На дне океанов
Под уровнем океанов скрыты громадные хребты, высоты которых нередко превосходят высоты гор на материках. Даже гигантские горные системы Анд и Гималаев с их вершинами в 6000–8000 м уступают по протяженности и высоте скалистых пиков их собратьям, почти полностью скрытым в глубинах океанов. Более чем на 60 тыс. км протянулись срединноокеани-ческие хребты, рассеченные в их центральных частях громадными продольными трещинами-рифтами.
Высота подводных хребтов нередко достигает 7000—10 000 м и даже более, что на километры превышает высочайшую континентальную вершину земного шара—г. Джомолунгму (Эверест, 8848 м).
Марианский желоб, протянувшийся вдоль одноименных островов в западной части Тихого океана, имеет длину около 1 500 тыс. км, V-образный профиль, плоское дно шириной 1–5 км и крутые (до 9°) склоны. Марианский архипелаг — вулканического происхождения. Его восточные шесть коралловых островов, покоящиеся на вулканических основаниях, отделены от отмеченного желоба склоном с пологой верхней частью, покрытой мощным слоем рыхлых осадков, и значительно более крутой нижней, примыкающей к Марианскому желобу. Глубина последнего достигает 11 022 м.
В отмеченных случаях, как и на большей части периферии Мирового океана, наблюдается ситуация, когда над крутым континентальным склоном залегает мощная толща пропитанных водой рыхлых отложений, наклоненных в сторону абиссальных глубин и готовых прийти в движение. То же установлено прямыми наблюдениями (включая бурение) в Красном море советскими экспедициями с применением аппаратов «Пайсис». Здесь верхняя шельфовая ступень красно-морского рифта покрыта 200—300-метровой толщей рыхлых водонасыщенных осадков, залегающих на плотных доломитизированных породах. Ниже следует континентальный склон крутизной до 14°, переходящий на глубинах от 1200 до 1600 м в уступ, наклоненный под углом более 40°. И все это нависает над центральной частью рифта, разбитой на гигантские блоки разломами и ограниченной вертикальной стеной высотой 450 м. Сходные и даже более впечатляющие картины поистине грандиозных провалов, отвесных скалистых пиков и крутосклонных конических вершин описывают участники подводной экспедиции «Фамус» в районе Срединно-Атлантического хребта. В таких условиях возникновение подводных обвалов, оползней и селей (турбидитных потоков), срывающихся с гигантских скальных обрывов, представляется вполне естественным. В моменты столь частых на срединно-океанических хребтах сильных (8–9 баллов и более) землетрясений и подводных или надводных вулканических извержений по склонам хребтов мчатся огромные змеевидные тела субаквальных лавин, прыгающих с уступов континентального склона в абиссальные глубины океана. Уместно заметить, что при сильных землетрясениях на материках обвально-оползневая опасность резко увеличивается на склонах крутизной 15° и более. Интенсивность сотрясения на таких участках резко возрастает, и даже в сухих скальных грунтах при благоприятной геологической ситуации могут возникнуть громадные обвалы и оползни.
На дне океанов породы постоянно пропитаны водой, которая под громадным давлением загоняется в образующиеся при землетрясениях трещины в рыхлых и других образованиях, облегчая отрыв и без того неустойчивых водонасыщенных блоков. В рейсе 78Б в 1981 г. американского научно-исследовательского судна «Гломар Челенджер» были получены доказательства высокой проницаемости не только рыхлых отложений, но и всего базальтового слоя на океаническом дне, облегчающей циркуляцию в них морской воды.
Турбидитные потоки (субаквальные сели), представляющие собой пришедшие в движение огромные водонасыщенные массы рыхлых пород на дне океанов и морей, не раз возникали при землетрясениях и фиксировались по разрывам подводных кабелей телефонной и телевизионной связи.
Рельеф дна западной части Соломонова моря — район зарождения подводных оползней и турбидитных потоков (по Д. С. Краузе и др., 1970)
При землетрясении Гранд-Банк 18 ноября 1929 г. (9—10 баллов, М=7) за 13 часов 17 минут было разорвано 12 линий таких кабелей,[17] находящихся на удалении до 800 км от эпицентра. Последовательность, с которой рвались эти кабели, а значит, и прерывалась связь, позволила установить скорость движения потоков, равную на континентальном склоне около 90 км/ч, а в пределах абиссальной равнины — 36 км/ч. Объем рыхлых пород, вынесенных потоком, составил, по предположению, 100 млрд. м
3
(100 км
3
), и они распределились на площади 100 тыс. км
2
слоем толщиной 1 м! Таким образом, объем этого гигантского подводного оползня,[18] превратившегося в турбидитный поток, мог почти в 5 раз превышать объем величайшего на Земле оползня Сеймерре.
Субаквальные сели, возникшие при Алжирском землетрясении 9 июня 1954 г. (9 баллов, М=63/4), разорвали пять линий подводных кабелей, находящихся в 60—100 км от побережья Алжира. Скорость их Движения на континентальном склоне достигала 60 км/ч, а в более глубоководной части — 8 км/ч.
В Колумбии турбидитные потоки, срывающиеся с подводного склона дельты р. Магдалена, 17 раз за 26 лет разрывали подводный кабель, проложенный здесь на глубинах 1000–3000 м.
Одним из наиболее изученных районов является Новобританский желоб в Океании, подходящий с запада к уже упомянутому выше Соломонову желобу. Проложенные по дну рва телефонные кабели были разорваны турбидитными потоками при землетрясениях 1966 и 1968 гг. Многочисленные донные пробы и фотографии участков повреждения кабелей, полученные Д. С. Краузе и его коллегами, позволили понять условия образования, последовательность и динамику турбидитных потоков.
Новобританский желоб протягивается вдоль северного контура глубоководной впадины, граничащей с Новой Гвинеей на западе, о-вом Новая Британия на севере и Соломоновыми островами на востоке. Регион отличается очень большой тектонической подвижностью, сопровождаемой сильными землетрясениями, недавней интенсивной вулканической деятельностью, резкорасчлененным подводным и наземным рельефом. Столь частые здесь тропические ливни способствуют быстрой эрозии и вынесению большого количества илистых и песчано-глинистых осадков в море. Большая часть осадков скапливается в дельтах рек. Наиболее крупная из них — р. Мархам впадает в залив Хьюон, и в ее приустьевой части сосредоточивается основная масса рыхлых отложений, залегающих на шельфе и континентальном склоне и становящихся затем источником турбидитных потоков. Батиметрия желоба благоприятствует их движению. На западе он раздваивается. Главная из его ветвей вклинивается в залив Хьюон и в виде подводной долины подходит к устью р. Мархам, образуя своеобразный лоток, готовый принять для спуска в абиссальные глубины рыхлые осадки. Другая ветвь уходит в направлении пролива Витязь, где она образует плоскодонную впадину, в которой также накапливаются рыхлые отложения, в том числе оползневые и турбидитные, поступающие с полуострова Хьюон и вулканических районов Новой Британии. Таким образом, над глубоководной частью Новобританского желоба нависают две мощные линзы осадков: одна — в устье р. Мархам, другая — у его северо-западного края, в плоскодонном расширении. Достаточно сильного землетрясения, урагана, столь нередких в этих краях, чтобы неустойчивые, рыхлые массы пришли в движение.
Район Соломонова моря, куда входит Новобританский желоб, отличается высокой сейсмической актив; ностью. Здесь происходит 5—10 % всех землетрясении планеты, способствующих образованию турбидитных отоков. Грунты на морском дне испытывают не только воздействия многочисленных местных подземных толчков, но и сотрясения от отдаленных очагов землетрясений. Трудно сказать, какой силы должно быть потрясение, способное вызвать оползание грунтов на подводных склонах. В наземных условиях в зонах наибольшего сотрясения при сильных подземных толчках склоны, казалось бы подготовленные к обручению, нередко не теряют устойчивости. Но в рассматриваемом случае, по мнению Д. С. Краузе, следует полагать, что опасными являются землетрясения с М>6,0, вызывающие сотрясения в 8 и более баллов, эпицентры которых располагаются в радиусе 330 км от дельты р. Мархам, а очаги — в земной коре. Такие землетрясения в пределах указанной площади регистрируются дважды в год, а одно крупное землетрясение с Мз=7,[19] происходящее в этих местах один раз в три года, способно вызвать оползание водонасыщенных пород практически на любом неустойчивом подводном склоне в районе Новая Гвинея — Соломоновы острова. Таким образом, нет недостатка в сейсмических событиях, которые могли бы быть причиной подводных оползней. Другое дело, что частота их возникновения зависит не от частоты землетрясений, а от скорости накопления и степени готовности рыхлых пород к смещению.
От дельты р. Мархам в направлении Новобританского желоба следует узкий подводный каньон со многими ответвлениями. По ним в желоб и залив Хьюон поступает максимальное количество осадков. Влекомые рекой, эти наносы временно задерживаются в головной части каньона вблизи с. Лаэ (рис. с. 95). Происходящие здесь частые оползни уничтожили доки в устье р. Мархам и обезобразили ее берега. На аэрофотоснимках в этом районе видны большие объемы скопившихся рыхлых отложений, протянувшихся на несколько километров в сторону моря. То же самое можно сказать и о дельтах других рек, впадающих в залив Хьюон.
23 декабря 1966 г. эта территория содрогнулась от сильного землетрясения. С крутых склонов дельт сорвались громадные оползни, ждавшие своего часа, и, превратившись в турбидитные потоки, помчались со скоростью 52 км/ч. Главный из них следовал по каньону от р. Мархам. Через несколько часов поток ворвался в один из очень крупных каналов на южной стороне Новобританского желоба и разорвал телеком муникационный кабель.
17 сентября 1968 г. новое землетрясение сбросил в глубины океана неустойчивые массы рыхлых пород. Возникшие турбидитные потоки вновь пробороздили океанское дно. Тот, что двигался по каньону р. Мархам, был, очевидно, менее плотным, чем в 1966 г., и потому имел скорость до 30 км/ч. Он проследовал по узкому каналу теперь уже в центре Новобританского желоба и также разорвал упомянутый кабель, запутав его в сложный клубок. В обоих случаях разрывы кабеля произошли там, где он пересекал подводные каналы и где потоки при их малом сечении, по-видимому, обладали большей энергией удара. Для сравнения другие турбидитные потоки, порвавшие подводные кабели в районе Гранд-Банк, Орлеансвилль и Мессина (Италия), по данным Б. С. Хизна, перемещались со скоростями более 18 км/ч, в том числе в двух последних случаях — до 75 км/ч.
Днище Новобританского желоба на глубинах более 6400 м покрыто отложениями турбидитных потоков, распространившихся от места разрыва кабеля на 75 км восточнее, где их продвижение остановлено поднятием дна. Осадки представлены здесь главным образом глинистым илом. На 23 км от устья р. Мархам потоки вынесли обломки деревьев и разнообразную прибрежную фауну.
Изучение донных проб позволило установить многоактность возникновения турбидитных потоков на протяжении длительного времени. Главный тип отложений — это тонкие чередующиеся слои очень мелкого песка и зеленого ила, второй — крупный песок с галькой и грязью. Грунтовые колонки взяты на глубинах 6606–6493 м. Оказалось, что потоки строго следуют по однажды выработанным желобам, которые все же не вмещают всего объема их содержимого. И тогда верхняя часть потока перехлестывает через край и выливается на дно, не оказывая, однако, при этом своего разрушительного действия. А это чрезвычайно важно для выработки мер защиты будущих подводных сооружений. Зная направление каньонов, по которым транспортируются рыхлые отложения, можно выбрать площадки для строительства на морском дне вне зоны влияния турбидитных потоков. Изучение условий их формирования и мест зарождения представляет задачу огромного практического значения.
На дне Мирового океана, включая шельф и континентальный склон, скрыты огромные минеральные богатства, к добыче которых человечество уже приступило. Это прежде всего нефть и газ, соли, железомарганцевые конкреции и металлоносные илы. По подсчетам академика Н. В. Мельникова, уже сегодня около 40 % доходов от морского хозяйства приходится на добычу минерального сырья и топлива. Это немало, если учесть, что лишь 30–35 % доходов дает торговое судоходство, свыше 10 %—рыбный промысел, 15 % — морской туризм и использование гидрохимических, гидроэнергетических и других ресурсов. Общая ежегодная добыча полезных ископаемых дает доход в 450 млрд. долларов, из них 40 млрд. долларов приносят морские разработки. Эта цифра будет неуклонно увеличиваться. Пока 90 % разрабатываемых ресурсов Мирового океана приходится на нефть и газ. Их добыча, как и других полезных ископаемых, сейчас ограничивается преимущественно зоной шельфа шириной до нескольких десятков километров. Но поиск расширяется. И вот уже фирмы ФРГ и США ведут разведочные работы на громадной территории тихоокеанского дна, в сотнях и тысячах километров от калифорнийского побережья. А фирма «Дипси венчурс» впервые в международной практике юридически закрепляет за собой право на разработку гигантского месторождения железомарганцевых конкреций площадью 60 тыс. км
2
, лежащего на дне Тихого океана на глубине от 3,5 до 5,5 км. Для добычи руды в таких условиях спроектированы глубоководные драги-волокуши различных модификаций, гидравлические сборщики, подводные лодки и другие механизмы. Они автономны или имеют траловую связь с надводным судном-маткой. Но отмеченная поисковая площадь и само месторождение расположены в зонах мощных трансформных разломов, протянувшихся от высокосейсмичного калифорнийского побережья к центральной части Тихого океана. В рельефе дна эти разломы выражены в виде гигантских желобов и уступов, вдоль которых при сильных землетрясениях могут перемещаться турбидитные потоки.
Наступление на морские глубины идет сейчас широким фронтом. Мексиканские ученые на дне океана у берегов штатов Нижняя Калифорния, Веракрус, Кинта-на-Роо и др. обнаружили гигантские месторождения металлических руд. Только вблизи Тихоокеанского побережья найдены залежи железной руды, исчисляемые 232 млрд т.
Глубины океана, так же как и горы, манят людей. Немало интересного имеется там и для всякого рода романтиков моря и искателей приключений. Уже давно и не безуспешно работают многочисленные экспедиции по подъему с морского дна сказочных богатств, награбленных во времена конкисты у многострадальных индейцев Америки и хранящихся в трюмах затонувших кораблей. Недавно создана компания по подъему с океанского дна печально известного «Титаника». Множество и других судов поглощено морской пучиной. Нередко они представляют громадную историческую ценность и сущий клад для археологов. Надо спешить. Не только обычная седиментация, но и подводные оползни и турбидитные потоки покрывают слоем осадков кладбища погибших кораблей. Но надо проявлять и максимальную осторожность, основанную на знании мест, условий зарождения и путей следования субаквальных селей. Подводные аппараты, будь то научно-исследовательские или иные суда, глубоководные драги, стальные ноги-опоры буровых вышек и эстакад, всякого рода трубопроводы и другие коммуникационные сооружения, — все их надо обезопасить или расположить так, чтобы вывести из-под ударов турбидитных потоков. И если сегодня они рвут лишь телефонные кабели и не причиняют иного вреда, то только потому, что слишком мала пока сфера нашего вторжения в необозримые просторы морей и океанов.
Часть II
Склоновые смещения, вызванные человеческой деятельностью (антропогенные)
Великий оползень Канады
В 1903 г. небольшой шахтерский городок Франк в горном массиве провинции Альберта в Канаде пережил трагедию, ставшую поучительной для людей, нарушающих своей деятельностью устойчивость горных склонов.
Франк расположен в долине р. Кроузнест, у самого подножия горы Тартл. 29 апреля вершина горы Тартл по описанным ниже причинам сдвинулась и с высоты около 900 м ринулась вниз, на город. Площадь, на которой произошел срыв пачки известняков, составила почти 1,5 км
2
, а толщина оползневого тела достигала 120–150 м. Около 30 млн. м
3
скальных пород пронеслось вниз по склону со скоростью 160 км/ч. Они покрыли расстояние в 3,5 км от стенки отрыва. Стремительно сместившись со склона, оползень в виде скально-земляного вала шириной по фронту до 2,5 км и высотой до 30 м обрушился в долину р. Кроузнест. Часть г. Франк была погребена под оползневой массой вместе с 70 жителями. 16 шахтеров, работавших в шахтах, были завалены сдвинувшейся породой и чудом спаслись, прокопав себе путь в слоях мягкого угля. Было уничтожено более 2 км железной дороги «Воронье гнездо». Пройдя по днищу около 1,5 км, передовая часть оползня накатилась на крутой противоположный склон, поднявшись вверх по нему на высоту до 95 м. Сюда были заброшены обломки пород размером с крупный двухэтажный дом. В основном же оползневая масса состояла из обломков величиной от 30 см до 1,5 м в поперечнике с равномерным распределением в этой массе блоков с поперечником в 3 м, причем обломки и блоки имели четкие угловатые грани без всяких признаков сглаживания или истирания во время перемещения, что говорит о том, что здесь произошел типичный оползень, а не обвал. Давая объяснение этому явлению, Макконелл и Брок пишут, что «движение горных масс напоминало движение вязкой жидкости», когда большая часть материала была перенесена без истирания, таким образом, что даже мох и растительность сохранились на поверхности блоков, а внутри оползня находили целые стволы деревьев.