Техногенный рельеф

Когда-то воины восточно-африканского племени масаи избегали вон­зать копья острием в землю, чтобы не поранить ее. Ныне на теле Земли появилось множество ран. Горными выработками и гидротехническими работами нарушены сотни тысяч квадратных километров земельных мас­сивов. В бывшем СССР насчитывалось 3,5 тысячи карьеров. Глубина не­которых из них превышала 150 м. На 450 м углубился Сарбайский желе­зорудный карьер в Казахстане, на 520 м - Коркинский угольный разрез на Урале. В штате Юта (США) открытая медная выработка Бингем Каньон достигает 789 м (при диаметре 3,7 км). Золоторудная шахта в Южной Африке превышает 3,8 км. На глубину более 12 км проникла в недра Земли Кольская сверхглубокая скважина в России.

Наибольшее изменение рельефа местности связано с открытыми и подземными разработками, складированием на дневной поверхности гор­ных пород и отходов переработки и обогащения полезных ископаемых. Из недр на поверхность земли перемещены миллиарды тонн «пустых» горных пород. Они располагаются рядом с карьерами и шахтами в виде отвалов - искусственных холмов (терриконов) и хвостохранилищ. Общий объем отвалов на Земле за последние полтора века превысил 120 км³. К ним ежегодно добавляется 2-3 млрд. м³ горных пород. Амплитуда техногенного рельефа достигает нескольких сот метров.

Длительное время разрабатываются открытым способом угольные ме­сторождения в Кузбассе. Здесь на площади более 1000 га сформировался техногенный рельеф, подобный «лунному» ландшафту: глубокие выемки чередуются с холмами - отвалами. Объем пород в отвалах составляет бо­лее 4 млрд. м³. На Украине, где угольные предприятия занимают около 30 тыс. гектаров земель, только в Донбассе 1500 терриконов. В Московской области карьерными разработками нарушено около 70 тыс. гектаров земель.

Поверхность Земли рассекают искусственные оросительные магист­ральные каналы. Их протяженность только на территории бывшего СССР превышает 300 тыс. км - это 3/4 расстояния между Землей и Луной.

Естественный рельеф изменяется вследствие разрушения берегов в процессе выборки грунта в руслах рек. Так, во время знаменитой кали­форнийской «золотой лихорадки» многочисленная армия старателей так «постаралась», что искусственный сток рек Сакраменто и Сан-Хоакин значительно превысил естественный аллювиальный сток. Это привело к уменьшению площади бухты Сан-Франциско.

В городских условиях срезка природных поверхностных грунтов, засыпка оврагов, прудов, старичных озер содействуют нивелированию естественного рельефа.

Техногенные опускания земной поверхности

Отвалы горных пород, золоотвалы угольных тепловых электростанций, оказывая дополнительное давление на поверхность Земли, нарушают ес­тественный геодинамический режим. Извлечение из подземных пластов угля, нефти, газа, воды и т.д. вызывает снижение пластового давления, уплотнение пород. При добыче твердых полезных ископаемых с целью осушения рабочих горизонтов производится откачка шахтных вод. В ре­зультате в пластах образовываются подземные пустоты и полости и обрушиваются кровли отработанного пространства. Здесь так же, как при извлечении нефти и газа, оседает земная поверхность, и возникают депрессионные воронки. Особенно быстро развивается этот процесс на террито­риях, сложенных хорошо проницаемыми песчаными породами, переслаи­вающимися с глинистыми слабопроницаемыми, но сильно сжимаемыми отложениями.

Оседания земной поверхности вызывают подтопление и заболачива­ние территорий, деформацию автотрасс, железнодорожного полотна, во­допроводных труб и других коммуникаций, изменение уклонов русел рек, деформацию промышленных и гражданских сооружений.

Примеры:

В районе Курской магнитной аномалии (КМА) в результате интенсивной до­бычи железных руд и откачки подземных вод образовалась депрессионная ворон­ка площадью более 200 км². Отдельные участки старейших бакинских нефте­промыслов за 50 лет опустились на 2,5 м. На нефтепромыслах Лонг-Бич в Кали­форнии (США) за 15 лет территория в 30 км² опустилась на 2,7 м. Вследствие откачки подземных вод город Мехико за 80 лет осел на 6-7 м. По той же причине на несколько сантиметров в год опускаются некоторые районы Токио, и на 2,5-10 см в год -расположенный на мягкой болотистой почве город Бангкок, столи­ца Таиланда.

В долине р. Сан-Хоакин (Калифорния, США) за 59 лет из недр было изъято примерно 70 млн м³ подземных вод. Их уровень снизился на 153 м, техногенное опускание земной поверхности достигло 9 м. В Лондоне глубина техногенной депрессионной воронки достигает 100 м, в Киеве - 65 м, в Москве – около 50 м.

Известны случаи серьезных нарушений, когда поверхностные или под­земные воды, достигнув заброшенных разработок месторождений каменных солей (NaCl), растворяли оставленные целики солей.

Искусственное выщелачивание, растворение и выплавление химиче­ских элементов - основа геотехнологических методов добычи полезных ископаемых. При этом увеличивается пористость пород, образуются крупные полости, создаются условия для обрушения кровли выработанных за­лежей и просадки дневной поверхности.

Причина нарушения геодинамического равновесия и крупных катаст­роф - техногенное уплотнение грунтов.

Примеры:

В 1973 г. при возведении домов на искусственном острове в японском порту Наха нагрузка на грунт превысила допустимую более чем вдвое. Образовалась расщелина глубиной 40 м и шириной 100 м, в которую провалились семь домов, включая 20-этажное здание отеля.

То же самое, но медленнее, происходит и на морском дне. В Северном море на норвежском месторождении Экофиск нефтяные платформы погружаются в воду со скоростью около 45 см в год.

В 1878-1881 гг. в районе города Эпиналя (Франция) были возведены плотина Бузей и водохранилище емкостью свыше 7 млн. м³. Залегавший под водохранили­щем водопроницаемый трещиноватый песчаник не выдержал искусственной на­грузки. В плотине появились трещины, началась течь. 27 апреля 1895 г., когда во­да поднялась до максимального уровня, часть плотины длиной 182 метра внезап­но опрокинулась.