Катастрофы: неистовая Земля

В оползне течения обломочный материал обильно насыщен водой, а отчетливая плоскость скольжения отсутствует. Разжижение пород может произойти по разным причинам. Одна из наиболее частых причин - нарушение "чувствительных" глин, примером чего служит катастрофа в городе Николе в Канаде. Николе- небольшой городок, расположенный на южной стороне долины реки Святого Лаврентия в Квебеке. Он находится на низкой террасе, примыкающей к реке Николе - притоку реки Святого Лаврентия. Терраса некогда была сложена мелкозернистыми песками, имевшими мощность 2,5 м и залегавшими на сплошной толще серых слоистых глин, относящихся к формации Леда. Незадолго до полудня 12 ноября 1955 г. крупный блок террасы сполз в реку и образовалась воронка размером 100 х 200 м и глубиной 5-10 м. Движение продолжалось всего несколько минут, однако за это время были уничтожены школа, к счастью, пустая, и несколько домов. Погибло три человека.
Оползневый обломочный материал вел себя почти как жидкость. Это был классический оползень течения, а причиной его послужила "чувствительная" глина формации Леда. Чувствительность глины - это снижение прочности, вызванное разрыхлением или нарушением структуры породы. Чувствительность таких материалов, как глины Леда, которые могут быть названы "высокочувствительными" или плывучими, составляет около 90 %. Этого вполне достаточно, чтобы при нарушении глина вела себя как жидкость и могла течь. Образцы глин Леда выдерживали испытание на одностороннее сжатие 100 кПа, и все же эту глину можно выливать как жидкость после простого помешивания, не добавляя ни капли воды. Чувствительность глин Леда, возможно, обусловлена их осаждением в обстановке спокойного мелководного моря вблизи края ледника, образовавшегося во время последнего оледенения. Вследствие этого в глине более 50 % некоагулированных зерен имеет размер менее 2 мкм, к тому же 50 % массы всег материала составляет вода.
В таком состоянии сцепление зерен обеспечивается присутствием в воде соли. Послеледниковое поднятие этой толщи привело к тому, что через глины стала просачиваться дождевая вода, постепенно удаляя соль из вод, заполнявших поры. Уменьшение содержания соли примерно на одну десятую по сравнению с первоначальным значением сопровождалось потерей связи между зернами. В таком выщелоченном состоянии "чувствительные" глины могут изменить свою структуру и стать текучими под воздействие практически любого внешнего фактора. Вообще говоря, вопрос о причинах чувствительности глин весьма сложен, и вымывание солей - лишь одно из возможных объяснений этого явления. В числе других причин можно назвать добавление диспергирующих агентов, например соединений гумуса из залегающего выше торфа, а также разрушение неустойчивого гидроокисного цемента. По-видимому, на этот процесс могут одновременно влиять несколько факторов.
Основная причина оползня в городе Николе заключалась в том, что нижележащая глина становилась постепенно все более рыхлой и наконец превратилась в "чувствительную". Непосредственным стимулом оползня могло быть либо увеличение давления воды вследствие повреждений канализации, либо вибраций при движении транспорта и при ремонте канализационной сети. К сожалению, в то время, когда строили город Николе, еще ничего не было известно о свойствах "чувствительных" глин. В настоящее время такие глины распознаются по их геологической истории, гранулометрическому составу и содержанию воды. Их вполне можно определить в лабораторных условиях. Поэтому теперь никому не придет в голову возводить здания на участках, подстилаемых "чувствительной" глиной, как это было при строительстве города Николё.
"Чувствительные" плейстоценовые глины морского происхождения широко распространены на приподнятых участках низменностей на востоке Канады и в Скандинавии. За последнее столетие в этих районах было зарегистрировано не менее 40 крупных оползней. Самый разрушительный из них произошел в Норвегии в 1893 г., когда 70 млн. м³ глины сползло в долину Вердаль рядом с Тронхеймсфьордом. Этот оползень течения разрушил 22 фермы и унес 111 человеческих жизней. Разжиженная глина двигалась как волна - сначала очень быстро, а затем все медленнее и медленнее, однако она успела за 45 мин продвинуться на 8 км вниз по долине, где остановилась и постепенно затвердела. Эта жидкая грязевая волна причинила значительный ущерб, хотя были и казусы: одной семье удалось "проехать верхом" на грязевом потоке более 6 км, сидя на крыше жилого дома. Но у большинства людей не было никакой надежды на спасение, когда их фермы, расположенные в долине, были затоплены этой грязевой волной.
В качестве причины, провоцирующей движения таких грунтов, нередко выступает сам человек, точнее, его действия. Так, в 1950 г. в Сурте (долина Гота, Швеция) в одном из населенных районов шло строительство. Вибрации грунта при забивании свай вызвали оползень "чувствительной" глины. За 3 мин грунт переместился на 130 м, при этом был уничтожен 31 жилой дом и разрушены значительные участки шоссейной и железной дорог. К счастью, обошлось почти без человеческих жертв - погиб только один человек. В декабре 1977 г. оползень течения произошел в районе, который считался безопасным в этом отношении. В Туре, пригороде Гётеборга, поток снес 67 домов и погибло 8 человек.
Город Сен-Жан-Вьянней в Квебеке расположен в защищенной лощине, окруженной террасами, но под ним залегает пользующаяся ныне дурной славой глина Леда. Незадолго до описываемых событий было установлено, что эта лощина представляет собой верхний конец большого оползня течения, который произошел здесь в XV или XVI веке. 4 мая 1971 г. часть оползня опять начала двигаться. Первыми в 7 ч вечера эти подвижки ощутили животные: их невозможно было загнать на некоторые пастбища. А 3 ч спустя эти пастбища были уничтожены оползнем. Оползневый процесс быстро разрастался. К сожалению, было уже темно и людей не смогли оповестить о надвигающейся опасности. Тем временем самая подвижная часть оползня разрушила большой жилой массив. Один из оставшихся в живых очевидцев катастрофы видел, как дороги, автобус, машины и 40 домов исчезли в воронке глубиной 20 м и более 0,5 км в поперечнике. Именно эта воронка и была местом образования оползня. Обломочный материал в виде 15-метровой волны переместился вниз по небольшой долине на расстояние 3 км и влился в реку Сагеней. Погиб 31 человек. После катастрофы было эвакуировано все население города, так как укрепить неустойчивую "чувствительную" глину даже под очень пологими склонами практически невозможно.
Чувствительные, или плывучие, глины могут разжижаться при малейших внешних воздействиях либо под влиянием медленных внутренних изменений, незаметно происходящих в породе. Наиболее сильно сказываются на них природные нарушения, возникающие вследствие вибраций при землетрясениях. В подобных условиях перешли в текучее состояние глины Бутлеггер-Коув-Клей в районе города Анкоридж на Аляске. Установлено, что в окрестностях Сан-Франциско оползни течения происходят главным образом в хорошо сортированных, насыщенных водой песках, которые при вибрации очень быстро разжижаются. В приведенных выше примерах разжижение было вызвано тем, что поры подвергшихся вибрации пород были насыщены водой. То же самое может произойти, если обширные поры породы заполнены воздухом, что характерно, например, для таких материалов, как лёсс. Наиболее разрушительными из когда-либо зарегистрированных в мире были катастрофические оползни течения в сухом лёссе, происшедшие во время землетрясения 1920 г. в провинции Ганьсу (Китай); при разрушении жилищ, построенных в лёссовых террасах, погибло около 100 000 человек.
Сотни оползней течения были отмечены в неуплотненных песках на побережье острова Зеландия, находящемся во владении Дании. Оползни здесь наблюдаются в основном при полной воде и в прилив. Пески, первоначально имеющие поверхностный наклон около 10°, обычно стабилизируются, когда наклон откосов достигает 3-4°. Повышенное содержание воды явилось также причиной образования множества обломочных и грязевых потоков в районе города Санта-Моника на юге Калифорнии во время сопровождавшихся ливнями ураганов в январе 1969 г. Оползни развивались на крутых склонах гор, окружающих многочисленные деревни, расположенные в столь привлекательном, но опасном для строительства жилых домов месте. Вполне типичным был оползень в каньоне Топанга. Он произошел в самый разгар бури, начался на склоне около 40°, совершенно неожиданно устремился вниз, и его грязевой поток поднялся выше крыш домов; при этом три человека погибли.
Оползень, который начинается как относительно безобидное перемещение блоков породы, может под воздействием рассмотренных выше факторов внезапно стать стремительным и опасным, разжижение осадков может произойти, если верхняя часть оползневой массы сдавит подошву оползня настолько, что там поднимется давление воды в порах пород. Малые размеры пор и действующие в них силы поверхностного натяжения будут при этом способствовать сохранению текучей консистенции грунта. В 1938 г. это послужило основной причиной катастрофического обрушения плотины Форт-Пек, которая в то время возводилась через реку Миссури в штате Монтана. Это была намывная плотина, тело которой образовали мелкий песок и алеврит, заполнившие пространство между двумя стенами из более грубозернистого песка. Строительство уже было почти завершено, и вдруг плотина обрушилась. Развился огромный оползень течения, и 10 млн. м3 материала, из которого была сооружена плотина, размылись по строительным площадкам. За 3 мин оползень переместился на несколько сотен метров и разжиженная масса поглотила множество разной техники, а также 80 рабочих.
Позднее утверждали, что оползневое обрушение вначале произошло в сланцах, которые являлись фундаментом плотины. Это вызвало смещение находящейся под фундаментом насыпи из грубозернистого песка, что в свою очередь сделало возможным смещение и разжижение мелкозернистых алевритов в ядре плотины. С учетом того что последовательно проявились скольжение в сланцах и разжижение песка, после катастрофы плотина была построена заново, на этот раз с более мощной внешней песчаной оболочкой и уплотненной внутренней засыпкой.
Разрушительные оползни течения могут возникнуть и в накапливающихся на склонах вулканогенных образованиях. Быстро отлагающийся вулканический пепел дает крупные грязевые потоки, когда сложенные этим материалом склоны насыщаются дождевой водой. Самой известной и ужасной по своим последствиям подобной катастрофой явилась гибель города Геркуланум: в 79 г. н. э. со склонов Везувия сорвался пропитанный влагой пепел и обрушился на город в виде громадного грязевого потока. Город вместе с населением был обречен.
Не менее страшны и разрушительны потоки любого обломочного материала вулканического происхождения. Так, в 1953 г. на вулкане Руапеху в Новой Зеландии обломочный материал был подхвачен весенней паводковой водой. Образовался грязевой поток огромной разрушительной силы. Этот поток промчался вниз по реке Уонгеху и смыл железнодорожный мост Танджива за две минуты до того, как по нему должен был пройти поезд. Поезд сорвался с разрушенного железнодорожного пути, и погибло 154 человека.
Почти такую же опасность таят в себе создаваемые человеком отвалы пород близ шахт и карьеров. Несмотря на то что эти отвалы обычно сооружаются под углом естественного откоса и на сухом основании, все же обрушения в результате смещения насыщенного водой и разжиженного обломочного материала происходят довольно часто. Обычно они незначительны по своим масштабам и потому особых бед не причиняют. Но оползни больших отвалов в рудничных поселках иногда приводили к крупным катастрофам.
В 1966 г. обрушился террикон, расположенный над шахтерской деревушкой Аберфан в Уэльсе. Теперь это название известно всему миру и упоминается во многих книгах по инженерной геологии. Эту катастрофу помнят потому, что она унесла 144 человеческие жизни. Среди погибших было 109 детей - учащихся деревенской начальной школы. Печальная известность этого события отчасти связана также с длительными дебатами, которые велись по поводу того, что послужило причиной оползня и кто должен нести за него ответственность.