Текст книги "Ледяные исполины"

Грунт – вещь очень странная.

В одной сказке дается трудная задачка: принести то – не знаю что. О грунтах можно сказать: это и есть то – не знаю что. Вроде бы есть грунты везде. И в то же время нет их вовсе.

Сам по себе грунт не существует. Нет такого природного создания. И все-таки грунтом может быть что угодно: песок, глина, мел, гранит, лунная пыль и даже обыкновенный мусор.

Вот и разберись после этого, что такое грунт!

А разобраться несложно. Надо только знать, что грунтом называется всякая горная порода, которая как-либо используется при строительстве. (И мусор бывает горной породой, если его достаточно много.)

То, на чем строится здание, инженерное сооружение, – это грунт. Материал, который используют для насыпей, извлекают из котлованов или каналов, – это грунт.

Лёсс – это, конечно, грунт, если на нем возводят строения. Грунты изучает специальная наука – грунтоведение. Дело это непростое. Потому что грунты бывают самые разные, с причудливыми характерами.

Известные нам лёссы от воды сжимаются. А некоторые глины от воды разбухают. Толстеют прямо на глазах. И если на них стоит дом, они способны его приподнять. Хуже, если они приподнимут одну часть дома: строение растрескается, повредится.

Большинство грунтов с глубиной становятся плотнее.

Понятно: их сжимают слои, лежащие сверху. А есть в тропиках красные породы – латериты. У них часто наоборот: сверху прочная железистая корка, а снизу – рыхлый слой.

Если рыхлые пески подвергнуть вибрации ( заставить дрожать), они уплотнятся. Это понятие. Насыпешь в стакан сахарный песок, постучишь по стакану – песок уляжется плотно, утрамбуется.

Но есть плотные глинистые грунты, которые от вибрации «разжижаются». Расползаются, как кисель. Сооружение, стоящее на них, начинает буквально тонуть.

Известный советский грунтовед академик Е. М. Сергеев рассказывал, что видел в окрестностях шведской столицы Осло дом и хозяйственные постройки, разрушенные… от танцев! Хозяева дома и гости вечером хорошо потанцевали, дружно топая ногами. От ритмичной пляски глины, на которых покоился дом, разжижились, поехали вниз по склону. Возникла оплывина, захватившая немалую площадь.

Подобные глины, оставленные ледниковыми озерами, наделали немало бед в Скандинавии. В начале нашего века здесь начали быстро строить железные дороги. От сотрясения железнодорожного полотна прочные глины теряли устойчивость. Произошло несколько катастроф, многие километры магистралей вышли из строя.

Существует поговорка: «построено на песке». Подразумевается, что основание ненадежно, может рассыпаться. Вроде бы поговорка верна. Вспомним рыхлый песок под ногами – вязнешь в нем.

Однако инженеры-геологи вполне доверяют пескам, залегающим в основании сооружения. Правда, песок песку рознь. Если песчинки крупные, прочные и уложены плотно, они выдержат высокое здание. А бывает песок мелкий, тонкий, как пудра. Он податлив, сжимается под нагрузкой. И уж совсем беда, если он насыщен водой. Получается настоящая трясина: встанешь на такой песок – он колеблется под ногами или даже затягивает, засасывает.

Мне зыбучие пески попадались в казахстанской пустыне. Там находится обширная впадина Мынбулак. Во впадине есть отдельные углубления, воронки, словно блюда великанов. В этих местах лежат мелкие и пылеватые пески. Снизу к ним подступают подземные воды.

Идешь по такому песку, и чем ближе к центру воронки, тем глубже продавливается он под ногами. Тут уже не встретишь следов сайгаков, обитающих в этих местах.

Зыбучие пески очень опасны, и животные это чувствуют.

Между прочим, мне удалось добраться до середины такой воронки. Помогли белые «блюдца», разбросанные там и тут на песке. Это – пятна соли. Подземная вода из песков испаряется, а соль остается. Образуются прочные солевые нашлепки. Они выдерживают тяжесть человеческого тела.

Так вода, заключенная в песках, делает их зыбучими.

И в то же время, испаряясь, упрочняет эти пески с поверхности. Но строить на них, конечно, невозможно без специального укрепления грунта.

Вода способна и уплотнять песок. В этом нетрудно убедиться, если в рыхлую песчаную массу налить воды.

Это видно и на самом простом опыте: достаточно на рыхлый песок капнуть водой. Образуется плотная песчаная лепешка.

Еще одна особенность влажного песка: он слипается.

Сухой песок рыхлый, насыщенный водой – текучий.

А влажный песок слипается. Почему? Из-за свойства тонких пленок воды.

На поверхности воды имеется тончайшая пленка. Глазом ее не увидишь. Но ее действие наблюдать нетрудно.

Капнем на блюдце, стекло. Образуется водяной бугорок.

Вода не растекается ровным слоем, а возвышается над поверхностью блюдца или стекла. Любая капля держится, сохраняет свою округлую форму благодаря тонкой пленочке, которая ее стягивает.

На зернах песка, если в песке немного воды, тоже образуется такая пленочка. Она слепляет, стягивает зерна, уплотняет их. Поэтому сухие зерна рассыпаются, влажные слипаются, а насыщенные водой – растекаются.

Подобные свойства песков и других горных пород должен хорошо знать грунтовед.

В наше время есть возможность обойтись и без хорошего знания грунтов. Помогает техника. Можно осушить слой плывунов (хотя сделать это трудно, потому что плывун плохо отдает воду). Можно забить сваи, которые прорежут слабые грунты и упрутся в прочные. На столбахсваях строили и строят многие сооружения.

Укреплять основания сооружений с помощью свай научились люди еще в каменном веке. Они забивали тысячи деревянных столбов и устраивали на них помосты, на которых ставили хижины. Так удавалось строить поселки на болотах и озерных мелководьях.

Правда, в давние времена постройки возводились легкие. Теперь – иначе. Под высотными сооружениями нагрузки на грунты очень большие. На площадочку размером с ноготь – до двадцати килограммов, а на площадку размером с ладонь взрослого человека – четыре тонны!

Ясно, что грунт под таким грузом должен быть весьма прочным.

Свайные основания используются часто. Но это еще не значит, что отпадает надобность в детальном изучении грунтов. Забивать сваи тоже надо умеючи. В иной грунт их не забьешь. А там, где без них не обойтись, надо точно рассчитать их длину, конструкцию, густоту. Приходится предварительно изучать грунты.

Инженеру-геологу недостаточно знать свойства грунтов. Требуется выяснить, как залегают слои горных пород. Бывает, что под одним концом здания лежат прочные пески или донная морена, а под другим – слои слабых неустойчивых песков и глин. От этого здание погружается в землю неравномерно.

В Англии многие средневековые соборы и дворцы начали давать перекосы и трещины. Они стоят на ледниковых отложениях, которые изменяются по толщине и свойствам. В одних местах грунты продавливаются легко, в других трудно. Здания постепенно погружаются в грунт.

(Старые здания почти всегда «врастают» в землю: чем больше им лет, тем глубже.) Когда это погружение идет неравномерно, все сооружение перекашивается. Приходится скреплять стены стальными балками, искусственно укреплять грунты. Эти мероприятия обходятся дорого.

Во многих случаях без искусственного улучшения грунтов не обойтись. Проще всего утрамбовывать рыхлый грунт. Более сложные методы – химические; в грунты добавляются особые затвердевшие смеси. Применяется и временное изменение свойств грунта – замораживание.

Способ этот удобный, когда надо, скажем, пробить шахту или тоннель в горпых породах, насыщенных водой. Откачивать воду не всегда просто. Поэтому через скважины подают в грунт охлаждающую смесь. Вода замерзает, грунт становится льдистым.

Интересный случай произошел в Москве. Строилась станция метро. А над ней в то же время возводился высотный дом. При строительстве метро применяли заморозку грунта. Когда вода замерзает, она увеличивается в объеме. И грунт с водой – тоже увеличивается. А еще он становится прочным, почти не сжимается.

Инженеры-геологи и строители это учли. Они стали строить здание… с наклоном. Конечно, наклон был маленький. Но все-таки стена не была отвесной, строго вертикальной.

Решение было смелое. Для него потребовался точный расчет. Ведь когда мерзлый грунт под частью здания, где строилось метро, оттает, он сделается мягким, податливым.

На сколько сантиметров тогда опустится часть здания, под которым растает мерзлота?

Все произошло так, как предполагали грунтоведы. По мере оттаивания замороженных грунтов здание постепенно выпрямлялось. Прошло несколько месяцев, и оно заняло строго вертикальное положение. Неприятности начались чуть позже. Дом начал крениться в обратную сторону. До этого он был наклонен к улице, Садовому кольцу. А тут, постояв вертикально, покосился и стал наваливаться на дом, стоящий за ним. Хорошо, что между домами имелся зазор. Его сделали специально, заранее предвидя возможность такого аварийного отклонения высотного здания.

Все закончилось благополучно. Четверть века здание стоит надежно. Неточности в расчетах оказались незначительными.

Без неточностей в данном случае вряд ли можно было обойтись. Грунт после замораживания обычно изменяет свои свойства: чуть-чуть, на самую малость делается слабей, податливей, чем раньше. Определить совершенно точно величину ослабления грунта невозможно.

С мерзлыми грунтами инженерам-геологам нашей страны приходится встречаться часто. Искусственно замораживают грунты довольно редко и на небольших участках. Но есть огромные территории – почти половина всей площади СССР, – где мерзлые горные породы сохраняются тысячи, десятки тысяч лет. Раньше думали, что земля промерзла с незапамятных времен и навечно. Так и назвали: вечная мерзлота.

Специальная наука изучает вечную мерзлоту – мерзлотоведение. У мерзлых горных пород своя история, свои особенности. В краю вечной мерзлоты происходят необычные природные явления. Но я хочу рассказать о них не с чужих слов, а по своим наблюдениям, по своему практическому опыту.

Глава 9. ДАЛЬНЯЯ ЭКСПЕДИЦИЯ

Эта экспедиция была и обычной и необычной сразу.

На этот раз я изучал настоящее оледенение. И настоящие льды, не тающие круглый год. Только оледенение не наземное, а подземное.

Начну по порядку.

Мы поселились на необитаемом острове.

Остров этот – на необитаемой реке Утук. А река – в необитаемом районе на границе Сибири и Дальнего Востока. Здесь высится горная система Токийский Становик – часть огромного Станового хребта.

Далеко на юге проходит Байкало-Амурская магистраль. Но ее влияние будет сказываться и здесь. От трассы БАМа начинается освоение обширных территорий Сибири и Дальнего Востока. Трасса – передовая полоса наступления. Природные богатства будут осваиваться и к югу, и к северу от нее.

Наш небольшой геологический отряд не вел поисков полезных ископаемых. Мы занимались мерзлотоведением.

Изучали вечную мерзлоту. Но об этом – чуть позже. Геологическая работа обычно начинается с устройства лагеря.

Итак, мы – на острове. На него, что называется, с неба свалились. Летели мы на вертолете долго, из города Зеи прямиком на север, вдоль Зейского водохранилища, через горные перевалы. Пилотам лететь было непросто: кругом скалы, а подняться над вершинами не позволяют облака.

Петляли по долинам рек, ущельям.

Наконец добрались к реке Утук. А приземлиться негде: склоны гор крутые, обрывистые, речная долина сплошь покрыта тайгой. Пилоты присмотрели одно подходящее место – на песчаном острове, где не росли деревья.

Мы торопливо выгрузили свои вещи: палатки, спальные мешки, ящики с приборами, рюкзаки, коробки и мешки с пищей, раскладушки, жестяные печки, рабочий инструмент… Целая гора вещей!

Вертолет приподнялся, повисел стрекозой, развернулся и, опустив нос к земле, устремился вверх по ущелью, пропав за поворотом.

Наш остров был подозрительным. Повсюду только песок, камни, лежащие полузасыпанные стволы крупных лиственниц да небольшие кусты ивы. Ясно, что во время наводнений – весной, а возможно, и осенью остров полностью заливается.

Мы стали искать менее опасную площадку для стоянки. Обошли всю округу – только тайга да болота. Почти везде под ногами хлюпает вода. Это и понятно: царство вечной мерзлоты.

В таких краях земля за лето оттаивает только на десятки сантиметров или на несколько метров. Ниже начинаются горные породы, скованные вечной мерзлотой.

Температура их ниже нуля. Вместо воды в них лед. Он не тает годами, столетиями, тысячелетиями. Поэтому и называют «вечная мерзлота». Она, конечно, не вечная, а вековая и тысячелетняя. Для человека, живущего несколько десятилетий, это очень много. Поэтому имеет смысл употреблять определения и «вечная», и «вековая».

Слой мерзлых льдистых пород может достигать сотен метров, а порой доходит до полутора километров. Вода не может просочиться через него. Даже если есть трещины или поры, она попадает туда и замерзает. Вся вода с поверхности, которая не успевает стечь, задерживается над вековой мерзлотой. Поэтому в тундре и тайге, где имеется мерзлота, очень много болот и заболоченных земель.

Текучая вода отепляет мерзлую зону. Это как будто водяное отопление. Вода речная холодна, но все-таки на несколько градусов выше нуля. Этого достаточно, чтобы под рекой и рядом с ней мерзлота растаяла, – образовался талик.

Под нашим островом вековой мерзлоты нет. Поэтому он сухой. Ветерок сдувает отсюда комаров – лютых неистребимых таежных злодеев. Хорошо на острове!

Мы решили остаться здесь. Спору нет – нельзя ставить лагерь в опасном месте. Но ведь место великолепное, другого подходящего в округе нет. Сейчас лето, и наводнения ожидать не приходится. Сухо, солнечно. А если вода начнет подниматься, покинем остров.

Так мы рассуждали. И очень ошиблись. Только узнали об этом, как часто бывает, не сразу. Зато урок получили жестокий…

Профессию геолога называют романтической, необыкновенной, увлекательной. Все это верно. Только надо помнить, что геологу часто, почти всегда приходится заниматься самыми разными делами: погрузкой и разгрузкой вещей, рытьем шурфов и расчисткой обрывов; затотовкой дров, рукояток для лопат, молотков и кайл; установкой палаток и приготовлением обедов; переноской тяжестей. Короче говоря, геологу приходится быть разнорабочим. Но это – как бы между делом. А главное дело – геологическое.

Зато как здорово, что можно побывать в необыкновенных местах. И не просто полюбоваться красотой природы и пожить в первобытных условиях. Мы должны – такова работа – научиться понимать природу. Понимать, как возникли эти горы и долины, почему такие склоны, где здесь бывают опасные обвалы или лавины, как ведет себя вековая мерзлота.

Чтобы хорошо что-то понять, еще недостаточно много знать. Надо уметь внимательно наблюдать и обдумывать увиденное. Надо любить то, что изучаешь. Одним разумом многое не постигнешь. Лучше всего понимаешь то, что любишь… Хотя без знаний, ясное дело, вряд ли разгадаешь природу. Тем более не узнаешь, верно ее понял или нет.

Нам повезло. И места таежные великолепны. И работа интересная. Предстоит разобраться не только с обвалами и лавинами. Вековая мерзлота припасла немало загадок. В своем царстве она вмешивается почти во все дела. От нее по-особенному разрушаются скалы и сползают со склонов обломки, образуя целые каменные потоки. От нее земля в одних местах проваливается, а в других вспучивается, а то даже возникают холмики. Вырастают ледяные натеки – наледи, а в земле – пласты и клинья льда.

Вековая мерзлота влияет даже на последствия землетрясений. Конечно, вздрагивает земля не от вечного холода, а по другим причинам. Для строений на мерзлоте меньше опасности разрушиться от подземных толчков.

Хотя они имеют большую вероятность разрушиться от самой вековой мерзлоты. Мерзлота бывает и помощником и врагом.

Мерзлотоведы должны дать строителям и проектировщикам рекомендации: как надо осваивать район, какие подвохи можно ожидать от вечной мерзлоты, где она будет врагом, а где помощником.

На одном участке БАМа встретилась крупная наледь: ледяной язык протянулся по долине. Вроде маленького ледничка.

Что предпринять? Обходить наледь стороной – значит строить лишний десяток километров железной дороги. Дорогое мероприятие.

Решили идти напролом. Ледяной язык нетолстый.

Трудно ли его разрушить? Приехали могучие экскаваторы и бульдозеры, принялись за работу. Поначалу все шло хорошо. Затем дело застопорилось. Уничтожат наледь в одном месте, перейдут на другое. Глядь, а на прежнем месте через несколько дней наледь восстанавливается.

Не наледь получалась, а змей-горыныч с отрастающими головами. Только у змея они огнедышащие, а здесь – ледяные.

Боролись люди с наледью, разрушали ее несколько раз.

Много сил и времени потратили, а толку не добились. Даже парочку тракторов потеряли: оставили их на три дпя без присмотра, наледь их целиком и залила, как проглотила. Пришлось ледяного змея-горыныча обходить стороной. Удлинили из-за него трассу БАМа на несколько километров.

С наледями можно успешно бороться. Только сделать это одной силой нельзя. Надобно еще умение. Должны сначала потрудиться мерзлотоведы, изучить наледь, посоветовать, как от нее избавиться. Кстати, и в сказках герои побеждали змеев-горынычей не только силой, но и уменьем.

Мы привыкли говорить о наступлении на тайгу, о покорении природы, использовании ее богатств. Раньте так и писали: надо бороться с природой и победить ее. Как будто природа наш враг! А ведь мы живем в природе, вместе с ней.

Победить можно силой. Дружить силой нельзя. Чтобы дружно жить, требуется взаимное уважение и понимание.

От природы нам и без того все дано: воздух, вода, земля и разные блага. Нам остается научиться быть внимательными к природе, понимать ее.

С вековой мерзлотой особенные хлопоты. Ее и увидетьто непросто. Тот, кто впервые попадает в эти края, которые мы изучаем, может удивиться: где тут вечная мерзлота? Кругом кусты и деревья, птицы поют, солнце светит, ручьи журчат. На горе – небольшая нашлепка льда. Но это пустяк. Совсем не то, что в горах Кавказа. Там вечные снега и льды громадными шапками нахлобучены на горные вершины; в долины медленно сползают ледники и, трескаясь, грохочут, как орудийная канонада. Еще внушительнее ледяная пустыня Антарктиды.

А здесь все тихо и спокойно. Летом тепло, а то и жарко, снег и лед увидишь нечасто. Разве такое должно быть царство Снежной королевы?

Оказывается, оно бывает и таким. Здесь ледяные дворцы подземные, потаенные. И устроены они очень интересно.

Если бы земля вдруг стала прозрачной, то мы увидели бы настоящий облик подземных владений Снежной королевы – вековой мерзлоты: слои льда, тоненькие, как листы бумаги, и толстые пласты, вертикальные жилы льда, ледяные бугры, подобные вулканам. Колоннами высятся ледяные столбы и стены, словно подземные дворцы и крепости. Толщина таких стен достигает десяти, а высота – тридцати метров. Точнее, пожалуй, говорить о глубине: сооружения-то подземные!

Подобную картину вообразить нелегко. А увидеть и вовсе нельзя. Хотя в некоторых краях догадаться о ледяных подземных сооружениях можно, глядя на земную поверхность.

Когда я работал в тундрах Чукотки, меня не раз поражали необычные картины. Летишь на самолете, внизу расстилается низменность. Она там и тут покрыта какими-то замысловатыми узорами. Как будто здесь великаны разучивали азбуку, чертили огромные буквы на непонятном языке.

В некоторых местах эти письмена очень похожи на древнюю клинопись. Такие знаки наносили древние египтяне на каменные плиты, глиняные дощечки.

Можно ли прочесть гигантские письмена тундры? Оказывается – можно, если побродить по этим письменам вдоль и поперек, подобно букашке, ползающей по клинописи древних египтян. Надо приглядеться к береговым обрывам, чтобы увидеть письмена вечной мерзлоты в разрезе. Надо копать и долбить землю, а прежде всего совершенно необходимо познакомиться с мерзлотоведением.

Только тогда начинаешь поне^ многу читать клинопись вечной мерзлоты.

Полосы на поверхности земли возникают над подземными ледяными клиньями (вертикальными жилами). Они появляются там, где от мороза растрескивается земля. В трещины проникает вода – подземная и наземная. Замерзая, она становится льдом, расширяется в объеме, расклинивает трещины.

Получается действительно ледяная клинопись. Клинья льда рассекают землю, проникают на многие метры вглубь и протягиваются на сотни метров в длину. Пересекаясь, мерзлотные трещины и клинья как бы нарезают тундру крупными ломтями – полигонами. Образуется целая сеть – полигональная тундра. По узорам этой сети можно определять, где находятся подземные ледяные жилы и в каких грунтах они залегают.

В некоторых местах на речной террасе земля вспучена. Подобные бугры иногда бывают высокие, как многоэтажные дома (но чаще не выше двух-трех этажей).

На вершинах они разбиты зияющими трещинами. Иногда здесь возникают впадины, подобные жерлам вулканов.

Впрочем, это и есть вулканы. Только не огненные, а ледяные. Между слоями горных пород внедрилась вода.

Превращаясь в лед, она увеличивается в объеме, приподнимая вышележащие слои. Сходным образом внедряется из глубин, разрывая и расплавляя горные породы, вязкая раскаленная магма, создающая вулкан.

Подземные льды могут вторгаться в подвалы домов, приподнимать инженерные сооружения, выдавливать из земли тяжеленные столбы, сваи. Или так вспучить дорожную насыпь, что никакой транспорт не пройдет.

Мы учимся использовать мерзлоту. Устраиваем в мерзлых грунтах холодильные помещения. Намораживаем ледяные склады. Но все-таки главная наша забота: уберечься от коварства Снежной королевы. Много она доставляет хлопот. Особенно теперь, когда мы очень быстро осваиваем ее владения. Именно здесь проходит трасса БАМа, расположены многие месторождения полезных ископаемых, ведется добыча нефти и газа, строятся города, плотины, заводы и фабрики.

Знание вечной мерзлоты может пригодиться даже в космосе. Потому что на Марсе, по мнению ученых, распространена вечная мерзлота. В крупных марсианских ущельях, провалах, на крутых склонах удается различить нечто очень похожее на следы ледяных жил. Об этом свидетельствуют, в частности, геометризм обрывов и трещин, а также следы увлажнения грунтов на дне каньона. Во всяком случае, уже сейчас ясно, что космонавтам, которые отправятся на Марс, надо знать мерзлотоведение.