В.С.Хромовских
Предисловие
Эта книга повествует о крупных и наиболее грандиозных (из известных на Земле) обвалах, оползнях, грунтовых и ледово-каменных лавинах, вызванных землетрясениями или человеческой деятельностью. Размеры их подчас поражают воображение. Целые горы объемом в сотни миллионов и даже миллиарды кубических метров обрушиваются в долины, и нередко с огромной скоростью, достигающей сотен километров в час, покрывают расстояния иногда в десятки километров. Пришедшие в движение массы раздробленных пород с адским грохотом устремляются вниз, сметая все на своем пути. Они могут подниматься над землей, скользить на воздушной подушке, перелетать через гребни гор, поглощая города и селения. Впереди каменно-земляного вала движется волна сжатого воздуха, поднимая над землей дома и людей, вырывая с корнями вековые деревья.
Землетрясениям, ураганам, извержениям вулканов и наводнениям посвящена обширная научно-популярная литература. В ней нередко упоминается об обвалах и оползнях, но в основном как о второстепенных, сопутствующих явлениях. Даже снежные лавины и селевые потоки удостоились в последнее время внимания. Именно им посвящены прекрасные обобщающие работы М. Отуотера, К. Лосева и Ю. Виноградова. Обвалам, оползням и каменным лавинам повезло меньше, хотя изучение их представляет большой научный и практический интерес, а по силе своего разрушительного воздействия они зачастую не уступают упомянутым природным явлениям. Например, из числа жертв (200 тысяч человек) землетрясения 16 декабря 1920 г. в Китае большая часть погибла под оползнями. Уаскаранская ледово-каменная лавина унесла почти столько же жизней, сколько и вызвавшее ее Перуанское землетрясение 31 мая 1970 г.
Стремление людей в горы объясняется прежде всего хозяйственными нуждами (строительством гидроэлектростанций, горнодобывающих предприятий и т. д.). В то же время сегодня небывалых размеров достигла индустрия туризма. Огромная армия спортсменов и любителей экзотики ежегодно устремляется на покорение скалистых пиков или стремительных рек. Надо помнить, что горы — это не только место, где можно проверить себя и товарищей на самоотверженность, выносливость и взаимовыручку. Не только среда, где закаляются характеры, но и арена проявления поистине титанических сил природы, опасных по своим последствиям.
Обвалы и оползни нередко возникают внезапно и чаще всего там, где их совсем не ждут. Сведения о них не только поучительны для всех, кто живет в гористых местностях, особенно подверженных землетрясениям, или нарушает своей деятельностью устойчивость склонов, но и наглядно демонстрируют значение обвально-оползневых процессов в преобразовании лика нашей планеты и содержат данные для выработки мер защиты от их губительных последствий.
Введение
При строительстве в горных районах большое значение имеет оценка степени устойчивости склонов. Возникающие здесь обвалы и оползни приводят к трудновосстановимым потерям, необратимым изменениям ландшафта, а при разрушении некоторых промышленных предприятий — и к загрязнению природной среды. Знание обстановки, в которой происходят такие явления, важно для перспективного планирования застройки территорий и размещения объектов народного хозяйства.
Опасность возникновения обвалов и оползней и необходимость изучения условий их образования многократно увеличиваются в сейсмически активных областях, занимающих только в нашей стране 29 % ее территории, на которой проживает около 80 млн. человек и находится 9 столиц союзных республик. Важность разработки этой проблемы отражена в решениях XXVI съезда КПСС в разделе «Охрана природы»,[1] а в соответствии со специальным постановлением Совета Министров СССР[2] начаты исследования, направленные на разработку схем инженерной защиты территорий от опасных геологических процессов, в том числе обвалов и оползней. Немалую пользу в этой работе может принести обобщение материалов о наиболее крупных из них, когда-либо происходивших на земном шаре.
Разработанный Г. С. Золотаревым метод аналогий в прогнозе обвально-оползневой опасности, который использован и нами, позволяет выявить некоторые общие закономерности потери устойчивости склонами, где бы они ни находились: в Америке, Европе, Азии или на любой другой территории.
Ущерб от обвалов и оползней огромен. По данным Р. Шустера и Р. Кризека, в США размер прямых убытков только от разрушений оползнями зданий и территорий составляет 500 млн. долларов в год, а с учетом ущерба, наносимого другим сооружениям, эта цифра возрастает как минимум до 1 млрд. долларов в год. Имевшие место и предполагаемые экономические потери от склоновых смещений за период с 1970 до 2000 г. лишь в одном штате Калифорния составят 9,9 млрд. долларов.
В последние годы опубликовано немало статей и книг, содержащих сведения об обвалах и оползнях, поскольку проблема их прогноза и предотвращения находится под неусыпным вниманием ученых. Не претендуя на полноту перечня, можно назвать работы Г. С. Золотарева, В. Д. Ломтадзе, Е. М. Сергеева, Е. П. Емельяновой, В. П. Солоненко, В. С. Федоренко, К. Зарубы, В. Менцла, сборники о стихийных бедствиях под редакцией Г. Ф. Уайта и о геологических стихиях Б. А. Болта с соавторами, материалы симпозиумов в Душанбе в 1975 г. и Праге в 1977 г., наконец, монографию Р. Шустера и Р. Кризека, вышедшую недавно под редакцией уже упомянутого профессора Г. С. Золотарева. В указанных изданиях нередко оказывались опущенными весьма важные и интересные детали геологических условий проявления и механизма возникновения наиболее выдающихся склоновых смещений. Это касается, например, таких крупнейших оползней на Земле, как Сеймерре, Мантаро, а также оползня Эльм и других подобных образований, сведения о которых автор старался представить в наиболее полном виде.
В настоящее время разработано множество классификаций обвально-оползневых смещений и неизмеримо возросла научно-техническая, в том числе экспериментальная, база для их изучения. Для прогноза этих явлений всегда важно знать геологические условия их возникновения. Особенно это касается обвалов, оползней и каменных лавин, возникающих при землетрясениях, потому что они поражают объекты, находящиеся на значительном удалении от мест зарождения оползней. Все это учитывается при составлении прогнозных карт обвально-оползневой опасности в сейсмоактивных районах.
Поясним наиболее часто употребляемые в книге термины.
По определению Е. П. Емельяновой, склонами называются «наклоненные в одну сторону участки земной поверхности природного происхождения. Крутизна склона в каждой его точке определяется углом наклона к горизонту плоскости, касательной к склону в данной точке».
Устойчивыми считаются склоны, не подверженные разрушению гравитационными процессами, т. е. такие, на которых не отмечается движение грунтов под действием силы тяжести.
Неустойчивыми называются склоны, на которых под влиянием разных факторов ослабевают силы трения и сцепления внутри массива пород, начинается их медленное движение, а затем и быстрое смещение отдельных частей склона. Причины, приводящие к этому, разнообразны. Их множество, но, пожалуй, главные из них — это благоприятная геолого-тектоническая, геоморфологическая и гидрогеологическая обстановка на фоне постоянно идущих поднятий горных областей, интенсивное физическое и химическое выветривание пород, длительная увлажненность территорий атмосферными осадками, глубокий врез речных долин с созданием крутых береговых обрывов, подмыв склонов водотоками и волновой деятельностью озер, морей и океанов.
Поводом к началу быстрого смещения пород на склонах могут быть разные явления: ураганы, вулканические взрывы, землетрясения, хозяйственная деятельность людей и т. д. Различают несколько видов таких смещений, среди которых наиболее значительны обвалы, оползни и земляные лавины.
По определению академика Е. М. Сергеева, «обвал — это отделение крупного блока от массива горных пород на крутом обрывистом склоне, происходящее вследствие потери устойчивости под влиянием различных факторов… и последующее обрушение и скатывание глыбово-щебнистой массы». Иногда при землетрясениях или по иным причинам отламывается фронтальная часть ледника. При ее обрушении возникает ледовый обвал. «Оползни — это скользящее смещение горных пород на склонах под действием собственного веса…» Довольно часто такие смещения носят сложный характер, включая элементы оползания и обваливания отделившейся части склона. Они называются оползнями-обвалами.
Земляные лавины, по классификации В. П. Соло-ненко, возникают при землетрясениях на склонах гор, покрытых мелкообломочными осыпями и другими рыхлыми породами (пески, глины, суглинки и т. д.). Смещающиеся в таких случаях каменно-земляные массы подобны снежным лавинам, но в отличие от них состоят из рыхлых и раздробленных скальных пород. Нередко возникают смешанные снежно-ледово-каменные лавины, когда обвалившаяся часть снега и льда вовлекает в движение обломочные отложения, покрывающие горные склоны и днища речных долин.
Иногда скальные обвалы в падении дробятся на мелкие обломки и завершают свой путь в виде каменных лавин. В случае землетрясений за счет ускорения, полученного в момент подземного толчка и последующих сейсмических колебаний земной поверхности, обвалы и каменно-земляные лавины приобретают значительную подвижность и покрывают расстояния, в несколько раз превышающие путь подобных образований, возникающих не из-за землетрясений.
Все перечисленные разновидности поверхностных деформаций объединяются в группу склоновых смещений. Они подразделяются на сейсмогравитационные, происшедшие при землетрясениях, и антропогенные, вызванные человеческой деятельностью. Некоторые исследователи называют их сейсмогенными и техногенными соответственно.
Эпицентральной зоной землетрясения называется область на земной поверхности над его очагом.
По современным представлениям, очаг землетрясения, расположенный в верхней оболочке нашей планеты — земной коре, есть не что иное, как разрыв в горных породах, имеющий разную протяженность в зависимости от магнитуды подземного толчка.
Магнитуда (М) землетрясения, по определению Ч.Рихтера, есть расчетная (условная) характеристика величины (интенсивности) землетрясения в его очаге. Она измеряется по амплитудам колебаний земной поверхности, записанных приборами — сейсмографами.
Из землетрясений с очагами в земной коре сильными считаются те, которые имеют магнитуду в интервале от 4 до 8,5 и более.
Интенсивность (сила) землетрясения на земной поверхности измеряется в баллах. Она определяется по реакции людей и предметов на подземный толчок, а также по степени разрушения зданий и размерам видимых деформаций на поверхности земли. В случае отсутствия таких данных сила землетрясения рассчитывается по соотношению значений магнитуд и балльности, установленному при наблюдениях над другими подземными толчками. В большинстве стран, включая Советский Союз, действуют 12-балльные шкалы. Чем сильнее землетрясение, тем больше его магнитуда и тем выше его интенсивность в баллах.
Смысловое содержание других терминов приводится в конце книги.
Часть I
Склоновые смещения, вызванные землетрясениями
Северная Америка
В западной части Северо-Американского континента отмечается сочетание наиболее благоприятных условий для проявления склоновых смещений, в том числе сейсмогравитационных, а именно высоких поднятий с расчлененным крутосклонным рельефом и сейсмичности. Вдоль Тихоокеанского побережья здесь протягивается крупнейшая горная система Кордильер, состоящая из нескольких хребтов, пояса внутренних плато и плоскогорий.
Высоты гор, прорезанных речными долинами, превышают здесь 4 км.
На западе пояс Кордильер окаймлен хребтами Аляски, Сьерры-Невады и др.
Аляска. Гигантский полуостров, омываемый Северным Ледовитым и Тихим океанами и их морями. Страна вечной мерзлоты, бескрайних плоскогорий, величественных хребтов с шапками снега и льда, огнедышащих и потухших вулканов числом более 80, основная часть которых принадлежит Алеутской островной дуге.
В южной части Аляски возвышается высочайшая в Северной Америке гора Мак-Кинли высотой 6194 м, а вдоль берега глубоко вдающегося в материк тихоокеанского залива Аляска протягиваются самые высокие в мире прибрежные горы Св. Ильи и хребет Фэруэтер, покрытые мощной броней ледников. Здесь расположены такие известные пики Северной Америки, как Логан (6054 м), Св. Ильи (5489 м), Ванкувер (4788 м), Фэруэтер (4663 м) и Хубард (4559 м). Это край голубых фиордов со спускающимися в них языками ледников и громадами айсбергов.
Южная Аляска и примыкающая к ней цепь Алеутских островов представляют собой одну из наиболее значительных сейсмических зон мира. С 1899 и до мая 1965 г. на этой территории зарегистрировано 7 землетрясений с магнитудой равной или более 8, что соответствует мировым катастрофам, и более 60 землетрясений с магнитудой равной или больше 7.[3]
Около 7 % всей сейсмической энергии, освобождаемой на земном шаре, приходится на сейсмоактивную зону Аляски.
Сильнейшие землетрясения произошли здесь 3 и 10 сентября 1899 г. Они разразились в малонаселенной области залива Якутат. Магнитуда землетрясения 3 сентября составила 8,3, а 10 сентября — 8,5. Сила этих землетрясений в эпицентрах могла достигать 11–12 баллов. Подземные толчки сбросили со склонов огромные массы льда, снега и горных пород. Впоследствии это происходило и при других, не менее сильных землетрясениях (1958, 1964 гг.).
Сейсмически активными являются и горные районы на западе США. Например, по данным известного сейсмолога Ч. Рихтера, за 50 лет с начала XX в. в штатах Невада и Калифорния произошло 87 подземных толчков с М=6–8,3, сила которых достигала 8 и даже 10–11 баллов.
Эпицентры сильнейших землетрясений Аляски
Пояс высокой сейсмичности продолжается и далее на юго-восток, в район Мексиканского нагорья. Мощные подземные удары с М=8,1 охватили эту тeрриторию в 1907 и 1932 гг.; 4 февраля 1976 г. здесь разразилось сильнейшее 10-балльное (М=7,5) землетрясение Центральной Америки — Гватемальское.
Как и горные сооружения Аляски, Береговые хребты на западе Северо-Американского континента увенчаны цепью больших вулканов. Многие из них были активны десятки миллионов лет назад, другие действуют и поныне. Вулканические постройки высотой до 4395 м (гора Рейнир) представлены щитами, кратерами, куполами, сложенными базальтами, туфами и лавами разного состава. Крутые склоны вулканических конусов расчленены глубокими ущельями — каньонами, по которым в долины рек спускаются ледники.
Интенсивное физическое выветривание, фумарольная деятельность вулканов, нередкие взрывы пара — все это, вместе взятое, как и часто повторяющиеся землетрясения, способствует формированию неустойчивых склонов и возникновению обвалов, оползней и каменных лавин.