В момент главного удара землетрясения 10 июля 1958 г. дно заливов Джилберт и Криллон резко сдвинулось по разлому Фэруэтер на 6,4 м и поднялось на 91 см. Интенсивные колебания земной поверхности продолжались 4 минуты. Спустя 2,5 минуты после начала землетрясения от северо-восточной скальной стены, возвышающейся над заливом Джилберт, отделился громадный блок гранитных и вулканических пород объемом до 36,5 млн. м. В клубах белой пыли, сопровождаемый лавинами снега и льда, этот гигантский скальный обвал обрушился на ледник Литуя, срезал его фронтальную часть и с "ужасающим шумом", по словам очевидцев, ударился о поверхность залива Джилберт. Возникла огромная, небывалая по размерам волна - выплеск высотой 530 м. Она промчалась вдоль всего залива Литуя к Тихому океану со скоростью до 208 км/ч. По сообщениям свидетелей, волна перехлестнула в северной части залива через горный отрог высотой 207 м и с большой силой обрушилась на южный берег, произведя значительные опустошения. Разрушения на северном берегу произошли на максимальной высоте 524,6 м и на южном - около 207,4 м. Почвенный слой толщиной не менее 30 см вместе с растущим лесом был смыт на площади более 7 км. Деревья диаметром свыше 1,2 м были вырваны с корнями или сломаны у самого основания. На оскальпированных берегах обнажились скальные породы, отполированные до блеска. Через остров Сенотаф волна прорезала узкий канал, а в рыхлых глинистых и песчаных отложениях образовала уступы высотой до 7,5 м.
В заливе Литуя волной были потоплены лодки с рыбаками, а на побережье разрушено два дома, от которых не осталось и следа. Слабая заселенность края свела до минимума размеры возможных трагических последствий.
Волна в заливе Литуя по размерам далеко превышает все известные до нее громадные волны, такие, например, как волна высотой 70 м, вызванная обвалом в залив Лоен в Норвегии в 1936 г. Между тем подобные гигантские волны, правда не такие большие, как описанная, происходили в заливе Литуя в 1853 или 1854 г., в 1874 и 1936 гг.
Оползень Шерман
27 марта 1964 г. южная часть Аляски вновь подверглась сильнейшему землетрясению (М=8,75; 12 баллов). Одним из самых крупных склоновых смещений, возникших при этом подземном толчке, был оползень Шерман, превратившийся в каменную лавину. Он произошел в горах Чугач, в 25 км восточнее Кордовы, и находился в 130 км от эпицентра землетрясения. Наряду с признаками, присущими другим оползням подобного типа, Шерман имел ряд характерных и во многом необычных особенностей. Он был детально изучен американским исследователем Рональдом Шривом.
В момент землетрясения от вершины, первоначально похожей на рог, нависший над ледником Шерман, и теперь называемой "Раздробленной вершиной", оторвался блок песчаников и аргиллитов длиной до 450 м, шириной 300 м и толщиной 150 м. Увлекая за собой верхнюю часть горы, обломочная масса объемом 30 млн. м соскользнула вниз по крутому склону с углом наклона 40° и с высоты 600 м рухнула на поверхность ледника Шерман. Набрав громадную скорость в начале пути, оползень в 2 км от места отрыва взметнулся над отрогом хребта, возвышающимся на 140 м над ледником. Перелетев через отрог, обломочная масса снова обрушилась на пологую поверхность ледника Шерман. Пройдя еще 3 км и превратившись в каменную лавину, которая накатилась своим фронтальным языком на противоположный склон троговой долины, она поднялась по нему против силы тяжести на высоту 25 м. Обломочная масса распласталась на поверхности ледника шлейфом шириной от 1,5 до 3 км и толщиной от 3 до 6 м. Она состояла преимущественно из остроугольных обломков и глыб массивного неслоистого песчаника, размеры которых изменялись от небольших частиц до 20 м в поперечнике. Преобладающий размер составлял 25–50 см по длинной оси.
В меньшем количестве встречаются обломки черного аргиллита размером от 2 см до 3 м по длинной оси, остатки деревьев, дерна, мха, травы и гранитогнейсовые ледниковые валуны, вырванные оползнем из моренных отложений. Сквозь расщелины в оползневой массе хорошо видно, что она лежит на леднике или на плотном слоистом фирне. Эти особенности гранулометрического состава и состояния обломков, как и отмеченные ниже структурные аномалии поверхности каменной лавины, важны для понимания ее поведения в момент движения.
В хаотических на первый взгляд нагромождениях глыб и валунов сохранился четкий струйчатый рисунок. Например, на отроге хребта, ставшего барьером на пути лавины, обломки рассеялись в виде линейных валов шириной от 30 до 60 м. Их оси параллельны направлению движения лавины на этом участке. Удивительно, что такая четкая дифференциация в обломочной массе произошла в момент ее стремительного движения.
Наиболее яркой структурной особенностью оползня Шерман, наметившейся уже на упомянутом отроге, являются параллельные V-образные продольные желоба, разделяющие упомянутые валы и избороздившие всю его поверхность. Ширина их составляет 8 м, глубина-2 м, а длина достигает 600 м. Стенки некоторых желобов сложены обломками совершенно разного состава. Такие же продольные желоба имеются и в телах еще нескольких современных оползней в данном районе. Ничего подобного не наблюдалось в других странах на поверхностях оползней, близких по механизму образования оползню Шерман. Лишь каменные лавины вулкана Рейнир (см. ниже), сложенные разными породами, дают нам некоторую аналогию в этом отношении. Но лавины Рейнира накладывались друг на друга, образуя своеобразный "слоеный пирог", а это уже совсем другое структурное образование, далекое от упомянутых желобов.
Наконец, чтобы закончить описание необычного строения оползня Шерман, отметим загадочные образования на его поверхности числом в несколько сотен. Это бугры конической формы, большая их часть расположена группами, и лишь некоторые изолированно. Бугры напоминают конусы фонтанирования рыхлых грунтов на поверхности сеисмовозбужденных каменных лавин, обнаруженных В. П. Солоненко в эпицентральной зоне Хаитского 10-балльного землетрясения, происшедшего 10 июля 1949 г. В каждом конусе имеется скальное ядро-глыба или валун (максимальный диаметр до 5 м), на котором, собственно, и лежит конусовидная "шапка" мелкозернистых грунтов, сохраняющих угол естественного откоса. Такие глыбы и валуны в "шапках" вместе с другими, не покрытыми рыхлыми грунтами крупными обломками обычно находятся в неглубоких западинах с крутыми стенками. По крайней мере в 25 случаях рыхлые покрышки конусов и их ядра состоят полностью из аргиллитов, в то время как вокруг лежат обломки песчаников. При этом конусы отстоят друг от друга на расстояние не менее 60 м.
Отмеченные особенности строения оползня Шерман говорят о сложном механизме его образования. Прежде всего очевидно, что при ударе о подножие "Раздробленной вершины" оползень был подброшен вверх, поднялся над землей и устремился вперед уже в виде плотной обломочной массы. В момент "приземления" на ледник она, как это обычно бывает в таких случаях, захватила и сжала подушку воздуха и вместе с ним большой объем снега. Снежно-воздушная смесь под обломками, упавшими к тому же на гладкий лед и плотный фирн, облегчила стремительное скольжение каменной лавины и ту пока загадочную дифференциацию вещества в движущейся с огромной скоростью обломочной массе. Вода и грязь, играющие роль смазки в основании оползней в других случаях, здесь исключаются из-за низкой температуры.
Обломочная масса скользила, очевидно, в виде единого гибкого подвижного пласта, а не текла по типу вязкой жидкости. Это подтверждается тем, что рельеф ледника отражен в конфигурации поверхности застывшей каменной лавины. Она накрыла его как плащом, в складках которого и отразились неровности ледовой основы. Если бы лавина не скользила над ледником и не облекла его после исчезновения воздушной подушки, а двигалась, соприкасаясь с его поверхностью, то все неровности льда были бы срезаны и выпаханы. Кроме того, в каменном потоке, бешено несущемся по поверхности ледника, невозможно было бы сохранение мха и почвенного слоя на гранях скальных блоков. Это возможно только при плавном скольжении потока, летящего над ледником, без истирания и дробления глыб.
Продольные желоба, о которых велась речь, могли возникнуть за счет линейных прорывов снежно-воздушной смеси сквозь тело лавины, расчленивших ее на отдельные части. Можно предположить и то, что обломки аргиллитов, венчающие обычно валы, как более легкие по сравнению с массивными песчаниками и гранитогнейсовыми валунами, играли роль своеобразной "пены" в скользящем и волнующемся грунтовом потоке.
Наконец, пока необъясним механизм образования многих сотен рыхлых конусов с валунными ядрами. Возникновение их за счет возможного последующего протаивания льда, вероятно, исключается. Покрытие ледника толстым слоем обломков предохраняет его от деградации.
Оползень в каньоне Гро-Вентр
23 июня 1925 г. на юго-западе американского штата Вайоминг в долине р. Гро-Вентр, прорезающей Скалистые горы, сформировался один из крупнейших оползней Америки.
Река Гро-Вентр является важным притоком р. Снейк и впадает в нее ниже по течению в 32 км от оз. Джексон. Здесь, в 64 км от южной границы Йеллоустонского национального парка, и произошли события, о которых пойдет речь.
С южного борта каньона Гро-Вентр, со склона Овечьей горы, сорвалось 45 млн. м скальных пород. Отрыв произошел на высоте 2700 м над уровнем моря, в месте, расположенном на 660 м выше уреза реки. Сорвавшись с такой высоты, клиновидный блок песчаников с густым сосновым лесом на большой скорости заскользил вниз по склону. Пройдя путь в 2,5 км, оползень рухнул в долину Гро-Вентр и, перегородив ее, создал естественную плотину длиной 2,4 км, шириной по основанию до 800 м и высотой до 75 м.
Очевидцы рассказывают, что оторвавшаяся часть склона Овечьей горы смещалась целиком, не дробясь. Как единая "волна", каменный вал накатился на противоположный северный борт каньона Гро-Вентр, взметнувшись на высоту до 105 м. Ударившись о красные утесы северного берега реки, каменный вал частично отскочил назад, не изменив волнообразной формы движения. Хозяин ранчо мистер Хафф, едва не поплатившийся жизнью за свое любопытство, так рассказывал о происшедшем: "Утром я работал на своем поле в полумиле от центра оползневого района. Я обратил внимание на трещины у основания холма и несколько обвалов вдоль холма, некоторые с небольшой дом. Я заметил также просачивание воды у основания холма; осыпание и просачивание прослеживались вдоль отрезка в полмили. В 2 часа дня я наблюдал движение значительной части склона горы. В 4 часа я ехал на лошади вниз к оползню в поисках скота и, привлеченный движением холма, заинтересовался тем, что происходит. Внезапно сорвавшись, склон высотой 30–40 футов на южной стороне реки стал катиться вниз; затем с шумом сорвалась вся сторона горы, развернулась веерообразно и покатилась вниз с большой скоростью. Я развернул лошадь и помчался на полном скаку вверх по реке, меняя направление дважды, чтобы не попасть под надвигавшуюся массу из породы, деревьев и земли. И только хорошая лошадь спасла меня от смерти. Все это длилось минуты полторы". Другой свидетель, мистер Вильям Кард, считает, что движение оползня длилось 4–5 минут. Таким образом, скорость смещения оползня на разных участках его пути могла изменяться от 30 до 100 км/ч.
Геологическая и геоморфологическая ситуация в районе оползня Гро-Вентр сравнительно проста. Склон Овечьей горы сложен известняками, на которых залегают песчаники, подстилаемые пластичными глинами. Пласты перечисленных пород наклонены в сторону реки под углом 15–21°. Такой же угол наклона имеет и поверхность склона. Лишь в районе тыловой стенки отрыва оползня наклон этой поверхности увеличивается до 30–45°. Это немаловажное обстоятельство, ибо при более пологом, чем склон, залегании пластов создается возможность выдвижения и нависания отдельных блоков над склоном с их последующим обрушением.
Для формирования крупного оползня, подобного Гро-Вентр, необходимо было стечение особых обстоятельств.
По мнению Франка Б. Эмерсона, две главные причины обусловили появление этого оползня. Первая из них - землетрясение. Сейсмические толчки ощущались жителями как непосредственно перед оползнем, так и спустя два дня после него. Вторая причина - сильные снегопады и ливневые дожди, прошедшие весной и обильно пропитавшие влагой верхние почвенные горизонты. По трещинам отдельности вода конечно же проникла во всю толщу пород, слагающих склон Овечьей горы, и достигла глинистых прослоев, подстилающих и пронизывающих известняки, песчаники и сланцы.
Одного или нескольких таких глинистых водоупоров оказалось достаточно, чтобы сыграть роль пластичной смазки в подошве оползня. Землетрясение окончательно нарушило устойчивость склона, и он пришел в движение.
Оползневая плотина, перегородившая каньон Гро. Вентр, состояла из раздробленной массы упомянутых пород. Их обломки нередко достигали размеров большого дома. Течение реки было остановлено на 12 дней. Возникло подпрудное озеро длиной 6,5 км шириной около 800 м, глубиной до 60 м и площадыо 44,5 млн. м, первоначально вместившее в себя 79 млн. м воды. Озеро наполнялось; появилась опасность прорыва дамбы-плотины и внезапного наводнения, которая, к сожалению, реализовалась много позже. А в то время, спустя две недели после оползня, в нижней части плотины началась утечка воды, которая затем увеличивалась, по мере того как поднимался уровень водного зеркала. 14 июля, когда этот уровень находился всего в 1,5 м от вершины насыпи и казалось, что прорыв неизбежен, через плотину стал фильтроваться нормальный сток, равный притоку в озеро.
Так продолжалось в течение двух лет, и никто уже не сомневался в прочности плотины, тем более что прогнозы некоторых инженеров на этот счет были обнадеживающими. Справедливости ради следует заметить, что еще в 1925 г. Герман Стэблер указал на то, что в период половодья впадина озера может быть заполнена до точки перелива и тогда в ней будет запружено около 200 млн. м воды. Образование канала прорыва в верхней части плотины глубиной всего 7,5 м привело бы к спуску по меньшей мере 58 млн. м воды. Тогда же было предсказано, что внезапное освобождение такого количества воды хотя и не разрушило бы плотину, но неизбежно вызвало бы спуск озера не менее чем на 15 м и разрушительное наводнение.
Зимой 1926/27 г. сильные снегопады обрушились на район Джексон-Хоул, в том числе на горы Гро-Вентр. Быстрое таяние снега и обильные дожди в мае 1927 г. вызвали резкий подъем уровня воды в подпрудном озере.
В 10 часов утра 18 мая некто мистер Диббл, первым заметивший признаки надвигающегося наводнения, оповестил жителей долины рек Гро-Вентр и Снейк о грозящей опасности. К сожалению, некоторые игнорировали это предупреждение и стали спасать свое имущество, вместо того чтобы позаботиться о спасении жизни. В 11 часов утра вода прорвала оползневую плотину сразу в трех местах.
Из ущелья над деревней Келли вырвался водяной вал высотой более 4,5 м. Все здания были снесены, за исключением школы и небольшой церквушки. На месте селения теперь расстилалась широкая равнина. В долинах отмеченных рек снесло мосты и разрушило несколько ранчо. Многие жители утонули или с трудом спаслись Ширина потока по фронту при выходе из ущелья достигала 1200 м. Сплавной лесоматериал был заброшен на высоту до 4,5 м на деревья, растущие на равнине. На отдельных отрезках пути поток, очевидно, превращался в настоящий сель, поскольку перемещал на значительное расстояние блоки пород до 6 м в поперечнике. В результате прорыва оползневой плотины уровень озера понизился на 15–18 м, а объем водной массы, перелившейся через гребень плотины, составил около 52 млн. м. Нельзя не отметить, что эти цифры очень близки к прогнозным, данным в свое время Германом Стэблером.
Ущерб, нанесенный непосредственно оползнем Гро-Вентр, составил около 25 тыс. долларов. Оползень не только уничтожил значительные участки новой автострады и частично горные дороги, но и разрушил поливную ирригационную систему, обеспечивающую орошение 1 млн. м возделываемых земель, и только дожди, прошедшие после 23 июня 1925 г., спасли урожай от гибели. Ущерб от прорыва плотины не подсчитан, но он был значителен, поскольку последствия наводнения ощущались ниже по течению р. Снейк вплоть до района Айдахо-Фолс.
Чтобы не нарушать временную последовательность событий, укажем здесь на некоторые небольшие по объему оползни США, приведшие к значительным разрушениям.
Южнокалифорнийская электростанция Биг-Крик была построена у основания холма, склоны которого в верхней части имели естественный угол наклона 41°. В течение 35 лет (до 1946 г.) работники электрокомпании регулярно осматривали склон холма, по которому были проложены четыре турбинных водовода. Все было предусмотрено на случай возникновения оползня. Считалось, что крупные валуны в верхней части склона не представляют опасности. Однако в результате таяния снега и прошедших дождей, увлажнивших землю, один из валунов весом 5 т начал скользить вниз по склону. Затем он сорвался и, подпрыгивая, покатился вниз. Валун повредил два водовода, один из них в десяти местах. В 90 м от места срыва валун вмял стенку одной из стальных труб водовода на 12 см. Этого оказалось достаточно, чтобы находившаяся под большим давлением вода разорвала верхнюю часть трубы. Образовалась щель длиной 2,5 м и шириной 10 см. Хлынувшая на склон вода вызвала настоящий селевой поток, начиненный крупными валунами, которые подвергли бомбардировке другие водоводы и машинный зал электростанции. Разбитые водоводы поставляли новые порции воды в селевой поток. Заделать трещины в трубах или перекрыть их было невозможно из-за сплошного потока грязи. Она извергалась в течение часа, пока водоводы не осушились.
Град валунов весом до нескольких тонн ударил по турбинному залу. Два генератора были полностью разрушены, один поврежден, и лишь один остался целым. Вот плачевный результат того, что со склона соскользнул всего один-единственный валун.
В июне 1956 г. в каньоне р. Ниагара слабый сейсмический толчок вызвал растрескивание массива известняков и доломитов на американской стороне ущелья, в районе электростанции Шуллкопф. Это происходило в 600 м от зоны разломов, где в 1954 г. уже были обвалы. Здание электростанции находилось на дне ущелья глубиной 66 м. В растрескавшихся известняках и доломитах резко усилился приток грунтовых вод, и они заливали электростанцию. Бригада по откачке воды работала весь день, а в 5 часов 10 минут пополудни со склона обрушилось 50 тыс. т скальных пород. Две трети всех сооружений электростанции Шуллкопф было разрушено, остальные затоплены. Город Ниагара-Фоле остался без электроэнергии. Нанесенный ущерб составил 100 млн. долларов.