2.2. Геологические чрезвычайные ситуации (экзогенные геологические явления)

2.2.1. Склоновые процессы

Большая часть поверхности Земли – это склоны. К склонам относятся участки поверхности с углами наклона, превышающими 1°. Они занимают не меньше 3/4 площади суши. Чем круче склон, тем значительнее составляющая силы тяжести, стремящаяся преодолеть силу сцепления частиц пород и сместить их вниз. Силе тяжести помогают или мешают особенности строения склонов: прочность пород, чередование слоев различного состава и их наклон, грунтовые воды, ослабляющие силы сцепления между частицами пород. Обрушение склона может быть вызвано отседанием – отделением от склона крупного блока породы. Отседание типично для крутых склонов, сложенных плотными трещиноватыми породами (например, известняками). В зависимости от сочетания этих факторов склоновые процессы приобретают различный облик.

К склоновым процессам относится большая группа процессов движения масс грунта и снега, происходящего за счет силы тяжести: обрушения, камнепады, оползни, солифлюкционные потоки, смещения курумов и каменных глетчеров, снежные лавины, подвижка ледников и т. п. Общее условие начала смещения материала вниз по склону – достижение такого состояния, при котором сдвигающее усилие (составляющая сила тяжести, параллельная склону) оказывается больше удерживающих сил (сцепление сдвигаемого слоя с ложем, внутреннее сцепление в слое, не имеющем резкой нижней границы).

Причины начала движения делятся на три группы: увеличение сдвигающего усилия, уменьшение удерживающих сил, дополнительный внешний импульс. Увеличение сдвигающего усилия может быть вызвано возрастанием массы смещающегося слоя (рост высоты снежного покрова при снегопаде или метели – для схода лавин; утяжеление грунта за счет промачивания дождями – для соответствующих видов оползней; антропогенная нагрузка склонов – также для оползней и т. д.). Увеличение сдвигающего усилия может быть вызвано также изменением угла склона – речным подмывом, абразией и т. п. Уменьшение удерживающих сил на подошве двигающегося слоя может происходить за счет ее «смазки» водой – при дождях, снеготаянии, при утечках из оросительных каналов и водопроводов, при подтоплении и затоплении подножия склона и т. п. Дополнительными внешними импульсами, обеспечивающими начало движения (обычно – обрушения), служат всевозможные сотрясения – сейсмические толчки, рудничные взрывы и т. п.

Камнепады, обвалы грунта, обрушения ледников происходят в форме свободного падения на значительной части пути, но имеют существенные различия в зависимости от масштаба явления. На крутых (30° и более) склонах распространены камнепады – случаи движения одиночных камней или небольших групп. Движение камней происходит в форме неоднократных «прыжков» со скоростью 40–60 м/с (150–200 км/ч). Причинами падения камней служит выдувание или вымывание из-под них мелкозема, сталкивание их языками оползающего грунта, а также процессы намерзания и таяния под ними льда. Наиболее крупные камнепады возбуждаются сильными ливнями. Камнепады наиболее опасны на автодорогах, промышленных и крутосклонных ущельях Памира, Алтая, Тянь-Шаня, Кавказа.

Обвалы отличаются от камнепадов не просто большим объемом, а сплоченностью облака обрушивающегося материала, что меняет характер его движения. В движение вовлекается воздух, тело обвала приобретает обтекаемую (каплевидную) форму, обволакивается попутным воздушным потоком (воздушная волна) и проходит большое расстояние. Скорость движения обвалов на отдельных участках пути может достигать (90 м/с) 300 км/ч, длина пути – многих километров. Причиной крупных обвалов служат землетрясения. Горный склон как бы вскипает и приходит в движение. Масса камня и земли несется вниз, разделяясь на потоки. Они сливаются с потоками с противоположного склона и устремляются вниз по долине, обогащаясь водой и мелкоземом.

Крупные обвалы ледников также возбуждаются землетрясениями. Наиболее известен Уаскаранский обвал в Перу при землетрясении в мае 1970 г. Масса льда, сорвавшаяся с г. Уаскаран, на своем почти двадцатикилометровом пути обратилась в грязекаменный поток, двигавшийся со скоростью до 320 км/ч. Высота фронта достигала 80 м. Он легко преодолевал холмы высотой до 140 м и уничтожил город Ранраирка и часть города Юнгай, в результате чего погибло 67 тыс. человек.

Обвалы снега, возможные для склонов 25° и более, относительной высотой 20–40 м и более, при толщине снежного покрова более 30–40 см над поверхностью микрорельефа называются снежными лавинами. Скорость степных лавин достигает нескольких десятков м/с, объем – млн м³, давление на препятствие – 100 т/м² (давление 3 т/м² разрушает деревянные постройки, 100 т/м² – каменные здания), толщина лавинных завалов на дне долин 30–50 м.

Потоки шириной до десятков метров и длиной до сотен метров – это оползни. Они распространены по всем склонам разных долин и абразионных террас. Например, на европейской части России от них страдают десятки городов, расположенных на высоких берегах рек. Оползни, распространены вне зоны многолетней мерзлоты, относятся к категории оползней скольжения и возникают, чаще всего, за счет подрезки склонов эрозией или абразией, водной смазки подошвы, сотрясения или дополнительной нагрузки на склон. Оползень может быть почти или вовсе неподвижен в течение многих лет и испытать несколько периодов краткосрочной активизации, когда скорость его движения может достигать десятков метров в час. К особому виду оползней, характерному для области многолетней мерзлоты, относятся каменные глетчеры, распространенные в горноледниковом поясе в 20–40 % долин. Естественные каменные глетчеры с их большой массой (ширина – десятки метров, длина – сотни метров, толщина – до 20–30 м) и постоянным, хотя и медленным движением, могли бы представлять угрозу для любых сооружений, оказавшихся на их пути.

Массовое смещение рыхлого покрова склонов происходит повсеместно, где нет оползней и других более сильных склоновых процессов, и остаётся единственным типом этих процессов на тех склонах, что положе угла естественного откоса. Оно затрагивает обычно верхний слой толщиной в дециметры – немногие метры, идёт со скоростью до дециметров в год. Причинами смещения могут служить сильное увлажнение, изменение объёма грунта при замерзании – оттаивании или при нагревании – охлаждении. В соответствии с этими причинами выделяют виды таких процессов – солифлюкцию, десерпцию, конжелифлюкцию и др. Минимальные углы наклона, при которых заметны такие смещения, находятся в интервале 5–10°. В диапазоне углов наклона 10–30° скорости смещений приблизительно пропорциональны квадрату уклона. Если не считать «быструю солифлюкцию» (тонкие оползни – сплывы размокшего грунта), массовое смещение рыхлого покрова опасно там, где происходит дифференцированно, полосами. Наибольшие скорости таких потоков находятся обычно в диапазоне 0,1–0,5 м/год, но этого достаточно для того, чтобы изгибать и изламывать трубопроводы.