Текст книги "Катастрофы в природе: Земля меняет кожу. Лавины, обвалы, оползни, провалы"

По определению природа не злонамеренна поскольку позволила человеку появиться на Земле, но она мстит за каждые допущенные им просчёты. Примеров тому немало и если в прежние времена многое можно было списать на незнание или не умение делать выводы из ошибок, то сейчас для них остаётся всё меньше места.

Обвалы

Оттоль сорвался раз обвал,

И с тяжким грохотом упал,

И всю теснину между скал

Загородил,

И Терека могущий вал

Остановил.

А.С.Пушкин

«Обвал», 1829 год

Человек активно вторгается в места, где происходили, происходят, и будут происходить всевозможные природные катаклизмы. Чем бы ни была обусловлена эта необходимость, со стихией приходится считаться, а неизбежные жертвы в начале XXI века чаще всего это своеобразная плата за нежелание или неумение ей эффективно противостоять.

Со времени катастрофы древнеримского города Велейя, когда под сошедшим со склона горы Ровинаццо обвалом погибли его жители, прошло почти полторы тысячи лет. Город возник в неудобном месте и в неудачное время. Знаний об условиях формирования опасных гравитационных процессов тогда ещё не было. Они есть сегодня и, тем не менее, многие поселения в различных частях света подвергаются опасности быть разрушенными, поскольку располагаются там, где были основаны сотни и тысячи лет назад. Периодически появляющиеся сообщения о катастрофических последствиях природной стихии тому свидетельство.

Везде где есть ослабленные действием водной и воздушной эрозией крутые склоны рано или поздно происходят обвалы. Процесс может быть ускорен естественными факторами – резкими перепадами температуры или увлажнённости, подмывом водой речных берегов или морской абразией. Они провоцируются штормами и циклонами, землетрясениями и техногенной деятельностью и даже гравитационным воздействием Луны.

Сообщения о землетрясениях почти всегда сопровождаются описаниями обвалов. В горной местности они становятся одной из основной причиной гибели людей и повреждения инженерных сооружений. Даже относительно слабые сейсмические толчки способны привести к значительным обрушениям неустойчивых массивов горных пород, льда и снега. Особенно в тех случаях, если они уже оказались ослаблены действием эрозии, подточены морским прибоем и русловыми потоками. Тем не менее, называть землетрясения основной причиной гравитационных перемещений земного вещества не совсем верно.

Они происходят в первую очередь из-за снижения прочностных свойств породы и сил сцепления между её пластами и блоками. Это процесс длительный и энергетически затратный, а сейсмическое воздействие становится спусковым крючком уже подготовленного геологического катаклизма. Собственно сами землетрясения это не «машина производства тектонических разломов», а результат быстрого перемещения в земных недрах вещества. Исключая, разумеется, вторичные последствия землетрясений – т.н. сейсмодислокации.

Зачастую происходит смена понятий, когда причина и следствие меняются местами. Подобно тому, как в древности землетрясения связывались со змеями только потому, что в силу своей биологической природы они оказались способны улавливать признаки приближающейся катастрофы, но никак не являются её причиной. Точно так же как разрушения зданий происходят вследствие сейсмических воздействий от землетрясений, но их причиной становится несоответствие их прочности сейсмической опасности данной местности.

В этом смысле известная история о трёх поросятах (Three Little Pigs) именно тот случай. Несоответствие угрозе домовладений первых двух братьев стало причиной их разрушения, но в третьем случае, предусмотрительный Наф-Наф построил дом соответствующий реальной опасности в лице волка и бывшей одинаковой во всех трёх случаях.

Масштаб происходивших на Земле обвалов и гипотетических мегаобвалов в случае обрушения склонов вулкана Килауэа на острове Гавайи и вулкана Кумбре-Вьеха на острове Пальма (Канарские острова).

Рождённая опытом предусмотрительность позволяет избежать многих неприятностей, где бы человек не находился – в горах, поймах рек или на крутых склонах морских берегов. Тем не менее, о них необходимо знать, и использовать накопленный человечеством опыт.

Различают несколько типов обвалов. Это обвалы горных пород – земляных и каменных масс, снега и льда. Обрушение осыпей и провалы в карстах. Разрушение и обвал речных и морских берегов и др. Каждое из этих явлений само по себе уникально, поскольку определяется особенностями местности, где оно возникает. Её геологическим строением, перепадом высот рельефа, колебаниями температуры и влажности, гидрорежимом подземных вод и многим другим.

Объём выведенного из состояния равновесия вещества зависит от локальной конструкции рельефа и величины перепада высоты отрыва до места падения. Обвалы в горах и каньонах горных рек отличаются от тех, что возникают в низменной местности – в речных долинах или на морском побережье. В горной местности всегда наибольший контраст высот, амплитуды перепадов температуры и влажности. Соответственно здесь более значителен и масштаб вовлеченных в движение массивов горных пород, льда и снега.

Самые грандиозные обвалы происходят в горах. Здесь объемы обрушений достигают миллионов кубометров вещества. На низменных участках и плоскогорье перепады высот не столь значительны, но меньше прочность слагающих их осадочных пород, а период действия эрозионных процессов связанных с током воды не ограничен по времени. Сами по себе реки это гравитационное перемещения водных масс с возвышенностей в низины. При этом вода подтачивает берега, которые с течением времени снижают свою прочность, а отдельные фрагменты теряют устойчивость.

Слагающие земную поверхность породы неоднородны по составу и своим прочностным свойствам. Наиболее ощутимо это проявляется при воздействии на них воды и ветра. В сравнительно легко растворимых в воде горных породах – гипсе, доломитах, известняках, каменной соли или мраморе образуются подземные пустоты. Из-за этого под земной поверхностью текут целые подземные реки. Они встречаются в регионах с карстовыми отложениями в геологических формациях. Здесь часто происходят обвалы и провалы, формирующие т.н. карстовый рельеф земной поверхности.

Воздействие жидкой воды на рельеф планеты грандиозен. Все берега рек находятся в разной стадии выравнивания, характер которого определяются особенностями геологического строения их лож и стока. Под напором волн происходит нарушение монолитности берегов и размыв слагающего их материала, а затем обрушение неустойчивых склонов. Из-за этого очертания береговых линий со временем меняют свой вид.

В свою очередь, берега водоёмов непрерывно подвергаются воздействию прибоя и морских течений – абразии. Это механическое разрушение и снос земного вещества в береговой зоне водоёмов. Из-за неоднородности геологического строения берегов данный процесс идёт неравномерно и приводит к возникновению мысов, выемок, карнизов, клифов и другое.

Морские волны обладают колоссальной силой, и разрушают даже самые крепкие породы. При сильных штормах сила удара может достигать сорока тонн на квадратный метр. Со временем это приводит к росту крутизны берегов, их обрушению и развитию оползней.

Свой вклад в образование оползней и обвалов вносит вулканическая деятельность. При извержении на поверхность выбрасывается большое количество земного вещества, ранее заполнявшее пространство под вулканом. Затем в образовавшиеся пустоты опускается массив вулканического конуса, образуя кратеры и кальдеры.

Гравитационные вулканические кальдеры достигают внушительных размеров. Так, на вершине молодого вулкана Килауэа на острове Гавайи расположена кальдера площадью в двенадцать квадратных километров. Площадь кальдеры вулкана Узон на Камчатке около ста квадратных километров. Площадь кальдеры Лонг-Велли в Калифорнии около 600 квадратных километров при глубине около 910 метров. Она возникла при извержении вулкана 760 тысяч лет назад. Самой крупной на планете считается кальдера потухшего вулкана Тоба в Индонезии на острове Суматра. Её площадь 1775 квадратных километров и она образовалась более 25 миллионов лет назад. В кальдере расположено и самое большое вулканическое озеро на планете.

Обрушения, оползни и провалы всегда сопровождают извержения и паровые взрывы вулканов. В 1915 году паровой взрыв вулкана Лассен-Пик в Каскадных горах образовал на его склоне кратер диаметром около трёхсот метров. При этом обрушилась часть лавового купола вулкана, а образовавшаяся снежно-ледяная лавина прокатилась на расстояние более шести километров.

Особый вид обвалов возникает при обрушении шельфовых ледников в Антарктиде, ледовых полей в Гренландии, Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа и других. Ежегодно от них обрушаются в воду около двадцати тысяч ледяных глыб. По полученным с помощью спутников «GRACE» данным объём ледников Гренландии ежегодно сокращается примерно на 248 миллиардов кубометров, а ледников Антарктиды на 152 миллиарда кубометров.

Ледники занимают около 11% поверхности суши с общим объемом заключенного в них льда примерно в тридцать миллионов кубических километров. Их таяние приводит к тому, что в теле ледников талая вода формирует протяженные ходы и провалы, фрагментирует монолитную массу, разбивая её трещинами. В свою очередь, снижение сцепления с подошвой ледников облегчает гравитационное смещение огромных блоков с последующим их обрушением.

Схема кальдеры супервулкана Long Valley (USGS, 2006). Эта впадина в восточной части Калифорнии находится рядом с горой Mammoth Mountain. Последнее сильнейшее извержение вулкана произошло около 760 тысяч лет назад, в атмосферу было выброшено около 750 миллиардов кубометров вулканического пепла.

Наука занимающаяся изучением ледников и других природных систем, свойства и динамика которых определяются льдом, получила наименование гляциологии от латинского слова «glacies» – лёд. Начало ей положила возникшая в первой половине XIX века теория ледниковых эпох французского естествоиспытателя Жан Луи Агассиса.

Различают разные типы ледников. Это ледники горных вершин, ледниковые купола и щиты, ледники склонов, долинные ледники, сетчатые ледниковые системы характерные для Шпицбергена, где лед полностью заполняет долины и только вершины гор остаются над поверхностью ледника. Выделяют морские и шельфовые ледники. Они представляют собой плавучие или опирающиеся на дно глыбы льда площадью до нескольких сотен тысяч квадратных километров.

Ледяной мир планеты не монолитен и на него также воздействует сила гравитации и экзогенные факторы, деформирующие и разрушающие ледяные массивы. Грандиозные обрушения ледяных полей ежегодно происходят в Гренландии и Антарктиде. Здесь они и провалы ледяных полей обычное дело.

В 1956 году в Антарктике был обнаружен дрейфующий айсберг площадью около сорока трёх тысяч квадратных километров. В 2000 году от шельфового ледника Росса в Антарктиде откололся айсберг B-15 площадью более десяти тысяч квадратных километров. Спустя десять лет со спутников был замечен отколовшийся от того же ледника, айсберг B7B. Его первоначальная площадь составляла около четырёхсот квадратных километров.

В 2010 году ледника Петерманна в Гренландии откололся айсберг площадью 260 квадратных километров. В 2013 году от ледника Пайн-Айленд откололся айсберг В-31 площадью около 660 квадратных километров.

В 2014 году в арктическом леднике Нансена появилась трещина протяженностью в тридцать километров, через которую начали стекать талые воды. Спустя два года от него оторвался айсберг площадью в 205 квадратных километров и толщиной до 800 метров.

В 2015 году от крупнейшего ледника Jakobshavns Isfjord откололся айсберг площадью более двенадцати квадратных километров, толщиной более километра и объёмом около 17 миллиардов кубометров. Такое количество льда могло покрыть район Манхэттен в Нью-Йорке слоем в триста метров. Для этого ледника характерна высокая скорость движения льда – у фронта шириной в семь километров она доходит до 7 км/год. Этот ледник ответственен за 10% всех айсбергов в Гренландии. Возможно, с одним из них в 1912 году столкнулся небезызвестный «Титаник».

Фрагмент гравюры основания крупнейшего шельфового ледника Земли, открытого Джеймсом Россом в 1841 году (Mary Evans Picture Library).

Быстрые гравитационные перемещения вещества планеты это грозные природные явления. От них страдают населенные пункты, инженерные объекты, коммуникации, разрушаются водозаборы, опоры линий электропередач, мостовые переходы, утрачиваются сельскохозяйственные угодья, происходит потеря лесов и многое другое. Зачастую они приносят новые беды, взывая смертоносные цунами в озёрах, морях и океанах. Их изучение очень важно для рационального хозяйствования, производства строительных работ и предупреждения негативных последствий.

Сама по себе техногенная деятельность способна спровоцировать обвальные явления. Такие случаи наблюдаются практически повсеместно. Причиной их становится нарушение баланса природных сип там, где есть перепады высот или производится вырубка лесов на горных склонах. Зачастую вмешательство человека в сложившуюся природную систему приводит к деформации почвенного покрова, изменению режима подземных вод и т. д.

В 1910 году в США произошла Веллингтонская катастрофа. Её первопричиной стали лесные пожары в Каскадных горах. Они уничтожили миллионы акров лесных угодий служивших естественной защитой от снежных лавин. После выпадения большого количества снега на поселок Веллингтон обрушилась лавина, принесшая большие разрушения и гибель людей.

Сказочный пейзаж городка Халльштатт в Австрии подобен многим другим поселениям у горных озёр, но что грозит их жителям при обвале каменных или ледяных масс в воду подобному случившемуся в Швейцарии в 1806 году?

Человеческая деятельность уже давно стала частью геологических процессов возникающих или активизирующихся под её влиянием. Это обвалы и оползни, происходящие из-за выемки горных пород, строительства инженерных сооружений, прокладки транспортных коммуникаций, создания искусственных водохранилищ, добычи полезных ископаемых и многого другого. В свою очередь обводнение засушливых земель приводит к просадкам в лёссах, а вырубка лесов и сельскохозяйственная деятельность активизируют процессы выветривания.

Поиск способов защиты берегов рек от размыва и обрушения сопровождает всю историю человечества. Ещё во времени династии Хань (с 260 года до н.э. по 24 год н.э.) в Китае проводились мероприятия по регулированию русла реки Хуанхэ с целью сохранения её берегов. Освоение Альп в Европе это полная трагических событий история поиска способов защиты от снежных лавин и обвалов. С развитием горных видов спорта и туризма появилась необходимость разработки методов защиты от превратностей погоды и снежных угроз. Тем не менее, каждый зимний сезон в Азии, Европе и Северной Америке сопровождается сообщениями о гибели людей в горах.

Контроль и прогноз развития неблагоприятных процессов стал неотъемлемым элементом инженерных работ. Однако несмотря на современные средства наблюдений не всегда удаётся заблаговременно установить подготовку подобных событий.

Ситуация с прогнозированием осложняется трудностью учёта провоцирующих обвалы факторов. Таких как резкие перепады температуры или увлажнённости, сейсмических и техногенных воздействий и др. Поэтому лучшем способом защиты является выбор для производства работ таких площадок, где эти явления невозможны или их вероятность низка.

Обвал в горах при Верненском землетрясении 1887 года (НИВА, 1887).

Многие горные водоёмы образовались в результате обвалов и оползней вызванных землетрясениями. Страницы истории хранят память о десятках грандиозных катастрофах, связанных с обрушением горных массивов и возникновением подпруженных озёр. На планете существовали и существуют тысячи крупных горных озёр образовавшиеся в результате обвалов и оползней. В современное время из-за таяния ледников увеличивается их размер и, соответственно, растёт риск прорыва естественных дамб. История знает такие примеры.

Грандиозный прорыв ледникового озера Агассис через Гудзонов пролив в море Лабрадор произошёл около тринадцати тысяч лет назад. Он вызвал аномально быстрое похолодание климата Северной Атлантики известное как Younger Dryas (Ранний Дриас). Тогда выплеснувшееся в Атлантический океан огромное количество пресной воды нарушило термохалинную циркуляцию, и заблокировало перенос тепла течением из низких широт.

Древнее горное Мургабское озеро образовалось более десяти тысяч лет назад в результате сильного землетрясения. Оползень песчаников и сланцев объемом до восьми миллиардов кубометров соскользнул по гранитному основанию вниз. Пройдя несколько километров, он поднялся на противоположный склон до отметки 4300 метров. Завальная плотина высотой около тысячи метров перекрыла водосток реки Мургаб и привела к образованию огромного подпруженного озера.

В Германии Александер Бинштайнер (Alexander Binsteiner) считает, что доисторическая деревня в Австрийских Альпах у озера Монд погибла из-за цунами вызванного обвалом. Около 3200 года до нашей эры на берег озера обрушилась скала высотой 150 метров и протяженностью в пять километров.

Древнее озеро Иссык в Казахстане расположено в Иссыкском ущелье Заилийского Алатау на высоте 1756 метров над уровнем моря. Оно образовалось примерно около десяти тысяч лет назад, когда горный обвал образовал плотину высотой в триста метров. В 1963 году она была прорвана селевым потоком из верховьев реки Иссык. Погибло более одной тысячи человек.

«На озеро мы приехали в полдень… Косыгин озером и природой был восхищен. Мы собрались ехать на другой берег… Тут я вижу – что-то неладное: с гор с гулом несется коричневый поток. Сомнений нет, это дело мне слишком знакомо. Сель! Поток уже обрушился в озеро. Вода помутнела и будто кипит. Удар селя поднял мощную волну, лодки отдыхающих стали переворачиваться. Сель ударил в пирс, я видел, как подбросило вверх человека, стоявшего на нём». Из воспоминаний Динмухамеда Кунаева, 1963 год.

Около двух тысяч лет назад озеро Сеймерре в Иране было образовано сходом крупнейшего на Земле обвала-оползня спровоцированного сильным землетрясением. С высоты двух тысяч метров обрушилось двадцать миллиардов кубометров горных пород. По долине реки Сеймерре прокатился гигантский оползень шириной по фронту четырнадцать километров и высотой до четырёхсот метров. Он привёл к образованию двух озер Сеймерре и Джайдар. Озеро Сеймерре заполнило часть речной долины протяженностью около сорока и шириной до одиннадцати километров. Его площадь составляла около двухсот квадратных километров.

В 1139 году сильное землетрясение 30 сентября привело к обвалу на горе Кяпаз в Азербайджане. Он перекрыл сток воды из ущелья реки Ахсу, и возникло существующее и сегодня горное озеро Гёйгёль близ Гянджи. Его протяженность с юга на север 2,8 километра, ширина достигает 800 метров при максимальной глубине в 96 метра.

«В месяце Арег, на 18-й день месяца, в течение ночи с пятницы на субботу, в день праздника святого Георга, ярость господнего гнева обрушилась на мир; неистовство земли и сильное разрушение двинулись ужасными толчками и достигли этой страны Албании. Этим землетрясением много было разрушено во многих местах в областях Парисос и Хачен, как на полях, так и в горах. В результате его столица Ганджак также была швырнута в ад, поглотив своих жителей. И во всех концах своей поверхности земля держала их в своих объятиях, а в горных районах многие крепости и деревни были разрушены вместе с монастырями и церквами, которые обрушились на головы их жителей, и бесчисленное множество людей было убито разрушенными зданиями и башнями». Мхитар Гош, 1139 год.

Житель Гянджи историк Киракос Гандзакеци рассказывал о землетрясении: «В те дни спустились тьма и туман и окутали все горы и поля, началось ужасное землетрясение и была дотла разрушена столица Гандзак. И милостью божьей вновь рукоположенный католикос выжил, но от землетрясения погиб великий вардапет Григор вместе с множеством других мужчин, женщин и детей, коим несть числа, которых убивали строения, обвалившиеся на них. Пришел царь грузинский Дэметрэ и разграбил все их имущество; увез в свою страну и врата городские. Обвалилась также гора Алхарак и преградила лощину, проходившую через неё, и получилось море, которое существует и поныне».

В 1555 году прорыв подпруженного ледникового озера в Непале покрыл отложениями территорию площадью около 450 квадратных километров, причём местами толщина этих отложений достигала шестидесяти метров.

В 1891 году землетрясение на Западном Кавказе привело к образованию горного озера Рица в результате Рицинского обвала. Его следы обнаружены в виде мощных сбросов разорвавших юрскую вулканогенно-осадочную толщу на горе Бзыбской. Озеро расположено к востоку от Гагрского хребта в бассейне реки Бзыби в ущелье рек Лашипсе и Юпшары на высоте 884 метра над уровнем моря. Его протяженность составляет 2,5 километра, ширина достигает 870 метров, а наибольшая глубина 102 метров.

В 1911 году сильное землетрясение в Таджикистане спровоцировало мощный оползень на Памире, который образовал Усойский завал высотой в 567 метров на реке Мургаб. Образовалось подпруженное Сарезское озеро. Другое, меньшее по размерам озеро Шадау возникло из-за перекрытия завалом стока впадавшей в Мургаб горной речки Шадау-Дарья.

Сарезское озеро и Усойский завал перекрывший сток Мургаба (Hausibek, 1995).

В 1941 году интенсивное таяние ледников Перу способствовало росту подпруженных озер. Прорыв одного из них погубил около шести тысяч человек.

В 1963 году в результате подвижки пульсирующего ледника Медвежий на Памире возникло озеро глубиной восемьдесят метров. Когда ледяная перемычка была прорвана, вниз по долине устремился поток воды, разрушивший электростанцию и снёсший много домов.

В 1959 года землетрясение магнитудой 7,5 по шкале Рихтера привело к образованию озера Earthquake Lake в парке Йеллоустон США, спровоцировав мощный оползень. Он повредил защищавшую озеро Hebgen Lake дамбу, перегородил сток реки и образовалось новое подпруженное озеро.