Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля
Проседание грунтов деформирует дренажные системы на соляных месторождениях и заставляет постоянно их ремонтировать. Проседанием было вызвано и обрушение набережной канала в Нортуиче 21 июля 1907 г.; при этом канал полностью пересох и многие баржи остались на мели. Железнодорожная линия между городами Кру и Ливерпуль была проложена в Уинсфорде в 1866 г. на уровне грунта, однако непрерывные оседания и соответствующее регулирование положения рельсов привели к тому, что к 1882 г. линия оказалась на насыпи высотой 9,2 м.
Во второй половине XIX века был сильно разрушен Данкерк — пригород Нортуича. Данкерк в то время являлся центром разработки соляных месторождений и откачки рассола.
К 1830 г. провал Уиттон уже вполне оформился и в него впадал ручей Уинчем. Дома, дороги, каналы и соляные выработки продолжали непрестанно разрушаться, и в 1880 г. эту местность описывали так: «Одни дома нависают над улицей на два фута, другие наклонены в сторону соседних домов и опрокидывают их. Участок длиной 1000 футов и такой же ширины быстро опустился на глубину 40 или 50 футов в средней своей части. Почти 400 домов и прочих сооружений общей стоимостью свыше 100 000 фунтов стерлингов более или менее серьезно повреждены в результате проседания грунта. Район катастроф с каждым годом разрастается».
Типичным примером проседания является пропасть Плэттс-Хилл на северной стороне Данкерка. Первый признак приближающейся катастрофы появился здесь 9 декабря 1892 г., когда уровень рассола в шахте Уиннингтон за ночь поднялся на 9 м и в течение следующих двух суток продолжал быстро возрастать. Очевидно, под землей происходили какие-то большие изменения. Было зарегистрировано дальнейшее повышение уровня рассола, а затем 26 мая 1893 г. вблизи местечка Уинчем-Роуд произошло проседание участка 27,5x4,6 м. Через 17 дней пропасть, развившаяся в результате проседания и известная теперь под названием Плэттс-Хилл, имела глубину 40,3 м и была затоплена. К осени 1894 г. пропасть еще больше увеличилась, по ее крутым стенкам сползал грунт, в провал продолжала поступать вода. Земля вокруг провала растрескалась, что вызвало повреждение близлежащих зданий. 28 июля 1896 г. пропасть Плэтсс-Хилл была измерена; оказалось, что ее диаметр составляет 87 м, а максимальная глубина 50,3 м; пропасть все еще росла. Повреждения дорог, зданий и соляных выработок в окрестности продолжались до осени 1897 г., когда провал постепенно перестал расширяться и стабилизировался.
Не таким типичным, но имеющим в основном то же происхождение и гораздо более ярким было Великое проседание, случившееся в Данкерке 6 декабря 1880 г. В 6 ч утра местные жители были разбужены сильным грохотом. Участок земли около 0,5 км в поперечнике начал трястись, то поднимаясь, то опускаясь. Из трещин в земле вырывался воздух. Наиболее впечатляющим это зрелище было у озера Эштонс-Олд-Рок, где струи грязевых фонтанов били вверх почти на 4 м. Очевидно, все эти явления были следствием массовых обрушений старых шахт и прорыва воды. Источник ее был впоследствии обнаружен: поперек течения ручья Уинчем образовалась громадная трещина, через которую вся вода ручья ушла под землю. В 9 ч на дне ручья возникла еще одна трещина, которая повредила часть близлежащих соляных выработок. В низовьях же ручья Уинчем направление течения сменилось на обратное, это привело к частичному осушению довольно большого озера.
Кроме того, значительная часть вод реки Уивер устремилась |в пропасть в земле. Народ собрался посмотреть, как от берега отваливаются куски и исчезают в пучине. В 4 ч дня в соседнем водоеме раздался сильный взрыв, и толпа бросилась врассыпную, ибо из-под земли забила струя грязи и воды на 9 м вверх. Очевидно, произошло еще одно обрушение, которое замедлило развитие первого, блокировав какой-то подземный канал. Водоворот ослабел. Часом позже на месте соляных разработок рухнула высокая труба, так как площадь проседания расширялась. В 6 ч вечера около скважины неожиданно осел кусок грунта диаметром 150 м, глубокие ямы поглотили две печи для обжига кирпича и несколько строений. На следующий день все уже было спокойно.
Можно заключить, что естественное растворение соли и последующее проседание в Чешире всегда будут создавать трудности, пусть даже относительно небольшие. Кое-что можно предусмотреть, например, где будет происходить естественное проседание, поскольку многие водные потоки в соляных пластах уже установились, а максимальное растворение наблюдается там, где пресная вода впервые проникает в соляной пласт. Многие соляные потоки текут вдоль простирания пластов к местам выхода на поверхность источников, и их движение может направляться структурой пластов каменной соли и существующими разломами. Там, где растворенные соляные пласты перекрываются плейстоценовыми песками, проседание грунта однородное и слабое; в местах же, где перекрывающими породами являются более твердые мергели, обрушения происходят довольно редко, однако они бывают более значительными, поскольку мергелевые пласты имеют ограниченную несущую способность.
Старые методы добычи, имевшие гибельные последствия в районе Нортуич, сейчас не применяются, поскольку нет возможности сделать их безопасными. Естественным растворением сейчас добывается в Чешире менее 10 % соли, и в будущем эта доля будет сокращаться. Комиссия по ликвидации проседания эффективно борется с порчей земли и повреждением строений, связанными с добычей соли. Образованная в 1891 г., эта комиссия получила достаточные полномочия только в 1952 г. В ее функции входят также консультации строительных предприятий по вопросам обвалов грунта и мерам предосторожности против этой опасности. Приятно отметить, что деятельность комиссии сокращается, поскольку человеческих жертв нет уже с 1939 г., а способы добычи не вызывают опасного проседания. Сейчас соль разрабатывается безопасным путем. Уроки бесконтрольной добычи были усвоены.
Проседание в неконсолидированных осадках
Уплотнение — это естественный процесс, при котором осадки уменьшаются по объему, что чаще всего происходит вследствие давления перекрывающих осадочных слоев. Большинство осадочных пород отлагается в воде, и уплотнение — это часть процесса превращения их в твердую породу. Следует отметить, что геологи называют это уменьшение первоначального объема уплотнением, тогда как инженеры-строители называют его консолидацией. Отсюда и происходит термин «неконсолидированные осадки», обозначающий рыхлые, крошащиеся и еще не уплотненные породы. Для инженеров термин «уплотнение» относится к искусственным методам, таким как трамбовка или вибрация, вызывающим сокращение объема, называемое ими консолидацией. В последующих разделах термин «уплотнение» будет использоваться в геологическом смысле этого слова.
Экстремальный случай уплотнения касается породы растительного происхождения — торфа. Определить уплотнение торфа сложно, так как этот процесс может продолжаться миллионы лет, до тех пор пока торф в конце концов не превратится в уголь. Можно считать, что торф уплотняется более чем в 10 раз относительно своего первоначального объема. Большая часть этого сокращения связана с удалением воды, что лежит в основе уплотнения большинства осадков. Следовательно, уплотнение торфа может сильно зависеть от деятельности человека. Район Фенланд к югу от залива Уош в восточной Англии являет собой классический пример уплотнения торфа и проседания, связанного с осушением (поскольку торфяники создают очень плодородную землю). В 1848 г. в лежащий ниже торфа слой была поставлена железная труба, по положению которой можно судить о погружении поверхностных слоев. К 1932 г. земля осела более чем на 2,5 м, а мощность торфяного слоя сократилась почти на 4,5 м. Уплотнение на 56 % произошло менее чем за 100 лет. В 1848 г. нижние слои торфа уже были значительно уплотнены под влиянием веса перекрывающих пород, уплотнение продолжается и в настоящее время.
Если из торфа удалена вода, то идет дальнейшее сокращение объема, связанное с потерей материала при окислении. В маломощных слоях торфа это может в конце концов привести к непригодности их для сельскохозяйственного использования из-за недостаточной мощности. В США есть примеры проседания торфа, особенно на Флоридской низменности. Здесь уровень грунта при культивации падает примерно на 30 см за 10 лет. При этом участки максимального проседания примыкают к осушительным каналам. Дельта реки Сакраменто в Калифорнии представляет собой обширный торфяной район, который осушался в сельскохозяйственных целях. Вследствие этого местность опустилась ниже уровня моря, и при возникновении проломов в искусственных речных дамбах происходят грандиозные наводнения.
Торф является не единственным материалом, который так сильно уплотняется. Голландские инженеры при осушении земель, ранее покрытых морем, обнаружили, что глины уплотнились на 25–50 % в зависимости от размера зерен и содержания алеврита. Глины по сравнению с торфом сокращаются в объеме в меньшей степени, кроме того, это не связано с химическими изменениями. Поэтому последствия процесса легче предсказать. Собор Темпль в городе Бристоль (Англия) был построен в XIV–XV веках, когда геологические условия установки фундамента еще были неизвестны. Возведенный на влажном грунте аллювия реки Эйвон, он имел шансы устоять. Сейчас башня собора отклонена на 1 м 22 см от первоначального положения, но все еще стоит. В более просвещенные времена, т. е. недавно, в городе Ноттингем (Англия) было построено промышленное предприятие на похожем с геологической точки зрения месте — на аллювии реки Трент. Были приняты во внимание и учтены уплотнение и просадка, и сооруженные заводские корпуса осели с очень небольшими деформациями. Зато возникла дополнительная проблема — наклон флигелей, расположенных в сфере оседания, вызванного большими зданиями.
