книги / Опасные природные процессы. Вводный курс

Глава 10. Гидрологические и гидрогеологические опасные природные процессы

10.6.2

Разрушительная работа подземных вод.

Карст, суффозия

Негативное действие подземных вод сводится к хи­ мическому взаимодействию их с горными породами (растворение, гидра­ тация, гидролиз, окисление, выщелачивание) и механическому дроблению и вымыванию силами движущихся потоков. Перенос разрушенного мате­ риала осуществляется больше в химическом состоянии, меньше — во взве­ шенном и влекомом состоянии.

Процессы химического разложения горных пород под воздействием подземных и поверхностных вод называются карстовыми процессами или карстом (плато в Югославии).

Карст представляет собой процесс растворения, выщелачивания тре­ щиноватых растворимых горных пород подземными и поверхностными во­ дами, в результате которого образуются отрицательные западинные формы рельефа на поверхности Земли и различные полости, каналы и пещеры в глубине.

Наиболее благоприятными условиями для карстообразования являются галоидные, сульфатные и карбонатные породы. Они легко растворяются и выщелачиваются с образованием полостей различных размеров и форм. Способствующие факторы: влажный климат (большие воды), ровный рель­ еф (увеличивает длительность воздействия поверхностных вод), наклонное залегание горных пород (дает интенсивную циркуляцию между слоями), присутствие минеральных и органических кислот.

В зависимости от особенностей залегания растворимых горных пород, наличия или отсутствия водоупорных образований карст делится на откры­ тый и закрытый. Открытый карст развивается в растворимых породах, выхо­ дящих на поверхность Земли. Формы карста: рытвины, борозды (карры, карровые поля), карстовые воронки, колодцы (рис. 10.28).

При растворении известняков остается нерастворимый, глинистый ма­ териал красного или кирпичного цвета. Накапливаясь, этот материал созда­ ет своеобразную кору выветривания, называемую терра-росса. При интен­ сивной вертикальной циркуляции возникают каналы (поноры), отводящие поверхностную воду вниз (рис. 10.29). Сильное развитие поноров свидетель­ ствует о том, что на глубине должен быть отвод поступающих туда с поверх­ ности вод, и, следовательно, возможно сильное развитие значительных кар­ стовых форм с образованием пещер, колодцев, каналов, которые в будущем могут стать причиной значительных просадок грунта.

455

Гшва 10. Гидрологические и гидрогеологические опасные природные процессы

Рис. 10.30. Слева — процесс сталийного образования карстовых воронок: А блюдцеобразная западина просасывания: Б — воронка просасывания: В карстовый колодец провального происхождения; 1 — глинистые некарстуюшиеся слои; 2 — кар стуюшиеся известняки. Справа — карта зоны развития поверхностного карста [Леон­ тьев О.К., Рычагов Г.И., 1979]

Воронки, сливаясь, образуют слепы е овраги причудливых очертаний, получившие название увалы (бывают до 700 м в поперечнике и глубиной до 30 м).

Еще более крупные карстовые ванны —полья — обширные, плоскодон­ ные с крутыми стенами понижения в несколько десятков километров дли­ ной и несколько километров в поперечнике (карстовая зона Герцеговина в Югославии имеет площадь 180 км2). Закрытый, или подземный, карст разви­ вается в растворимых породах на некоторой глубине. Образуются вертикаль­ ные и наклонные карстовые ходы, карстовые колодцы, шахты и карстовые пещеры (рис. 10.31).

Карстовые пещеры могут быть горизонтальными и наклонными, иметь один или несколько входных отверстий, содержать целые лабиринты и раз­ ветвления, образовывать } зкие расщелины и огромные залы до сотен мет­ ров длиной и 20—30 м высотой. Карстовые пещеры могут служить руслом подземных рек. В карстовых пещерах образуются натечные образования (сталактиты — свисающие сосульки, сталагмиты — натечные встречные об­ разования, растущие со дна; столбы или колонны образуются за счет слия­ ния сталактитов и сталагмитов) (рис. 10.32).

457

Гшва 10. Гидрологические и гидрогео югические опасные природные процессы

Вкаждой карстовой области можно выделить 3 этажа, или зоны, разли­ чающиеся по гидрогеологическому режиму. В верхней зоне аэрации, или зо­ не вертикальной циркуляции преобладает периодическое (время дождей или таяния снега) свободное гравитационное движение воды. Средняя зона — это зона периодического полного насыщения. Здесь происходят резкие колеба­ ния уровня подземных вод из-за поступления вод с поверхности. Циркуля­ ция здесь почти горизонтальная, но у краев может быть и вертикальной. Это наиболее активная зона с образованием пещер. Нижняя зона — это зона по­ стоянного полного насыщения. Верхняя ее граница, самый низкий уровень зеркала грунтовых вод, — водоупорный горизонт.

Карстообразование с большой скоростью (более 10 воронок в год) нега­ тивно влияет на сельское хозяйство.

Потоки по карсту делятся на: эпизодические речки с днищами выше уровня грунтовых вод карстового массива; постоянно текущие реки с доли­ нами до уровня грунтовых вод; реки, врезавшиеся в водоупорные породы, пещерные реки.

Карстовый процесс — это денудационный процесс, поэтому протекает он по-разному в разных климатических зонах.

Негативные последствия:

водоносные горизонты карстовых регионов легко подвергаются загрязне­ нию по крупным зияющим трещинам и пустотам и плохо очищаются в про­ цессе фильтрации:

врайонах гидротехнического строительства развитие карста может при­ вести к большой утечке воды из водохранилища и даже к разрушению пло­ тины на участках максимальной нагрузки;

при проектировании подъездных путей, шоссейных и железных дорог учитывают опасность сползания грунта;

при постройке водохранилищ может произойти подъем воды до уровня карстующихся пород, такой же процесс может происходить во время паводков.

Скорость развития карста выражается отношением (в процентах) объема растворенной породы, выносимой подземными водами из карстового масси­ ва, к общему объему карстующихся пород за определенный отрезок времени (обычно принимается за тысячелетие).

Суффозия (подкапывание) — это механическое разрушение подземных стру­

ктур водами. Происходит в глинах, суглинках, лессах. Явление характерно для засушливых районов: по трещинам усыхания и блокам идет вымывание по­ род. Возникают суффозионные провалы, колодцы, овраги, воронки и блюдца.

Наиболее широко распространены процессы суффозии в городских ус­ ловиях из-за прорывов городской канализации. В качестве примеров можно привести провалы зданий в Москве на Варшавском шоссе в 1985 г. и про­ вал автомобиля на Неглинной и т.д.

Негативное воздействие. Более 20 лет назад обитатели престижных квар­ тир великолепнейшего Александровского пассажа Казани услышали нараста­ ющий треск и скрипы в массивном теле здания. Казалось, подрагивала зем­

459

Pcndei II. Опасные природные процессы

ля. Устрашающий процесс продолжался несколько дней, пока недра города, урча, не поглотили значительную часть здания вместе с профессорскими би­ блиотеками, роялями, старинной мебелью, захватив заодно и знаменитый кинотеатр «Пионер».

Почему же сравнительно легкие конюшни полетели в тартарары, а мас­ сивная махина высотной гостиницы стоит? Отчего половина Пассажа вме­ сте с фасадной частью устояла? Оказывается, оба объекта опираются как бы на вершину подземных гор.

Если представить землю, на которой стоит Казань, головкой сыра, то на разрезе она будет ноздреватой. Пустоты на разной глубине образовались от растворения водой податтивых горных пород. Эти полости и пещеры могут быть самых разных размеров.

Если в необжитых местах подземные полости промыты природной во­ дой, то под большими городами карсты в основном являются следствием че­ ловеческой неосмотрительности.

Человек пытается бороться с карстом, укрепляет фундаменты зданий и сооружений.

В1988 г. предприниматели — владельцы здания заказали и оплатили до­ рогостоящие научно-изыскательские работы по изучению таинственных грунтов под Пассажем. Постепенно стала вырисовываться фантастическая картина подземной части центра Казани. Уцелевшая часть Александровско­ го пассажа, как и многие щания нынешней улицы Кремлевской, стоит на од­ ной из подземных вершин Чернышевской гривки. Рухнувшая часть Пассажа покоилась, видимо, на осадочных грунтах, изъеденных канализационными и иными неведомыми сточными водами. Его прочнейшие кирпичи где-то там внизу заполнили некую пещеру. А из нее грунтовые воды тоже должны бы­ ли куда-то уходить...

На совещании в Пассаже, где ученые докладывали результаты исследо­ ваний, было сообщение о сети промоин и пещер вдоль потока грунтовых вол, который бежит под улицей Пушкина. Кто знает, куда могут увести и привести таинственные лабиринты под Казанью.

Рядом со зданием Пассажа был построен растворобетонный узел. Те же специалисты, которые укрепляли фундамент башни Сююмбике, специаль­ ными станками бурили глубокие скважины под фундаментом и закачивали ту за десятки и сотни кубометров специального раствора. Спустя несколько месяцев установленные в стенках «маячки» показали заметную стабилиза­ цию расползающегося здания.

ВМоскве весной 2000 г плывун прервал движение поездов в районе станции метро <Домодедовская» В Большом Балканском переулке непода­ леку от метро «Красносельская» провалилась на глубину до 3 м часть двора площадью 30 м Всем памятна и крупнейшая авария на Большой Дмитров­ ке, где под землю ушла значительная часть улицы рядом с домом № 18.

За последние 40 лет на территории Москвы зафиксировано около 45 крупных провалов почвы, проседаний и менее значительных происшест­

460