из инженеров: «Скорость движения обычно возрастала лишь в том случае, когда впервые увлажнялись новые объемы породы. Предполагалось, что в конце концов эта масса достигнет равновесия или же, в крайнем случае, будет перемещаться настолько медленно, что это не вызовет никаких серьезных последствий». Это предположение было частично основано на изогнутой форме оползневого массива, судя по которой можно было заключить, что рано или поздно оползневая масса стабилизируется на своем относительно пологом основании. Но делать подобные выводы в то время, когда миллионы тонн породы нависали над водохранилищем, грозя каждую минуту сорваться и обрушиться на долину, где жили тысячи людей, было большой ошибкой.
В июле 1963 г. отметка воды в водохранилище впервые превысила 690 м над уровнем моря, и склон Маунт-Ток начал двигаться быстрее. К концу сентября он уже перемещался на 3 см в сутки. Хотя это движение было не столь быстрым, как в 1960 г., оно было тревожным симптомом. Поэтому уровень воды опять понизили до 690 м. При таком уровне волна высотой 20 м (максимально возможная при медленно развивающемся оползне) не перехлестнула бы через плотину. Однако когда уровень воды понизился, склон горы все еще продолжал двигаться. Он перемещался даже быстрее, чем раньше. Первого октября животные, пасшиеся на склонах Маунт-Ток, вдруг забеспокоились и покинули район развития оползня. Они оказались более чувствительными к слабым сотрясениям грунта, чем человек. Контрольные наблюдения показали, что 8 октября весь оползающий участок уже двигался как единая масса, наследующее утро скорость движения достигла 20 см в сутки. В этот же день прошел сильный дождь, и жители деревни, расположенной ниже плотины, встревожились. Но власти не приняли никаких мер, и население эвакуировано не было,
В 10 ч 41 мин вечера 9 октября 1963 г. раздался громоподобный треск и весь склон Маунт-Ток устремился вниз в виде огромного оползня. Около 350 млн. м3 породы с шумом прокатилось вниз со скоростью 110 км/ч в сторону водохранилища, частично перенеслось через него и взметнулось на 120 м вверх по противоположному берегу. В одно мгновение дно водохранилища было покрыто слоем обломков мощностью около 400 м и уровень воды резко повысился. В восточной части водохранилища возникла волна высотой 50 м; она и нанесла значительный ущерб деревне Сан-Мартино. Но в районе, расположенном вниз по течению, положение было еще более плачевным. Волна неслась, возвышаясь на 216 м над уровнем водохранилища; к счастью, она не коснулась деревни Кассо, однако некоторые дома здесь все же были разрушены сильным порывом ветра.
Затем эта огромная волна перекатилась через плотину, которая, к чести ее проектировщиков, осталась в полной сохранности. Ни один из видевших эту волну в живых не остался, однако по размерам участка земли, на котором была уничтожена вся растительность, можно представить, что через плотину промчалась стена воды высотой более 150 м. По ущелью Вайонт пронеслось 40 млн. м3 воды, и буквально через 2 мин после обрушения Маунт-Ток паводковая волна высотой 80 м достигла долины реки Пьяве, где раскинулся город Лонгароне. В одно мгновение он был смыт с лица Земли. Практически все здания превратились в груды обломков, все население погибло. Некоторые жители окрестных деревень, услышав страшный рев паводковой волны, устремились к возвышенным участкам, но их бег был слишком медленным по сравнению со скоростью ревущего потока. Волна разрушила также лежавшие на ее пути селения Пираго, Вильянова и Ривальта. Она неслась, словно смерч. Через 15 мин волны уже не было, но долина реки Пьяве являла жуткое зрелище: она была покрыта валунами, обломками камней и строений, среди которых, как на поле брани, лежали трупы 2117 человек.
Плотина на реке Вайонт стала почти бесполезной. Оползневая масса наполовину заполнила водохранилище. Почему же на горе Маунт-Ток произошел такой сильный оползень, и можно ли было его предсказать? Элементы залегания пород, присутствие прослоев мергеля в известняках, врезание ущелья Вайонт и наличие зон трещиноватости – все это указывало на возможность оползания. Тем не менее предполагалось, что этот процесс будет медленным, а обрушение материала у подошвы оползневого склона даже усилит со временем его устойчивость. Атмосферные осадки никоим образом не влияли на зарегистрированные подвижки и не были причиной оползня. Сильный дождь, прошедший в день катастрофы, только увеличил вес неустойчивой массы породы. Заполнение водохранилища и сопровождавшие его повышения давления по-ровых вод, несомненно, способствовали медленному оползанию, которое продолжалось в течение двух лет, но они не могли иметь никакого отношения к внезапному обрушению, происшедшему 9 октября 1963 г. Уровень воды в водохранилище также не оказывал существенного воздействия на верхнюю часть оползневого массива.
Механизм внезапного движения может быть объяснен двумя причинами. После оползня было замечено, что главная плоскость скольжения сечет слоистость; иными словами, произошло срезание толщи пород, а не просто соскальзывание вдоль плоскостей напластования. Кроме того, регистрация подвижек, проведенная в одной из буровых скважин до октябрьского оползня, показала, что породы в приповерхностной зоне двигались быстрее, чем на глубине. Это может свидетельствовать о наличии разлома, который активизировался, после того как в неравномерно перемещающихся породах накопился запас энергии, достаточный для мгновенного обрушения оползневого массива. При оползании склона, несомненно, сыграло свою роль и изменение уровня грунтовых вод, которое было следствием инженерных работ при строительстве водохранилища. Но оно было лишь второстепенным фактором в этом катастрофическом оползне, который, вероятно, все равно был неизбежным и ждал лишь своего часа. Если все это так, то надо думать, что водохранилище Вайонт просто нельзя было размещать на той площади, где его построили.
