А.К. ЛАРИОНОВ
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ
ИНЖЕНЕРНАЯ
ГЕОЛОГИЯ
ЯШ


А.К. ЛАРИОНОВ
ЗАНИМАТЕЛЬНАЯ
ИНЖЕНЕРНАЯ
к ГЕОЛОГИЯ j
Издание второе
(переработанное)
ИЗДАТЕЛЬСТВО «НЕДРА»
МОСКВА 1968
УДК 624.181 (023)
Первое издание «Занимательной
инженерной геологии», вышедшее
в 1961 г., вызвало значительный
интерес читателей.
Как и в первом издании, во вто-
ром издании книги рассказывается
о грозных природных явлениях, за-
трудняющих освоение поверхности
Земли. В доступной форме пове-
ствуется о путях покорения чело-
веком природы, об исканиях и не-
удачах, об успехах и ошибках.
Книга преследует цель ознако-
мить широкие круги населения с но-
вой отраслью геологии — инженерной
геологией. Она несомненно полезна
геологам и строителям, в той или
иной степени соприкасающихся с ре-
шением инженерно-геологических во-
просов. Необходимо также отме-
тить ее антирелигиозное значение.
Наконец, книга призвана оказать
помощь молодежи в выборе будущей
специальности.
3-2-6
443-67
ПРЕЖДЕ ЧЕМ
СТРОИТЬ
ПРОЧНА ЛИ
ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ
Несомненно, в детстве вы слышали сказки, в которых пове-
ствовалось о волшебных замках и крепостях, парящих над зем-
лей. Кто не увлекался фантастическими путешествиями Гулли-
вера, встретившего целый летающий город — Лапуту? Сегодня
человек, выйдя в космос, претворяет в жизнь самые дерзновенные
фантазии. Однако его домом всегда была и останется Земля.
На ее поверхности протекает жизнь и основная инженерная
деятельность людей. Жилые дома и заводы, мачты и башни, аэро-
дромы и ракетодромы, мосты и плотины располагаются на земной
поверхности. Как говорят строители, она призвана служить осно-
ванием для построек.
Возникает законный вопрос: всегда ли поверхность Земли
является надежной основой для зданий? С первого взгляда может
показаться, что она достаточно прочна и нерушима. Однако
многовековой опыт строителей опровергает это. Нередко «ма-
тушка»-земля ведет себя по отношению к сооружениям, возводи-
мым человеком, как злая мачеха.
Достаточно вспомнить трагедии в Чили и Скопле, землетря-
сения в Ашхабаде и Ташкенте. Не проходит недели, чтобы газеты
и радио не приносили нам известий о неожиданных оползнях,
провалах поверхности. История сохраняет память о катастрофи-
ческих опусканиях целых островов на дно океана. А гибель за-
гадочной Атлантиды? Можно продолжить и далее список подоб-
ных катастроф, происходящих на поверхности Земли и долго
сохраняющихся в памяти человечества, но и сказанное свидетель-
ствует о том, что земля не всегда оказывается надежным основа-
нием.
Еще в древности люди пытались разгадать причины грозных
явлений. Не находя ответа на эти вопросы, они создали в своем
представлении всемогущих богов, гнев которых и порождал
катастрофы и изменения поверхности Земли.
Прошло время, и развитие геологической науки позволило
ответить на многие недоуменные вопросы. Оказалось, что поверх-
6
ность Земли постоянно находится под воздействием внешней кос-
мической и солнечной энергии и внутренней энергии нашей пла-
неты. Последняя порождается главным образом радиоактивными
процессами, гравитационными силами и магнитно-электрическими
полями. Все эти могучие силы природы, воздействуя на поверх-
ность Земли, и порождают грандиозные геологические процессы,
воздвигающие горы и образующие морские впадины.
В наше время'появляется третий источник изменений поверх-
ности Земли, вызывающий многие неприятные явления — ин-
женерная деятельность человека. Она ведет к обрушению поверх-
ностей над шахтными полями, обвалам и оползням на склонах,
подсекаемых дорожными выемками, заболочиванию или засоле-
нию обширных территорий и многим другим катастрофическим
явлениям.
Ученым стали известны причины явлений, но возникли новые
проблемы: как предсказать неожиданные изменения поверхно-
сти? Как оценить их размеры и интенсивность? Наконец, что
необходимо сделать для обеспечения прочности сооружений, со-
здаваемых строителями? Поисками ответов на эти вопросы зани-
мается одна из молодых отраслей геологии — инженерная гео-
логия.
Но этим не исчерпываются ее задачи. Инженерная гелогия
помогает строителям определить прочность горных пород, слага-
ющих поверхность Земли.
Кто из нас не любовался красивыми высотными зданиями
Москвы, телевизионными башнями и другими величественными
сооружениями? Сколько знания и искусства приходится вклады-
вать в создание подобных инженерных произведений. Стремясь
сделать их прочными и надежными, строители создали много
разнообразных искусственных материалов (рис. 1). Среди них
главное место занимает король материалов — железобетон. Каж-
дый квадратный метр его поверхности способен выдержать давле-
ние в 5 и даже 10 тысяч тонн. Это равносильно весу 250—500 гру-
женых вагонов.
Используя подобные материалы, строители создают монолит-
ные и высокопрочные постройки.
Задумывались ли вы над тем, сколько весит такая постройка?
Если мы вооружимся карандашом и сделаем подсчеты, то обнару-
жим, что вес даже сравнительно небольших жилых зданий вы-
сотой в 3—5 этажей оценивается довольно внушительной цифрой
в 4—15 тысяч тонн. Если сделать такой же подсчет для высотных
зданий Москвы, то вес возрастет до 200—300 тысяч тонн.
Вот какой груз должна держать на себе Земля на участке
застройки.
Теперь посмотрим, что собой представляет поверхность Земли.
Прежде всего обнаруживаем, что она сложена самыми различными
горными породами (называемыми строителями также грунтами).
7
600кг/см*
В сравнительно редких случаях это очень прочные природные
образования: гранит, песчаник, известняк, часто во много раз
превосходящие по прочности железобетон. Чаще всего, однако,
встречаются рыхлые породы, такие как песок, глина, суглинок.
Свойства этих грунтов зависят от происхождения и природных
условий, в которых им приходится существовать. Прочность
их незначительна. Примером могут служить сильно увлажненные
глины, которые не выдерживают давления в 5—10 тонн на квад-
ратный метр, т. е. их прочность оказывается в тысячу раз меньше
железобетона. Из рис. 1 видно, насколько велика разница между
прочностью рыхлых грунтов, слагающих поверхность Земли,
и строительными материалами, из которых сооружаются по-
стройки.
Посмотрите на рис. 2. Вы видите аварию, которая произошла
с железобетонным элеватором в Канаде. Слабые рыхлые породы,
оказавшиеся в одной из частей его основания, во время постройки
сильно уплотнились, вызвав одностороннюю осадку в 8,8 метра.
Элеватор наклонился на 27 градусов. И что же? Породы основа-
ния разрушились, а железобетонная надземная часть осталась
прочной и нерушимой.
Сохранение монолитности надземной части позволило строи-
телям успешно выпрямить сооружение.
Однако не всегда такие аварии кончаются благополучно.
На рис. 3 изображен момент неожиданного падения стометровой
колокольни собора св. Марка в городе Венеции. Катастрофа
произошла в 1902 г. вследствие разрушения грунтов, слагающих
основание.
8
Рис. 2. Авария элеватора
в Канаде
По свидетельству древнеримского историка Корнелия Тацита
(55—120 гг.): «Некто Отилий, вольноотпущенник, решившись
выстроить в Фиденах амфитеатр для гладиаторских представле-
ний, с одной стороны, не положил фундамента на прочном грунте,
с другой, не скрепил прочными союзами деревянных стропил. . .
... Переполненное здание пришло в сотрясение и, обрушиваясь
внутри или рассыпаясь наружу, стремглав увлекло с собой и
покрыло огромную массу смертных, как смотревших на зрелище,
так и стоящих кругом амфитеатра. . . ».
Оказывается, породы, слагающие поверхность Земли, во многих
случаях настолько непрочны, что возведение на них построек
является опасным делом. Возникает ряд вопросов. Почему одни
породы надежны для строительства, а другие опасны? Как отли-
чить прочные участки от ненадежных? Можно ли все же строить
здания на слабых грунтах?
Бесспорно, вопросы сложны, однако жизнь требует на них
четких и обоснованных ответов. Инженерная геология и ее важ-
нейшая составная часть — грунтоведение, изучающее разнообраз-
ные свойства грунтов (горных пород), успешно приходят на
помощь строителям в решении самых сложных задач.
Знакомство с инженерной геологией полезно каждому
человеку. Разделы этой науки, раскрывающие причины ката-
строфических явлений, помогают борьбе с суевериями.
Мы живем в чудесное время построения светлого коммунисти-
ческого будущего, когда самая смелая фантазия претворяется
в действительность. С каждым днем наша социалистическая
Родина становится все более могучей, все более прекрасной.
Советский человек строит гигантские электростанции, проводит
каналы, создает искусственные моря, пересекает тысячекиломет-
ровые пространства высоковольтными линиями и газопроводами,
завоевывает Космос.
И везде рядом со строителем шагает инженер-геолог, помога-
ющий разобраться в сложной природной обстановке земной
поверхности и найти правильные решения для обуздания мощных
сил природы.
БИОГРАФИЯ ГРУНТОВ
Чудесные создания природы — горные породы многие тысяче-
летия являются верным слугой человека. Для людей древности
они служили оружием и инструментом. Древние шумеры воздви-
гали из камня и глины величественные храмы. Первые книги были
написаны человеком на пластинках из обожженной глины. Егип-
тяне строили из камня свои неповторимые пирамиды и храмы.
Из горных пород человек научился выплавлять металлы и полу-
чать ценнейшие материалы для строительства и промышленности.
Без сомнения современный мир не смог бы существовать беж гор-
ных пород. В истории человечества камни нередко обожествлялись
40
и являлись объектом суеверий. В сказках и мифах народов Кав-
каза горные породы часто фигурируют как живые существа. У не-
которых народов, населяющих горные районы Азии, до сих пор
бытуют представления о возможности превращения живых существ
в камни и обратного перехода их в живую природу. Если бы гор-
ные^ породы умели говорить, то каждая из них поведала бы нам
интересную историю своего существования. Как и у живых су-
ществ, в биографии пород можно условно говорить о «рождении»,
жизни, развитии и, наконец, «смерти». Конечно, эти термины
в данном случае не имеют биологического значения.
Геологи сумели прочесть историю камней, открыть тайны их
образования. Это оказалось возможным потому, что все этапы
жизни горных пород оставляют следы на их составе, структуре,
свойствах. Очень большое значение для изучения истории пород
имеют расположение их в земной коре й остатки растений и орга-
низмов, часто обнаруживающиеся в их Массе. Зная, в какой период
жили те или иные представители фауны и флоры, можно судить
и о возрасте слоев. Наконец, дата рождения пород может устана-
вливаться по степени распада радиоактивных элементов, входящих
в состав пород.
Изучая и сопоставляя наблюдения, геологи шаг за шагом
выяснили биографии всех пород. Оказалось, что их можно раз-
делить по происхождению, или, как говорят геологи, генезису
(слово греческого происхождения, обозначающее в переводе на
русский язык — происхождение), на 3 группы. К первой отно-
сятся изверженные массивно-кристаллические породы, образовав-
шиеся при застывании магмы на поверхности (эффузивные —
излившиеся) или в толще Земли (глубинные — интрузивные).
Сначала они представляли собой расплавленную массу, жидкую
или вязкую, имеющую температуру, превышающую 11—12 тысяч
градусов по Цельсию. Прошло время, они остыли и в результате
сложных процессов превратились в твердые и прочные породы:
гранит, базальт, диорит и т. д. Оказавшиеся на поверхности земли
массивные образования подвергаются действию ветра, тепла и хо-
лода, воды и льда. Из года в год сотни тысяч, миллионы лет послед-
ние точат, разъедают и растворяют эти твердые породы, превра-
щая их в груды обломков, мелкие и тончайшие частицы (рис. 4).
Такое механическое и химическое разрушение пород геологи
называют выветриванием. Образовавшиеся обломки подхваты-
ваются потоками воды, ветром и уносятся. Проделав тот или
иной путь, они накапливаются на материках, в долинах рек, на
дне морей, образуя рыхлые скопления, из которых с течением
времени формируются разнообразные породы, носящие назва-
ние осадочных. Осадочные породы образуют вторую большую
группу пород.
Пути накопления осадочных пород весьма разнообразны, это
и определяет различие их свойств и состава. В их образовании^
11
Рис. 4. Выветрелый
массив прочных пород;
помимо внешних агентов (воды, колебаний температуры, ветра
и т. д.), деятельное участие принимают растения и животные. Это
их деятельности обязаны своим образованием мел, известняки-
ракушечники, торф и другие аналогичные породы.
Осадочные породы также претерпевают со временем большие
изменения. Они уплотняются, в их среде появляются новые мине-
ралы, выпадающие из гфиродных растворов, циркулирующих
в породах.
На некоторых участках морей отлагающиеся толщи осадков
своим весом вызывают прогиб дна.
На таких местах возникают многокилометровые скопления
осадочных пород. В нижних слоях этих толщ под действием высо-
ких давлений и температур происходит перекристаллизация и
образование нового, третьего, типа — метаморфических пород.
Характерной чертой их является высокая плотность и часто
сланцеватость. Метаморфические породы также не остаются без
последующих изменений. При образовании гор породы сминаются
в грандиозные складки, слои изгибаются и разрываются. Часто
в результате этих процессов метаморфические породы из недр
Земли поднимаются и оказываются на поверхности, где их
опять поджидают процессы выветривания.
Современный этап геологической истории отличается появле-
нием нового фактора, изменяющего не только горные породы,
но и весь лик Земли, — инженерной деятельности человека.
Она охватила громадные пространства материков. Люди ведут
большие работы по добыче ископаемых, строительству каналовг
12
искусственных морей, изменению растительности, климата и т. д.
Их многообразная деятельность способствует разрушению одних
пород и созданию других, получивших название антропогенных
{от греческого слова антропос — человек).
РОЛЬ БИОГРАФИИ ГРУНТОВ
В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Советская школа инженерной геологии учит, что строитель-
ные свойства грунтов формируются в ходе истории их возникнове-
ния и развития. Вот почему инженер-геолог, стремясь ответить
на вопросы строителей о прочности поверхности какого-либо
участка Земли, первым делом старается восстановить геологиче-
скую историю формирования толщи грунтов. Вот здесь и прихо-
дят на помощь «биографические» данные о происхождении пород.
Магматические породы отличаются своей высокой прочностью.
Они могут выдерживать очень большие давления: от 8 до 40 ты-
сяч тонн на квадратный метр. Строительство на таких породах
чаще всего не вызывает затруднений. Встречаются затруднения
лишь при возведении построек на сильно разрушенных выветри-
ванием или разбитых трещинами породах.
Несколько меньшей прочностью обладают метаморфические
породы, но и они являются хорошими основаниями для зданий
и сооружений.
Однако чаще всего строителям приходится иметь дело с воз-
ведением построек на осадочных грунтах. Вот здесь-то и сказы-
вается разнообразие путей образования и история последующего
существования пород.
Пожалуй, самыми плотными осадочными отложениями явля-
ются древние морские породы. Наименее же надежными осадоч-
ными грунтами оказываются современные аллювиальные (речные)
отложения на затопляемых во время паводков пойменных тер-
расах, а также в низовьях и дельтах рек. Не уступают им и совре-
менные илистые отложения, накапливающиеся на дне озер и мо-
рей, болотные и торфянистые грунты, а также пылеватые рыхлые
породы, отлагающиеся ветром на континентах. Эти осадочные
образования иногда оказываются настолько слабыми, что возведе-
ние на них зданий становится опасным.
Во многих случаях верхняя часть земной коры представляет
собой «слоеный пирог», в котором последовательно друг на друга
налегают породы разного возраста и происхождения. Это заста-
вляет изучать строение толщи на определенную глубину. Наконец,
для выявления изменения геологического строения по площади
строительства составляется специальная инженерно-геологическая
карта. На ней выделяются районы опасные и надежные для строи-
тельства.
Всегда ли изучаемая порода выходила на дневную поверхность?
13
Дело в том, что лежащий в настоящее время на поверхности
грунт в прошлом мог находиться на значительной глубине под
покровом других пород. В последующее время вышележащая
толща была размыта водой. Если мощность существовавшего когда-
то покрывающего слоя была 100 метров, то грунт был обжат да-
влением в 200 тонн на квадратный метр, что соответствует весу
многоэтажных зданий. Ясно, что постройка зданий может произ-
водиться на таком «предварительно» обжатом грунте без всяких
опасений.
Одной из достаточно плотных поверхностных континентальных
пород является так называемая валунная глина, отложившаяся
под ледником, покрывавшим когда-то северные районы Европей-
ской части СССР. В значительной степени плотность глины
обусловлена давлением ледникового покрова.
Таким образом, происхождение и история существования
грунтов определяют их строительные свойства.
Современные наука и техника вооружили инженера-геолога
богатым арсеналом средств для исследования грунтов. Здесь и
самоходные буровые станки, и разнообразные геофизические
приборы, а также мощная лабораторная техника, позволяющая
детальнейшим образом исследовать состав, структуру и свойства
грунтов. Владея этим надежным оружием, инженер-геолог с успе-
хом расшифровывает тайны природы.
ИНТЕРЕСНЫЕ
ГРУНТЫ
ПОГОВОРИМ О ПЕСКАХ
ПУТЕШЕСТВУЮЩИЕ ПЕСЧИНКИ
Древнегреческий философ-математик Пифагор как-то поставил
свох учеников в тупик, задав им вопрос: «Сколько песчинок на
Земле?»
В одной из сказок, рассказанных в течение 1001 ночи Шахере-
задой царю Шахрияру, говорится, что «войска царей были бес-
численными, как песчинки в пустыне».
Сколько песчинок на Земле или даже в пустыне, подсчитать
сложно. Но зато можно довольно легко установить приблизи-
тельное число их в одном кубическом метре песка. Подсчитав,
мы обнаружим, что в таком объеме количество песчинок опреде-
ляется астрономическими цифрами в 1,5—2 миллиарда штук.
Таким образом, сравнение Шахерезады было по меньшей мере
неудачным, так как если бы сказочным царям понадобилось
столько солдат, сколько содержится зерен только в одном кубиче-
ском метре песка, то для этого пришлось бы призвать под ружье
все мужское население земного шара. Да и этого было бы недоста-
точно.
Откуда появились на Земле несметные количества песчинок?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, давайте поближе позна-
комимся с этой интересной породой.
Обширные континентальные пространства Земли покрыты
песками. Их можно встретить на побережьях рек и морей, в горах
и на равнинах. Но особенно много песка скопилось в пустынях.
Здесь они образуют могучие песчаные реки и моря.
Если пролететь в самолете над пустынями Кызылкум и Кара-
кум, то увидишь необъятное песчаное море (рис. 5). Вся его по-
верхность покрыта могучими волнами, как бы застывшими «и
окаменевшими в самый разгар невиданной бури, охватившей
колоссальные пространства». В пустынях нашей страны песчаные
моря занимают площадь, превышающую 56 миллионов гектаров.
Рассматривая песок через увеличительное стекло, можно уви-
деть тысячи песчинок, имеющих различные размеры и очертания.
16
Рис. 5. Песчаное
море (фото Б. Фе-
доровича)
Одни из них имеют округлую форму, другие отличаются непра-
вильными очертаниями (рис. 6).
Пользуясь специальным микроскопом, можно измерить диа-
метр отдельных песчинок. Самые крупные из них поддаются из-
мерению даже при помощи обычной линейки с миллиметровыми
делениями. Такие «грубые» зерна имеют диаметр 0,5—2 мм.
Песок, состоящий из частиц таких размеров, называют крупно-
зернистым.
Другая часть песчинок имеет диаметр 0,25—0,5 мм. Песок,
состоящий из таких частиц, получил название среднезернистого.
Наконец, самые мелкие зерна песка имеют диаметр от 0,25
до 0,05 мм. Измерить его удается только при помощи оптических
приборов. Если в песках преобладают подобные песчинки, то
они получают название мелкозернистых и тонкозернистых.
Как же образуются песчинки?
Геологи установили, что их возникновение имеет длинную
и сложную историю. Прародителями песка являются массивные
2 Заказ 607
17
Рис. 6. Вид песчинок
под микроскопом
породы: гранит, гнейс, песчаник. Мастерской, в которой проис-
ходит процесс превращения этих пород в песчаные скопления,
является сама природа.
Изо дня в день, из года в год горные породы подвергаются вы-
ветриванию. В результате даже такая прочная порода, как гра-
нит, распадается на обломки, которые все более и более дробятся.
Часть продуктов выветривания растворяется и уносится.
Остаются самые стойкие по отношению к действию атмосферных
агентов минералы, главным образом кварц — окисел кремния,
одно из самых устойчивых соединений на поверхности Земли.
В значительно меньшем количестве в песках могут содержаться
полевые шпаты, слюды и некоторые другие минералы.
На этом не заканчивается история песчинок. Для того чтобы
образовались крупные скопления песка, необходимо, чтобы зерна
превратились в путешественников.
ПОЧТИ КРУГОСВЕТНОЕ ПЛАВАНИЕ
Дождь льет как из ведра. Куда ни посмотришь, всюду несутся
мутные потоки воды. Зачерпнем в стакан из такого потока немного
жидкости и оставим ее в покое. Через некоторое время увидим, что
на дне образовался слой песка, а вода стала менее мутной.
Мы выхватили из потока вместе с дождевой водой песчинки-
путешественницы. Поток — один из главных путей перемещения
образовавшихся в результате выветривания зерен.
Потоки дождевой или речной воды, двигаясь со скоростью
0,3 метра в секунду, захватывают и переносят тонкий песок.
Когда же их скорость достигает 1 метра в секунду, то они могут
18

Рис. 7. Чем быстрее движется вода, тем крупнее
зерна она переносит
а — при скорости 0,3 м/сек', б — при скорости 1 м/сек', в ~
при скорости 2 м/сек
Рис. 8. Количество песка и глины, выносимое
реками в год
а — Волгой (до 1940 г.); б — Амударьей; в — Янцзы;
г — Амазонкой
2*

передвигать не только крупный песок, но и мелкий гравий. Нако-
нец, если поток имеет скорость 2 метра в секунду, то он может
переносить гальку диаметром до 10 см (рис. 7).
Такова сила журчащего потока воды.
Дождевые потоки, размывая поверхность Земли, подхваты-
вают песчинки и несут их в реки. Если песчинка не задержится
где-либо в реке, то она может достигнуть моря.
В течение года реки выносят колоссальные количества взве-
шенного материала — песка, ила, глины (рис. 8). Например, Вол-
га до создания водохранилищ выносила 20 миллионов тонн взве-
сей. Сейчас это количество значительно сократилось. Еще больше
взвесей выносит в Аральское море Амударья. Их годовое коли-
чество определяется цифрой в 570 миллионов тонн.
Река Янцзы каждый год приносит в Желтое море свыше
2,5 миллиарда тонн песка, ила и глинистых частиц. Вынесенные
в море зерна либо оседают на дно, образуя песчаные отложения,
либо продолжают свое путешествие. Последний случай возмо-
жен, если песчинки увлекаются морскими или океаническими
течениями.
Так песчинка, подхваченная водой, может совершить почти
кругосветное плавание.
Конечно, не всем зернам песка удается проделать такой длин-
ный путь. Часть их задерживается в руслах дождевых потоков,
оседает в долинах рек. Значительное количество тонких песчи-
нок отлагается в низовьях рек, где вода движется медленнее.
Здесь их скопления образуют массу песчаных островов. Воды
реки, прокладывая себе дорогу среди них, образуют множество
протоков и рукавов. Эти участки рек называют дельтами. По-
смотрите на карту СССР. Вот дельты Волги, Дона, Кубани,
Терека — все они состоят из сотен и даже тысяч песчано-илова-
тых островков, отделенных друг от друга рукавами и протоками.
Скопления песчинок образуются также на берегах и при-
брежных частях морей и океанов. Пески, отложенные водой, по-
лучили название аллювиальных и морских.
ПО ВОЗДУХУ И ВПРИПРЫЖКУ
Части песчинок не устраивает водный транспорт и они от-
правляются в путешествие по воздуху. Ветер способен переносить
частицы по воздуху и волочением, а то и вприпрыжку по земле.
Небольшой ветерок, скорость которого не превышает 6,5 метра
в секунду, поднимает в воздух и переносит тонкие и мелкие
песчинки диаметром меньше 0,25 мм. Умеренный и сильный
ветер (10 метров в секунду) способен транспортировать зерна
диаметром до 1 мм. Если ветер становится очень сильным и
20
< 0,25 мм
< 1мм
Рис. 9. Чем больше скорость ветра, тем крупнее пере-
носимые им частицы
а — при слабом ветре (6,5 м/сек); б — при сильном ветре (10 м/сек);
е — при штормовом ветре (20 м/сек)
Рис. 10. Средний и круп-
ный песок особенно
сильно истачивает ниж*
ние части скал, при-
давая им грибовидную
форму
штормовым (20 метров в секунду), то его мощный ноток увле-
кает не только песчинки, но и мелкие камешки (рис. 9).
Подхваченные ветром тонкие и мелкие зерна песка могут со-
вершать дальние путешествия, переноситься на многие сотни
и даже тысячи километров. Можно привести много интересных
примеров подобного странствования песчинок. Канарские острова
находятся в 200—300 километрах от берегов Африки. Восточные
ветры, дующие с этих берегов в сторону островов, регулярно
переносят большое количество тонкого песка. Это ведет к накоп-
лению на восточных берегах островов Фуэртевентура и Гран-
Канария многочисленных песчаных холмов.
В нашей стране можно привести немало примеров подобного
переноса тонкого песка и пыли. Так, при сильных восточных вет-
рах тонкие песчинки и пыль в больших количествах транспорти-
руются по воздуху из песчаных пространств Каракумов на за-
падные берега Каспийского моря.
Более крупные песчинки часто переносятся на значительные
расстояния качением по поверхности земли. Даже при сильных
ветрах они редко поднимаются выше 3—4 метров над поверхностью
земли. Встречая на своем пути препятствия в виде выступов
массивных пород или построек, они их энергично бомбардируют.
В пустынных местностях можно часто наблюдать странные грибо-
видные формы скал (рис. 10). Их нижняя часть, до высоты 2—
4 метров, бывает особенно интенсивно источена ударами (меха-
ническая корразия) тысяч и миллионов средних и крупных зерен,
увлекаемых потоками воздуха.
Путешествие песчинки по воздуху чаще всего прекращается
тогда, когда она попадает в места, мало или совсем недоступные
для ветра или покрытые растительностью.
Накапливающиеся таким путем рыхлые пески названы гео-
логами по имени мифического древнегреческого бога ветра
эоловыми песками.
БИЧ ПОБЕРЕЖИЙ
Путешествующие пески в ряде случаев служат серьезной по-
мехой для строительства. Это превращает их в объект серьезного
инженерно-геологического изучения. Особенно опасны скопления
движущихся песков. Давайте познакомимся с этой разновидностью
песчаных пород.
Там где дно моря и пляж состоят из песка, ветер, дующий
с моря на сушу, выносит его на прилегающие береговые участки.
Если за пляжем имеются кустарники, трава или неровности
рельефа, то они задерживают песчинки. Постепенно на таких
местах накапливаются сначала небольшие бугорки, а затем целые
22
Рис. 11. Образование и перемещение дюны на берегу моря
холмы песка. Их наветренная сторона пологая, а подветренная —
крутая (рис. 11). Такие скопления песка, называемые дюнами,
являются бичом побережий. Подобные передовые дюны быстро
растут в своих размерах за счет все новых порций песка, прино-
симого ветром с пляжа. Достигнув определенной величины,
дюна начинает передвигаться внутрь материка. Это движение
происходит за счет перемещения ветром песчинок по пологому
склону вверх до гребня и последующего падения частиц вниз
по крутому подветренному склону. За передовой образуется
новая дюнная гряда, которая также приходит в движение. Та-
ким образом могут возникнуть десятки подвижных дюнных гряд
{рис. 12).
Передвигающиеся такими «волнами» дюны приносят много
бед: засыпают поля, дома и целые селения.
Особенно большое распространение получили дюны вдоль
Атлантического побережья Франции. Именно здесь, у француз-
ского города Аркашона, находятся самые высокие дюны Европы.
Они представляют собой миниатюрные горные хребты с «дымя-
щимися» при ветре, как у вулканов, вершинами. Ширина полосы,
захваченная в этих местах подвижными песками, достигает 9—
10 километров. По сути дела, они образуют вдоль низменного
берега Атлантического океана почти непрерывные валы протяже-
нием до 400 километров. Обычная высота дюн в этом районе изме-
ряется десятками метров. Особенно крупные дюнные скопления
достигают 70—90 метров.
Неумолимо двигаясь внутрь материка, подвижные пески за-
сыпают на своем пути все. В XVIII веке они погребли селение
Судан у мыса Гавр, местечки Рамбли и Бельфонтен в Пикардии.
Колокольня в Судане, погребенная в 1744 г., после прохождения
«волны» песка вновь открылась, а в 1859 г. уже вся церковь была
очищена от песка. Скорость движения дюн Франции колеблется
от 10 до 25 метров в год.
Широко распространены дюны на южных берегах Балтийского
и Северного морей, а также на побережье Финского залива.
В ФРГ, на острове Зильт, расположенном в Северном море,
были засыпаны подвижными песками деревни Рантум и Ниблум.
При этом в деревне Рантум они разрушили две церкви.
23
море
Рис. 12. Схема образования дюнных гряд
Дюнные гряды не редкость и на морских побережьях нашей
страны. Особенно известны подвижные пески в прибалтийских
республиках (Латвийской и Литовской ССР), в районе Калинин-
града, у Сестрорецка (в 34 километрах от Ленинграда). Встреча-
ются дюны и на побережьях Каспийского и Черного морей.’
В окрестностях города Лиепая возвышается крупнейшая
дюна Латвии, носящая звучное имя Кьюппе Калис. Ее высота
в настоящее время достигает 70 метров. Там где сейчас высится
эта гора песка, в XVII веке располагалось цветущее селение. По-
движные пески безжалостно уничтожили и погребли дома и сады,
поля и дороги.
Дюны образуются не только на морских побережьях, но и на
песчаных берегах рек. Их можно встретить в долинах Днепра,
Дона и других рек. Размеры этих дюн значительно меньше.
24
МОРЯ ПБСКА
Грандиозные количества песка накопились в пустынях Кы-
зылкум, Каракум, Сахара, Руб-эль-Хали (Аравия) и многих дру-
гих. То светло-серые, то золотистые пески создают разнообразный
по форме рельеф. В одних местах они представляют собой ровные,
гладкие поверхности, в других — громоздятся в холмы разных
размеров и конфигураций. Скопления рыхлого песка в пустынях,
напоминающие прибрежные дюны, получили арабское название
барханов.
Интересна их форма. Если взглянуть на барханы с высоты
птичьего полета, можно увидеть, что они имеют серповидную фор-
му, их острые концы напоминают рога (рис. 13). Примечательно,
Рис. 13. Бархан
(вид сверху)
что эти рога, как флюгер, всегда повернуты в ту сторону, куда
дует ветер.
Иногда встречаются и другие формы барханов. Например,
в Сахаре, в отличие от среднеазиатских, они имеют более слож-
ные очертания и в плане напоминают латинскую букву «S».
Барханы сравнительно редко одиночны. Подгоняемые ветром,
они собираются вместе, образуя вытянутые (часто на значитель-
ные расстояния) цепи, или гряды. В Сахаре встречаются гряды
протяженностью в 100 километров. Несколько таких цепей, или
гряд, образуют массивы барханных песков.
Как морские валы движутся в пустыне друг за другом могу-
чие скопления песка. Между крупными грядами иногда возни-
кают своеобразные коридоры. Благодаря ровной поверхности
и уплотненности песка они очень удобны для передвижения по
пустыне. Ширина таких природных дорог измеряется сотнями,
а то и тысячами метров.
Высота гряд в пустынях Средней Азии достигает 60—70 мет-
ров. В пустынях Аравийского полуострова встречаются бархан-
ные цепи стометровой высоты. Но особенно велика высота песчаных
25
a
Рис. 14. Пустыня наступает (фото Б. Федоровича)
а — засыпанная старая крепость Анка; б — засыпанные
дома у промысла Вышка
гряд в Сахаре. Здесь они образуют могучие цепи двухсот-
метровой высоты. Над ними возвышаются отдельные песчаные
пирамиды. Профессор Каирского университета Капо-Рей указы-
вает, что такие пирамидальные скопления песка нередко дости-
гают высоты 300—500 метров.
Пирамиды рыхлого песка несколько меньших размеров обра-
зуются и в пустынях советской Средней Азии.
В замечательной книге «Лик пустыни» Б. А. Федорович при-
водит такое интересное сравнение: «На сооружение самой боль-
шой египетской пирамиды — фараона Хеопса (Хуфу) — понадо-
билось 2300 каменных глыб, каждая весом в 2,5 тонны, и строили
ее, по преданиям, 100 тысяч рабов в течение 20 лет. А ведь Хеоп-
26
сова пирамида — пигмеи по сравнению с песчаной, так как ее
высота 147 метров, а не 500 ...». Вот какую грандиозную работу
производит ветер — создатель песчаных пирамид.
Пески пустыни, так же как и дюны побережий, могут пере-
двигаться по направлению господствующего ветра. Самой большой
подвижностью обладают барханы, расположенные отдельно, вне
гряд и цепей. Передвижение последних вряд ли достигает сколь-
ко-нибудь значительной величины.
Например, уже упомянутый ученый Капо-Рей считает, что
барханные массивы Сахары передвигаются со скоростями, мало
заметными для человека. Скорость перемещения отдельно рас-
положенных барханов более заметна и колеблется от 5—6 до 15—
25 метров в год.
Подвижные пески затрудняют передвижение по пустыне, за-
носят колодцы.
Нередко барханы, перемещаясь, погребают на своем пути сады,
дома и даже целые селения., Приведем некоторые исторические
примеры.
В XIV веке в результате передвижения песчаного массива
Уаран в Сахаре был засыпан цветущий оазис Абуэир. Под пес-
чаным покровом оказались жилые дома, пальмы и поля.
В 1907 г. в селении Ин-Сале (Сахара) жил знаменитый физик
Фуко. В настоящее время дом, в котором он проживал, наполовину
засыпан наступающим песком пустыни. В этом же районе обнару-
жена засыпанная пальмовая роща. Песок покрыл пальмы вместе
<с кронами.
В пустынях Кызылкум и Каракум также известны засыпанные
деления и оазисы (рис. 14).
Борьба с движущимися песками в пустынях нашей страны
является важной государственной задачей. В ее решении прини-
мают участие наряду с инженерами-геологами и гидротехники,
и ботаники, и лесомелиораторы, и специалисты многих других
отраслей науки и техники. Упорным трудом советские люди пере-
черкнут на карте среднеазиатских республик слово «пустыня».
КАК ОСТАНОВИТЬ ДВИЖЕНИИ ПЕСКА
Пройдемся с вами по берегам Рижского взморья. Сотни дюн
прибрежного района заросли сосной и кустарниками (рис. 15).
Они крепко спят, закованные корневой броней растений.
Ученые считают, что одной из основных причин возникновения
массовых передвижений песков в прибрежных районах является
уничтожение древесной и кустарниковой растительности. Стоит
лишь где-либо на песчаном берегу моря вырубить лес, как сей-
час же пески «оживают».
Высокая подвижность песков в пустынях в значительной сте-
пени является следствием отсутствия растительности.
27
Рис. 15. Дюны, закрепленные растительностью
В пустынных районах Советского Союза более 10% площади
занято подвижными песками. Освоение этих территорий прежде
всего требует остановки, или, как говорят, закрепления песков.
Советское правительство уделяет большое внимание решению-
этой задачи. Для этой цели созданы специальные научно-исследо-
вательские институты, опытные станции.
Ученые и инженеры давно ломают голову над вопросом, как
остановить пески. Лучший ответ дала нам сама природа. Нужно-
засадить подвижные пески древесной, кустарниковой или травя-
нистой растительностью, и тогда пески остановятся.
Ученые упорно искали растения, обладающие цепкой корне-
вой системой, которые могли бы существовать и быстро разви-
ваться на маловодных песках. Постепенно были выявлены десятки
подобных растений. Сейчас широко применяют для посадкй на
песках злак селину, песчаный овес, дикую рожь, саксаул, берего-
вую пшеницу. Прекрасные результаты дает посадка в соответ-
ствующих климатических условиях сосны и песчаной акации.
Закрепление песков растительностью не всегда дает эффект»,
часто семена растений убивает иссушающая жара или их выдувает
ветер вместе с песком. Поэтому идут поиски и других способов,
остановки движения песчаных массивов.
28
Рис. 16. Схема защиты от песчаных заносов
Для предохранения от заносов железных и шоссейных дорог,
каналов и населенных пунктов часто применяют механическую
защиту. На пути движущихся песков устанавливают специальные
щиты, которые и задерживают их. Эта система напоминает извест-
ную читателю защиту дорог от снега. К сожалению, она дает лишь
временный эффект.
Главная часть механической защиты — щиты (рис. 16). Их
строят разной высоты: от 10 до 70 сантиметров. Материал для из-
готовления щитов может быть самый различный: дерево, камыш,
хворост и т. д.
Инженер В. Палецкий рассказывает о пользе, которую при-
несла механическая защита среднеазиатской железной дороге.
До ее установки движение поездов на песчаных участках проис-
ходило только днем (речь идет о дореволюционном периоде). При
сильных ветрах поезда двигались медленно, часто останавли-
ваясь. Каждый состав сопровождала бригада рабочих, которая
расчищала перед поездом занесенные песком рельсы.
Иногда можно было быстрее дойти до места пешком, чем до-
ехать на поезде.
Картина резко изменилась после установки задерживающих
пески щитов и посадки растений. Поезда стали ходить и днем,
29
и вечером. Необходимость в частой расчистке путей отпала, ско-
рость движения стала нормальной.
После Октябрьской революции были проведены комплексные
работы по закреплению подвижных песков на участках, при-
легающих к среднеазиатской железной дороге. С тех пор песчаные
заносы, прерывающие движение, практически не наблюдались.
Для закрепления песков предлагались и другие способы меха-
нической защиты. Так, неоднократно предпринимались попытки
предохранить песчаную поверхность от выдувания покрытием
ее камнями, хворостом или травой.
Однако столь громоздкий метод не получил широкого распро-
странения.
Ученые подумали, а что если песчинки связать друг с другом,
превратить песок в прочную сцементированную массу, чтобы
ветер был не в силах ее развеять?
Эта идея оказалась достаточно плодотворной. В Агрофизиче-
ском научно-исследовательском институте для этой цели приме-
нили разбавленные водой битумные эмульсии. Эти эмульсии об-
ходятся дешево, так как изготавливают их из отходов нефтяной
промышленности.
Такой метод особенно успешно применяется в комплексе с по-
садкой растений. После засева подвижных песков на их поверх-
ность разбрызгивается водный раствор эмульсии. Вода испаряется
или уходит в глубь песка. Битум же остается на поверхности,
связывая между собой песчинки. Образующаяся пленка вполне
достаточнаг чтобы сохранить песок от развевания, а зерна расте-
ний от выдувания вплоть до момента развития растений.
Количество расходуемого битума сравнительно невелико:
одна тонна на гектар подвижных песков.
Остановимся на другом способе цементации песчинок. На по-
верхность песчаного массива наносят концентрированный соля-
ной раствор. Вода испаряется, а соли остаются и скрепляют
зерна. Е. С. Останин в качестве подобного раствора взял воду
из Кара-Богаз-Гола, которая представляет собой рапу — концен-
трированный соляной раствор.
В последнее время на помощь инженерной геологии пришла
химия. Учеными создано новое, поистине чудодейственное, син-
тетическое вещество — полиакриламид. Если водным раствором
этого вещества полить поверхность подвижных песков, то на ней
быстро образуется тонкая пористая и прочная пленка. Она про-
нускает воду и воздух, что позволяет развиваться растениям.
Семена растений под этой пленкой хорошо всходят и в результате
образуется сплошной зеленый ковер, окончательно останавлива-
ющий пески. Сейчас производство полиакриламида организовано
на ряде заводов Советского Союза, поэтому он становится все
более доступным для применения в народном хозяйстве в большом
масштабе.
30
ДВУЛИКИЙ ЯНУС
«ДОМ, ПОСТРОЕННЫЙ НА ПЕСКЕ»
Представьте себе, что вы собираетесь строить дом на песчаном
грунте. Несомненно, вам придет в голову известная притча о «без-
рассудном человеке», вздумавшем построить «дом свой на песке».
В наказание за подобное «легкомыслие» после первого же дождя
и ветра дом был разрушен. Отсюда пошло гулять по свету выраже-
ние «построено на песке». Эта крылатая фраза употребляется в тех
случаях, когда хотят сказать о чем-нибудь необоснованном и не-
прочном. Насколько верна подобная оценка песка? Всегда ли
постройка на нем опасна?
На память приходит знакомая картина песчаного пляжа. При
каждом шаге по сухому песку нога глубоко в него погружается.
Движение по рыхлой золотистой поверхности песка требует зна-
чительных усилий.
Вспомните, с каким трудом связана езда по рыхлым песчаным
дорогам. Колеса, не встречая твердого грунта, буксуют, погру-
жаясь в песок, автомобиль безнадежно застревает.
Перелистывая страницы летописи строительного искусства,
мы можем встретить не одно печальное описание разрушений
зданий, мостов, плотин, построенных на песках.
Мы уже готовы «осудить» песок. Но подожди, читатель! Строи-
телям не менее широко известно, что много тысяч домов, мостов,
промышленных сооружений построено на песках и в Советском
Союзе и за рубежом (рис. 17). Все они стоят многие годы прочно
и нерушимо. Выходит, что песок — надежная опора для построек
и притча напрасно его очернила. Мы пришли в тупик. Поставлен-
ный вопрос оказывается не таким простым, как нам показалось
вначале. Как у римского бога времени Януса, у песка оказывается
два противоположных лица.
Чем же можно объяснить, что одна и та же песчаная порода
ведет себя по-разному? Оказалось, что главная причина заклю-
чается в структуре песков, которая определяется взаимораспо-
ложением отдельных зерен. Возьмите стакан и наполните его
песком. Если теперь вы постучите по дну и стенкам стакана,
то песок уплотнится и в образовавшееся пустое пространство
можно будет добавить новую порцию песка. Значит в одном и том
же объеме песчаного грунта может содержаться разное количество
зерен одного и того же размера. Объясним это явление на примере
укладки биллиардных шаров.
Можно довольно легко обнаружить, что при различных спосо-
бах укладки шаров будет изменяться пространство между ними.
При этом самая плотная укладка будет такая, когда в углубление
между двумя шарами располагается третий — верхний (рис. 18, в).
Как бы вы ни пытались, плотнее уложить шары не удается. Пори-
стость (объем пространства между шарами, деленный на объем
31
Рис. 17. Дома, прочно стоящие на песке
всей нашей модели) при такой их укладке будет наименьшей,
равной 25,8%. Давайте теперь верхний ряд шаров разместим на
нижнем так, чтобы опорой для них явились не впадины, а выступы
пижнего ряда (рис. 18, а). Легко убедиться, что при подобной
укладке пористость будет максимальной. Назависимо от размера
шаров она окажется равной 47,6%.
Возможны и другие способы размещения шаров, но получа-
емая пористость всегда будет иметь промежуточные значения:
меньше 47,6% и больше 25,8%.
Размещение зерен в породе в общих чертах напоминает рас-
положение шаров. Оно лишь несколько усложняется разнообра-
зием форм песчинок. При этом несколько изменяются величины
наибольшей и наименьшей пористости, а также количество про-
межуточных комбинаций. Но при всех условиях в песках вы-
деляют два крайних случая: максимально плотной укладки (пори-
стость 25—28%) и наиболее рыхлой (пористость 47—50%). На
величину пор оказывают влияние размер зерен, их форма и харак-
тер сочетания песчинок.
При рыхлой укладке пористость тонкозернистых песков будет
всегда выше, чем крупнозернистых.
При движении по плотным пескам нога человека почти не по-
гружается в грунт, но в рыхлых песках она проваливается на
каждом шагу по щиколотку, что происходит не столько за счет
уплотнения, сколько за счет выдавливания песчинок из-под
стопы в стороны.
Положим на поверхность песка какой-либо груз. Под его
тяжестью песчаный грунт начинает быстро уплотняться.
32
Этот процесс при бли-
жайшем рассмотрении
представляет собой умень-
шение пористости. Ясно,
что пески с рыхлой уклад-
кой будут давать большее
уплотнение, а плотные —
меньшее. Когда строится
здание, то осадка песчано-
го основания происходит
а	б	в
Рис. 18. Зависимость плотности песка от
укладки зерен
а — рыхлая укладка; б — средняя по плотности
по мере возведения по-
стройки. По мере уплот-
нения площадь соприкоснове-
ния песчинок возрастает, уве-
личивается сила трения между
ними.
При чрезмерных давлениях
на песок, превышающих тре-
ние, в определенных условиях
возможно выдавливание песка
из-под подошвы здания. Возни-
кают большие осадки. Если их
величина различна под разными
частями дома, то неминуемо
возникновение трещин и даже
укладка; в — самая плотная укладка
Рис. 19. Давление, которое выдер-
живает мелкозернистый песок разной
плотности
а — рыхлый; б — средней плотности;
в — плотный
разрушении.
Ученый И. В. Яропольский
обнаружил, что если одна часть
песчаного массива перемещается
относительно другой, то в рых-
лых песках этот процесс ведет к
уменьшению, а в плотных к уве-
личению пористости. Если в процессе сдвига пористость песка
не меняется, то говорят, что он обладает «критической пористостью».
Было обнаружено, что песок, насыщенный водой и имеющий пори-
стость, превышающую критическую при сдвиге, под давлением
отжимающейся из его пор воды способен неожиданно переходить
в разжиженное состояние. Постройки, возведенные на таком
грунте, могут получить неожиданные повреждения.
Из изложенного ясно, что на плотных песках можно смело
возводить дома. Они хорошо выдерживают нагрузку на 1 квадрат-
ный метр поверхности в 20—50 тысяч килограммов (рис. 19). Если
же мы захотим построить дом на рыхлых песках, то необходимо
как следует подумать. Особенно опасно строительство на насы-
щенных водой рыхлых песках, имеющих пористость, превосходя-
щую критическую. Однако современная наука и техника позво-
ляют строить дома даже на рыхлых и разжиженных песках.
3 Заказ 607.
33
ПОРАЗИТЕЛЬНЫЙ ОПЫТ
В ящик насыпан песок. На его поверхности лежат гаечный
ключ и металлический брусок. Под действием расположенного
под ним механизма ящик заставляют вибрировать. Возникают
странные явления: лежащие на поверхности металлические пред-
меты быстро «утопают» в песке. На смену им из песка, как пробки,
выскакивают легкие предметы: шахматные фигурки и деревянная
ложка. Что за чудо! Песок ведет себя, как вода: тяжелые пред-
меты «утопают», легкие «всплывают».
В чем же дело? Это явление объясняется просто. При вибра-
ции сила трения между частицами в рыхлых песках сильно умень-
шается. При определенной вибрации величина внутреннего тре-
ния становится настолько малой, что грунт начинает вести себя,
как жидкость. Предметы более тяжелые, чем объемный вес песка,
при данной пористости «утопают», а легкие «всплывают».
Подобное явление «разжижения» песков, вызываемое вибра-
цией, не раз приводило к авариям и разрушениям не только
установок, вызывающих колебания грунта, но и расположенных
вблизи стен, несущих колонн и других конструкций.
Изучение этого процесса показало, что не все колебания вызы-
вают подобное разжижение. Наблюдениями установлено, что
имеется «опасный интервал» частот (в пределах 500—2500 коле-
баний в минуту), в котором и проявляются описанные
явления.
На одной из электрических станций основанный на плотном
песке фундамент турбогенератора, вращающегося со скоростью
1500 оборотов в минуту, дал в течение времени осадку в 30 санти-
метров. Инженеры, делавшие расчет, не учли влияния вибрации
и дали ошибочную величину предполагаемой осадки (всего лишь
в 2 сантиметра; в 15 раз меньше действительной).
Было замечено, что вибрация быстро уплотняет рыхлые пески,
превращает их в плотные. Эта удачная находка привела к созда-
нию целого арсенала методов виброуплотнения песчаных грунтов.
Проведенные исследования показали, что лучше всего вибрация
действует на увлажненные пески. Поэтому перед началом уплот-
нения песок смешивают с водой.
Объединив усилия, ученые и инженеры создали два главных
типа вибраторов, вызывающих уплотнение пород: поверхностные
и глубинные; первые устанавливают непосредственно на поверх-
ности песка, тогда как вторые погружают в глубь песчаного
массива.
Поверхностные вибраторы — это щиты с установленными на
них механизмами, вызывающими вибрацию. Тяжелые поверхност-
ные вибраторы устанавливают, как тракторы, на гусеничном ходу.
С их помощью осуществляют уплотнение песка до глубины 1 —
3 метров.
34
Глубинные вибраторы
-представляют собой трубы,
в которых заключен меха- ,
низм, вызывающий вибра-
цию. С их помощью можно
уплотнять рыхлые пески до
глубины 6—7 метров. При
каждом погружении глубин-
ного вибратора грунт уплот-
няется в диаметре 2—3 мет-
ров (рис. 20).
Применение вибрации по-
зволяет уменьшить пори-
стость песка на 9—12%, т. е.
рыхлый песок превратить
в плотный. Можно ли пре-
вратить рыхлый песок в мас-
Рис. 20. Глубинный гидровибратор
в работе
1 — кран; 2 — гидровибратор; з — насос-
ные устройства; 4 — уплотненный слой
песка
сивную породу?
В старых сказках злой волшебник по мановению чудесной
палочки превращает хлеб в камень. Эти чудеса никого сейчас не
удивили бы. Действительность далеко превзошла самые удиви-
тельные сказки. При строительстве первой очереди Московского
метрополитена встала необходимость борьбы с рыхлыми водона-
юыщенными песками. Упорные поиски привели Б. А. Ржаницына
к открытию способа искусственного окаменения песка. Он был
успешно применен не только при строительстве Московского
метрополитена, но и на канале им. Москвы, на стройках многих
заводов, электростанций и мостов.
Тайна этого метода проста. Известно, что из всех солей крем-
ниевых кислот только одна — силикат натрия — хорошо раство-
ряется в воде. Это послужило основанием дать ей оригиналь-
ное название: «жидкое стекло». Добавим к водному раствору
силиката натрия раствор хлористого кальция. Почти на глазах
«жидкое стекло» перестает быть жидкостью и превращается в ка-
мень. Это превращение происходит в результате сложной реакции,
при которой образуется кремниевая кислота, цементирующая песок.
Теперь представим, что мы стоим на строительной площадке,
где осуществляется силикатизация. Мы увидим, как в грунт по-
гружают трубу (инъектор). После каждого этапа ее углубления
производят нагнетание раствора «жидкого стекла». Погрузив
трубу до заданной глубины, нагнетание силиката натрия прекра-
щают. Вытаскивая трубу с теми же интервалами, с которыми по-
гружали, в песок, уже насыщенный жидким стеклом, вводят
хлористый кальций. Через несколько часов песок затвердевает.
Нарастание прочности полученного камня происходит в тече-
ние месяца. К концу этого срока он выдерживает давление в 400—
600 тысяч килограммов на квадратный метр.
3*
35
Рис. 21. Сравнительная прочность силикатизи-
рованного песка и некоторых строительных ма-
териалов
а — песок несиликатизированный; б — песок силика-
тизированный; в — известняк-ракушечник; а — красный
кирпич
Прочность силикатизированного песка не уступает некоторым
типам известняков (рис. 21). Например, известняк, добываемый
в знаменитых каменоломнях Одессы, выдерживает в сухом со-
стоянии давление 250—300 тысяч килограммов на квадратный
метр. Если же он увлажнен, то его прочность оказывается еще
меньше (до 140 тысяч килограммов на квадратный метр). С другой
стороны, прочность силикатизированного песка значительно усту-
пает прочности природного кремнистого песчаника.
В результате силикатизации вокруг одной скважины обра-
зуется столб окаменевшего песка диаметром от 1 до 4 метров.
Для того чтобы превратить рыхлый песок в камень на участке
жилого дома, имеющего длину 40 метров при ширине в 20 метров,
нужно создать сеть из 130—140 силикатных столбов. Рыхлый
песок на участке будущего сооружения превращается в камень.
ЗАГАДОЧНЫЕ ПЕСКИ
Ученые упорным трудом, шаг за шагом постигают тайны
природы. Все, что казалось необъяснимым и загадочным вчера,
сегодня становится ясным и понятным.
Средневековым людям многие процессы и явления, протека-
ющие в песчаных пустынях, казались таинственными. Неожи-
данно налетающие песчаные бури, самумы, неукротимые в своем
движении подвижные пески вызывали суеверные представления.
Иссушающий зной, отсутствие воды, бесконечные барханы
36
пустыни порождали у человека страх. Изучая пески, геологи*
сумели не только объяснить движение песка и выявить его законы,
они научились их останавливать и закреплять.
Уже в глубокой древности человек задавал вопрос, откуда*
появились целые моря песка? Крупнейшая в СССР песчаная
пустыня Каракумы (черные пески), названная так туркменами
за ее маловодье, знойность, песчаные бури, подстерегающие ня
каждом шагу путника, являлась долгое время загадкой. Но и на.
этот вопрос геологи сумели ответить.
Самоотверженный труд исследователей позволил установить,
что на месте этой пустыни более миллиона лет тому назад было*
море. Когда оно ушло, то по образовавшейся равнине потекли
реки Амударья, Теджен, Мургаб и др. Они и принесли своими
водами пески, покрывающие Каракумы.
Пески покорены человеком. Лишь отдельные явления, возни-
кающие в песках, еще не разгаданы до конца, но и их очередь уже*
наступила.
ПОЮЩИЕ, ЛАЮЩИЕ, ВСХЛИПЫВАЮЩИЕ
Путешествуя по Терскому берегу Кольского полуострова,
Д. К. Макаревский встретил звучащие пески. Двигаясь по пес-
чаному пляжу, он обнаружил, что на каждый шаг пески отве-
чают звуками, напоминающими глухое ворчание собаки. По мере
дальнейшего движения звуки становились выше на тон. К ним
примешивались какие-то всхлипывания, появляющиеся при от-
делении ноги от песка. Макаревский рассказывает: «Налетевший
порыв ветра взметнул песок и вокруг меня все запело, зазвенело.
Поразительна была при этом чистота звука, на близком расстоя-
нии напоминавшего переливы флейты или «piano» высоких нот
органа.
Если по поверхности песка я проводил ладонью, получался,
звук, напоминающий вой маленькой сирены... Мешочек, в кото-
рый был взят образец песка, при встряхивании точно взлаивал.
Если я пытался этот мешочек помять, он начинал хрюкать и взви-
згивать, как поросенок. На удар кулаком или ладонью по поверх-
ности песок отзывался сильным гулким звуком. Черта, проведен-
ная по песку карандашом, палочкой или ножом, свистела».
Необычайная способность песков издавать разнообразные
звуки была известна в древности. Старинные китайские лето-
писи IX века сохранили нам одно из первых письменных свиде-
тельств этого явления. На их пожелтевших страницах рассказы-
вается о «холме поющих песков» в одной из провинций Китая.
Пески на его склонах издавали необычайные звуки. При движе-
нии по ним людей возникающие звучания приобретали громо-
подобный характер,
3Z
Неутомимый путешественник Марко Поло в своих записках
впервые поведал европейцам о поющих песках пустынь Централь-
ной Азии. Он писал: «Но есть там чудо: едешь по той пустыне
ночью и случится кому отстать от товарищей... и как станет тот
человек нагонять своих, заслышит он говор духов, и почудится
ему, что товарищи зовут его по имени... И вот еще, что и днем
люди слышат голоса духов, и чудится им часто, точно слышишь,
как играют на многих инструментах, словно на барабане...». Для
Марко Поло эти звуки пустыни были необъяснимой тайной —
голосами духов.
Это поразительное явление давно известно арабам, населя-
ющим пустыни Юго-Западного Египта.
Вот как оно описывается очевидцами: «Был вечер. Караван
остановился среди бесконечных барханов, гряд и волн песка,
громоздящихся со всех сторон, вплоть до линии горизцнта.
•Солнце зашло, и на пустыню опустился черный покров /ючи.
Бесчисленные звезды, мягко мерцающие в высоте, почти не да-
вали света. Стояла полная тишина, которая лишь изредка нару-
шалась стуком посуды, фырканьем животных и приглушенным
говором.
Внезапно из пустыни раздался вибрирующий гул, быстро на-
растающий. Его сила была столь велика, что люди, испуганные
этими звуками, вынуждены были наклоняться друг к другу и кри-
чать на ухо, иначе речь тонула в этом могучем реве.
Вскоре к этому гулу присоединилась музыка от других источ-
ников, приведенных в действие первоначальным нарушителем
тишины. Среди несшихся из пустыни звуков иногда можно было
различить звучание виолончели, контрабаса или фагота. Этот
сверхестественный хор звучал непрерывно на протяжении пяти
минут, пока не восстановилась опять полная тишина».
Местное население эти звуки считало порождением духов
пустыни. Арабы могут рассказать множество фантастических
поверий. В них возникающие звуки объясняются гневом мифиче-
ских джинов.
38
Звучащие пески известны почти во всех ча-
стях света. Отсутствуют сведения о них только
в Австралии и, конечно, их нет в одетой ледя-
ным панцирем Антарктиде.
В Советском Союзе поющие пески встреча-
ются во многих местах. Интересные сведения
приводит С. В. Обручев о звучащих песках При-
байкалья, Рижского взморья, Семиречья. Об-
наружены подобные пески и на берегах
Днепра.
Автору довелось в 1949 г. встретить «поющие»
пески в Ростовской области около станицы Цим-
лянской. Здесь, на левом берегу реки Цимлы,
у места ее впадения в Дон, раскинулась обшир-
ная песчаная равнина, покрытая кучу гурами —
мелкими бугристыми скоплениями рыхлого песка.
Как-то в жаркий июльский день, проходя в 5—
6 метрах от берега реки Цимлы, мы заметили,
что на каждый шаг песок отвечает до-
Рис. 23. Вовни-
кновение заря-
да на поверх-
ности кварца
при сжатии
(пьезоэлектри-
ческий эффекту
вольно высоким звуком, напоминающим взвизги-
вание.
Интересно отметить, что пустынные и при-
брежные пески звучат по-разному. Если для
первых характерны более низкие тона, находя-
щиеся в пределах малой октавы, то особенностью
вторых являются высокие звучания в пределах второй и дажо
третьей октавы (рис. 22).
Причины, вызывающие эти странные звучания песка, пока
недостаточно ясны. Одни ученые предполагали, что звуки поро-
ждаются трением друг о друга миллионов передвигающихся чи-
стых зерен кварца. Другие утверждали, что пение песка объ-
ясняется возникающим при движении расширением и сжатием
зерен. Эти колебания передаются заключенному между ними
воздуху. Их мы и воспринимаем в виде звуков.
Интересное объяснение было предложено английским ученым
Р. Бегнольдом. Он считал, что причиной пения песка является
возникновение во время движения на поверхности зерен кварца
электрических зарядов. Р. Бегнольд предполагал, что их появле-
ние связано с пьезоэлектрическими свойствами этого минерала.
Как известно, кристаллы кварца при сжатии образуют на поверх-
ности электрический заряд (рис. 23), который и является про-
явлением пьезоэлектричества.
Оригинальный опыт осуществил Я. В. Рожко. Он взял обыч-
ный речной песок, высушил его и очистил от посторонних приме-
сей, затем поместил песок между двумя пластинками конденса-
тора. Пользуясь школьной электрофорной машиной, наэлектри-
зовал его. Высыпав после этого песок в шелковый платок, Рожко
39
^обнаружил, что при сжатии в руке он издает скрипящие
звуки.
Этот опыт подтверждает несомненную роль поверхностных
зарядов кварцевых песчинок в звучании песков.
Дальнейшее глубокое изучение этого интересного явления
позволит дать более обоснованное объяснение причин зву-
чания песка. Как видно, последнее слово остается за физи-
ками.
Заметим, что способность издавать звуки проявляется лишь
в рыхлых песках. Можно предположить, что поверхностные элек-
трические заряды обусловливают не только «пение» песка, но и его
высокую подвижность и разрыхленность. С этой позиции звуча-
ние песка не может не интересовать грунтоведов и инженеров-
геологов.
ПЕСКИ, НАВОДЯЩИЕ УЖАС
Среди различных типов песков встречаются и такие, которые
вызывают ужас. Их называют зыбучими песками. Встречается
эта разновидность водонасыщенных песчаных грунтов крайне
редко. Строительство на участках их распространения без спе-
циальных дорогостоящих работ невозможно.
Яркое художественное описание зыбучих песков Йоркшира
(остров Великобритания) Дал английский романист У. Коллинз.
Вот некоторые выдержки из его рассказа:
«...Песчаные дюны спускаются тут к морю и оканчиваются
двумя остроконечными скалами, выступающими из воды друг
против друга. Одна называется Северным, а другая — Южным
утесом. Между этими двумя скалами лежат самые ужасные зыбу-
чие пески на всем Йоркширском побережье. Во время отлива
что-то происходит в их глубине, заставляя всю поверхность пе-
сков колебаться самым необычайным образом... Уединенное
и страшное место... Даже птицы, как мне кажется, улетают по-
дальше от зыбучих песков».
Движение их поверхности связано с регулярным притоком
и оттоком из них океанической воды. Коллинз так описывает
этот процесс: «Начался прилив, и страшный песок стал содро-
гаться. Коричневая масса его медленно поднималась, а потом
вся она задрожала... Это похоже на то, будто сотни людей за-
дыхаются под этим песком — люди силятся выйти на поверх-
ность и погружаются все глубже в его страшную пучину... Бросьте
камень и посмотрите, как втянет его песок».
Зыбучие пески способны затягивать не только мелкие пред-
меты, но и случайно попавших в них животных. Иногда их жер-
твой становятся и неосторожные путники (рис, 24).
'40
Рис. 24. Зыбучие
вески
Другой английский романист Р. Л. Стивенсон так описывает
эти страшные пески: «...При отливе обнажались широкие полосы*,
зыбучих песков — гроза всей округи. Говорили, что у самого-
берега между мысом и островом эти пески поглощают человека
в четыре с половиной минуты...».
Известный французский географ Э. Реклю писал, что в ин-
дийских пустынях, в районах Гадрамаута, встречаются места,
покрытые мелкозернистым зыбким, засасывающим песком. Бро-
шенный в эти пески тяжелый лом тонет в них, как в воде, погру-
жаясь на глубину, превосходящую 100 метров.
КАК ОБРАЗУЮТСЯ ЗЫБУЧИЕ ПЕСКИ
Для возникновения зыбучих песков необходимы определенные
условия. Совершенно недостаточно для их образования, например,
скопления тонкозернистых песков, насыщенных водой. Такие
пески встречаются очень часто, но зыбучестью они или совсем,
не обладают, или она проявляется в очень незначительной степени.
Несомненно, должны существовать особые причины, поро-
ждающие неустойчивое состояние таких песков.
Таким фактором на побережье морей и океанов может явиться,
регулярное поднятие уровня воды в песках, взмучивающей пес-
чинки. Эту роль выполняют приливные волны.
Известно, что в океанах и морях под действием сил притяжения
Солнца и Луны два раза в сутки возникают приливы и отливы,
воды. Колебание уровня моря при этом находится в пределах от
десятых долей до 21 метра. Приливные волны, таким образом,.
41а
являются первым действующим фактором. Но и они не могут со-
здать зыбучих песков. Для этого необходимо, чтобы мелкозерни-
стые пески были защищены от прямого поступления приливных
волн выступами твердых пород или песчаными косами.
Вода, поступающая во время прилива в такой массив из недр
песка, как бы приподнимает его своим давлением и взвешивает.
Такое поступление воды снизу вверх и вызывает «странные»
явления на поверхности этих песков: «...пространство зыбучих
песков морщится и дрожит...».
Зыбучие пески, помимо песчаных зерен, содержат также бо-
лее тонкие илистые и глинистые частицы. Это придает им свое-
образную буроватую окраску. Присутствие малых частиц^является
еще одним действующим фактором. Тонкие частицы уменьшают
водопроницаемость песков. Этим объясняется тот важный факт,
что во время отлива, когда уровень воды в море становится зна-
чительно ниже, чем в зыбучих песках, вода в них в значительной
степени сохраняется.
Регулярные поднятия воды из глубин зыбучих песков взмучи-
вают зерна и создают своеобразную укладку их.
Мы уже знаем, как располагаются песчинки в рыхлых песках.
В зыбучих песках их размещение вследствие особых условий мо-
жет быть еще более рыхлым. Они располагаются в виде неустой-
чивых нагромождений, показанных схематично на рис. 25.
Такое расположение песчинок крайне неустойчиво, поэтому
они стремятся перейти в обычные, более устойчивые формы раз-
мещения. Этому препятствуют вода, находящаяся в порах, и ре-
гулярное воздействие взвешивающих давлений со стороны при-
ливных волн. Определенную роль играют и тонкие пылевато-
глинистые частицы, как бы склеивающие более крупные песчаные
зерна.
Если на поверхность зыбучего песка попадает какой-либо тяже-
лый предмет, то его вес вызовет разрушение структурных рыхлых
нагромождений песчинок. При этом освобождающиеся зерна пере-
мещаются под действием тяжести в глубину массива.
Десятки, сотни тысяч одновременно перемещающихся в глубь
массива песчинок захватывают тяжелый предмет и засасывают его.
В данном случае действуют две силы: собственная тяжесть пред-
мета и вес перемещающихся в глубь зыбучих песков бесчисленных
песчинок.
Извлечь засасываемый предмет из объятий зыбучего песка
очень трудно. Для этого нужно приложить большую силу, во
много раз превышающую его вес.
Причины возникновения зыбучих песков в пустынях пока не
установлены. Можно предполагать, что и в этом случае мы имеем
дело с водонасыщенными тонкозернистыми песками и со сверх-
рыхлым расположением песчинок.
42

Рис. 25. Расположение зерен
в зыбучих песках
Зыбучесть песков иногда может быть вызвана искусственно.
Например, при строительстве одного из крупных сооружений
из котлована в тонкозернистых песках производилась откачка?
воды. Подъем воды из недр массива на поверхность дна котлована
привел к расстройству структуры песка и развитию его зыбучести.
Насосные установки, стоящие здесь, погрузились под действием
собственного веса более чем на 6 метров.
Нельзя не отметить, что обратный процесс — опускание уровня
воды, при котором движение потока направлено сверху вниз, —
ведет к уплотнению песчаных массивов. Это иногда используется
для повышения плотности рыхлых песков.
ПЛЫВУЩИЕ И ТЕКУЩИЕ
Уже в седой древности строители встретились с оплывающими^
насыщенными водой песками. Такие грунты были названы плыву-
нами. Много неприятностей доставляют строителям эти неспокой-
ные грунты. Когда их не трогают, они тихо и мирно покоятся
в земле. Но вот какая-либо траншея или котлован под фундамент
вскрыли их. Спячка кончилась, плывун, как одержимый, начинает
течь, заполняя все углубления и уничтожая работу человека.
43.
ВЫРУЧИЛА РЖАНАЯ МУКА
Интересный случай из своей богатой практики рассказал
профессор Евдокимов-Рокотовский. Известно, что при строи-
тельстве Сибирской железной дороги, пересекшей необозримые
пространства нашей Родины от Челябинска до Владивостока,
♦строителям пришлось встретиться с самыми различными явле-
ниями и процессами в грунтах. Так, при устройстве моста через
одну из мелких рек в горной местности котлован пришлось рыть
в мелкозернистых песках. К огорчению строителей стенки котло-
вана никак не желали держаться вертикально. Прилагая большие
усилия, рабочие могли за день вычерпать песок на небольшую
глубину. А утром на другой день они были свидетелями того, что
все их труды оказались напрасными. Было решено сделать из
досок ограждение стенок котлована, но и это не помогло. Зло-
вредный песок стал проникать через дно. Кругом котлована стала
проседать поверхность земли. Странным было то, что по поверх-
ности жидкого песка, затапливающего котлован, можно было хо-
дить, как по асфальту. Можно было даже подпрыгивать, и тогда
вся масса песчаного грунта упруго пружинила. Но стоило чело-
веку остановиться и постоять некоторое время на одном месте,
-как через несколько минут его ноги начинали погружаться в песок.
Долго ломали голову: как быть, как довести котлован до
требуемой глубины? Один опытный землекоп предложил высы-
пать в котлован навоз и ржаную муку, а затем тщательно сме-
шать их с жидким песком. Сначала от этого совета отмахнулись,
в затем решили попробовать.
Привезли 5 возов навоза и мешок ржаной муки. Высыпали
их в котлован и перемешали с песком. Когда через несколько часов
попробовали рыть., то к удивлению всех, стенки его держались
вертикально и не оплывали, грунт не тек, превратившись в густую
вязкую массу. Так простые русские мастера решили эту задачу.
Дальнейший опыт показал, что через некоторое время (10—
20 суток) песок опять разжижался, но этого времени было вполне
достаточно, чтобы сделать неглубокий котлован и сложить ниж-
нюю часть фундамента. Этот народный способ борьбы с оплыва-
нием водонасыщенного песка применяют при рытье небольших
канав, котлованов и сейчас. Помимо муки, используют навоз,
древесный уголь, сено, солому и некоторые другие менее ценные
материалы. Их действие несколько слабее ржаной муки, но зато
стоимость во много раз меньше.
44
ГРУНТ ПЛЫВЕТ
Как-то решили построить на берегу одной из рек цех судоверфи.
Стали рыть котлован под фундамент и неожиданно наткнулись
на песок-плывун. Непрерывным потоком в котлован начала по-
ступать разжиженная песчано-иловатая масса. Она сначала текла
тонкими струйками. Чем больше углубляли котлован, тем солид-
ней становился поток грунта. Из стенок стали вываливаться целые
глыбы грунта. На их месте образовались пещеристые углубления.
Что делать? Решили оградить стенки от плывущего грунта,
забили по периметру котлована стенки из досок, или, как их
называют строители, «шпунтовые ограждения». Но и это оказа-
лось бесполезным. Плывун тек под напором не только из стенок,
но и со дна...
Попытались откачивать из котлована воду, вместе с ней стал
выноситься песок. Из насоса при этом выливалась не столько вода,
сколько непонятная жидкость, похожая по цвету на цементное
молоко.
Пришлось отступить и отказаться от устройства котлована,
основав здание на сваях.
Нужно сказать, что строители вовремя прекратили откачивать
воду с песком из котлована. Дело в том, что по мере откачки из
стенок и дна выносится песок. Такой вынос вызывает явление,
носящее название механической суффозии. Явление суффозии
было впервые описано русским ученым А. П. Павловым, который
заметил, что потоки подземных вод могут растворять и выносить
породы, а это вызывает оседание лежащей над ними поверхности
земли.
В дальнейшем обнаружилось, что под механическим давлением
потока подземных вод частицы песка могут взвешиваться и пере-
мещаться. При откачке воды из котлована возникает поток воды,
направленный от массива к котловану. Он и вызывает перемещение
песчинок — механическую суффозию, которая может привести
к оседанию поверхности земли и авариям построенных по соседству
зданий, как это показано на рис. 26.
Американский ученый К. Терцаги описывает случай, когда
в штате Коннектикут (США) вздумали с помощью откачки насосом
воды из котлована осушить тонкозернистые пески. Забыв о боль-
шой подвижности этих грунтов, строители энергично взялись
за работу. Не обращая внимания на большой вынос песка, они
продолжали работу, вплоть до неизбежного при таком пренебре-
жении к суффозии происшествия: сначала обрушилась постройка,
расположенная неподалеку от насоса. Через некоторое время
на расстоянии 100 метров от этого места неожиданно образовался
провал поверхности. Он имел форму воронки, глубиной до 1 метра.
Дорого обошлось строителям их легкомыслие.
45
Рис. 26. Откачка воды е песком из стенок котлована вызывает
опускание прилегающих участков поверхности
В истории нашего, отечествен-
ного строительства известен случай,
возникший при строительстве первой
очереди Московского метрополитена,
когда на одном из его участков при
откачке воды возник вынос песка.
Это повлекло за собой неравномер-
ную осадку поверхности земли, что»
могло привести к повреждению зда-
ний, расположенных на осевшем
участке.
Откачка воды была немедленно
прекращена, а здания укреплены.
Своевременная приостановка работ,
вызвавших механическую суффозию,
и принятые меры полностью пред-
Рис. 27. Песчаная «пробка» отвратили возможность разрушения
в скважине в водонасыщенных зданий.
тонких песках	При бурении скважин в песках-
плывунах возникают иногда «пес-
чаные пробки» (участки скважины, заполненные поднявшимся
под напором песком) (рис. 27). Такие пробки могут достигать
нескольких метров. Часто бывает неправильное представление
о том, что «пробки» могут возникать только в плывунах. Это не
совсем так. Они появляются иногда и в обычных водонасыщенных,
не плывучих песках. В последнем случае образование «пробки»-
обусловливается разностью гидростатического напора воды в сква-
жине и в окружающем массиве грунта.
Плывуны широко распространены на поверхности земли.
Чаще всего их можно встретить в долинах рек или на побережьях
морей и озер. Им часто даются местные названия, например, на
Северном Урале плывуны называются «бузга», в Сибири — «мя-
сича», «нята» и т. д.
46
Немало неприятностей они доставили строителям Беломорско-
Балтийского канала, Волго-Донского канала им. В. И. Ленина
и во многих других случаях. Не менее распространены плывуны
в Германской Демократической Республике, Федеративной Рес-
публике Германии, Бельгии, Нидерландах, Англии, США и других
зарубежных странах.
КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ПОТОКИ ГРУНТА
Однажды в одном из карьеров бурого угля в Германии разра-
зилась неожиданная катастрофа. Ее подробности описаны инже-
нером Д. Бренбергом. Произошло это событие прохладной дождли-
вой осенью 1932 г. В это время в карьере велись особенно интен-
сивные работы. Уголь добывался на самой нижней площадке
карьера — третьем уступе. Глубина его от поверхности земли
достигала в это время солидной величины — 45 метров. Наблю-
дателю, находившемуся наверху, с высоты, равной пятнадцати-
этажному дому, были видны механизмы и фигурки рабочих,
с утра до вечера упорно долбивших слои угля.
Карьер занимал обширную территорию. Длина его превосхо-
дила два километра, а ширина — километр. Собственно добыча
угля производилась на сравнительно небольшой площадке треть-
его уступа. Над ним громоздились две высокие ступени первого
и второго песчаного уступов, составлявшие вместе высоту
около 30 метров.
Катастрофа произошла вечером. Сначала раздался глухой
шум, а затем рабочие, находящиеся в карьере, увидели движу-
щуюся с большой скоростью огромную серую массу песка и воды.
Потребовалось всего несколько минут, чтобы она затопила нижний
уступ, поглотив экскаватор и другие работавшие там механизмы.
Катастрофический поток жидкого грунта переместил свыше
1,5 миллиона тонн песка. Разрабатываемый пласт угля был засы-
пан слоем рыхлой породы мощностью в 19 метров.
Катастрофа нанесла не только материальный ущерб и задержку
в производстве работ, но и вызвала человеческие жертвы.
Описанный случай не является единственным. Потоки рых-
лых водонасыщенных песков встречены и во многих других местах.
К. Терцаги описывает ряд интересных случаев массового течения
водонасыщенных рыхлых песков на берегах Юго-Западной про-
винции Нидерландов — Зеландии. Здесь морской берег сложен
20—40-метровой толщей мелко- и среднезернистых песков. На
этом участке время от времени возникает странное явление: пески
начинают осаживаться и с глухим гулом устремляться широкими
потоками, движущимися с большой скоростью, в море.
Наиболее значительная катастрофа подобного рода произошла
в 1814 г. неподалеку от Борселе. При этом с шумом, напомина-
47
Рис. 28. Поток песка на берегу Дона
тощим раскаты грома, к морю сместилась масса водонасыщенного
песка объемом в 1,6 миллиона кубометров.
Эти катастрофические движения песка на берегах Голландии
возникают чаще всего во время морских отливов.
Из практики строительства СССР также известны случаи раз-
жижения и неожиданного перемещения песка.
Случай движения жидкого песка наблюдался на реке Дон
в 1949 г. Здесь на левом песчаном берегу Дона была сложена
куча камней для строительства. Однажды раздался довольно
сильный шум, и вся прилегающая к сложенным камням масса
песка быстро переместилась в реку на расстояние нескольких
метров. Нижние ряды штабеля камня, находящиеся на этом уча-
стке, погрузились в песок на глубину до 0,5 метра (рис. 28).
В этом случае явление течения грунта возникло во время бы-
строго понижения уровня реки, вызванного сильным «верховым»
(сгонным) ветром.
Все эти случаи свидетельствуют о способности некоторых
типов водонасыщенных песков при определенных условиях вне-
запно разжижаться и перемещаться в виде потоков. Они напо-
минают потоки воды. Их перемещение всегда направлено в сторону
незначительных уклонов местности. Возможно также выдавлива-
ние разжижающихся песков из-под тяжестей, находящихся на
их поверхности (например, тяжелых фундаментов, массивов,
набережных и т. д.).
КАК ОБРАЗУЮТСЯ ПЛЫВУНЫ
Что же такое плывун? Какие причины заставляют песчаные
грунты течь? Долго не удавалось ответить на эти вопросы.
Изучением этого явления занимались ученые ряда стран.
Советский исследователь А. Ф. Лебедев, изучавший плывучие
грунты, обнаружил, что при определенных условиях песчаные
частицы способны под давлением воды взвешиваться и переме-
щаться. Это позволило сделать первый вывод, что плывунами могут
быть любые типы песчаных пород, на которые действует давление
движущейся воды.
48
Чем больше величина такого напора воды, тем более крупные
частицы начинают плыть. Даже крупнозернистые пески, содер-
жащие в своем составе зерна гравия, могут приходить в движение.
Напор воды, при котором начинается перемещение зерен песка,
был назван критическим градиентом.
А. Ф. Лебедев этот тип плывунов предложил назвать псевдо-
плывунами, т. е. ложными плывунами. В основе способности
к плывучести псевдоплывунов лежит внешняя причина — дви-
жение подземной воды.
Борьба с этим видом оплывания песка не представляет труд-
ностей. Необходимо только устранить причину — снять напор
воды, и плывучесть прекратится.
Однако есть и такие плывуны, которые излечить от подвиж-
ности лишь одним снятием напора не удается.
Решить эту задачу оказалось сложнее.
Продолжая свои исследования, А. Ф. Лебедев обнаружил
плывуны, причина подвижности которых таилась в самих породах.
Их он назвал истинными плывунами.
Различие между ложными и истинными плывунами особенно
резко заметно при производстве работ. Если для прекращения
оплывания псевдоплывунов достаточно лишь отвести подземную
воду, то в истинных плывунах отвод и понижение уровня воды
вообще оказывается затруднительным. Устранение ее напора
не излечивает такой грунт от оплывания.
Если в качестве псевдоплывунов могут выступать различные
по составу породы, то истинные плывуны — это определенный
вид грунта. Что же это за грунт?
Оказалось, что это особые песчано-коллоидные породы.
Детальное изучение свойств этих удивительных грунтов про-
вела советская исследовательница И. М. Горькова. Она обнару-
жила, что песчинки в этих породах друг с другом не соприкасаются
(рис. 29). Они окружены желтоватыми коллоидно-дисперсными
хлопьями. Эта тончайшая структурная масса и определяет многие
свойства истинных плывунов: высокую подвижность, очень боль-
шую влажность (до 50%) и высокую пористость (40—60%).
Эти же тончайшие хлопья затрудняют движение воды через
истинные плывуны.
Теперь мы видим, что тайна истинного плывуна оказалась
заложенной в его весьма своеобразной структуре. Если она сохра-
няется, то по поверхности плывуна можно свободно разгуливать.
Но попробуйте перемешать или вызвать вибрацию плывуна,
немедленно после этого его прочность (устойчивость) уменьшается
в десятки и даже сотни раз.
Такое динамическое воздействие на плывун возникает при
забивке свай. Нанося по свае несильные, но частые удары, можно
вызвать быстрое погружение ее в грунт.^ Это стало возможным
вследствие специфических свойств истинных плывунов. Через
4 Заказ 607.	49
Рис. 29. Расположение песчинок в истинных плывунах
несколько часов, когда песок восстановит свою начальную струк-
туру, вытащить сваю не удастся, она прочно будет захвачена
грунтом.
Возникает вопрос: почему происходит такая перестройка
структуры? Исследуя истинные плывуны и насыщенные водой
глины, ученые обнаружили, что содержащиеся в них тонкие ча-
стицы являются коллоидами. В наше время это слово редко кому
неизвестно. Если небольшое количество такой глины положить
на фильтр, то она полностью пройдет сквозь него. Коллоидные
частицы можно задержать только на специальных ультрафильтрах.
Поместите каплю коллоидного раствора на стекло и попытайтесь
увидеть частицы в оптическом микроскопе. Нет, их не видно.
Наблюдать их можно только под электронным микроскопом.
Коллоидное состояние вещества широко распространено в при-
роде. Из коллоидов состоят почти все растительные и животные
организмы, большинство продуктов питания, одежда, бу-
мага и т. д.
По существу к коллоидным системам должны быть отнесены
глинистые грунты, а также истинные плывуны. В этих породах
средой является вода, в которой равномерно распределены тон-
чайшие минеральные частицы.
Такие коллоидные срстемы напоминают густые студни, которые
в физической химии названы гелями (от латинского слова гелус —
50
Рис. 30. Авария плотины в США вследствие разжижения глинистого
основания
лед). В определенных условиях коллоиды могут находиться в жид-
ких растворах, тогда их называют золями (от латинского слова
солюцио — раствор). Когда грунт находится в состоянии золя,
он может течь, как вода.
В обычных условиях насыщенные водой глины и истинные
плывуны находятся в состоянии геля. Но если их начать энергично
встряхивать, то возникает почти мгновенный переход геля в золь.
Глины и плывуны разжижаются и, потеряв прочность, текут,
как жидкость.
Оставьте такой жидкий грунт на некоторое время в покое.
Вы увидите — он опять приобретет некоторую прочность и пре-
вратится в гель.
Крупнейший советский ученый П. А. Ребиндер объясняет это
явление так: в гелях образуется сетка из раздробленных тонких
частиц, в ячейках которой заключается вода. При встряхивании
эта сетка разрушается и коллоидная система разжижается. В покое
она опять восстанавливается, а вместе с ней возвращается студне-
образное состояние. Явление перехода при встряхивании геля
в жидкий золь получило название тиксотропии. В основе этого
слова лежат корни двух греческих слов: тиксис — прикосновение
и ропис — изменение. А в сумме оно может быть расшифровано
как изменение от прикосновения.
4*	51
Тиксотропия оказывает большое влияние на прочность водо-
насыщенных глин и истинных плывунов (рис. 30).
Способность к подобному разжижению у разных грунтов
различна. Она зависит от минерального состава, размера частиц,
величины увлажнения и многих других факторов.
Теперь можно объяснить странные явления, возникающие
в истинных плывунах, о которых говорилось выше: легкое погру-
жение сваи в истинный плывун при слабых, но частых ударах
обусловливается возникновением тиксотропии.
Когда свая после забивки остается в покое, структурная сетка
и гелеобразное состояние грунта быстро восстанавливаются.
Грунт плотно «схватывает» сваю.
Возникновение потоков водонасыщенных песков в определен-
ной степени также может быть объяснено тиксотропией.
Чем больше песчаный грунт содержит тончайших коллоидных
частиц, тем более он подвержен оплыванию.
Интересный опыт провел советский исследователь В. А. При-
клонский. Он добавил к чистому кварцевому песку всего лишь
2% коллоидных глинистых частиц и обнаружил, что такой грунт
приобрел хорошо выраженную способность к тиксотропии.
КАКОЕ ДАВЛЕНИЕ МОЖЕТ
ВЫДЕРЖАТЬ ПЛЫВУН
Что, если на поверхность плывуна поставить дом? Выдержит
ли он его вес?
С первого взгляда может показаться, что насыщенный водой
разжиженный песок, приходящий в движение даже при незна-
чительных напорах, не может выдержать даже минимального
давления. Такое впечатление является оправданным не для всех
случаев. Дело в том, что плывун в одних условиях может выдавли-
ваться и вытекать из-под фундаментов зданий, а в других оста-
ваться неподвижным. Действительно, представим себе, что он
не имеет выхода в стороны, а сверху зажат вышележащими плот-
ными грунтами. Оказывается, что в этом случае он может вынести
значительные давления (рис. 31).
А. Ф. Лебедев поставил интересные опыты. Он определил
давления, которые выдерживает плывун в этих условиях. Обна-
ружилось, что один квадратный метр его поверхности способен
выдержать нагрузку до 80 тысяч килограммов.
Легко догадаться, что столь высокая прочность возникает
вследствие того, что давление воспринимается не столько части-
цами песка, сколько водой. А вода, как известно, очень мало
сжимается.
Здания, построенные на плывуне, создают в его толще довольно
высокое давление воды в порах.
52
Рис. 31. Бели у плывуна
нет свободного выхода
в сторону, то он может
выдержать большое давле-
ние
По законам гидростатики оно передается на довольно значи-
тельные расстояния в стороны. Если на некотором расстоянии
от стоящих построек возникнут условия для перемещения плы-
вуна (например, во вновь отрываемые котлованы), то несущая
способность его резко падает. Ее величина снижается до 3—
5 тысяч килограммов на квадратный метр. В этом случае могут
возникнуть серьезные деформации зданий.
Поэтому, прежде чем начинать строить на плывунах, необхо-
димы тщательные инженерно-геологические исследования уча-
стков.
можно ЛИ БОРОТЬСЯ С ПЛЫВУНАМИ
Строителю приходится довольно часто встречаться с плыву-
нами. Как же в этом случае отрывать канавы, траншеи или кот-
лованы под здания? Как избежать разрушений близко располо-
женных построек?
Мы уже познакомились с хитроумным способом, к которому
прибегли сибирские строители мостов. Однако ржаная мука или
же другие вещества, близкие к ней по воздействию на плывуны,
оказывают лишь кратковременное действие. Кроме того, этот
способ применим только для неглубоких котлованов и траншей,
поэтому не может найти широкого распространения.
Легко решаются поставленные вопросы, когда приходится
строить на псевдоплывунах. В этом случае достаточно лишь отвести
грунтовые воды, и осушенные пески перестанут оплывать.
А как быть в том случае, когда открытая откачка воды из кот-
лована в псевдоплывунах становится опасной для окружающих
53
насос
Рис. 32. Образование депрессионной воронки (1) вокруг
скважины при откачке
Рис. 33. Образование объединенной воронки при работе
двух скважин
Ряс. 34. Если одного ряда скважин недостаточно, вокруг
котлована делают два яруса скважин
Рис. 35. Схема
иглофильтра
1 — внутренние
трубы; 2— наруж-
ные трубы; з —
наконечник с фре-
зером; 4— фильтр
сооружений, когда она влечет за собой суффо-
зию — вынос грунта со всеми вытекающими
отсюда последствиями?
Долгое время не удавалось решить эту задачу.
Как и во многих других случаях, ее решение
оказалось очень простым. В 1886 г. немецкие
специалисты впервые применили предварительное
понижение уровня воды в песках при помощи
грунтового водоотлива.
Этот способ оказался достаточно надежным,
его быстро подхватили и применили при строи-
тельстве метрополитена в Будапеште и Берлине.
В чем же заключается сущность этого метода?
Давайте сделаем в земле буровую скважину.
Опустим в нее всасывающую трубу насоса. Для
того чтобы в насос не затягивался песок, снаб-
дим ее конец фильтром из тонкой медной сетки.
Теперь попробуем качать воду. Если произво-
дить откачку определенное время, то вокруг
скважины вследствие отсоса образуется пониже-
ние уровня грунтовой воды (рис. 32). Оно будет
иметь форму воронки, как это показано на ри-
сунке. Геологи назвали подобное понижение
уровня около скважины, вызываемое откачкой,
депрессионцой воронкой.
Возьмем не одну, а две такие скважины, расположенные непода-
леку друг от друга. Начнем одновременно качать из них воду.
Депрессионные воронки вокруг скважины сольются, и уровень
грунтовой воды между ними понизится (рис. 33).
Теперь попробуем окружить котлован целым рядом скважин.
Если начать одновременно качать из них воду, то можно добиться
требуемого понижения уровня внутри участка (рис. 34), осушив
таким образом пески в пределах строительной площадки.
Этот принцип и положен в основу грунтового водоотлива.
Советские ученые и инженеры значительно усовершенствовали
этот метод. Сейчас на стройках нашей страны широко применяются
специальные водопонижающие устройства — иглофильтры. Осо-
бенно интересны глубокие иглофильтры, созданные В. К. Ярцевым
и П. П. Аргуновым. Они представляют собой трубу диаметром
75 мм, внутри которой помещается другая, более тонкая труба
диаметром 50 мм. Нижняя часть большой трубы снабжается филь-
тром. Внутренняя трубка на конце оборудована резиновым шаро-
вым клапаном (рис. 35).
Откачка воды при помощи иглофильтра осуществляется сле-
дующим образом: сначала его устанавливают в приготовленное
углубление и в малую трубу под давлением (2—3 атмосферы)
55
подают воду. Ее поток отжимает шаровой клапан и с силой уда-
ряет в грунт, производя его размыв. Частицы породы затем вместе
с водой выносятся наверх по затрубному пространству. Игло-
фильтр под тяжестью собственного веса как бы «провали-
вается» в образующуюся под ним пустоту. Весь процесс
такого погружения до глубины 8—20 метров занимает 5—
15 минут.
После этого внутренняя труба подсоединяется к вакуум-
насосу, который создает в ней разрежение. Под действием раз-
режения вода засасывается в трубу и поднимается вверх. Для
того чтобы увеличить высоту и скорость подъема, в наружную
трубу дополнительно нагнетается сжатый воздух. Вода поступает
по трубе на высоту 15—20 метров. Такие глубинные иглофиль-
тровые установки дают возможность понижать уровень грунтовой
воды на 10—16 метров.
Этот метод хорош при борьбе с оплыванием псевдоплывунов,
но для осушения истинных плывунов он непригоден. Возникает
вопрос: как же вести борьбу с истинными плывунами?
НА ПОМОЩЬ ПРИХОДИТ МОРОЗ
Житейский опыт говорит, что, когда оттепель сменяется моро-
зом, грязь на дорогах превращается в твердую окаменевшую
массу. Такой замерзший грунт обладает довольно большой
прочностью.
Что, если использовать это действие мороза на разжиженный
грунт для борьбы с истинными плывунами?
Первая такая попытка заморозить плывун была предпринята
в 1862 г. в Уэльсе (Англия). Она оказалась неудачной. После
этого замораживание грунта было повторено лишь через 20 лет,
в Саксонии. На этот раз был достигнут полный успех. В наше
время замораживание стало обычным строительным приемом
борьбы с оплыванием грунтов. Оно нашло широкое применение
при строительстве самых различных сооружений (рис. 36). Бле-
стящим примером использования замораживания является закре-
пление разжиженных песков при строительстве первой очереди
Московского метрополитена.
Осуществляют замораживание разными способами. Если слой
плывуна имеет небольшую мощность, то вокруг котлована замора-
живанием создают сплошную прочную стенку из песка, сцемен-
тированного льдом.
В том случае, когда плывуны имеют большую мощность, то
промораживают не только стенки, но и дно котлована.
Иногда приходится замораживать весь участок, занятый соору-
жением.
56
Как же осуществляется процесс
замораживания? Наиболее просто
можно заморозить плывун, используя
естественный морозный воздух. Для
этой цели отрывают на возможную глу-
бину котлован и оставляют его до тех
пор, пока дно и стенки котлована не
замерзнут. Затем котлован углубляют
на 0,3—0,4 метра и замораживание
повторяют. На каждом этапе необхо-
димо проморозить полуметровый слой
разжиженного плывуна. Промораживая
слой за слоем, достигают требуемой
глубины.
Как видите, просто, но очень и очень
медленно. Нужны месяцы, чтобы углу-
биться на 2—3 метра.
Уральские строители придумали
способ ускорения естественного про-
мерзания плывуна: в жидкий грунт
погружают систему труб, через которые
Рис. 36. Прочность разжи-
женного грунта до замора-
живания (а) и после (б)
при помощи вентилятора прогоняют
наружный морозный воздух. Разжиженный песок, охлаждаемый
одновременно сверху и снизу, промерзает значительно бы-
стрее.
Как же быть, если зима теплая или строительство ведется
в южных районах страны?
В этом случае приходится привлекать на помощь «искусствен-
ный холод».
Вспомните физику. Известно, что при испарении жидкости
происходит поглощение тепла. Вот этот принцип и положен
в основу искусственного замораживания.
В качестве жидкого газа применяют чаще всего аммиак, поме-
щенный под давлением 10 атмосфер в стальной баллон.
Если из этого баллона направить жидкий аммиак в холодиль-
ную камеру, то он, испаряясь, охладит воздух в ней до —26 гра-
дусов.
В камере (металлической коробке) имеется змеевик, по кото-
рому циркулирует соляной раствор. Температура замерзания
такого раствора —35 градусов. Этот раствор поступает затем
в скважины в грунте. Обтекая их стенки, соляной раствор пере-
дает им холод, который и замораживает прилегающий плывун
{рис. 37).
Располагая замораживающие скважины через 1—1,5 метра,
мы получим сплошную ледяную стенку вокруг котлована. Такая
стена замерзшего грунта сохраняется на протяжении нескольких
месяцев. Для ее образования необходимо 2—3 месяца. Подобные
57
Рис. 37. Схема установ-
ки для искусственного
замораживания
а — морозильная камера;
б — схема установки; 1 —
баллон с аммиаком; 2 — хо-
лодильная камера; 5—змее-
вик; 4 — компрессор; 5 —
насос; 6 — замораживаемый
слой грунта
ледяные стенки в некоторых случаях достигают больших раз-
меров. В практике советского строительства имеются случаи,
когда замораживали стенки длиной от сотни метров до полу-
километра.
МЫСЛЬ ЧЕЛОВЕКА РАБОТАЕТ
Много было придумано разных способов устройства котло-
ванов, карьеров, шахт и других углублений в плывунах.
Человеческая мысль работает неустанно, совершенствуя ста-
рые и создавая новые методы.
Одним из старейших способов строительства в жидких водо-
насыщенных грунтах является кессонный. Большинство из чита-
телей, несомненно, слышало об этом способе производства
работ.
Принцип его очень прост: возьмем большой колокол, поста-
вим его открытой стороной на грунт и создадим в нем повышенное
давление. Если начать его погружать в разжиженную массу
грунта, то вода и песок поступать внутрь колокола не смогут,
так как этому будет препятствовать сжатый воздух. Теперь пред-
ставим себе, вместо колокола, более крупную кессонную камеру,
внутри которой могут работать рабочие. По мере выработки
под краями кессона грунта он погружается под действием соб-
58
Рис. 38. Схема кессонной
разработки
водонасыщенного песка
ственного веса. Извлекаемый материал выбрасывается наружу
при помощи специального приспособления, позволяющего не
снижать давления в кессонной камере (рис. 38). Крупным недо-
статком этого способа разработки является необходимость работы
в условиях сжатого воздуха.
Последнее время кессонный способ применяется все меньше
и меньше. Ему на смену приходят менее громоздкие и более эффек-
тивные методы.
Для укрепления плывучих песков часто с успехом применяют
силикатизацию, о которой мы уже рассказывали в первой
части книги.
Есть еще один способ разработки котлованов в оплывающих
песках. Строители называют его методом подводного черпания.
Сущность метода такова: грунт (без воды) из котлована извле-
кают при помощи специального экскаватора, находящегося на-
верху, у края котлована. Так как во время производства работ
уровень воды в котловане остается постоянным, то перемещения
песка под давлением воды практически не происходит.
Можно рассказать и о других способах покорения плывунов:
устройстве железобетонных ограждающих стенок, создании шпун-
товых ограждений из досок, деревянных или металлических
пластин, железобетонных шпунтин и т. д. Все они находят широ-
кое применение на производстве.
59
ГЛИНИСТЫЕ ГРУНТЫ
глины
«НЕВИДИМЫЕ» МИНЕРАЛЫ
Мы познакомились с песками, состоящими из сравнительно
крупных частиц, диаметром от 2 до 0,05 мм. Ученым удалось
обнаружить, что существует целый мир «невидимых» глазу мине-
ралов. Их размеры, оказывается, меньше 0,001 мм и даже
0,00001 мм. Значительную часть кристалликов таких минералов
нельзя видеть не только невооруженным глазом, но и при помощи
сильнейших оптических микроскопов.
«Невидимые» минералы рассеяны вокруг нас, но мы их не заме-
чаем. Они встречаются и в воде, и в окружающем нас воздухе.
Так, в одном кубическом сантиметре самого чистого воздуха
содержится более 1000 микроскопических минеральных зерен.
Многие из «невидимых» минералов впервые удалось увидеть
с помощью электронного микроскопа, позволяющего увеличи-
вать изображение предметов в 10, 100, 300 тысяч раз и более
(рис. 39). Пользуясь современными методами исследования, уче-
ные обнаружили свыше 160 минералов этого типа. Благодаря
своим свойствам и малым размерам, «невидимые» минералы полу-
чили наименование коллоидно-дисперсных. Скопления милли-
ардов мельчайших зерен этих минералов в смеси с песчаными
частицами образуют глины.
В состав этих пород входят в значительном количестве тон-
чайшие частички, размером менее 0,001 мм.
Коллоидно-дисперсные минералы обладают рядом удивитель-
ных особенностей, которые определяются прежде всего их малыми
размерами, а также своеобразным составом и строением.
В 1 кубическом сантиметре глины содержится свыше 25 мил-
лиардов кристалликов «невидимых» минералов. Это по меньшей
мере в 14 раз больше, чем содержится песка в одном кубическом
метре.
Столь высокое дробление вещества обусловливает большую
удельную поверхность. Под последней понимается площадь поверх-
ности всех частичек, содержащихся в 1 кубическом сантиметре
вещества.
60
Рис. 39. Электронный
микроскоп
Чтобы представить себе характер
увеличения удельной поверхности по
мере дробления вещества, возьмем ка-
кой-либо минерал кубической формы,
обладающий объемом в 1 кубический
сантиметр. Все стороны такого кубика,
естественно, должны быть равны 1
сантиметру. Поверхность такого куба
будет равна 6 квадратным сантиметрам.
Распилим этот кубик на 8 равных
кубических частей с ребрами длиной
0,5 сантиметра. Можно легко устано-
Рис. 40. Увеличение удельной поверхности
по мере дробления вещества
вить, что их общая поверхность значительно увеличится (рис. 40).
Если продолжить дробление и дальше, то при размере сторон
кубиков в 0,00001 мм их удельная поверхность окажется равной
600 тысячам квадратных сантиметров, или 60 квадратным
метрам.
Ученые установили, что чем больше удельная поверхность,
тем более активным оказывается вещество. Оно обладает повы-
шенной способностью к поглощению воды и различных веществ,
у него больше проявляются молекулярные силы и т. д. «Неви-
димым» минералам, имеющим высокую удельную поверхность,
присущи все перечисленные качества.
Коллоидно-дисперсные минералы, помимо этого, обладают
разнообразными свойствами и строением.
Особенно отличаются друг от друга две группы этих обра-
зований. К первой группе относится широко распространенный
минерал каолинит. Главной особенностью его является «жесткость»
кристаллической решетки (все составляющие его молекулы прочно
связаны друг с другом), поэтому каолинит и минералы, сходные
с ним, сравнительно мало набухают.
Представителем минералов второй группы является монт-
мориллонит (назван по имени французского города Монтморил-
61
Рис. 41. Структура монтморил-
лонита (а) и каолинита (б)
лон). Главной его особенностью является наличие необычной для
минералов подвижной кристаллической решетки. Она состоит
из кристаллических пакетов, слабо связанных друг с другом
(рис. 41). По мере увлажнения молекулы воды проникают между
пакетами и раздвигают их, как меха гармоники.
Минералы, имеющие такое строение, при намокании сильно
набухают, увеличиваясь в объеме в 5 и даже 10 раз.
КОВАРНЫЕ СВОЙСТВА ГЛИН
Возьмем кусок сухой глины и попытаемся разрушить его
руками. Он крепок, как камень. Давайте его увлажним. Куда
девалась его прочность? Без особого усилия мы мнем его, при-
давая любую форму. Говорят, что глина стала пластичной. Если
продолжить увлажнение дальше, порода потеряет вообще всякую
связность и потечет, как жидкость. Такое состояние глины назы-
вается текучим.
Мы можем сказать, что строительные свойства глин зависят
от их увлажнения. Чем меньше влажность, тем выше прочность.
Легко догадаться, какую опасность для глинистых оснований
зданий представляет переход глины в текучее состояние.
У глинистых грунтов есть еще одно неприятное качество..
Возьмите глину и вырежьте из нее 2 одинаковых кубика. Один
из них смочите водой. Через некоторое время вы увидите, что
«мокрый» кубик набухает и как бы растет на глазах. Эта способ-
ность глин к набуханию вытекает из свойств составляющих их
коллоидно-дисперсных минералов. Незначительно набухают
каолинитовые глины.
Глины, содержащие монтмориллонит, могут увеличиваться
в объеме в несколько раз (рис. 42). Сила, с которой происходит
набухание глины, достигает 5—10 килограммов на квадратный
62
Рис. 42. Увеличение в объ-
еме при набухании монтмо-
риллонитовой глины
а — исходный объем; б — после
набухания
сантиметр. Если набухает массив~монт-
мориллонитовых глин, то каждый
квадратный метр его поверхности спо-
собен поднять груз в 100 тысяч кило-
граммов. Это превосходит в несколько
раз обычный вес зданий и сооружений.
Если мокрую глину высушить, то
обнаружится обратное явление —
уменьшение объема, или, как говорят,
усадка. Усадка сопровождается рас-
трескиванием глин.
Летом в жаркую погоду на поверх-
ности почвы или глины вы, наверно,
не раз наблюдали образование трещин, вызванное усадкой.
Характер образующихся трещин показан на рис. 43
Познакомимся еще с одним свойством глин — пористостью.
Мы уже знаем, что в песках от ее величины зависит прочность
оснований. Какова же пористость глин? Оказывается, глины
обладают более высокой пористостью, чем пески. Ее значения
находятся в пределах от 40 до 60%. Но главное различие заклю-
чается в форме и размере самих пор. Если у песка они крупные,
хорошо проводящие воду, то у глин подавляющее число пор имеет
микроскопические размеры. Их величина не превышает 1—5 мик-
рон (микрон — десятитысячная часть сантиметра). В природных
условиях микропоры обычно заняты влагой.
Своеобразная пористость глин создает особые условия при
постройке на них зданий. С одной стороны, общая высокая пори-
стость приводит к значительному сжатию глин под весом соору-
жений. Оно всегда оказывается в конечном счете большим, чем
у песка. С другой стороны, малая величина пор и содержание
в них воды являются причинами медленного нарастания осадки
построек.
Действительно, вода практически несжимаема; пока она не
будет выдавлена из грунта, осадка не закончится. Под давлением
веса сооружений в порах глин возникает поровое давление воды.
Под его действием вода начинает очень медленно выжиматься
в стороны от сооружения. Этот процесс может длиться сотни
и даже тысячи лет. В течение всего времени продолжается осадка
зданий.
Наглядно разницу между осадкой зданий на песках и на гли-
нах можно видеть на рис. 44.
Еще одно свойство глин, увеличивающее продолжительность
и величину осадки зданий, заключается в их способности течь
под действием давлений. Для того чтобы глина стала подвижной,
достаточно небольшого давления. Однако такое течение глин
развивается крайне медленно. Видимые деформации зданий,
вызываемые им, могут проявляться спустя десятки и сотни лет
63
Рис. 43. Трещины, образующиеся на поверхности гли-
нистого грунта при его усыхании
постройки
Рис. 44. Осадка домов на песках (1) и
глинах (2)
после постройки. Учеными еще недостаточно изучено это явление.
Несомненно, что оно играет немалую роль в изменении прочности |
глин со временем.	!
ПАДАЮЩАЯ БАШНЯ	|
Туристам, отправляющимся в путешествие по Италии,	много-	|
численные путеводители настоятельно рекомендуют	посетить	го-	/
род Пизу в Тоскане, расположенный неподалеку от впадения j
реки Арно в лазурное Лигурийское море.	I
64
Этот небольшой оживленный городок прославился главным
образом своей знаменитой башней. Бойкие путеводители про-
возглашают это интересное сооружение чудом света.
В 1174 г. на соборной площади города архитекторы Бонаннус
и Гвальельмус начали строить высокую колокольню. Строители
должны были создать башню, призванную украсить город. Ни
строители, ни городские власти не думали и не гадали, что это
монументальное сооружение прославит город на многие века.
Ежегодно, для того чтобы посмотреть на знаменитую Пизанскую
башню, в город прибывают со всего мира десятки тысяч туристов,
доставляя значительный доход магистрату.
Что же в ней интересного? Чем эта башня привлекает внима-
ние туристов?
Дело в том, что она стоит не вертикально, как сотни других
башен и колоколен, а сильно наклонена по отношению к поверх-
ности земли. Это и создает ей славу «падающей» башни.
Возникает вопрос: была ли она сразу задумана как падающая
или это^произошло помимо воли строителей?
Конечно, воля строителей здесь не при чем. Ее наклон —
следствие ошибки, допущенной при оценке основания. Не было
учтено, что на небольшой глубине с одной стороны фундамента
располагаются сильно сжимаемые иловато-глинистые грунты. Их
уплотнение и повлекло за собой большую одностороннюю осадку
сооружения. Уже в самом начале строительства, когда стены
достигали высоты 11 метров, было обнаружено, что башня накло-
няется. Дальнейшее возведение ее шло с перерывами и продол-
жалось с 1174 до 1350 г. Строители попытались улучшить поло-
жение колокольни, надстроив самую верхнюю десятиметровую
часть не по центру, а сместив ее в сторону оси, противоположной
наклону.
Когда было закончено сооружение, башня имела отклонение
центра ее вершины от вертикали на 2,1 метра.
Нам уже известна способность глин к значительному медлен-
ному уплотнению. Блестящим подтверждением этой особенности
глин является почти восьмивековая осадка Пизанской башни.
Более чем за 750 лет она осела с одной стороны на 3,2 метра,
а с другой — на 1,6 метра.
Таким образом, средняя скорость осадки глин составила около
2 мм в год. Незадолго перед второй мировой войной осадка башни
практически прекратилась. Наступило, как говорят механики,
равновесное состояние.
Во время военных действий неподалеку от соборной площади
падали фугасные бомбы. По окончании войны было обнаружено
возобновление осадки башни. Есть основание думать, что оно
было вызвано сотрясениями в результате взрывов фугасных бомб.
Сейчас отклонение верхушки башни от вертикали достигло
4,9 метра (рис. 45).
5 Заказ 607.
65
Рис. 45. Отклоне-
ние башни от вер-
тикали
вания.
После войны некоторое время деформацив
как будто стихли. Однако в ? 50-х годах об-
наружилось дальнейшее возрастание наклона*
капризной башни, который ^продолжается па
сегодняшний день. Угроза падения нарастает
с каждым годом.
Обеспокоенный магистрат объявил между-
народный конкурс для разработки мер, необхо-
димых для прекращения дальнейшего наклона
этого уникального сооружения. Было сделана
много предложений, но ни одно из них не вне-
дряется в жизнь. Башня продолжает угрожа-
юще крениться. Если ;не будут приняты кар-
динальные меры, падение неминуемо прои-
зойдет.
Пизанская падающая башня является
своеобразным памятником строительной ошиб-
ки, вызванной незнанием свойств глинистых
грунтов, лежащих в основании.
В нашей стране имеются водонапорные
башни, заслуживающие названия падающих.
Такие наклоненные башни можно встретить в Таганроге^
Каменске, Жданове и других городах. Во всех случаях их
наклон возник вследствие неравномерного сжатия пород осно-
ТРЕЩИТ, А ДЕРЖИТСЯ
В Ленинграде, на площади Декабристов, возвышается одна
из крупнейших сооружений города — Исаакиевский собор. Ов
является памятником архитектуры первой половины XIX в.
В настоящее время собор превращен в музей-памятник (рис. 46).
Строительство этого монументального сооружения началось
в 1819 г. и продолжалось 40 лет. Собор поражает своим величием.
Его высота достигает 102 метров. Размеры собора позволяют
считать его третьим по величине в мире купольным зданием.
Внутри его могут одновременно помещаться 13 тысяч человек.
Вес этого уникального сооружения превышает 300 тысяч тонн.
Большое впечатление производят на зрителя сто монолитных
гранитных колонн, украшающих собор. Потребовался колос-
сальный труд, чтобы вырезать в карьерах монолиты такой вели-
чины, обтесать их, отполировать и доставить с помощью про-
стейших средств на место.
В основании собора лежат слабые водонасыщенные неодно-
родные глины. Строители хорошо представляли себе сложность
возведения на таких грунтах столь тяжелого сооружения.
66
Рис. 46. Музей-памятник Исаакиевский собор
Для того чтобы укрепить основание, в грунты было забито
12 тысяч свай. Для их скрепления сверху уложили два ряда
огромных гранитных блоков. Толпщна их равнялась 7,5 метра.
Возведение фундаментов продолжалось в течение 5 лет. Его
строили 125 тысяч человек.
При возведении здания архитектор допустил ряд ошибок.
Некоторые из них сейчас же дали знать о себе. Например, он
распорядился возвести сначала легкие портики, а лишь через
несколько лет тяжелую среднюю часть. Этого нельзя было делать.
Такой порядок строительства, как и следовало ожидать, вызвал
деформации отдельных частей сооружения. Неравномерная осадка
собора, возникшая в первые годы его строительства, продолжается
и в настоящее время. Установлено, что главной ее причиной
являются особые свойства сильно увлажненных глин, о которых
мы говорили выше.
Прошли годы, отметили столетие собора, идет вторая сотня
лет, а осадки все идут, не прекращаясь. Сейчас общая величина
их достигла 30—45 сантиметров. То, что различные по весу части
собора распределены неравномерно, вызывает усиленную осадку
глин под более тяжелыми конструкциями и замедленную под
более легкими. В результате этого возникают трещины, пере-
косы колонн, повреждение конструкций.
Дело дошло до того, что средние опорные столбы собора стали
угрожать обрушением. Это заставило срочно заняться их укре-
плением. В 1956—1957 гг. были проведены большие работы по
реставрации собора, при этом было много сделано для повышения
прочности самого сооружения.
5*
67
Пример Исаакиевского собора подтверждает коварство глин.
Думали ли строители, что потомкам неоднократно придется
ломать голову над укреплением их монументальных построек,
что основания, казавшиеся сравнительно прочными, будут столь
ненадежными?
УДИВИТЕЛЬНАЯ ИСТОРИЯ
Это событие произошло в одном из рабочих поселков, вырос-
шем после окончания войны. Новые трех- и четырехэтажные
дома блестели свежей краской и приятно радовали глаз. Счастли-
вые новоселы радостно осваивали удобные квартиры. Быстро
пробежал год, и в стенах домов стали появляться трещины. Жи-
тели этих домов считали, что в разрушении зданий виноваты
строители. Но вот приехали специалисты, осмотрели поврежде-
ния, взяли пробы грунта.
Удалось установить, что возникшие деформации вызваны
не осадкой домов, как это можно было предположить а наоборот,
их приподнятием. Не удивляйтесь, именно поднятием их вверх.
Оказалось, что в основании построек лежит многометровая толща
глин, названных по своему цвету «шоколадными». Когда сделали
минералогический анализ, обнаружили, что главной составной
частью этих грунтов является уже известный нам минерал монт-
мориллонит. Попробовали в лаборатории их увлажнить. Обна-
ружилось, что эти глины растут при увеличении влажности,
как тесто на дрожжах. Повышение содержания воды на 10—15%
сопровождается их ростом в стороны, вверх и вниз. Объем уве-
личивается на 10—20%. Попробовали на увлажняемую «шоко-
ладную» глину поставить груз. И что же? Когда вес его был равен
весу домов, увеличение объема уменьшилось, но не прекратилось.
Увеличили груз еще в два раза, и даже теперь некоторое увели-
чение объема при смачивании глины сохранялось. Оказалось,
что сила набухания глины достигает 40—50 тысяч килограммов
на квадратный метр поверхности.
Теперь легко понять, что явилось причиной странного при-
поднятия зданий. Небрежно устроенный отвод дождевых вод
в стороны от домов оказался недостаточным для предохранения
глинистого основания от проникновения воды.
Возникшее на отдельных участках увлажнение и повлекло
за собой местное набухание глинистых грунтов. Сила его давле-
ния, как мы уже выяснили, превосходит вес здания. И вот резуль-
тат: вместо ожидаемой осадки на отдельных участках домов про-
изошло их приподнимание (рис. 47).
Даже при незначительной величине промоченного слоя (20—
30 сантиметров) увеличение глин в объеме могло вызвать подъем
68
Рис. 47. Схема деформации домов
при набухании глин
фундаментов на высоту 3—5 сантиметров, что вполне достаточно*
для растрескивания домов.
Нельзя не отметить, что серьезным препятствием для значи-
тельного набухания является крайне малая водопроницаемость
монтмориллонитовых глин.
Изучая «шоколадные» глины района города Волгограда, ученые
обнаружили, что их набухание ведет к возникновению в массиве
породы трещин, которые способствуют быстрому распростра-
нению в этих глинах воды.
«РАСТВОРЯЮЩАЯСЯ» ПОРОДА
СПОР, ПРОДОЛЖАЮЩИЙСЯ 125 ЛЕТ
Перед нами кусок светло-желтой породы. На ее поверхности
рельефно выделяются округлые, крупные поры, диаметр которых
достигает 2—3 мм. Благодаря своей значительной величине они
получили название макропор (от греческого слова макрос —
крупный).
Эта с первого взгляда ничем не приметная порода вызвала
среди геологов яростные споры, продолжающиеся уже
более 125 лет.
69
В долине Рейна местное население назвало ее лёссом. Воз-
можно, что это наименование произошло от немецкого слова,
переводимого на русский язык как «растворимый».
Действительно, если положить кусочек этой породы в воду,
то в течение нескольких десятков секунд он рассыплется на массу
тончайших зернышек.
Геологи установили, что лёссы широко распространены на
поверхности земли. Они покрывают обширные степные простран-
ства в Европе, Азии и Америке. Их можно встретить в Австралии
и Африке. В Советском Союзе лёссы и примыкающие к ним породы
занимают более 14% континентальной поверхности.
Ученые, основываясь на том, что лёссовые породы распола-
таются в самой верхней части земной коры и слагают поверх-
ность земли, сделали вывод об их молодости, об образовании этих
отложений в современную эпоху.
По своему возрасту эти породы являются сверстниками че-
ловека. Время их накопления совпало с антропогеном — перио-
дом зарождения и развития человека. Иногда этот период назы-
вают также четвертичным.
Велико значение лёссов в народном хозяйстве страны. На
них формируются одни из самых плодородных почв Земли —
черноземы. Лёссы используют также для получения разнообраз-
ных строительных материалов. Многие, наверное, и не подозре-
вают, что лучший красный кирпич делается из лёссовых пород.
На лёссах строятся дома и заводы, дороги и плотины. Из
них возводятся многие земляные сооружения: насыпи, дамбы,
насыпные плотины. В толщах лёсса прокладываются каналы и
устраиваются водохранилища.
Большое значение имеет изучение лёссовых толщ для исто-
рии, археологии и антропологии. Именно в лёссах похоронены
многие следы деятельности древнего человека.
Как образовались лёссы? Какими путями смогли накопиться
толщи этой породы, мощностью в 100 и более метров?
Оказалось, что ответить на эти вопросы не так просто.
Впервые спор о происхождении лёсса возник в начале прош-
лого века. С течением времени он разросся и превратился в про-
блему. В течение 125 лет было предложено 23 гипотезы. В 1920 г.
немецкий ученый Кейльгак выдвинул даже гипотезу о космическом
происхождении лёсса. Другие исследователи предполагали то
морское, то речное, то гейзерное, то озерное происхождение.
Некоторые из числа предложенных гипотез получили наи-
большее распространение. К ним относится прежде всего вет-
ровая гипотеза (эоловая). Она набрала, пожалуй, наибольшее
число сторонников. Ученые-«эолисты» утверждают, что лёссы
накопились путем ветрового переноса и отложения пыли. Откуда
же взялось столько пыли?
70
Главным источником ее в Европе явился материал, остав-
ленный в центральных и северных районах великими ледниками.
Исследователи обнаружили, что значительная территория
Европы не менее трех раз в течение четвертичного (антропоге-
нового) периода покрывалась мощными толщами льда. Эти мо-
гучие ледники наступали из Скандинавии на юг. На террито-
рии нашей страны они достигали долин Днепра и Дона. Эти-то
ледники и оставили после себя грандиозные скопления обломоч-
ного материала, снесенного с Скандинавских гор, а затем пере-
отложенного ветром.
Другими источниками пыли называют пустыни Средней Азии,.
Аравии, Гоби и др.
Одним из наиболее упорных защитников эоловой гипотезы
явился крупнейший русский геолог академик В. А. Обручев.
В защиту ее им написаны десятки работ.
Сейчас эта гипотеза занимает по-прежнему главное место-
в объяснении происхождения лёсса.
Другой крупнейший советский ученый Л. С. Берг считал,
что лёсс образовался в результате процессов почвообразования
на пылеватых породах водного происхождения. Эта гипотеза
также привлекла немалое число сторонников. Особенно обстоя-
тельно Л. С. Берг излагает свои взгляды на происхождение лёсса
в книге «Климат и жизнь».
Многие ученые и среди них знаток лёсса академик В. Г. Бон-
дарчук и крупнейший русский почвовед В. В. Докучаев пред-
полагают, что лёсс является водным образованием. Часть сторон-
ников этой точки зрения считает, что он отложен водами, обра-
зовавшимися при таянии древних ледников. Наконец, есть уче-
ные, которые предполагают, что лёсс образовался в результате
накопления пылеватых частиц, смывающихся дождевыми струй-
ками со склонов возвышенностей, т. е. имеет делювиальное
происхождение.
Спор о происхождении лёсса не закончен до сих пор.
Все больше и больше ученых приходит к выводу, что эти по-
роды образуются в природе различными путями: и воздушным,
и водным, и делювиальным.
Приносимый различными способами пылеватый материал под-
вергается воздействиям температурных колебаний, воды, химиче-
ских веществ, организмов и растений. Проходят десятилетия,
сотни и многие тысячи лет и вот результат — сформированная
толща лёсса.
Т1
ПОРАЗИТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ ВОДЫ
Проделаем интересный опыт. К банке, наполненной водой,
подвесим редкую проволочную сетку. На нее быстро опустим
вырезанный из лёсса кубик. Кусок породы мгновенно окружа-
ются бурой пеленой. Со всех сторон начинают выскакивать мно-
гочисленные пузырьки воздуха. Вместе с ними вырываются от-
дельные зернышки и кусочки, как будто вытолкнутые из породы
какой-то невидимой силой. Бурный процесс через 10—40 секунд
завершается полным распадением кубика. Остается тонкая муть,
повисшая в воде, и осадок из зерен и обломков породы на дне
банки.
Подобное быстрое и бурное разрушение лёссовой породы
в воде является характерной и важной для строителя ее особен-
ностью. В сухом состоянии лёссовые породы в оврагах, котло-
ванах, карьерах и других выемках образуют совершенно вер-
тикальные откосы. Попробуйте их увлажнить. Вы увидите, что
•они сразу же начнут оползать, а откосы будут все более выпо-
лаживаться.
Если природная горизонтальная поверхность лёссовой толщи
длительное время смачивается водой, то может возникнуть ее
проседание. Такое проседание при увлажнении является ре-
зультатом разрушения структуры и последующего уплотнения
породы под действием собственного веса. В инженерной геоло-
гии этот процесс получил название просадки. В степях, где встре-
Рис. 48. Просадка лёссовой поверхности на Ергенях. В блюдцах ско-
пилась дождевая вода
72
чаются лёссовые отложения, часто можно видеть естественные-
просадочные блюдца (рис. 48).
Просадочные лёссовые толщи, на которых построены зда-
ния, опасно смачивать водой. Если в силу каких-то обстоятельств
все же возникает увлажнение лёссового основания, то неизбежно*
его уплотнение, которое вызывает неравномерную дополнитель-
ную осадку построек. В домах появляются трещины, здания
наклоняются, а иногда и полностью разрушаются.
В истории строительства известны сотни случаев серьезных
повреждений, а иногда и разрушений сооружений, вызванных
просадкой лёссовых пород.
Вполне понятно, что все это заставило геологов и строителей
заняться серьезным изучением строительных свойств лёссов.
НЕПРИЯТНЫЕ КАЗУСЫ
Произошел долгожданный пуск воды в новую Алханчуртов-
скую оросительную систему. Важная для Северного Кавказа
стройка первой пятилетки была успешно завершена. Ее главный
магистральный канал нес живительную влагу из реки Сунжи
в опаленную зноем Алханчуртовскую долину. Обширный безвод-
ный район, расположенный между Терским и Сунженским хреб-
тами, орошался водами новой системы.
Широким потоком двигалась по каналу вода. Его заполнение
производилось не спеша. К концу второй недели в главном, ма-
гистральном канале вода поднялась на 1 метр.
Сухие лёссовые породы, в которых был устроен канал, с жад-
ностью впитывали воду. Как будто все обстояло благополучно.
Но неожиданно на ряде участков были замечены странные явле-
ния. На берегах канала начали возникать и быстро расширяться
трещины. С каждым днем их величина все росла и росла. Воз-
никало все новое и новое растрескивание лёссовой поверхности.
В конце месяца многие трещины достигли полуметровой ширины.
Поверхность между трещинами начала проваливаться. Берега
канала оказались разбитыми ступенями. Наиболее глубокие
трещины и значительные опускания поверхности наблюдались
непосредственно у канала. В сторону от него разрушения умень-
шались (рис. 49).
В течение 2 месяцев опускание поверхности на отдельных
участках канала достигло 1,5 метра. В то же время на других
расположенных по соседству районах канала все обстояло бла-
гополучно и просадки отсутствовали.
Просадочные явления на каналах, подобные описанным, встре-
чаются часто. Они известны не только на Северном Кавказе»
но и в Средней Азии, Китае и других местах, где приходится
проводить каналы в просадочных лёссовых породах.
П
Рис. 49. Просадочные трещины вдоль каналов
Картина, возникающая при просадках каналов, носит во
всех случаях сходный характер.
Разрушения возникают всегда не по всей трассе сооружения,
а лишь на отдельных участках, длина которых в одних случаях
измеряется десятками метров, а в других достигает 1—1,5 ки-
лометра. В стороны от канала просадки распространяются
сравнительно недалеко, в большинстве случаев на 10—30 метров.
Лишь иногда они захватывают более широкие зоны, до 80—
100 метров.
Возникающие провалы и опускания поверхности измеряются
в одних случаях десятками сантиметров, а в других 1,5—2 и
даже 3 метрами.
Просадочные явления влекут за собой серьезные разрушения
сооружений, возведенных для обслуживания каналов: мостов,
регуляционных устройств и т. д.
Сейчас просадочные явления на каналах стали не так страшны
для строителей. Благодаря упорной работе ученых и практиков,
мы умеем теперь обнаруживать опасные просадочные участки,
можем ликвидировать просадочность лёссовых пород, наконец,
научились правильно строить на лёссах.
Не меныпие неприятности доставляют строителям просадки
жилых домов, промышленных зданий и сооружений.
В качестве примера расскажем о том, что произошло с двумя
доменными печами.
Современная доменная печь представляет собой сложнейшее
хозяйство. Помимо самой домны, в ее состав входят устройства
74
для подогрева воздуха, носящие название кауперов, высокие
дымовые трубы и другие сооружения.
Строительство производилось комплексом, обе печи возводи-
лись почти одновременно. Основанием для них служили проса-
дочные лёссы.
Домна № 1 была пущена. Еще в процессе строительству
обнаружились неравномерные дополнительные осадки дымовой
трубы и кауперов.
Один из советских специалистов в области строительства на
лёссах Ю. М. Абелев, обследовав возникшие деформации, уста-
новил их просадочное происхождение. Предпринятые тщательные
поиски обнаружили, что причиной осадок явилось просачивание
воды в лёссовые грунты из колодца, расположенного в 50 метраж
от этих сооружений.
В это время заметили, что и сама доменная печь дает сильт
ную осадку, величина которой изменяется с течением времени.
Бросились искать причину. Упорные поиски течи воды не дали
никакого результата. Возникла мысль сопоставить периоды уси-
ления и ослабления осадки с метеорологическим графиком выт
падения дождей. Сразу обнаружилось, что когда идет дождь,
осадка увеличивается. В сухое время осадки почти нет. Так
установили причину деформации домны. Немедленно приняли все
меры для отвода дождевых вод в сторону от печи. Зарыли все
ямы, траншеи. Результат не заставил себя ждать. Осадка домны
прекратилась.
Доменная печь начала работать. И в этот момент опять обнат.
ружилась ее интенсивная просадка. Она достигла 6 мм в сутки.
Снова начались поиски. Осадка домны все нарастала. Домне
грозила авария.
Наконец причина была найдена. Она заключалась в водог
водах, подававших воду к домне. Их течь привела к увлажнению,
а затем и просадке лёссового основания. Общая величина погрут
жения домны в грунт достигла одного метра.
В общих чертах эта история повторилась и с доменной печькк
№ 2. Здесь также «ахиллесовой пятой» оказалась водопровод-
ная система.
Нужно сказать, к чести строителей и металлургов, что, нет
смотря на большие просадки доменных печей, кауперов, дымо-
вых труб, они сумели обеспечить их непрерывную работу. Домны
бесперебойно давали стране высококачественный металл.
Вот еще один интересный пример. За несколько лет перед
Великой Отечественной войной вступила в строй электростанция,
построенная на просадочных лёссовых породах. Первые деформаг.
ции были замечены в 1938 г. Они не вызвали особой тревоги.
Время шло и просадки нарастали. 22 года они то нарастали, тс
замирали. За этот срок отдельные части здания станции успелц
сесть на один метр.
751.
Причин смачивания лёссовых оснований было много: текли
фодоводы, возникали переливы воды в каналах гидравлического
удаления золы, попадала в грунты дождевая вода.
Здание станции было построено так, что все дождевые воды
должны были течь от нее в стороны. Но общая просадка поверх-
ности привела к тому, что корпус электростанции оказался как
бы в яме. Вся вода с окружающей территории во время дождя
стекала к нему.
Вид станции в результате этого стал неказистым. Картина
/была не из приятных: перекошенные колонны, наклонившиеся
переходные мостики, стены, разбитые многочисленными трещи-
нами, наклонившиеся трубы.
Строители проделали большую работу по укреплению стен,
колонн, подъему мостиков и ликвидации течи водоводов. Сейчас
электростанция опять приобрела свой первоначальный опрят-
ный вид.
Рассказы о просадочных деформациях зданий и сооружений
можно продолжать долго. Много можно найти примеров проса-
док и в Ростове-на-Дону, и в Одессе, и в Грозном, и во многих
других городах. Этот перечень можно значительно расширить
примерами по зарубежным странам.
ПРОВАЛЫ ПОВЕРХНОСТИ В Л ЁС САХ
На одном из химических заводов, построенном на лёссовых
^породах, однажды возникло, с первого взгляда, странное явление.
Неожиданно произошел провал поверхности. Возникла яма глу-
биной 4—5 метров и площадью в несколько десятков квадратных
метров. Она затронула рельсовые пути. Рельсы вместе со шпа-
лами повисли над провалом. Хорошо, что это обрушение про-
изошло ночью, когда движение по ветке отсутствовало, поэтому
оно не вызвало каких-либо тяжелых последствий.
Долго ломать головы над причиной этого происшествия не
пришлось. Сразу обнаружилось, что его вызвала течь напорного
водовода. Сильный ток воды из неплотных соединений звеньев
труб быстро размыл и разрушил окружающий их лёссовый мас-
сив. Образовавшиеся мелкие зерна вместе с потоком воды уно-
сились вдоль водовода по недостаточно плотной засыпке грунта
и образовавшимся в ней канальцам.
День изо дня шел процесс разрушения лёсса. Образовалась
большая пустота, ориентированная вдоль водовода. Наконец
наступил момент, когда кровля ее не выдержала и рухнула.
Явление размыва и выноса частиц породы в лёссах совершенно
аналогично описанному суффозионному процессу в песках.
Лёссовые породы так же легко поддаются механической и хими-
ческой суффозии, как и плывуны.
76
Исследования показали, что образование пустот в лёссовых
породах при течи водоводов и связанное с ним обрушение поверх-
ности довольно распространенное явление.
Если вы живете в городах лёссовой полосы, обратите внимание
на встречающиеся провалы водопроводных и канализационных
смотровых колодцев и участков земли около них. Это результат
все того же процесса.
ПОЧЕМУ ЛЁССЫ ДАЮТ ПРОСАДКИ
Уже первые исследователи обнаружили, что лёссы имеют очень
высокую пористость, достигающую 55—64%. Это свидетельствует
о потенциальной возможности их значительного уплотнения.
Но почему прочная в сухом состоянии порода почти мгновенно
разрушается водой?
Многие ученые и инженеры упорно искали объяснение этому
явлению. Вначале объясняли разрушение структуры лёсса водой
механическим действием пузырьков воздуха, вырывающихся из
лёсса при увлажнении. Но при проверке обнаружилось, что бур-
ное выделение воздуха является лишь результатом, а не причи-
ной процесса. Искали причину и в том, что зерна породы сцемен-
тированы растворимыми в воде солями. Под действием поступа-
ющей в грунт воды они растворяются, и зерна теряют между
собой связь. Для доказательства этой гипотезы были сделаны
сотни химических анализов лёсса. Выяснилось, что разрушение
структуры, вызванное разрушением водорастворимых солей, це-
ментирующих частицы лёсса, имеет место, но роль его невелика.
Некоторые исследователи усматривали причину просадок
в оплывании макропор (рис. 50), происходящем при воздействии
воды. Они думали, что именно оплывание макропор ведет к упло-
тнению лёссовой породы.
Советский ученый Н. Я. Денисов, потративший много сил на
изучение лёссов, установил, что просадка возникает как резуль-
тат их природной недоуплотненности и способности к пептизации,
обусловливаемой особыми условиями образования пород. При-
чина недоуплотненности заключается в том, что порода имеет
пористость выше, чем должна была бы иметь при условиях дей-
ствующего в массиве давления. При проникновении воды вокруг
частиц образуются водные пленки, которые раздвигают частицы
(как говорят, расклинивают их) и создают условия для уплотне-
ния породы.
Эти взгляды в работах советских ученых в последние годы
получили дальнейшее развитие.
Сейчас можно говорить, что просадка возникает в результате
совместного действия внешних и внутренних факторов. К внеш-
ним относятся поступление воды и воздействие давления; к внут-
77
Рис. 50. Макропора
в лёссах
ренним — высокая пористость и малая водостойкость агрегатовв
частиц, слагающих стенки пор.
Большую роль в разрушении лёссовых пород играют колло-
идные явления. Дело в том, что основными структурными эле-
ментами лёсса являются агрегаты пылеватых и песчаных зерен.
Значительная часть из них соединена между собой коллоидно-
дисперсными минеральными частицами. Вода, проникая в породу,
разрушает их и переводит в состояние жидкого коллоидного*
раствора. Такой переход твердых коллоидных частиц в жидкий
раствор ученые называют пептизацией (от греческого пептос —
переваривать).
Пептизация является одной из главных причин разрушения
агрегатов. Образующиеся отдельные пылеватые и песчаные зер-
нышки перемещаются и заполняют поры, чем создают условия
для механического уплотнения лёсса.
78
Рис. 51. В лёссах крупные зерна (/) окружены
глинистым веществом (2)
Рис. 52. Содержание водоустойчивых (а) и не-
водоустойчивых (б) агрегатов в просадочных (1)
и непросадочных (2) лёссовых породах
79
Если посмотреть на поверхность породы через сильную лупу,
можно увидеть, что пылеватые и песчаные зерна как бы «пла-
вают» в общей тончайшей коллоидно-дисперсной массе (рис. 51).
Легко представить себе, что произойдет с породой, когда вся эта
тонкая часть пептизируется.
Помимо пептизации, на процесс просадки лёссовых пород
оказывает воздействие растворение солей, цементирующих ча-
стицы. Не малое значение имеет осмотическое давление, возни-
кающее вследствие разной концентрации растворенных солей
в воде, двигающейся по порам и в пленках вокруг зерен. Влия-
ние этого фактора еще плохо изучено, но его большая роль в раз-
витии просадки несомненна.
Однако не все лёссовые породы обладают способностью к про-
садке. В составе непросадочных грунтов обычно преобладают
агрегаты, сцементированные нерастворимыми в воде веществами
или коллоидными частицами, пептизация которых в обычных
условиях не происходит. В этом случае порода, несмотря на вы-
сокую пористость, просадки давать не будет (рис. 52). В дру-
гих случаях просадка не возникает вследствие малой пористости
пород.
С ПРОСАДКАМИ МОЖНО БОРОТЬСЯ
Представьте себе, что вы хотите строить дом на лёссовых по-
родах. Что прежде всего вас заинтересует? Конечно, вопрос о том,,
просадочны ли лёссы? Если ответ будет положительный, то сразу
возникает следующий вопрос: сколь велика эта просадочность?
Насколько они могут при увлажнении уплотниться?
Долго ученые искали ответы на эти вопросы строителей.
Оказалось, что небольшой кубик лёсса, вырезанный без разруше-
ния его природной структуры, может ответить на эти вопросы.
В инженерно-геологических лабораториях из такого кубика
вырезают цилиндрик и помещают его в бронзовое кольцо (рис. 53).
При помощи специального поршенька на вырезанный образец
оказывают давление. Величина нагрузки определяется давле-
нием будущего дома (обычно она колеблется от 1,5 до 3 килограм-
мов на квадратный сантиметр).
Когда цилиндрик лёсса перестанет сжиматься под этой на-
грузкой, его увлажняют.
Заметим, что это испытание напоминает процесс, протека-
ющий в действительных условиях строительства.
Смочив водой образец, наблюдают за изменением его размеров.
Если порода очень просадочная, то смачивание вызывает резкое
уменьшение высоты образца; если не просадочная, то толщина
цилиндрика почти не изменяется.
Измеренная величина осадки образца используется для рас-
чета предполагаемой просадки здания.
80
Теперь мы знаем, как устана-
вливается просадочность. Но что
делать, если лёсс оказывается очень
просадочным? Может быть поискать
другое место для строительства? Но
ведь чаще всего это оказывается
невозможным. Что же делать тогда?
Прежде всего нужно подумать о пре-
дохранении лёссового основания от
увлажнения.
Для этой цели асфальтируют
участки около здания, отводят до-
ждевые воды в стороны от него,
заключают водопроводные и кана-
лизационные трубы на участке по-
стройки в специальные тоннели и
Рис. 53. Схема определения
просадки лёсса
1 — образец; г — бронзовое коль-
цо; з — поршень
проводят много других
мероприятий.
Однако, несмотря на все ухищрения, вода все же попадает
в лёссовые основания, и сооружения начинают оседать.
Пришлось искать пути для полной ликвидации просадочности
лёссов. Многолетние поиски увенчались полным успехом.
Инженерная геология сумела дать строителям достаточно
надежные способы борьбы против нросадок.
«ОГНЕННЫЙ» МЕЧ
В греческой мифологии имеется легенда о подвиге сказоч-
ного титана Прометея. Он, вопреки воле Зевса, правящего миром,
похитил с Олимпа огонь и дал его людям. За это Зевс жестоко
наказал Прометея. Он приковал его к высокой скале. В грудь
Прометея вонзилось стальное острие и пригвоздило его к скале.
Ужасные муки терпел герой: то его жгли лучи солнца, то сковы-
вал леденящий холод. Каждый день, шумя могучими крыльями,
прилетал огромный орел и терзал острыми когтями прикован-
ного героя.
Так фантазия древних греков образно отразила тяжелый
путь, который прошел человек, прежде чем сумел покорить огонь.
Много тысячелетий огонь служит человеку. Он согревает его
жилища, помогает готовить пищу, плавить металлы. Без огня
не было бы современного общества.
Почему бы не обратиться к другу человека — «огненному
мечу», чтобы уничтожить просадочность лёссов? Почему бы не
использовать огонь для обжига лёссовых оснований, как это
делается при производстве из лёсса обыкновенного кирпича?
Впервые эта идея была использована в 1938 г. советскими
учеными Н. А. Осташовым и А. А. Стороженко. Они нагрели
воздух в специальном аппарате до 700—800° и пустили его в сква-
6 Заказ 607.
8i
Рис. 54. Схема термического
укрепления лёссовых пород
1 — термическая установка;
2 — зона обжига; 3 — форсунка
жину. Лёссовая порода была доведена
до кирпичеобразного состояния. Она
стала очень прочной и непросадочной.
Позднее, в 1947 г., этот способ
был значительно усовершенствован
А. Ф. Беляковым, И. М. Литвиновым
и П. И. Черкасовым Они стали об-
жигать породу с помощью огненного
факела, сгорающего прямо в сква-
жине. Горючее (жидкое или газооб-
разное) подводится к скважине. Здесь,
проходя через специальное устрой-
ство — форсунку, оно распыляется и
сгорает (рис. 54).
Достаточно 5—10 дней горения та-
кого факела, чтобы создать окаменение
участка диаметром в 2,5 и глубиной
в 10 и более метров.
Такие обожженные лёссы становятся неразмокаемыми. Резко
возрастает прочность породы. Она может выдержать нагрузку
в 100—1000 тонн на квадратный метр.
Интересно, что при обжиге сохраняется высокая пористость
и водопроницаемость пород.
Этот метод находит все большее и большее применение в строи-
тельстве.
ДРУГИЕ ПУТИ БОРЬБЫ С ПРОСАДКАМИ
Многие слышали о замечательном здании Одесского оперного
театра, но мало кто знает, что театр воздвигнут на просадочных
лёссовых грунтах.
Прошумели революционные бури, в боях пронеслась Великая
Отечественная война, но подвела театр просадочность грунтов,
на которых он воздвигнут. Неоднократные повреждения водопро-
вода и канализации, разрушение ливнеотводов — все это привело
к увлажнению основания и возникновению неравномерных де-
формаций здания^ Появились широкие трещины, перекос колонн,
наклон стен. Театру угрожали серьезные аварии.
На помощь пришли ученые и инженеры. Было принято реше-
ние срочно укрепить основание и прекратить дальнейшее разви-
тие просадок. Из многих предложенных решений этой задачи
остановились на силикатизации лёссовых грунтов по периметру
театра.
Мы уже ранее говорили о силикатизации песка. Напомним,
что при силикатизации в песок нагнетается жидкое стекло,
а затем хлористый кальций, которые превращают его в ка-
мень.
82
Рис. 55. Тяжелая трамбовка
Метод силикатизирования лёссов, разработанный советским
ученым В. В. Аскалоновым, назван однорастворным. Дело в том,
что после нагнетания в лёссовую породу раствора жидкого стекла
вводить другие вещества не нужно. Все необходимое имеется
в самом грунте.
Силикат натрия в течение 30 суток под действием солей, за-
ключенных в лёссах, твердеет и скрепляет породу. Она становится
прочной, непросадочной и водостойкой. Этот метод и был применен
для укрепления основания Одесского театра.
В результате силикатизации дальнейшие просадки основания
и деформации театра прекратились.
Человеческая мысль неустанно ищет все новые и новые пути
к устранению просадок.
Попытались вызывать искусственную просадку перед строи-
тельством сооружений. Для этого участок, выбранный для строи-
тельства, подвергли длительному предварительному увлажне-
нию. Спустя некоторое время приступили к возведению сооруже-
ния. Оказалось, что этот путь во многих случаях может дать
хорошие результаты.
А что, если понизить пористость лёсса путем уплотнения?
Сначала были неудачи. Потом установили, что уплотнение, про-
изводимое особо тяжелыми трамбовками, дает хороший результат.
Трамбовки — железобетонные усеченные конусы весом от 1,5
до 4,5 тонн (рис. 55). Такой конус сбрасывается с высоты 4 метров.
Под его мощными ударами удается уплотнить лёссовую породу
6*
8
на глубину до 2 метров. После трамбования в этом слое грунта
просадочность либо совсем исчезает, либо становится незначи-
тельной.
Таким образом, ученые и практики решили сложную задачу
борьбы с просадками.
ВЗРЫВ В ГОЛОДНОЙ СТЕПИ
Немилосердное, жгучее солнце, выжженная, растрескавшаяся
земля, безлюдье — так выглядела в прошлом страшная Голод-
ная степь. Но вот пришел к власти трудовой народ. Руководи-
мые ленинской партией и правительством советские люди пошли
в бой за социалистическую реконструкцию страны. Началась
борьба с вековечной иссушающей засухой в Голодной степи.
В первые же годы после гражданской войны началось строитель-
ство оросительных систем, имевшее целью напоить водой пустын-
ные земли.
Труд человека изменил Голодную степь. Тысячи каналов рас-
секают ее теперь во всех направлениях. Ровные ряды фруктовых
и полезащитных деревьев радуют глаз. Голодная степь теперь —
это десятки тысяч гектаров хлопковых полей, фруктовых садов
вместо безжизненных пространств; сотни поселков, селений и
городов вместо бывшего безлюдья.
В будущем предусмотрено превращение всей этой территории
в цветущий край. От ее прошлого останется только одно печаль-
ное название.
Геологи установили, что значительная часть Голодной степи
представляет собой древнюю долину крупнейшей реки Средней
Азии Сырдарьи. Когда-то она принесла и отложила здесь мощ-
ные толщи суглинков, лёссовых пород, глин, песков.
В этой пустынной местности есть такие участки, где подзем-
ные воды залегают очень близко к поверхности. Однако на боль-
шей части Голодной степи, для того чтобы достать воду, прихо-
дится рыть колодцы глубиной в сотни метров.
Чтобы оживить Голодную степь, уже сейчас в ее просторы
несут живительную влагу каналы общим протяжением свыше
3 тысяч километров. Первые каналы прокладывались землекопами
вручную, а затем их сменили механизмы.
Много труда вложили советские люди в создание системы
орошения. Многому научились гидротехники в процессе этих
работ. Были и ошибки. Пришлось преодолеть не одно препятствие,
вставшее на пути строителей.
При сооружении одного из магистральных каналов на речной
террасе строители решили призвать на помощь взрыв. Для этого
вдоль трассы будущего канала заложили взрывчатые вещества.
Обычно массы земли взрывом выбрасываются в стороны, и канал
84
вчерне готов. Хороший это способ. Он не только сокращает время
строительства и затраты труда, но и уплотняет стенки канала,
делает их более прочными и непроницаемыми для воды. Эти
бесспорные преимущества обеспечили широкое применение такого
способа строительства каналов.
В случае, о котором мы рассказываем, строителей ждал не-
приятный сюрприз.
Выполнили все расчеты, заложили взрывчатые вещества и
в один из дней произвели взрыв.
Но что это? Когда рассеялась пыль от взрыва, на месте ожи-
даемого канала расстилалась длинная полоса болота.
Почему это произошло? Ведь на этом же участке вручную был
построен уже не один канал. Дело оказалось в том, что канал
должен был пройти в насыщенных водой глинистых лёссовых
породах. Как было впоследствии установлено, эти грунты оказа-
лись сильно тиксотропными. Энергичная встряска их взрывом
вызвала мгновенный переход грунта в жидкий коллоидный рас-
твор — золь, который и затопил образовавшуюся выемку.
По прошествии нескольких дней эта жидкая масса отвердела,
а сверху образовался небольшой слой воды. Мы уже знаем, что
это отвердение связано с восстановлением гелеобразного состоя-
ния грунта.
КОНФУЗ помог
Описанный случай при строительстве канала в Голодной степи
не представляет редкости. Взрывы в грунтах, предрасположен-
ных к тиксотропным изменениям, не раз приводили в прошлом
к печальным результатам.
Такие явления наблюдались при строительстве каналов и
в Муганской степи (Азербайджанская ССР), и на Северном Кав-
казе, и в ряде других мест.
У строителей, естественно, возникло много вопросов: нужно
было решить, при какой влажности глинистые лёссовые породы
проявляют тиксотропность. А главное — можно ли вообще при-
менять взрывы для строительства каналов в таких грунтах?
Ученые кропотливо изучали это явление. Было обнаружено
что разжижение и оплывание каналов возникает только в тех
лёссовых грунтах, влажность которых превышает 25—27%.
Продолжая свои исследования, они ответили утвердительно
на второй вопрос: после того как грунт затвердеет, необходимо
произвести второй взрыв. Он и образует хороший канал. Каналы,
построенные с помощью взрыва на таких грунтах, оказываются
более прочными и долголетними.
Что же произошло с грунтом? Почему так изменились его
свойства?
85
1 — насыщенные водой лёссовые породы; 2 — раз-
жиженный и уплотненный взрывом грунт
Ответ несложен. После первого взрыва значительная часть
воды была удалена и влажность вторично затвердевшей породы
стала меньше, чем нужно для возникновения тиксотропии. По-
мимо этого, окружающие грунты при взрыве настолько уплотни-
лись, что приток воды извне практически стал невозможен.
Строители теперь так и поступают. Производят на таких
грунтах два взрыва (рис. 56): первый с небольшим количеством
взрывчатого вещества, чтобы только вызвать оплывание грунта,
второй, более основательный, для получения требуемого канала
или котлована. Промежуток между первым и вторым взрывами
определяется опытным путем, Обычно он равен 2—3 месяцам.
Было замечено, что после взрыва в этих грунтах стенки ка-
нала сохраняются многие и многие годы. Если же канал был
вырыт механизмами, то уже в первые годы его работы непрерывно
возникают оплывания стенок, поэтому перед разработкой тиксо-
тропно-опасных грунтов механизмами необходимо произвести
предварительный сотрясательный взрыв небольшим количеством
взрывчатых веществ.
После этого канал, проложенный механизмами, приобретает
такую же высокую устойчивость, как и канал, построенный
только с помощью взрывов.
Так конфуз был обращен на пользу строителям.
Маленькую историю, рассказанную нами, хорошо закончить
мудрой поговоркой: «Каждая неудача делает нас умнее».
САМЫЕ СЛАБЫЕ
МЯГКИЙ, КАК ПОДУШКА
В мире грунтов мы встречаемся с породами, почти целиком
состоящими не из минеральных частиц, а из остатков растений.
Их название вам известно — это торфы.
В повседневной жизни торф нам хорошо знаком’как топливо.
Это сухой, буроватый, довольно плотный материал. Но если
попробовать идти по торфяному болоту, то первое, что поразит
§6
Рис. 57. Обнажение свайного фундамента
в результате осушения торфяного массива
(по книге Н. Н. Маслова)
вас, это его необычайная сжимаемость. Будет казаться, что вы
идете по пуховым подушкам. На каждом шагу торфяная поверх-
ность будет легко сжиматься под ногой, выдавливая воду. Иногда
торф представляет собой кашеобразную массу. Становиться на
нее не рекомендуется, вы можете попросту утонуть в этой бурой,
неприятной, разжиженной массе.
На торфяных грунтах часто приходится строить плотины,
дороги и отдельные сооружения.
Рассмотрим эту интересную породу поближе. Даже невоору-
женным глазом можно видеть, что торф состоит из остатков раз-
личных растений. Здесь обнаруживаются и листья, и ветви, и
остатки коры, и различные мхи и даже остатки древесных стволов.
Все это переплетено в сложную сеть. Часть этих остатков уже
87
разложилась и образовала жидкую кашеобразную, маслянистую
массу, а часть еще сохранила свои начальные формы.
В зависимости от времени образования, условий существова-
ния и состава растительных остатков среди торфов выделяется
целый ряд разновидностей. Например, кашеобразный, сильно
разложившийся торф называют болотным, малоразложившийся—
войлочным торфом и т. д. Торф обладает удивительной способ-
ностью всасывать в себя воду. 1 килограмм его может впитать
3—7 килограммов воды, а торфы, состоящие из мха, даже 10 кило-
граммов.
В природных условиях торф содержит 70—95% влаги. Воду
он отдает почти с таким же трудом, как и глинистые породы.
Это свойство серьезно затрудняет осушение торфяных болот.
Поразительным является изменение объема торфяного грунта
при осушении. Он уменьшается в 7—10 раз. Осушая торфяные
болота, строители должны учитывать, что поверхность их может
опуститься на 1—2 метра и более. Сооружениям, построенным
на таком участке, угрожает повисание в воздухе, как это пока-
зано на рис. 57.
Самой опасной для строителя особенностью торфа является
способность его к сжатию под весом насыпей, плотин, домов и
других сооружений.
Если на торфе возводятся какие-либо насыпи или плотины,
они дают немедленную и большую осадку. При мощности слоя
торфа больше 7—8 метров такая насыпь, как правило, провали-
вается до твердого грунта. Например, при строительстве на од-
ном из торфяных болот в Белоруссии трехметровая насыпь погру-
зилась в грунт на 10 метров.
Строительство зданий на торфяниках всегда является сложной
задачей. В этих случаях приходится применять забивку свай,
насыпку мощных песчаных «подушек» или специальные методы
искусственного уплотнения торфяного грунта.
СОВСЕМ ЖИДКИЙ ГРУНТ
Представьте себе, что есть более жидкий грунт, чем каше-
образный торф. Он образуется на дне озер, морей и в долинах рек.
В стоячей или очень медленно движущейся воде мелкие песчинки,
пылеватые и глинистые частицы спокойно опускаются на дно.
Постепенно накапливается пористая, рыхлая, насыщенная водой
порода — ил.
В ее состав, кроме минеральных частичек, может входить
также и органическое вещество.
Свойства иловатых грунтов весьма неприятны для строителя.
Они текут, как жидкость. Влажность их достигает 100—200%.
Слой ила в 1 метр может уплотниться на 15—20 сантиметров.
Если же возникнет возможность выдавливания из-под подошвы
88
здания в стороны, то ил этим незамедлительно воспользуется
и постройка начнет проваливаться в землю.
Способность ила вытекать из-под груза широко используется
строителями.
Например, при строительстве плотины в долине реки Боль-
шой Маныч были обнаружены мощные слои разжиженного ила.
Долго ломали голову, как строить в этом случае. Решили вы-
давить илы из-под плотины в стороны. Сначала возвели централь-
ную насыпь, прорезавшую илы, а затем ее начали расширять,
постепенно отдавливая жидкий грунт в стороны. Так удалось
выдавить илы из-под плотины, основав ее на прочном песчаном
слое.
Метод выдавливания разжиженных илов получил широкое
распространение в строительной практике.
Особенно большие затруднения вызывает строительство пор-
товых сооружений в прибрежных участках морей, где встреча-
ются значительные скопления илов. Но и в этих условиях был
найден выход. Ученые предложили на морские илы предварительно
насыпать значительные количества песка. На таких песчаных
подушках можно возводить даже тяжелые сооружения.
ЗАГАДКА МЕХИКО
Один из красивейших городов мира столица Мексики — Ме-
хико, древнейший город Америки, основанный ацтеками еще
в 1325 г., построен в центральной части Мексиканского нагорья
на высоте 2200 метров. Город раскинулся в довольно обширной
высокогорной котловине. Мексиканские зодчие сумели создать
гармонию между современными небоскребами и старинными двор-
цами, множеством храмов и многочисленными памятниками.
Но вот последние 15—20 лет в городе творятся непонятные
явления. Недавно возведенные небоскребы и старые храмы стали
наклоняться в разные стороны. В южной части города по некото-
рым улицам проезд автомашин стал затруднительным из-за того,
что мостовые начали изгибаться, образуя на своей поверхности
волны.
На целом ряде участков города возникли внезапные опускания
земли. Особенно запомнился жителям 1958 г., когда обширная
территория города внезапно прогнулась и улицы заполнились
водой. На отдельных участках движение стало возможным только
на лодках.
Мексиканские ученые, исследуя эти явления, установили, что
в настоящее время город оседает с примерно постоянной скоростью.
В зависимости от части города ежемесячное опускание составляет
до 3—4 сантиметров. Установлено, что поставленные в конце
прошлого столетия железные столбы на площади Сокало, за по-
следние 70 лет опустились на 4—6 метров.
89
Специалисты, изучив геологию территории, сумели разгадать
эту тайну.
Оказалось, что когда-то впадина, на которой построен город,
была более глубокой. Расположенные на мексиканском нагорье
действующие вулканы выбрасывали в воздух большие массы пепла,
который оседал на склонах котловины. Дождевые потоки сносили
его в центральную часть впадины. За многие тысячелетия котло-
вина была заполнена мощной толщей этой вулканической пыли.
Так как породы, слагающие стенки впадины, очень слабо пропу-
скали воду, то постепенно вместе с пеплом в котловине накопи-
лось громадное количество подземной воды. Образовались пепло-
вые илы, пористость которых достигала 70%. Эта слабая рыхлая
масса хорошо держала вес вышележащих более плотных пород
вследствие того, что все ее поры были заполнены водой. Эта вода
явилась прекрасным источником для снабжения населения водой.
Но вот город стал быстро расти. Увеличение населения и
развитие промышленности привели к тому, что из котловины стали
брать воды больше, чем ее поступало с атмосферными водами.
Подобная усиленная откачка привела к тому, что илы стали обез-
воживаться. Без воды они оказались не способными выдерживать
вес вышележащих грунтов и построек.
Город потерял устойчивость. Это создает серьезную опасность
для населения.
Какой жё может быть выход из этого положения?
Ученые работают над ответом на этот жизненно важный вопрос
для города. Тем временем принимаются некоторые неотложные
меры. Так, несколько улучшили положение принятые правитель-
ством законы, запрещающие забор воды в районе города и приле-
гающей к нему территории. Для снабжения населения построены
питающие магистрали, подводящие воду с водозаборов, располо-
женных в десятках километров от города. Но эти меры оказы-
ваются недостаточными.
Сейчас мексиканские ученые разработали проект, который пред-
усматривает создание в близрасположенных горах крупнейшего
водохранилища, из которого вода будет подаваться в илы под дав-
лением 300 атм.
Предполагается возместить потери воды и поднять поверхность
Мехико на ранее существующий уровень. На втором этапе работ
предполагается нагнетать в илы под давлением жидкий цементный
раствор, который окончательно превратит их рыхлую массу
в прочную бетонную основу.
ЗЕМЛЯ
СОДРОГАЕТСЯ
НАБЛЮДЕНИЯ И ФАКТЫ
120 СОТРЯСЕНИЙ ПОВЕРХНОСТИ В ЧАС
Думали ли вы, что твердая поверхность земли постоянно
сотрясается? Оказывается, это так. Ученые обнаружили, что в те-
чение года бывает свыше миллиона сотрясений поверхности
земли. Это составляет 120 толчков в час. Подавляющее большин-
ство их мы не ощущаем, лишь малая часть из них может дости-
гать ощутительной силы. Такие заметные колебания поверхности
земли воспринимаются как землетрясения. В среднем человеком
ощущается около 100 тысяч сотрясений в год. Разрушительными
бывают немногим более 100 землетрясений. На рис. 58 показано,
сколько бывает (в среднем) землетрясений разной разрушительной
силы в течение года.
При землетрясении частицы грунта под действием подземных
толчков начинают колебаться. Если их колебания не превосходят
сотых долей миллиметра, то они остаются незаметными для че-
ловека. Такие незаметные сотрясения обнаруживаются и регистри-
руются только специальными высокочувствительными приборами.
Во время крупных землетрясений движение частиц грунта
становится настолько значительным, что человек не может усто-
ять на ногах. Измерение размаха быстрых перемещений частиц
поверхности во время землетрясения 1894 г. в Японии позволило
установить, что колебания зерен пород в вертикальном направле-
нии достигали 10 сантиметров, а в горизонтальном — 35 санти-
метров.
При сильных землетрясениях на поверхности земли возникают
волны, напоминающие морские. В 1897 г. в индийском штате
Ассам во время сильнейшего землетрясения почва колебалась
до 200 раз в минуту. По поверхности земли бежали волны высотой
0,3 метра. Расстояние между их гребнями достигали 9 метров.
Как же оценить силу подземного толчка? Читая в газетах
сообщения о землетрясениях, вы, наверное, не раз обращали
внимание на ту их часть, где указывалось, что сила толчков
достигала такого-то количества баллов.
92
Рис. 58. Годовое количество землетрясении раз-
ной разрушительной силы
а — катастрофические; б — средние; в — незаметные и
слабые землетрясения
Рис. 59. Трещины, возникшие вдоль улицы при
землетрясении в Сан-Франциско в 1906 г.
93
Рис. 60. Обрушение моста в Японии в резуль-
тате землетрясения 28 октября 1891 г.
250	500
Рис. 61. Возрастание силы толчка при земле-
трясениях разной балльности (а — ускорение
частиц грунта в мм/сек2)
94
Это наиболее распространенный способ оценки силы землетря-
сения. По степени разрушительности и воздействия на человека все
сотрясения делятся на 12 ступеней — баллов. Получается шкала,
в которой сила землетрясения нарастает от первого к двенад-
цатому баллу. По этой шкале 1, 2 и 3 балла соответствуют неза-
метным для человека сотрясениям поверхности. Землетрясения
силой в 4—5 баллов ощущаются всеми людьми, при этом раскат
чиваются висящие предметы, перемещается мебель, трещат
стены. При 6—7 баллах возникают трещины в стенах, иногда
обрушиваются малопрочные саманные постройки. Люди, засти-
гнутые таким землетрясением, испытывают панический страх
и выскакивают стремглав на улицу. Автору пришлось наблюдать,
как при толчке силой в 6 баллов в Крыму испуганные курортники
выпрыгивали из окон.
8-балльное землетрясение влечет за собой многочисленные
повреждения в кирпичных зданиях: появляются трещины, обва-
ливается штукатурка, падают трубы. Возможны человеческие
жертвы. При 9—10-балльных землетрясениях происходят обвалы
и разрушения большинства кирпичных зданий, опрокидываются
башни, трубы, памятники, ломаются ветви и стволы деревьев.
11—12 баллов представляют собой страшную катастрофу. Реки
меняют свои русла, изменяется ландшафт местности (рис. 59);
все созданное человеком разрушается (рис. 60).
На рис. 61 наглядно показано нарастание силы толчка при
разных землетрясениях.
КОГДА БОЛЬШЕ ВЫДЕЛЯЕТСЯ ЭНЕРГИИ —-
ПРИ АТОМНОМ ВЗРЫВЕ ИЛИ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИИ
Чтобы представить себе могучие силы природы, действующие
при сотрясениях земной поверхности, познакомимся с величиной
энергии, выделяемой при землетрясении.
Американские ученые Гутенберг и Рихтер подсчитали, что
при катастрофических землетрясениях выделяется до 1026 эргов
энергии. Это количество приближенно равно 1 квадриллиону ло-
шадиных сил. Подобный запас энергии достаточен, чтобы под-
нять 100 кубических километров воды на высоту 100 метров.
Вот примерные количества энергии, которые выделились при
не кото рых землетрясениях:
Землетрясение	Выделившаяся
анергия в эргах
Сарезское —1911 (Памир) .......... — 4,3-1023
Карпатское—1940 .................. — 8 • 1025
Ашхабадское—1948 (Туркмения) . .	— 1 • 1023
Хантское—1949 (Таджикистан) . . —1,4-1022
95
Попытаемся сопоставить количество выделяющейся энергии
при землетрясениях с энергией, освобождающейся при взрыве
«стандартной» атомной бомбы. Как известно, выделяемая при
атомном взрыве энергия не превосходит 1020 эргов.
Из приведенных цифр мы можем сделать вывод, что энергия
землетрясения в тысячи и даже сотни тысяч раз превышает энер-
гию атомной бомбы.
Каждую секунду при землетрясениях, или, как их называют,
сейсмических движениях, выделяется 107 эргов энергии, что
примерно составляет мощность в 10 миллионов киловатт. Это
соответствует мощности пяти гидроэлектростанций типа Куйбы-
шевской.
ЧТО ЖЕ СОТРЯСАЕТ ЗЕМЛЮ
Какая могучая сила приводит в движение земную поверх-
ность? Откуда берется грандиозная энергия землетрясений?
. В древности, когда наука находилась в зародыше, человек
пытался искать объяснение многих природных явлений в дея-
тельности им же созданных могущественных богов.
Например, у древних греков был бог землетрясений, или,
как они его именовали, колебатель Земли Посейдон. Жил он
на дне моря, но время от времени поднимался на поверхность
и лихо мчался на своей колеснице по морям. Перед ним рассту-
пались вечно шумящие волны. Стоило взмахнуть Посейдону
своим трезубцем и тогда, словно горы, вздымались морские
волны. Ударяясь с шумом о прибрежные скалы, они сотрясали
землю.
Правильно отметить на поставленные вопросы смогла только
наука.
Ученые установили, что причин, вызывающих небольшие
сотрясения земли, довольно много. К ним относятся удары о бе-
рег морских волн, обвалы в горных массивах, искусственные
взрывы, удары о поверхность земли ветра, обрушение пещер
и т. д.
Некоторые периодические колебания земной поверхности обу-
словлены влиянием лунного притяжения. Известно, что оно
вызывает в одних местах земли два раза, в других один раз в сутки
подъем воды в морях и океанах на высоту от десятых долей до
20—22 метров.
Мало кто знает, что такие же приливы и отливы возникают
в твердой земной коре. В течение суток мы один или два раза
опускаемся и поднимаемся вместе с поверхностью земли на вы-
соту от нескольких сантиметров до 0,2—0,4 метра.
Более значительные землетрясения возникают во время извер-
жения крупных вулканов, таких как Везувий, Ключевская
£6
сопка, Кракатау и др. Сотрясения вызываются взрывами, сопро-
вождающими извержения, а также ударами двигающейся лавы
о выступы подземных каналов.
Вот яркая картина одной из наиболее крупных катастроф
этого типа, возникшей при извержении Везувия в 1794 г.: «В ночь
на 12 июня, в 11 часов, произошло страшное землетрясение.
С вечера до утра по всей Кампаньи земля колебалась, подобно
морским волнам, неаполитанцы бросились бежать из своих до-
мов... Когда взошло солнце, все увидели, что обычный покой не
нарушался. Спустя 3 дня, 15 июня, в 11 часов ночи, земля затря-
слась снова. Это было уже не волнообразное движение, а страш-
ный подземный удар. Здания давали трещины, окна звенели и
бились, мебель падала. Вдруг все небо озарилось красным пла-
менем. У подножья конуса Везувия образовалась трещина,
было видно как вылетела оттуда лава. Слышался глухой, но
сильный шум, точно рев водопада. Гора, не переставая, коле-
балась... Люди не чувствовали под собой твердой почвы, воздух
был охвачен пламенем, отовсюду неслись страшные, никогда
неслыханные звуки...».
Сотрясения земли, возникающие при извержениях вулканов,
охватывают сравнительно небольшие, прилегающие к вулканам
районы. Чем дальше от действующего вулкана, тем сила подзем-
ных толчков становится меньше.
Главной причиной, порождающей разрушительные и ката-
строфические землетрясения, охватывающие обширные террито-
рии, являются движения земной коры.
Геологи установили, что земная кора, вследствие действия
внутренних источников энергии земли, находится в постоянном
медленном движении. Она то опускается вниз, то поднимается
вверх, то перемещается в горизонтальном направлении. Эти дви-
жения земной коры получили название тектонических. Они и
вызывают наиболее разрушительные землетрясения.
Благодаря тектоническим движениям на нашей планете воз-
никли горы и глубокие океанические впадины.
Тектонические землетрясения возникают при быстрых смеще-
ниях и передвижениях пластов в земной коре. Во время таких
землетрясений раздается сильный подземный гул, порождаемый
шумом трущихся друг о друга бесчисленных зерен и обломков
горных пород.
Во многих случаях при таких землетрясениях происходят
опускания или поднятия отдельных участков поверхности, дости-
гающие нескольких метров, а в отдельных случаях десятков
и даже сотен метров. В земле образуются трещины. Например,
при Ашхабадском землетрясении (1948 г.) образовались трещины
до 1,5 метра (рис. 62).
Наиболее тонка и подвижна земная кора на участках гор и
океанических впадин. Здесь-то более всего и проявляются текто-
7 Заказ 607.
97
Рис. 62. Трещины в земле, образовавшиеся во время Ашхабадского
землетрясения (по Г. П. Горшкову)
нические движения и порождаемые ими катастрофические земле-
трясения.
Возникает вопрос: откуда берется энергия, вызывающая эти
движения земной коры? Это один из труднейших вопросов совре-
менной геологии.
Бесспорно, что источники энергии находятся внутри Земли.
Поэтому сейсмические процессы, движения земной коры, вулка-
нические извержения называются в геологии эндогенными (от
греческих слов: эндос — внутри и генос — рождение).
Великий русский ученый М. В. Ломоносов в создании земной
поверхности первое место отводил «внутреннему жару Земли».
В своей книге «О слоях земных» он писал: «Есть в сердце земного
неизмеримое могущество, которое по временам заставляет себя
чувствовать на поверхности, и коего следы повсюду явствуют,
где дно морское на горах, на дне морском горы видим... Сила,
поднявшая таковую тягость, ни чему, не действиям послушницы
божьих повелений натуры, приписана быть не может, как гос-
подствующему жару в земной утробе. Когда и ныне еще якобы
уже ослабевший, через многие века часто движет целые государ-
ства и перемещает вид лица земного...»
До сих пор не установлены источники внутренней энергии
Земли. Несомненно, что большую роль играет выделение тепла
98
при радиоактивном распаде. Не последнее место занимают также
процессы, связанные с действием силы тяжести, опускания более
тяжелых массивов и поднятия легких.
Определенная часть энергии связана с проявлением центро-
бежных сил, возникающих при вращении Земли вокруг своей
оси, а также в солнечной системе.
МОЖНО ЛИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ,
ПРОИСХОДЯЩЕЕ В АВСТРАЛИИ,
ОБНАРУЖИТЬ В МОСКВЕ
Оказывается, можно не только обнаружить, но и установить
довольно точно место его возникновения и силу. Как же это
делается?
Для того чтобы разобраться в этом вопросе, познакомимся
с тем, как возникает землетрясение.
В земной коре, на какой-то глубине, возникает быстрое сме-
щение горных пород, вызывающее сотрясение. Это место назы-
вают гипоцентром (глубинным центром). Точка, расположенная
над ним на поверхности земли, получила наименование эпи-
центра.
Чем глубже гипоцентр от поверхности, тем более широкий
район охватывается землетрясением. В различных случаях его
глубина колеблется от 0 до 700 километров. При ашхабадском
землетрясении гипоцентр располагался на глубине 15—20 кило-
метров.
Из гипоцентра во все стороны распространяются вызванные
толчком колебания, носящие название сейсмических волн. Они
движутся в зависимости от состава пород со скоростями от 1 до
6 километров в секунду. Наиболее быстро сейсмические волны
пробегают через центр Земли. Скорость их распространения
в центре земного шара поистине космическая и достигает
13,4 километра в секунду. Если произойдет землетрясение где-
нибудь в Южной Америке, то в Москву сейсмическая волна добе-
жит через ядро Земли примерно через 20 минут.
Для автоматической регистрации и измерения сейсмических
волн ученые создали особо чувствительные приборы, названные
сейсмографами.
Эти приборы, несмотря на свою сложную конструкцию,
основаны на довольно простом принципе.
Подвесим какой-либо груз к потолку на тонкой нити. На
нижнем его конце поместим пишущее перо, которое будет вычер-
чивать линию на бумаге, закрепленной на стоящем на полу бара-
бане. Барабан приведем во вращение часовым механизмом
(рис. 63). Вот и готов сейсмограф. Действительно, если придет
к нашему прибору сейсмическая волна, то возникнет мгновенное
перемещение потолка и пола. А что произойдет с грузом, ВИСИ-
ТЕ
99
Рис. 63. Принцип дей-
ствия сейсмографа (а) и
сейсмограмма (б)
М — маятник; Р — записы-
вающее перо; Б — враща-
ющийся барабан с бумагой
щим на тонкой нити? Вследствие инерции он останется на месте.
В следующее мгновение точка подвески и барабан вернутся в ис-
ходное положение, а груз начнет перемещаться, и перо, укре-
пленное на нем, вычертит на бумаге линию. Все дальнейшие по-
вторяющиеся колебания нашего маятника дадут запись, показан-
ную на рис. 63. Она носит название сейсмограммы. Пользуясь
ею, ученые могут установить дальность землетрясения, место
и силу сотрясения. Современные сейсмографы способны регистри-
ровать смещения поверхности в 0,0001 мм. Эта величина в 500 раз
меньше толщины волоса.
Одним из наиболее совершенных является сейсмограф рус-
ского ученого Б. Б. Голицына, созданный еще в 1906 г. Современ-
ные сейсмографы представляют собой сложные высокочувстви-
тельные приборы. Они устанавливаются на специальных сейсми-
ческих станциях, строящихся на некоторой глубине от поверх-
ности. Всего в мире имеется свыше 400 подобных станций. Из них
около 40 на территории СССР (в Москве, Баку, Тбилиси, Сверд-
ловске, Владивостоке и т. д.).
Сейсмографы регистрируют также колебания, вызываемые
атомными взрывами.
ГИБЕЛЬ ГОРОДОВ И СТРАН
Человечество хранит в своей памяти сотни ужасных ката-
строф, вызванных землетрясениями и тектоническими движе-
ниями.
Многие читали или слышали легенду о катастрофе, вызвав-
шей гибель большого острова Атлантиды. Греческий философ
Платон рассказывает, что двенадцать тысяч лет тому назад суще-
ствовал могучий и храбрый народ — атланты, населявший круп-
ный остров Атлантиду, расположенный в центральной части
Атлантического океана. Этот народ вел войны с древним
100
населением Афин. Но вот неожиданное страшное землетря-
сение разрушило города и селения Атлантиды, а затем последовало
быстрое погружение острова на дно океана. Целая страна и народ
бесследно исчезли.
В глубокой древности существовали крупные финикийские
города Тир и Сидон, являвшиеся значительными торговыми и
ремесленными центрами. Неожиданно их история обрывается и
даже местоположения этих городов в последующие века забы-
ваются. Лишь несколько лет тому назад случайно были обнару-
жены их развалины на дне Средиземного моря у берегов Малой
Азии. Можно предположить, что эти города погибли в резуль-
тате катастрофы, похожей на гибель Атлантиды. Возможно,
библейское сказание о гибели городов Содома и Гоморры отра-
жает народные сказания о геологической катастрофе, уничтожив-
шей Тир и Сидон.
Совсем недавно была найдена причина таинственной гибели
могущественной древней Хараппской цивилизации. Ее главные
города Харапп и Мохенджо-Даро, раскинувшиеся в долине
реки Инд, состояли из двух- и трехэтажных зданий, сложенных
из кирпича, улицы были вымощены камнем, в городе был водо-
провод с горячей и холодной водой, прекрасная канали-
зация.
И вот, примерно в 1500 г. до н. э. гигантское землетрясение
в течение нескольких минут полностью изменило характер мест-
ности и запрудило реку Инд. Были разрушены города и обра-
зовалось грязевое озеро, затопившее цветущую долину. Эта ката-
строфа оказалась роковой и привела к исчезновению этой удиви-
тельной цивилизации.
Перелистывая страницы истории, мы встречаем многочислен-
ные описания катастрофических землетрясений.
Вот землетрясение 526 г., оставившее на берегах Средиземного
моря груды развалин цветущих городов, под которыми погибло
около 200 тысяч человек.
Вот другая катастрофа — землетрясение в густонаселенной
китайской провинции Шаньси, произошедшее в 1556 г. Оно было
поистине «кровавым». Во время этого землетрясения погибло
830 тысяч человек.
Землетрясение 1923 г., названное японским народом «вели-
ким», разрушило десятки городов Японии и среди них столицу
страны Токио. Подземными толчками и пожарами было уничто-
жено свыше 653 тысяч домов. Погибло 142 тысячи человек.
В летописях каждого года встречаются печальные страницы,
описывающие последствия возникающих то тут, то там земле-
трясений. Достаточно вспомнить катастрофу в городе Скопле, где
в течение нескольких секунд цветущий город был превращен
в груды развалин. Югославскому народу оказал братскую помощь
Советский Союз.
101
Образцом организации борьбы с последствиями землетрясе-
ния может служить город Ташкент, где толчки силой до 7,5 баллов
привели к разрушению части старых построек. На помощь узбек-
скому народу пришли все республики Советского Союза. Город
быстро восстанавливается. Ташкент будет еще краше.
МАКСИМ ГОРЬКИЙ РАССКАЗЫВАЕТ
Великий пролетарский писатель Максим Горький находился
в 1908 г. на острове Капри, расположенном в Неаполитанском
заливе, где он лечился от тяжелого заболевания. В это время
в Италии произошло крупное (названное Мессинским) земле-
трясение, вызвавшее большие разрушения и гибель десятков
тысяч людей. Будучи очевидцем катастрофы, писатель с прису-
щим ему художественным мастерством дал реалистическое опи-
сание этого события. Вот его впечатления:
«...Земля глухо гудела, стонала, горбилась под ногами и вол-
новалась, образуя глубокие трещины — как будто в глубине про-
снулся и ворочается веками дремавший, некий огромный червь —
слепой, он ползет там в темноте, изгибаются его мускулы и рвут
кору земли, сбрасывая с нее здания на людей и животных...
Вздрогнув и пошатываясь, здания наклонялись, по их белым
стенам, как молнии, змеились трещины и стены рассыпались,
заваливая узкие улицы и людей среди них...
...Подземный гул, грохот камней, визг дерева заглушакУг
вопли о помощи, крики безумия, стоны раненых...
...Люди и камни смешиваются в кучи и все чаще, все сильнее
дрожат дома, церкви, их режет под основание какая-то невиди-
мая коса — ничто не может устоять перед ее гигантскими взма-
хами...
...Земля волнуется, как море, сбрасывая с груди своей дворцы,
лачуги, храмы, казармы, тюрьмы, школы, каждым содроганием
уничтожая сотни и тысячи женщин, детей, богатых и бедных,
неграмотных и ученых, верующих в бога и отрицающих его...».
КАТАСТРОФА В ГРЕЦИИ
Представление о крупном землетрясении, происшедшем
в 1870 г. в Южной Греции, дает яркое описание очевидцев геоло-
гов Ю. Шмидта и М. Неймайра. Вот оно: «...Рано утром 1 августа
почувствовался страшный вертикальный удар, за ним последо-
вало вращательное и колебательное движение почвы, длившееся
15—20 минут...
...В несколько секунд Итса, Хриссо и Дельфы превратились
в груды развалин, были также разрушены отчасти Арахова,
Анфисса и несколько других местечек...
102
...19 минут спустя, земля снова затряслась и около 1 ч. 30* дня
сильный подземный удар низверг на землю остатки городов,
вызвав сильные обвалы в горах... Бесчисленные движения земли,
грохот и шум, не прекращавшиеся ни днем, ни ночью, длились
в течение всего августа, сентября и октября... 25 октября населе-
ние было вне домов. Общее внимание привлекло напугавшее
всех северное сияние. В это время раздался новый сильный под-
земный удар. Город Анфисса, сохранившийся еще после ката-
строфы 1 августа, в одно мгновенье был разрушен... До зимы
1870 г. земля не переставала колебаться...»
Далее М. Неймайр описывает свои личные впечатления
«...около 1 часа ночи я собирался было отдохнуть, чтобы с новыми
силами продолжать исследование; но едва только я прилег,
вдруг произошло сотрясение страшной силы... Страшному под-
земному удару предшествовал сильный, но глухой грохот, он
продолжался в течение нескольких секунд... Почва поднялась
вверх, точно ковер, развеваемый бурей, но медленно и спокойно;
это был не толчок, а скорее медленное приподнимание. Я был
подброшен вверх, но не испытал при этом ощущения быстрого
падения...»
Это землетрясение отличалось необычайной продолжитель-
ностью. Подземные удары, гул, сотрясение продолжались в тече-
ние почти трех с половиной лет. За это время М. Неймайр насчи-
тал 5 миллионов раскатов и 50 тысяч ударов, из них 300 были
разрушительными.
Отсутствие крупных городов в районах, затронутых землетря-
сением, явилось счастливой причиной малого количества жертв.
СВИДЕТЕЛЬСТВО МАРКА ТВЕНА
Талантливому американскому писателю во время его пребыва-
ния в Сан-Франциско в 1864 г. «посчастливилось» присутствовать
при довольно крупном землетрясении, вызвавшем значительные
разрушения города. С присущим ему юмором Твен рассказывает:
«...Началось все в один ясный октябрьский день, вскоре после
полудня. Я шагал по Третьей улице. Позади меня кто-то ехал
на двуколке, да еще, пересекая улицу, медленно тащилась в гору
конка. Больше во всем этом, плотно застроенном и густо насе-
ленном, квартале не наблюдалось никакого движения. Кругом
было пусто, царила воскресная тишина. Поворачивая за угол
у небольшого деревянного домика, я услышал странный грохот
и треск и подумал: «Вот материал для репортажа — не иначе
в этом доме драка!» Не успел я повернуть назад, чтобы разыскать
дверь, как почувствовал воистину потрясающий толчок; земля
подо мной заходила волнами, прерывающимися вертикальной
тряской» и послышался какой-то тяжелый скрежет, точно два
кирпичных дома терлись друг о друга боками. Меня отбросило
103
к стене деревянного дома, и я сильно ушиб себе локоть. Теперь
я уже понял, что происходит и, подчиняясь инстинкту репор-
тера, без всякой воли вынул часы и заметил время; в эту минуту
последовал третий, еще более мощный толчок; пошатываясь
и с трудом удерживая равновесие, я вдруг увидал необыкновен-
ное зрелище: весь фасад высокого четырехэтажного здания на
Третьей улице раскрылся, как дверь, и рассыпался по всей улице.
В это же время подъехала та двуколка — человека выбросило
из нее и в одно мгновенье, гораздо быстрее, чем об этом можно
рассказать, повозка раскололась, усеяв своими остатками улицу
на триста ярдов. Могло показаться, что кому-то вздумалось заря-
дить пушку стульями и тряпками и выстрелить вдоль улицы...
Двери в домах распахнулись, изрыгая из себя человеческую
массу; и вот — вы бы и двух раз не успели мигнуть — все улицы,
какие находились в поле моего зрения, оказались запружены
людьми. Торжественная тишина сменилась кипучей жизнью, —
такого мгновенного преображения я ни разу еше не наблюдал...»
6 ОКТЯБРЯ 1948 г. В АШХАБАДЕ
Мне довелось посетить Ашхабад перед землетрясением и
сейчас же после него. Большой цветущий южный город в течение
нескольких секунд под действием подземных толчков получил
тяжелые разрушения.
Землетрясение произошло в начале второго часа ночи. Стояла
тихая, по-южному темная ночь. Вдруг раздался подземный гул
и одновременно с ним произошло первое сотрясение, вызванное
сильным почти вертикальным ударом. Через секунду последо-
вал второй, еще более могучий удар, который и вызвал основные
разрушения. В течение нескольких секунд ощущались после-
дующие удары, имеющие меньшую силу. Затем на какое-то мгно-
вение наступила полная тишина, которая сменилась криками
людей, воем животных.
Подземные толчки небольшой силы продолжались после
6 октября в течение нескольких месяцев.
Разрушения, вызванные землетрясением, были бы совершенно
незначительны, если бы город не состоял из большого количества
одноэтажных построек, возведенных из необожженного кирпича-
сырца. Эти здания не имели поперечных связей и были снаб-
жены тяжелыми плоскими земляными крышами. Они остались
как свидетельство дореволюционного прошлого Ашхабада.
Вот эти-то малопрочные постройки и были разрушены. Их
обрушение повлекло за собой много жертв.
Совсем не пострадали либо получили незначительные повре-
ждения двух- и трехэтажные здания современной постройки,
возведенные по правилам антисейсмического строительства.
104
Экспедиция Академии наук СССР установила, что эпицентр
землетрясения находился в 25 километрах от города. Сила под-
земных толчков была оценена в 8—10 баллов.
Правительство СССР и братские республики немедленно ока-
зали помощь населению города. Сейчас Ашхабад стал более кра-
сивым и благоустроенным, чем был до землетрясения. В городе
построены тысячи зданий, для которых не страшны землетря-
сения.
БЫВАЮТ ЛИ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ В МОСКВЕ:
Многие москвичи помнят туманное утро 10 октября 1940 г.,
когда они были подняты с кроватей подземными толчками. Сотря-
сения земли возникли около пяти часов утра. Они повторялись,
на протяжении трех последующих часов. Очевидцы рассказы-
вают, что в это время наблюдались скрипы в конструкциях зда-
ний, раскачивание висячих предметов, скрип мебели и другие
явления. Собаки начали беспокойно бегать, лаять и выть.
Эти сотрясения и толчки явились отражением крупного ката-
строфического землетрясения, возникшего на расстоянии почти
1300 километров от Москвы, в недрах Карпат. В эпицентре оно»
достигло силы 9—10 баллов. В Москве же толчки не превысили
величины 4—5 баллов.
Вызванные этим землетрясением сотрясения поверхности ощу-
щались на огромной территории. Подземные толчки чувствова-
лись также в Харькове, Воронеже, Минске и многих других
городах.
Нужно сказать, что карпатские землетрясения ощущались
в Москве неоднократно. Они вызывали сравнительно небольшие
колебания поверхности силой не более 3—4 баллов. Так было»
в 1934, 1928, 1912 гг., а также и в более отдаленные времена.
Летописи содержат интересные описания подобных сотрясений
Москвы в 1146, 1445, 1460 гг.
Возьмем «Никоновскую летопись». В ней можно прочесть об-
разное описание землетрясения в Москве, случившегося в 1445 гл
«А той же осени октября в 1 день, в кой день опущен князь вели-
кий с Курмыша, в 6 часов нощи потрясеся город Москва, кремль,,
посад весь и храм поколебашеся, мнози людие не спяше послы-
шавши то, во многи скорби быша и живота отчаявшеся».
ВНИМАНИЕ! ЦУНАМИ!
Вероятно, многие читатели слышали о цунами. Это вели-
чественное и грозное явление, тесно связанное с сотрясениями
земли.
Землетрясения могут возникать не только на суше, но и на
дне океана. В этом случае сотрясения дна передаются водной
10$.
глади морей и океанов. Такое «моретрясение» ощущается на кораб-
лях. Моряки, находясь на палубе или внутри помещений судна,
испытывают удары и толчки разной силы. Корабли сотрясаются,
раскачиваются, совершают непроизвольные движения, перестают
слушаться руля. Однако имеется много примеров, когда «море-
трясения» не отражаются на кораблях и остаются незамеченными
для моряков.
Более страшны они для населения побережий морей и океанов.
Дело в том, что донные землетрясения могут сопровождаться
обрушениями и оползнями подводных скал и склонов, прова-
лами крупных участков дна.
Быстрые смещения массивов пород на дне способны вызвать
на поверхности океана крупные волны, высота которых может
достигать 15—25 метров. Такие волны были названы японским
словом «цунами».
Эти могучие валы перемещаются на расстояние сотен и тысяч
километров от центра «моретрясения» к побережьям. Они сравни-
тельно мало заметны в океанских просторах. По мере уменьшения
глубины моря, возле побережий, крутизна волн быстро нарастает.
Достигая берегов, они со страшной силой обрушиваются на них,
сея смерть и разрушения.
В беспокойном Тихом океане чаще, чем где-либо, возникают
«моретрясения», поэтому именно здесь наиболее часто образуются
могучие цунами. Реже возникают гигантские волны в Атланти-
ческом и Индийском океанах, а также в Средиземном
море. На европейских берегах Атлантического океана печальную
память оставило цунами, обрушившееся в 1755 г. на столицу
Португалии Лиссабон. Здесь после первого подземного удара
море сначала отступило, а затем обрушилось на берег грозными
волнами, достигавшими высоты 25 метров. Они прошли в глубь
берега на расстояние до 10—15 километров, разрушив все на
своем пути. Десятки тысяч несчастных стали их жертвами.
Во время трагического чилийского землетрясения 1960 г.
возникшие в Тихом океане волны высотой 8—10 метров обруши-
лись на берега континента и островов. В результате ряд распо-
ложенных здесь городов и десятки селений были полностью раз-
рушены. Многие деревянные дома оказались сорванными с фун-
дамента и унесенными на многие километры.
Возникшая при этом землетрясении волна докатилась до
Японии, где также вызвала значительный ущерб.
Больше всего от катастрофических цунами страдают Япон-
ские, Индонезийские, Филиппинские и Гавайские острова,
а также тихоокеанское побережье Южной Америки. В Советском
Союзе это явление наблюдается на восточных берегах Камчатки
и Курильских островов.
За период около 200 лет здесь наблюдалось 14 цунами, из
них катастрофическими были только 4.
106
Последний раз катастрофическое цунами на тихоокеанских
берегах Курильских островов и Камчатки возникло 5 ноября
1952 г. Вот как описывает его А. Е. Святловский: «...Землетрясе-
ние, вызвавшее цунами, началось ночью... В селении Бойково и
в ряде других пунктов побережья перед приходом разрушитель-
ного цунами наблюдалось отступание океана от берегов на рас-
стояние до 500 метров... Через 40 минут после землетрясения
со стороны океана послышался гул, подобный канонаде... Через
несколько минут на побережье обрушилась высокая океанская
волна, которая несла песок, ил и различные обломки. Волна
катилась с большой скоростью; наибольшей силы и высоты она
достигла в долине реки... Через несколько минут волна схлы-
нула, унося обломки разрушений в океан. Наступило затишье,
после которого через 15—20 минут пришла вторая волна, высотой
10 метров, катившаяся с еще большей скоростью. Перед нею
двигалась «воздушная подушка» — волна воздуха, открывшая
в домах окна и двери... Вторая волна, срывая крыши с деревян-
ных домов и ломая стены, прокатилась через весь населенный
пункт и... начала скатываться обратно..., унося большую часть
обломков разрушения. Все постройки, расположенные выше
10 метров над уровнем океана, уцелели; в центре поселка, рас-
положенном в низине, сохранились стены лишь одного каменного
домика».
Катастрофы, подобные описанной, сравнительно редкое явле-
ние. В настоящее время ученые могут заранее предупреждать
о появлении цунами. Специальная служба, организованная для
этой цели, заблаговременно извещает население о приближении
опасности и обеспечивает его эвакуацию в безопасные районы.
можно ли
ПРЕДСКАЗАТЬ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ
Предсказание землетрясений — это жизненно важная и благо-
родная задача науки. На пути ее решения ученые достигли
определенных успехов.
Сейчас можно легко ответить на вопросы: где возможны раз-
рушительные землетрясения? Какой наибольшей силы они могут
достигнуть?
Для этого учеными в результате кропотливой работы были
составлены специальные карты распространения землетрясений
и величины их максимальной силы. Такие карты названы сейсми-
ческими. На них указываются границы районов распространения
землетрясений различной силы.
Составление сейсмических карт производится на основе тща-
тельного изучения исторических и современных данных о всех
происходящих землетрясениях. Учитываются также геологиче-
ское строение местности и результаты изучения современных
тектонических движений. На сейсмических картах выделяются
только районы с силой землетрясений, превосходящей 4 балла.
Сейсмическое районирование территории нашей страны по-
казало, что землетрясения силой в 5 баллов и больше могут
возникать в следующих районах (рис. 64): в Карпатах (Молдав-
ская ССР и юго-западная часть УССР) возможная сила подзем-
ных толчков 5—8 баллов.
На Кавказе (Грузинская ССР, Армянская ССР, Азербай-
джанская ССР и Северный Кавказ) возможны толчки силой
в 5—9 баллов.
В Средней Азии (Туркменская ССР, Узбекская ССР, Таджик-
ская ССР, Казахская ССР и Киргизская ССР) возможны земле-
трясения до 9 баллов.
На Алтае, в районе озера Байкал, Приамурье и Дальнем
Востоке сила подземных толчков колеблется от 5 до 9 баллов.
На Камчатке, Курильских островах сила толчков также
достигает 9 баллов.
108
CD
Рис. 64. Карта сейсмичности районов Советского Союза (по Г. П. Герасимову)
На острове Сахалин возможная сила землетрясения не более
7 баллов.
На Центральном Урале, в Карелии подземные толчки не более
5 баллов.
Прежде чем начать возводить здания, строить плотины и
другие сооружения, строитель обязан познакомиться с сейсми-
ческой картой района. Только установив величину возможного
землетрясения, ему станет ясно, какие меры он должен принять
для того, чтобы построенные дома не были разрушены земле-
трясением.
КОГДА МОЖНО ОЖИДАТЬ ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЕ
Если на вопрос «где?» ответ найти довольно просто, то на во-
прос «когда произойдет землетрясение?» наука пока ответить не
может. Ученые ведут интенсивные поиски способов установле-
ния срока приближающегося землетрясения.
Представьте себе, что жители и государственные органы будут
предупреждены за неделю или месяц о приближении землетрясе-
ния. Это позволит принять все меры для охраны населения,
эвакуации его из районов, которым угрожает землетрясение,
наконец, это поможет предотвратить пожары и другие послед-
ствия землетрясения.
Такой прогноз позволил бы избежать жертв и свести к мини-
муму катастрофические разрушения городов и селений.
Сегодня мы еще это сделать не в силах, но уже недалеко то
время, когда предупреждение о приближении землетрясения
будет столь же обычным, как и прогноз погоды.
Уже сейчас ученые на основе анализа современных тектони-
ческих движений, геологического строения местности и истории
землетрясений могут говорить об ориентировочных сроках повто-
рения подземных толчков.
Создание методов прогноза землетрясений является важнейшей
задачей современной науки о сотрясениях земли — сейсмологии.
В нашей стране разработкой этого вопроса занимается ряд
научно-исследовательских институтов. Работают над этой про-
блемой и за рубежом.
Расскажем о некоторых исканиях ученых.
поиски, поиски, поиски...
Читатель уже знает, что главной причиной землетрясений
является перемещение земной коры в различных направлениях.
Особенно опасны горизонтальные движения. Ученые считают,
что материки плавают, перемещаясь один относительно другого.
Такие горизонтальные смещения, конечно, весьма медленны,
но они создают величайшие механические напряжения на участ-
10
ках горных массивов, сопротивляющихся этому движению. В мо-
мент, когда напряжения начнут превосходить их прочность,
происходит быстрый сдвиг, который внешне ощущается как под-
земный удар, порождающий землетрясение.
Отсюда следует вывод, что землетрясению должен предшество-
вать этап нарастания механического напряжения в горных поро-
дах, слагающих поверхность Земли.
Физики установили, что при возрастании давления горная
порода начинает изменяться. В основе этого явления лежит
деформация кристаллов, составляющих породы. Известно, что
последние состоят из атомов, образующих строгие кристалличе-
ские решетки. Расстояния между атомами в такой системе строго
определенные. Если их изменить, то существенно меняются свой-
ства кристалла.
При больших механических напряжениях и возникает изме-
нение межатомных расстояний. Это влечет за собой проявление
новых свойств кристаллов и горных пород.
Измеряя эти изменения, можно установить и нарастание напря-
жений в породах, свидетельствующих о приближении землетрясе-
ния. Казалось бы все просто: мерь и предупреждай!
К сожалению, все это сложно. Свойства пород могут изменяться
вследствие изменения термического режима массивов, изменений
влажности, атмосферного давления и многих других факторов.
Однако этот путь предсказания землетрясения является наи-
более обещающим. Нужно сказать, что здесь уже получены пер-
вые результаты.
Так, геофизики при изучении намагниченности отдельных
участков земной коры обнаружили интересные явления. Оказа-
лось, что напряжения в породах тесно связаны с их магнит-
ностью. Перед землетрясениями в опасных зонах возникают ано-
малии магнитного поля, которые и обусловлены изменением давле-
ний на горные породы.
Трудность заключается в том, что эти магнитные аномалии
весьма малы и не регистрируются современными магнетометрами.
Ученые успешно решили эту задачу — создали прибор, который
способен измерить и эти малые изменения магнитных полей.
Однако он еще требует дальнейшего усовершенствования, прежде
чем его можно будет использовать для предсказания землетря-
сений.
В настоящее время специалисты работают и в других напра-
влениях регистрации изменения свойств горных пород перед
землетрясением. Например, стараются измерить изменения элек-
тропроводимости массивов, которые вызываются теми же деформа-
циями межатомных расстояний кристаллов, а также повышением
общей плотности пород. Используются данные сейсморазведки,
при которой определяются скорости прохождения в земной
коре упругих колебаний, вызываемых искусственными взрывами.
111
Замечено, что на участках концентраций напряжений скорость
распространения упругих волн возрастает.
Итак, поиски, поиски, и еще раз поиски.
БУРИ НАКЛОНОВ И ШЕПОТ ПОРОД
Ученые с помощью точнейших приборов установили, что
наклон поверхности Земли изменяется.
Это изменение происходит с очень малой скоростью. Проводя
регулярные измерения наклонов, неожиданно заметили, что
перед землетрясением картина резко меняется. При этом не
только значительно возрастает скорость изменения наклона,
но меняется и его направление (рис. 65). Это явление, как
видно, объясняется ростом напряжения в горных породах при
перемещениях земной коры. Подобные быстрые изменения на-
клонов и получили название «бури наклонов».
Чтобы обнаружить эту «бурю» на поверхности пород,
необходимы весьма точные измерения специальными прибо-
рами — наклономерами. Сейчас достигнуты некоторые успехи
в создании автоматически действующих установок. Возможно, что
их применение приблизит нас к решению вопроса прогнозов земле-
трясений.
Другой путь обнаружения приближающегося землетрясе-
ния — это подслушивание шепота пород. Да, именно шепота
пород. Было обнаружено, что перед землетрясением в породах
начинают раздаваться шумы. По мере его приближения шум нара-
стает. Во время подземных толчков он превращается в могучий
подземный гул. Причина этих шумов та же, что и предыдущего
явления — «бури наклонов». Перед землетрясением в породах
постепенно нарастают механические напряжения, создаваемые
тектоническими движениями.
Под действием этих нарастающих сил в породах образуется
масса тончайших трещинок. Возможно также возникновение
движения отдельных частичек. Мы воспринимаем все эти
процессы как шумы. Чем ближе к началу землетрясения,
тем больше напряжение в горных массивах и тем сильнее
шум.
Если бы установить в толще пород очень чувствительные
микрофоны и начать подслушивать их шепот, то можно было
бы обнаружить момент, когда обычный шум начинает нарастать
и принимать угрожающие размеры.
Пока это только один из возможных путей для предсказа-
ния землетрясений. Насколько удастся использовать шумы
в породах, покажет ближайшее будущее.
112
Рис. 65. Кривая изменения
наклона поверхности во время
землетрясения в Душанбе
в 1950 г. (по В. Ф. Бончаков-
скому)
Некоторые специалисты возла-
гают определенные надежды на об-
наруженную взаимосвязь между зе-
млетрясением и изменениями маг-
нитного поля.
Приближение подземных толчков
отражается на магнитном поле уг-
рожаемой территории. Возникают
магнитные аномалии (нарушения).
Таким образом, не исключена воз-
можность использования этого яв-
ления для прогноза землетрясений.
Можно указать еще один путь:
мы уже говорили, что перед земле-
трясением в породах нарастают ме-
ханические напряжения. Известно,
что при сжатии пород возникает
слабый электрический ток. А что если попытаться измерять его
величину? Тогда на приближение землетрясения будет указы-
вать быстрое увеличение тока.
Мы не можем в книге рассказать о всех работах ученых в этой
области. Можно только с уверенностью сказать, что в ближайшее
время поставленная задача предсказания землетрясений будет
решена.
ПРЕДСКАЗАНИЕ ЦУНАМИ
Оказывается, что предсказать появление цунами проще, чем
указать момент возникновения подземных толчков, так как
цунами следуют за землетрясением.
Каждый ли подземный толчок влечет за собой появление
цунами? Конечно, нет. Цунами являются результатом только
таких землетрясений, эпицентр которых находится в определенных
местах морского дна. Это главным образом глубокие океаниче-
ские впадины, где толчок может привести к крупным смещениям
пород, которые и вызывают цунами.
Сейсмологи знают районы, в которых землетрясения влекут
за собой образование гигантских волн. Значит, если произошло
«моретрясение» с эпицентром в опасном районе — жди цунами.
Скорость движения возникшей волны колеблется от 500 до
840 километров в час. Зная расстояние от эпицентра до данной
точки берега, легко вычислить и время прихода гигантских волн.
Важным признаком приближения цунами является появле-
ние после подземных толчков резких колебаний уровня океана
у берегов.
В Советском Союзе сейчас созданы специальные сейсмические
службы на побережье Тихого океана, которые ведут комплексные
наблюдения за всеми этими явлениями и оповещают население
о приближении цунами.
8 Заказ 607.
ИЗ
ОДИН УДАР —
РАЗНЫЕ ПОСЛЕДСТВИЯ
ГДЕ БОЛЬШЕ СИЛА УДАРА:
НА ГРАНИТНОЙ СКАЛЕ ИЛИ НА ПЕСКЕ
Вопрос довольно коварный. Многие, не задумываясь, ответят,
что, конечно, на скале сила удара будет больше.
Оказывается, это не так. Из механики известно, что сила
удара, при прочих равных условиях, определяется размахом
колебания частичек породы (или, как говорят, амплитудой коле-
бания).
Возьмем какую-либо прочную породу, например гранит.
В нем все зерна связаны друг с другом прочнейшими связями.
Попробуйте заставить их совершать колебательные движения.
Даже при сильных ударах амплитуда их колебаний будет незна-
чительной.
Теперь возьмем какую-либо рыхлую породу, например песок.
Мы знаем, что песчинки в нем ничем между собой не связаны.
Отсюда следует, что один и тот же толчок вызовет в песках го-
раздо более значительные колебания зерен, чем в граните.
Значит мы можем сделать вывод: в рыхлых породах колебания
частиц будут более значительными. Особенно значительна ампли-
туда колебания частиц в водонасыщенных рыхлых грунтах.
Отсюда следует, что один и тот же толчок вызовет большие раз-
рушения на рыхлых породах.
Интересные измерения проделали геофизики во время земле-
трясения в Токио. Было установлено, что размах колебательного
движения твердых пород оказался равным 78 леле, в то время
как в песках он достиг 162 мм.
Наблюдения показали также, что при одном и том же под-
земном ударе на сухих песчаных грунтах сила его оказывается
большей по сравнению со средней для этого района на 1—2 балла.
На глинистых и пылеватых грунтах она возрастает на 1—3 балла.
Особенно значительно нарастание силы толчков на болотистых
и пропитанных влагой рыхлых грунтах. Сила удара в этих слу-
чаях может увеличиться на 3—4 балла.
Итак, мы уже знаем, что подземный толчок будет более
чувствительным на рыхлых породах. А как же обстоит дело с его
114
распространением? Сейсмические волны, возникающие в гипо-
центре, распространяются во все стороны. Они заставляют коле-
баться частицы пород. Эти движения зерен могут распростра-
няться вдоль направления движения волны (продольные волны)
или в поперечном направлении (поперечные волны).
Таким образом, опять мы встречаемся с колебаниями частиц
пород. Ясно, что, если зерна будут колебаться по направлению рас-
пространения волны, скорость передачи толчка будет большей,
чем при поперечных движениях. Поэтому продольная сейсмиче-
ская волна быстрее движется, приходя первой к месту наблю-
дения. Позже подходит вторая волна — поперечная.
Чем меньше амплитуда колебания частиц, тем быстрее воз-
никает передача движения от одного зерна породы другому.
Отсюда, чем плотнее порода и прочнее в ней связаны частицы,,
тем скорее движутся сейсмические волны; в песках, например,
подземный удар будет передаваться медленнее, чем в граните.
Точные измерения скоростей движения сейсмических волн
в разных породах дали следующие результаты:
порода	скорость,
м/сек
песок .......................... 500—1000
песчаник ...................... 1500—4000
известняк....................... 2000—5000
гранит ......................... 5000—6000
Если землетрясение произошло в районе Ашхабада, то, учи-
тывая состав пород, в Ташкенте подземный удар почувствуется
примерно через 16—20 минут.
ФАКТЫ ПОДТВЕРЖДАЮТ ТЕОРИЮ
После землетрясения в Ашхабаде обнаружилось на первый
взгляд непонятное явление: разные районы города пострадали
неодинаково. Наибольшие разрушения наблюдались в северо-
восточной части города. В западном секторе разрушения были
менее значительны. А еще дальше на запад, в селении Безмеин,
находящемся в 12 километрах от города, разрушения по суще-
ству отсутствовали. В чем дело? Почему на столь небольшой
территории один и тот же толчок вызвал разные последствия*
Оказалось, что все дело в составе поверхностных грунтов.
Действительно, северо-восточная часть Ашхабада основана
на супесях (песках с примесью глинистых частиц). В некоторых
местах они насыщены водой. Поэтому-то здесь подземный толчок
был наиболее чувствительным.
Западная часть города построена на более плотных суглин-
ках. В этой части города были меныпие разрушения.
Селение Безмеин расположено на мощных толщах галечни-
ков, часть которых сцементирована карбонатами. Их мощность
8*	115
превышает 100 метров. На этих грунтах сохранились даже мест-
ные малопрочные постройки из необожженного кирпича. Счи-
тают, что сила землетрясения в этом поселке не превышала 6 бал-
лов, в то время как в Ашхабаде она достигла 9—10 баллов.
Интересным примером может служить город Сан-Сальвадор—
столица Сальвадора, расположенного в Центральной Америке.
Этот город, основанный в XVI столетии, за время своего суще-
ствования 14 раз разрушался сильными землетрясениями. Беда
этой многострадальной столицы заключалась в том, что она была
построена на рыхлых вулканических наносах. Когда у прави-
тельства этой страны истощилось терпение, было принято реше-
ние перенести город на новое место, где поверхность сложена
прочными скальными грунтами. Новая столица, расположенная
вблизи от старой, уже сто лет стоит прочно, несмотря на то что
за это время произошло несколько разрушительных земле-
трясений.
СТРОИТЕЛИ
НАХОДЯТ ВЫХОД
Подземные толчки, даже одинаковой силы и на одних и тех же
грунтах, могут вызывать разные разрушения.
Это обстоятельство было известно уже древним грекам. Но
объяснить его они не могли.
В средние века невежественные церковники объясняли сохране-
ние одного и разрушение другого, рядом стоящего дома проявле-
нием «воли бога».
Сейчас мы знаем, что характер разрушения построек зависит
от их конструктивных особенностей.
Известны случаи, когда при сравнительно небольших земле-
трясениях кирпичные или каменные здания получают сильные
повреждения, в то время как в соседних, иногда менее прочных
постройках, не обнаруживается даже тонких трещин.
Это с первого взгляда непонятное явление возникает вслед-
ствие резонанса.
Вспомним элементарную физику. Известно, что если толкнуть
свободно висящий маятник, то он начнет качаться, или, как гово-
рят, начнет совершать свободные колебания, характер которых
зависит от его размера и веса. Если после этого толчок не возоб-
новить, то колебания через некоторое время прекратятся. Чтобы
они продолжались, необходимо толчки периодически повторять.
В этом случае колебания будут зависеть не только от характера
маятника, но и от внешней силы, поэтому они будут не свободными,
а вынужденными.
Если толчки маятнику будут сообщаться через промежутки
времени, равные его собственному периоду колебания, то размах
колебания маятника начнет быстро возрастать. Это явление и
представляет собой резонанс.
Таким образом, для возникновения резонанса необходимо
совпадение частоты воздействий внешней силы с собственными
колебаниями того или иного предмета.
117
Эпицентр
Рис. 66. При удалении от эпицентра
возрастает доля горизонтальной соста-
вляющей сейсмической волны
Рис. 67. Смещение обелиска от
подземного удара
Крупнейший русский механик А. Н. Крылов рассказывает:
«... Кажется во времена наполеоновских войн в Испании, через
какой-то мост шел отряд войска, твердо отбивая шаг. . . Мост
был цепной, лихо отбиваемый шаг как раз пришелся в такт с пери-
одом колебаний моста, размахи увеличились настолько, что цепи
оборвались и мост обрушился в реку... Лет тридцать тому назад
в тогдашнем Петербурге был через Фонтанку цепной мост, кото-
рый назывался Египетским, шел через него эскадрон гвардейской
кавелерии, не помню какого полка, лошади, хорошо обученные
особенно стройному церемониальному маршу, шли в ногу, от-
лично отбивая шаг, который и совпал в такт с колебаниями моста —
цепи лопнули, мост обрушился в воду, погибло чуть ли не 40 чело-
век...»
Вернемся к землетрясениям. При землетрясении, если частота
сейсмических колебаний совпадает с частотой собственных коле-
баний дома, возникает явление резонанса. В таких случаях здания
даже при слабых толчках могут получить сильные повреждения.
Известны случаи, когда в результате резонанса кирпичные дома
рассыпались чуть ли не до кирпичиков.
Современный инженер, проектирующий здания в районах
землетрясений, рассчитывает размеры, конструкцию и вес зданий
так, чтобы их собственные колебания были значительно больше
или меньше сейсмических колебаний.
Характер воздействия подземного толчка зависит не только
от его силы, но и от угла, под которым приходит сейсмическая
волна к поверхности земли.
118
Иногда сильные вертикальные удары, приходящие ив недр
земли, мало опасны для домов. С другой стороны, даже небольшой
подземный толчок, пришедший под углом к поверхности, может
вызвать значительные разрушения.
Дело в том, что сила подземного удара может быть по правилу
параллелограмма разложена на две составляющие: горизонталь-
ную и вертикальную. Самой опасной для построек является часть
силы, действующая по горизонтали (рис. 66). Именно ее воздей-
ствие является причиной опрокидывания труб и обрушения стен.
Помимо растрескивания, обрушений, она вызывает иногда
вращение отдельно стоящих предметов: скульптур, памятников,
обелисков (рис. 67). Часты случаи, когда при землетрясениях
скульптуры поворачиваются на 180 градусов. Вот почему строи-
тели при проектировании построек все расчеты ведут с учетом
действия горизонтальной составляющей.
опыт зодчих ДРЕВНОСТИ
История борьбы человека с последствиями землетрясений
берет свое начало в глубине веков. Древние зодчие достигли
успехов в создании устойчивых при землетрясении построек,
или, как их называют, антисейсмических сооружений.
Высокого искусства такого строительства, основанного на опыте
многих поколений, достигли среднеазиатские строители.
Исследователь истории антисейсмического строительства в
среднеазиатских республиках Н. М. Бачинский пишет, что старые
зодчие Средней Азии убеждены были в том, что у человека нет
средств противостоять мощи землетрясений, что только эластич-
ные строительные материалы и конструкции являются дей-
ственными антисейсмическими факторами. Строительство X—
XVI вв. в этих районах велось из обожженного кирпича, скрепля-
емого местным алебастром, носящим название «ганча». Ганча —
эластичный и упругий раствор, придающий антисейсмичность
постройкам.
Среднеазиатские зодчие пользовались и еще одним оригиналь-
ным способом повышения устойчивости сооружений: устройством
под фундаментами подушек из чистой глины. Такие подушки вы-
сотой 60—80 сантиметров укладывались на дно котлована, а уже
на них возводился фундамент. Они создавали требуемую упру-
гость и эластичность основания.
Оригинальный антисейсмический фундамент устроен под мав-
золеем султана Санджара в Мерве. Он не расширяется, как обычно,
с глубиной, а, наоборот, представляет собой усеченный конус,
повернутый вершиной вниз.
Много построек III—VII вв. в Средней Азии возведено на
леске, на камышовых подушках. Последние представляют собой
119
Рис. 69. Деревян-
ный каркас, не
боящийся подзем-
ных ударов (по
Н. М. Бачинскому)
Рис. 68. Деревянные колонны в по-
стройках Средней Азии
120
I1
Рис. 70. Медрессе Шир-Дор, XVII в., Самарканд
слой камыша, укладываемого поверх кирпичной кладки, выве-
денной на поверхность земли. На таких подушках возводились
стены. Присутствие слоя камыша давало возможность незави-
симого перемещения фундамента и надземной части постройки.
Среднеазиатские зодчие совершенно исключили из своего
строительства неустойчивые каменные колонны, но зато большое
распространение получили оригинально устроенные деревянные
колонны (рис. 68).
Народы Средней Азии с древних времен широко используют
для жилых домов каркасные деревянные стены (рис. 69).
Во всех этих случаях опасность возникновения резонанса
резко уменьшается; мудрость народных зодчих помогла сохранить
до наших дней такие высокохудожественные постройки, как мавзо-
лей Фахр-ад-дин Рази в Куня-Ургенче Туркменской ССР, по-
строенный в XI в., мечеть в Чор-Бахре в Узбекской ССР и сотни
других монументальных зданий (рис. 70). Они оказались сильнее
землетрясений.
Инсянская пагода, возведенная в 1056 г. в провинции Шаньси
(КНР) на месте частых и разрушительных землетрясений, дости-
гает высоты 64 метра. Она стоит нерушимо более 900 лет, невзирая
ни на какие сотрясения земли. Китайские зодчие создали высоко-
устойчивый тип здания «дянь» — одноэтажный четырехугольный
павильон. Он строится из деревянных стоек и балок, устанавли-
ваемых на прочном каменном фундаменте. Стены являются только
121
перегородками и не играют никакой роли в создании прочности
всего здания. Мы сейчас знаем, что подобная каркасная форма
является одной из самых устойчивых при землетрясениях.
Опыт антисейсмического строительства народов Востока тща-
тельно изучается учеными и используется для создания современ-
ных еейсмостойких построек.
КАК СТРОЯТ ДОМА, НВ БОЯЩИЕСЯ
ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ
Наука сумела вооружить строителей всеми необходимыми
знаниями для возведения прочных и безопасных сооружений.
Созданы специальные правила, нормы и конструктивные схемы
для постройки домов в районах, подверженных землетрясениям.
Опыт показывает, что наиболее сейсмостойкими являются де-
рево и железобетон. Несравненно хуже ведет себя кирпичная
кладка. Самыми плохими материалами для строительства в усло-
виях возможных подземных толчков являются саман, необож-
женный глиняный кирпич и некоторые другие местные материалы.
Для строительства желательно выбирать участки, сложенные
прочными породами: известняками, песчаниками, плотными мало-
влажными глинами и др. Желательно, чтобы грунтовые воды зале-
гали как можно глубже от поверхности.
Архитекторы и строители, создавая постройки, должны стре-
миться к возможно простым очертаниям их в плане, без всяких
входящих углов. Нельзя строить очень высокие дома. Если на
территории строительства возможно 9-балльное землетрясение,
то каркасные дома лучше строить трех-, максимум четырехэтаж-
ные. Высота железобетонных сооружений должна быть не более
30 метров.
Для повышения «жесткости» сооружения дома снабжаются
прочными железобетонными каркасами, междуэтажными желе-
зобетонными поясами (их также называют антисейсмическими
поясами), охватывающими и скрепляющими здания по периметру.
В некоторых случаях устраиваются под фундаментами песча-
ные или гравийные подушки.
«ПОДВЕШЕННЫЙ» ДОМ
Что, если здание не ставить на фундамент, а подвесить? Та-
кому дому-качелям не страшны никакие землетрясения.
Советский инженер Ф. Д. Золеньков разработал и осущест-
вил проект подобного здания-маятника. Впервые в мире в центра
Ашхабада был возведен «подвешенный» трехэтажный дом. Жи-
тели, населяющие его, совершенно не замечают этой подвешен-
ности. Интересно устройство дома. Главное отличие его от других
122
построек заключено в оригинальном устройстве фундамента.
Он как бы разрезан на 2 части. Нижняя часть, представляющая
собой жесткую железобетонную плиту, неподвижно покоится на
грунте. На ней установлены трапециевидные тумбы, на которые
положены 2 железобетонные балки. К верхней балке при помощи
системы металлических тяжей и пружин подвешена третья балка.
Это вторая — подвижная часть фундамента. На нее опираются
стены здания. Если такое здание будет испытывать подземные
толчки, то нижняя — жесткая часть фундамента будет под их
воздействием перемещаться. Верхняя подвешенная часть фун-
дамента в силу инерции тяжести стен, перекрытий, кровли и
других надземных конструкций здания будет медленно приходить
в движение. При этом часть сейсмического импульса будет га-
ситься в эластичной пружинно-тяговой подвеске. Даже при силь-
ных землетрясениях жители дома будут ощущать лишь плавное
покачивание.
Эта новая антисейсмическая постройка является прообразом
будущих сооружений в районах землетрясений.
ВОЗМОЖНА ЛИ БОРЬБА С ЦУНАМИ
Много бед доставляют цунами побережьям морей и океанов.
Казалось бы, что человек бессилен остановить или хотя бы за-
тормозить грозные валы, напоминающие горы, неумолимо дви-
жущиеся из недр океана.
Однако и с этим катастрофическим явлением человек может
бороться.
Учеными и инженерами были предложены многие способы
борьбы с цунами. Среди них большое место занимают механи-
ческие методы: на пути движения гигантских волн создаются
защитные насыпи, железобетонные молы и волноотбойные стенки
(рис. 71).
Очень хорошо зарекомендовал себя метод создания искусствен-
ных отмелей. Созданная вдоль берегов песчаная отмель не только
Рис. 71. Борьба с цунами
А — лесополоса; В — отмель; В — волнобойная дамба
задерживает движение цунами, но и резко уменьшает зону за-
топления.
В некоторых случаях для уменьшения разрушительной силы
волны сооружаются железобетонные волнорезы, но их действие
в большинстве случаев мало эффективно, поэтому дальнейшее
строительство их сейчас прекращено.
Широкое применение в Японии получила высадка вдоль бере-
гов лесных полос. С одной стороны, они несколько снижают силу
ударов волн, а с другой — задерживают при откатывании волн
предметы, увлекаемые ими.
Сейчас ученые работают над созданием новых эффективных
способов защиты берегов от разрушительных набегов цунами.
НЕСКОЛЬКО СЛОВ О МАЛЫХ
СОТРЯСЕНИЯХ ПОВЕРХНОСТИ
Имеет ли какое-либо практическое значение для строительства
изучение неощутимых колебаний поверхности земли?
На этот вопрос мы должны ответить положительно.
По мере развития науки и техники требования, предъявляемые
к основаниям, на которых располагаются высокоточные приборы
и механизмы, повышаются.
Вспомните, какая необходима точность при возведении син-
хрофазотронов или отправлении ракет с поверхности Земли для
того, чтобы они достигли того или иного небесного тела.
В первых, как известно, производится ускорение заряженных
частиц. Такие частицы под действием непрерывно усиливающегося
магнитного поля все с большей и большей скоростью мчатся по
узкому каналу. Достаточно каналу получить малейший наклон,
как несущиеся с космической скоростью частицы могут быть по-
теряны. Это предъявляет очень высокие требования к основаниям,
на которых возводятся синхрофазотроны. При их проектировании
принимаются во внимание самые незначительные колебания по-
верхности, амплитуда которых измеряется сотыми долями милли-
метра.
Можно назвать довольно много точных приборов, на которые
оказывают действие неощутимые человеком колебания поверх-
ности.
Быстрое развитие науки и техники заставляет нас все больше
внимания уделять мелким — микросейсмическим — сотрясениям
поверхности земли.
124
ЧЕЛОВЕК ИСПОЛЬЗУЕТ ДЛЯ СВОИХ
ЦЕЛЕЙ сотрясения земли
Землетрясения являются извечным врагом человечества. Они
принесли в прошлом и приносят сейчас много горя и большой
материальный ущерб.
Можно ли сейсмические явления поставить на службу чело-
веку?
Оказывается, можно. Геофизики разработали и широко при-
менили сейсмические способы разведки полезных ископаемых.
Они основаны на изучении распространения сейсмических волн,
вызванных искусственными взрывами.
Мы уже знаем, что в разных породах скорость распростране-
ния сейсмических колебаний различна. Это различие в распро-
странении волн и используется для целей практики.
Это делается так. В какой-то точке поверхности производится
взрыв, который порождает сейсмические волны. На некотором
расстоянии устанавливается сейсмограф. При известной длине
пути и времени пробега сейсмической волны легко устанавливается
скорость распространения сотрясения. Если мы будем менять
расстояние сейсмографа от точки взрыва, то получим сведения
о строении толщи, выясним глубину залегания прочных пород,
а также решим ряд других практических задач.
В последнее время особенно успешно сейсмический метод
применяется для обнаружения месторождений железных руд.
Этим методом пользуются при исследовании строения грун-
товых толщ, при строительстве плотин и промышленных сооруже-
ний.
Изучение земных толщ ведется с помощью не только искус-
ственных сотрясений, но используются и могучие естественные
подземные удары. Исследуя характер распространения сейсми-
ческих волн при землетрясениях, ученые смогли получить данные
о внутреннем строении Земли, о наличии в земных недрах слоев
разной плотности и разного состава.
Крупнейший русский сейсмолог Б. Б. Голицын по этому поводу
говорил, что землетрясения являются своеобразным фонарем,
который, вспыхивая на мгновение, освещает нам глубокие недра
Земли.
Наконец, наблюдения за колебаниями поверхности земли помо-
гают обнаружить атомные взрывы. Это делает сейсмический метод
важнейшей формой контроля над проведением испытаний атомных
бомб.
Величественные и грозные проявления могучих подземных сил
шаг за шагом познаются человеком. Наука уже накопила боль-
шой объем сведений о землетрясениях, научилась регистрировать
и оценивать их силу, выявила причины и механизм сотрясений
земной коры.
125
Сейчас мы научились возводить в сейсмических районах проч-
ные и надежные здания и постройки.
Недалек тот день, когда будет создана система предваритель-
ного оповещения населения о приближающемся землетрясении,
а затем встанет вопрос и о разработке методов борьбы с этими
явлениями.
Человек, несомненно, найдет пути для покорения могучих
проявлений внутренних сил Земли.
ЭКЗОГЕННЫЕ
ПРОЦЕССЫ
И ЯВЛЕНИЯ,
СВЯЗАННЫЕ
С НИМИ
оползни
ПО ПОЖЕЛТЕВШИМ СТРАНИЦАМ
ЛЕТОПИСИ
Красивы берега великой русской реки Волги. Особенно пре-
красен правый берег реки, на котором стоят многие замечательные
города России: Ярославль, Горький, Казань, Ульяновск, Саратов
и город дважды герой — Волгоград.
В наши дни Волга преобразилась. Труд советских людей сделал
Волгу величественней и прекрасней. Она не растрачивает по-
пусту свои гигантские силы. На ее пути выросли плотины и мо-
гучие электростанции. Ее воды питают искусственные моря:
Рыбинское, Куйбышевское и др. Старинная русская река отдает
теперь свою энергию советским людям — строителям светлого
коммунистического общества.
Хороши берега Волги, но многие и не подозревают, что живо-
писный правый берег уже много веков является ареной напряжен-
ной борьбы с оползнями.
Оползни волжских берегов являются примером процессов,
порождаемых действием внешних факторов земли: ветра, воды,
колебаний температуры, жизнедеятельности растений и животных.
Эти процессы в значительной степени обусловливаются энергией
солнца. В геологии благодаря этому они получили наименование
экзогенных (внешних) процессов.
Немалая роль в развитии ряда явлений на поверхности земли
принадлежит человеку. Строя водохранилища, возводя дома,
мосты, прокладывая дороги, проникая в недра Земли за мине-
ральным сырьем, человек изменяет свойства пород, нарушает сло-
жившееся равновесие. Это влечет целый ряд таких явлений,
как оползни, обрушения поверхности, заболочивание, осушение
и т. д., получивших название инженерно-геологических процессов.
В настоящем разделе книги мы рассмотрим и природные, и ин-
женерно-геологические процессы.
Перелистаем Нижегородскую летопись XV и XVI вв. На ее
пожелтевших страницах можно найти повествования о катастро-
фических оползнях высоких нижегородских берегов, неодно-
кратно тревоживших население. Так, в первой половине XV
128
столетия 1 в районе Нижнего Новгорода неожиданно произошло
грандиозное сползание берега Волги. Население было застигнуто
им врасплох, так как это случилось в ночное время. Неожидан-
ный оползень явился причиной гибели многих людей. Летописец
образно описывает эту катастрофу: «... И божьим изволением
грех ради наших оползла гора сверху над слободой, и засыпало
в слободе сто пятьдесят дворов и с людьми, и со всякой скотиной».
Несколько позднее, в 1587 г., возник другой крупный оползень
неподалеку от Нижнего Новгорода. Он произошел на участке
размещения Печерского монастыря. Предоставим слово летописи:
«. . . Оползла гора от матерые степи, да прошла под ту гору,
на которой монастырь стоит и с лесом, и вышла в Волгу сажен
на 50, и инде и больше. И стали в Волге бугры великие: суды,
которые стояли под монастырем на воде, и те суды стали на берегу
на суше сажен 20 от воды и больше, и после того, как поникла
гора, пошли из горы ключи великие».
А вот другое свидетельство летописца: «... Потрясеся земли
под монастырем, монаси же бежаша и сташа на горах; монастырь
же и церкви совсем погибоша, токмо остася столп один церков-
ный ... В том же Нижнем Новгороде вверх по реце Оке, слобода
в 150 дворов погибе совсем сквозе землю, и ни един человек не
остася . . .».
Город Васильсурск, основанный в 1523 г. у места впадения
реки Суры в Волгу, в результате грандиозного сползания части
высокого правого берега в 1556 г. был полностью уничтожен.
Явления оползания высокого правого берега Волги наблю-
даются и в настоящее время. Инженеры-геологи и строители
накопили большой опыт в борьбе с этим грозным явлением. Мно-
гие участки берегов в результате больших трудов были за-
креплены. Несмотря на это, время от времени возникают оползни,
наносящие большой ущерб народному хозяйству. Так, 29 июля
1955 г. в районе Ульяновска возник грандиозный оползень,
охвативший площадь около одного квадратного километра. Он
продолжался около 6 часов. Захватил оползень низовую часть
города. Смещение по вертикали доходило до 3 метров. В горизон-
тальном направлении оно достигало 3,5 метра. Были разорваны
и передвинуты железнодорожные пути, выведен из строя крупный
деревянный мост. После оползня на перемещенном массиве можно
было наблюдать перекошенные деревянные дома и кирпичные
здания, разорванные трещинами шириной 10—20 сантиметров.
Оползень сопровождался характерным подземным шумом.
За время существования города Ульяновска здесь зареги-
стрировано свыше 25 крупных оползней.
1 Исторические сведения взяты из сборника «Оползни Среднего и Ниж-
него Поволжья». ОНТИ, М.— Л., 1935.
9 Заказ 607.
129
ОПОЛЗНИ В САРАТОВЕ
Не меньше страдает от оползней территория города Саратова.
Особенно часты они на склонах Соколиной горы, сложенной
довольно рыхлой трещиноватой породой — песчаником, лежа-
щим на глинистых пластах, которые, быстро размокая и теряя
устойчивость, вызывают оползни.
Вот как описал А. П. Нечаев один из особенно разрушитель-
ных оползней 1884 г.: «. . . Еще за несколько дней до катастрофы
земля начала медленно оползать к Волге, покрываясь на поверх-
ности трещинами и буграми. По ночам слышались треск домов
и звяканье ломающихся стекол. Полы в домах приподнимались,
печи давали трещины. Многие из предусмотрительных жителей,
заметив эти зловещие явления, поспешно покинули свои дома.
В 11 часов утра 20 сентября вдруг движение земли сделалось
быстрым и значительная часть горы с шумом обрушилась в реку.
Во всем Саратове дрожала земля, раскачивались висячие лампы,
останавливались часы, несколько домиков, расположенных на
обрыве Соколиной горы, сорвались и полетели в пропасть.
Крупные здания находящихся здесь фабрик и заводов переломи-
лись надвое, натрое, наклонились в сторону и некоторые затем
упали . . .»
В результате этого оползня было разрушено и повреждено
свыше 300 зданий.
Приведем другой случай оползания берега в Саратовской
области.
На высоком правом берегу реки Волги стояло старое русское
село Федоровка. Как-то в душную июльскую ночь 1889 г. населе-
ние села было разбужено необычайным явлением. Стены изб шата-
лись, земля содрогалась и вспучивалась. Из ее недр несся глухой
гул. Жители высыпали из домов на улицу. Они увидели, что де-
ревня вместе с участком берега движется к Волге. Этот оползень
был довольно продолжительным. Перемещения длились около
трех дней. Было полностью разрушено несколько десятков домов,
другие получили различные повреждения. Поверхность земли
совершенно изменилась. Она покрылась впадинами, трещинами,
в одних местах возникли провалы, в других — поднятия.
После оползня село было перенесено на новое, более безопасное
место.
Этот оползень получил наименование, по названию уезда,
«Хвалынского».
«ВУЛКАН » В САРАТОВЕ
В связи с оползнями нельзя не рассказать забавный случай,
связанный с оползневыми подвижками правого берега реки Волги.
Неподалеку от Саратова находится село Аграфеновка. Неожи-
данно это небольшое поселение получило широкую известность
среди жителей Нижнего Поволжья.
В 1909 г. в Поволжье быстро разнеслась весть: в Аграфеновке
происходит извержение «вулкана». Слухи ширились и росли.
Необычное событие обрастало все новыми и новыми фантастиче-
скими и нелепыми подробностями. Окружающее население было
сильно напугано. Появились высказывания, что «вулкан» в Агра-
феновке является дальнейшим развитием Мессинского землетря-
сения 1908 г.
К месту происшествия стали стекаться тысячи людей.
Крупный русский ученый-геолог А. Д. Архангельский посетил
район происшествия и обнаружил, что причиной странного
явления является не что иное, как подземный пожар, вызванный
оползнем.
Он был впервые замечен населением в конце февраля 1909 г.
После этого он продолжался почти пять месяцев. Из-под земли
в разных местах выделялись пахнущие серой струйки дыма,
которые и были приняты за выделяющиеся вулканические газы.
Ходить по поверхности некоторых участков было невозможно
из-за высокой температуры. Помогала только обувь на толстой
подошве, которая временно предохраняла ноги от ожогов. На
поверхности земли образовались небольшие воронки глубиной
и шириной около 0,5 метра. Если в такую воронку опускалась
палка, то она моментально загоралась.
Причина этого подземного пожара, как это установил
А. Д. Архангельский, заключалась в том, что вследствие оползня,
происшедшего в 1908 г., по образовавшимся трещинам в нижележа-
щие породы стал свободно поступать воздух. А среди этих пород
находились черные сланцевые глины, богатые органическими
горючими веществами. Роль запала сыграл минерал пирит —
сульфид железа. Под воздействием кислорода воздуха он способен
энергично окисляться с выделением значительного количества
тепла. Те, кто бывал в районах угольных разработок Донбасса,
знают, что терриконы (пирамидальные холмы пустой породы
около шахт) часто дымятся и даже горят. Этот процесс — также
результат окисления пирита и выделения тепла, ведущего к воз-
горанию породы, содержащей уголь.
Таким образом, в Аграфеновке черные сланцевые глины за-
горелись, подожженные «коварным» пиритом.
После окончания пожара эти глины из черных, в результате
обжига, стали красными.
9*
131
ВОЛГОГРАДСКИЕ ОПОЛЗНИ
На Волжском берегу раскинулся легендарный город Волго-
град.
Береговой участок, на котором расположен Волгоград, геологи
называют Каспийской террасой. Это название обусловлено темг
что берег сложен здесь отложениями Каспийского моря. Особенно
значительны толщи морских осадочных пород в южной части
города.
Подойдем со стороны реки к правому берегу в южной части
города. Над нашей головой возвышается почти вертикальная
стена обрыва. В верхней его части под небольшим суглинистым
слоем залегает довольно значительная толща «шоколадных»
глин. Это наши старые знакомые. Мы уже знаем, что они обла-
дают удивительной способностью к набуханию при увлажнении.
Эти глины носят название хвалынских (по древнему морю, в ко-
тором они накопились). Толщина слоя хвалынских глин колеб-
лется от 2—3 до 10—12 метров и более. Под ними лежат мелко-
зернистые пески. Это тоже осадки Каспийского моря, называемые
хазарскими.
В средней части города слой хазарских песков незначителенг
в береговых откосах выходят рыхлые, еще более древние песча-
ники.
Во многих местах под глинами из хазарских песков бьют
ключи.
Такое залегание глин и грунтовых вод весьма неблагоприятно.
Оно привело к тому, что береговой уступ превратился в арену
развития оползней (рис. 72). Большинство их сравнительна
невелико. Но иногда оползни захватывают обширные участки.
Например, в 1941 г. в течение 30—40 минут в Волгу сполз обшир-
ный массив земли, имевший в поперечнике около 220 метров.
Высота смещения составила около 10 метров. Этим оползнем
было перемещено более 150 тысяч кубических метров пород.
Пройдемся вдоль берега от пассажирской пристани вниз по
течению Волги. Перед глазами развертывается картина много-
численных обрушений и оползаний берега. Вот его участок против
элеватора. Наклонившиеся телеграфные столбы, трещины в зда-
ниях, стоящих на береговом склоне, и, наконец, многочисленные
оползневые «цирки». Такое название получили места, где проис-
ходит отрыв и сползание земляных масс. Это обычно округлые
в плане выемки, отсюда и произошло их название «цирк» (от
латинского слова циркулус — круг).
Страдает от оползней и участок берега, расположенный в
центре города, против пароходной пристани. Здесь оползни на-
носили не раз ущерб лестницам и некоторым постройкам. Спасает
положение правильное размещение крупных построек в глубине
132
Рис. 72. Небольшие оползни на берегу Волги, вы-
званные подмывом
берега. Непосредственно к оползням прилегает бульвар, дефор-
мации которого незначительны.
Если проследить время наиболее интенсивных подвижек
волгоградских берегов, то сразу бросится в глаза, что в большин-
стве случаев они возникают после спада паводка на Волге. Этот
факт указывает на связь оползней с весенним половодьем.
Много сил и средств затрачено на борьбу с оползнями. На
целом ряде участков берега удалось ликвидировать оползневость.
Но еще предстоит серьезная работа для окончательного прекра-
щения оползания волжских берегов.
БИЧ ЧЕРНОМОРСКОГО ПОБЕРЕЖЬЯ
Богато одарила природа Черноморское побережье Кавказа.
Здесь и голубое теплое море, и минеральные воды, и богатейшая
субтропическая растительность, и живописные горы. Не слу-
чайно со всего Советского Союза едут сюда лечиться и
отдыхать десятки тысяч тружеников. В связи с этим здесь ши-
рится строительство новых здравниц, туристских баз, пансиона-
тов. Застраиваются все новые и новые участки. И вот здесь-то»
строителей часто ждут значительные затруднения.
Дело в том, что узкая прибрежная полоса Черноморского по-
бережья испокон веков страдает от оползней. Они наносят зна-
чительный ущерб этому чудесному краю. Оползание земляных
масс сокращает полезную территорию для размещения курортов г
повреждает железные и автомобильные дороги, уничтожает
плантации субтропических культур, винограда, табака (рис. 73).
133
Рис. 73. Типичная саблевидная форма деревьев на
оползневом склоне
Особенно велик ущерб, приносимый оползнями, на участке
от Туапсе до Сухуми.
Оползни захватили и побережье у города Сочи. На этом участке
незадолго перед Великой Отечественной войной после сильного
шторма пришли в движение сотни тысяч кубических метров
грунта и в течение десятка минут сползли в море, уничтожив ряд
легких сооружений.
Многократно повторяющиеся сползания берега создали серь-
езную угрозу замечательному сооружению города — новому те-
атру (рис. 74), который за время своего существования (менее
25 лет) сильно приблизился к берегу моря и оказался неподалеку
от границы активных оползней.
Инженеры-геологи, изучив этот район города, пришли к вы-
воду, что оползание вызывается как особым геологическим
строением участка, так и сильным подмывом берегов морскими
волнами.
Были приняты самые решительные меры для прекращения
дальнейшего распространения оползней в глубь суши. Сейчас
в этом районе оползни прекратились.
Другой участок Черноморского побережья, интенсивно раз-
рушаемый оползнями, — район Сухуми.
В геологическом строении береговой полосы этой территории
принимают большое участие своеобразные темно-синие глины.
Довольно прочные в сухом состоянии, они теряют свою прочность
при увлажнении.
Интересно, что эти глины способны поглотить воды в 2—3
раза больше своего объема.
134
Рис. 74. Сочинский театр
Если вы вспомните нашу беседу о «невидимых» минералах,
то легко объясните подобное явление. Минералогический анализ
этих глин показал, что в их составе содержится много монтмо-
риллонита.
После ливней или затяжных дождей эти глины сильно увлаж-
няются и на склонах возникают многочисленные оползни. Они
разрушают дороги, мосты, лестницы, дома и другие сооружения,
попадающие в зону их действия.
Проводимые в этих районах работы по закреплению оползней
значительно сократили размах этого бедствия.
Одним из прекраснейших солнечных районов нашей Родины
является Южный берег Крыма. Недаром его называют «жемчу-
жиной юга». Это одно из лучших мест для лечения и отдыха тру-
дящихся.
Познакомимся с геологическим строением Южного берега
Крыма. Возвышающаяся над морем громада Крымских гор (вы-
сота до 1500 метров) состоит главным образом из известняков.
Под массивом известняков залегают темно-серые глинистые сланцы.
Выходы этих глинистых пород можно видеть во многих местах
берега. В сухом состоянии сланцы довольно прочные и крепкие.
Картина сразу изменяется, если их увлажнить водой. Куда только
девается их твердость, они становятся пластичными, а при
длительном намокании совсем разжижаются.
В пределах береговой полосы глинистые сланцы прикрыты
довольно значительной толщей наносов. Как и всякие наносы,
они весьма разнообразны по своему составу. В них преобладает
глинистая масса, в которую вкраплены обломки известняка, дио-
рита и других твердых пород.
135
Рис. 75. Мыс у б. Воронцовского дворца в Алупке,
образованный сползшими глыбами диорита (фото
Г. Золотарева)
Эти глинистые наносы и составляют основу оползающих масс.
Главной причиной их движения является регулярное увлажнение,
вызываемое атмосферными и подземными водами. Особенно
обильны воды, поступающие из трещин известняковых массивов.
Дождевая вода с поверхности яйл (плоские вершины Крымских
гор) проникает в трещины и карстовые воронки, а затем, пройдя
подземными каналами, выходит на дневную поверхность у по-
дошвы известняков, смачивает глинистые наносы.
Оползни Южного берега Крыма были известны в глубокой
древности: первое описание их было дано русским академиком
Палласом в конце XVIII в.
В настоящее время особенно страдают от оползней районы
Алупки, Оползневого и Симеиза. На этих участках берега нередки
случаи сползания на десятки метров вниз, к морю, жилых домов,
различных построек и даже целых селений. Возникают крупные
•смешения дорожного полотна вниз по склонам, повреждения
мостов и труб.
Крупные глыбы твердых пород (известняков, диоритов), обру-
шиваясь с горных массивов на поверхность глинистых наносов,
постепенно сползают по ним в море.
На рис. 75 показан мыс у Воронцовского дворца в Алупке,
образованный сползшими глыбами диорита.
На некоторых участках морского берега можно наблюдать
оползни, образующиеся в береговых обрывах, в которых выходят
на поверхность темно-серые глинистые сланцы. Мы уже говорили
об их способности размягчаться при увлажнении водой. Во время
136
продолжительных дождей и сильных штормов сланцы обильна
смачиваются водой. Тогда и возникает сползание целых массивов
этих пород. Примечательно, что направление их движения пер-
пендикулярно плоскости напластования.
Эти оползни чаще всего захватывают небольшие участки по-
верхности земли.
Советское государство отпускает много средств на борьбу
с оползанием земляных масс в этом районе. Специальная Южно-
бережная оползневая станция Министерства геологии СССР про-
водит регулярные наблюдения и исследования движения склонов.
Из года в год на территории Южного берега Крыма осуще-
ствляются комплексные работы по укреплению оползневых участ-
ков. Размах этих работ с каждым годом возрастает.
КАТАСТРОФИЧЕСКИЕ ОПОЛЗНИ
История сохранила нам сведения об оползнях, унесших:
десятки и сотни человеческих жизней. Они время от времени воз-
никают в самых различных уголках Земли. Так, широкую извест-
ность получили катастрофические оползни Швейцарии.
Особенно печальна история оползней пологих берегов озера
Цуг. Одна из таких катастроф произошла в ночь на 5 июля 1887 г.
Совершенно неожиданно в ночное время начала перемещаться
большая полоса берега. Цветущие берега озера, в зелени которых
скрывались сотни дач, вилл и домов, огласились воплями гибну-
щих людей. Десятки зданий были разрушены. В их обломках
погибло много обитателей. В результате оползня пришло в дви-
жение свыше 150 тысяч кубических метров земли. Масса разжи-
женного грунта переместилась в озеро и потекла по уклону era
дна, распространившись на расстояние свыше 1000 метров от
его берега.
Причиной, вызвавшей этот оползень, явилось неожиданное^
разжижение мощных толщ водонасыщенных иловато-глинистых
грунтов, слагающих берег. Считают, что разжижению грунтов,
содействовала производящаяся в этот момент забивка свай. Вся
береговая часть озера Цуг находилась в неустойчивом состоянии
вследствие перегрузки ее поверхности насыпными грунтами и
застройкой. Немалую роль сыграло динамическое давление грун-
товой воды, поток которой направлен в сторону озера.
В другом районе Швейцарии — Гольдау возник не менее ка-
тастрофический оползень, при котором сползла по направлению*
наклона пластов огромная плита длиной 1,5 километра, шириной
300 метров и мощностью 32 метра. Количество переместившейся
породы составило почти 30 миллионов тонн.
Известны многочисленные крупные оползни в Северной Аме-
рике. Так, в районе Франк Альберта (Канада) в 1903 г. возник
137
Трещины
Рис. 76. Схема оползания известняков Франка Аль-
берта
оползень известнякового массива против направления пластов,
вызванный скольжением пород по трещинам, заполненным гли-
нистой массой (рис. 76). Сместилась грандиозная масса пород
объемом свыше 30 миллионов кубических метров.
Еще больших размеров достиг другой оползень Северной
Америки, получивший название Гросс-Вентр. Он вызвал переме-
щение земляных масс объемом в 35 миллионов кубических метров.
Телетайпы приносят все новые и новые сообщения об оползнях.
. . . 1963 год. В результате затяжных дождей в далеком Не-
пале возник крупный оползень, под которым оказались уничто-
женными три деревни. 150 человек заживо были погребены под
массами сползшей земли . . .
. . . 1966 год. Неожиданное оползание грунтов на склоне
горы в Перу привело к гибели девяти человек, а более тысячи
человек остались без крова . . .
Можно продолжать этот список и далее, но этого достаточно,
чтобы понять, что оползень часто превращается в грозное при-
родное явление, борьба с которым представляет важную задачу
инженерной геологии.
НЕПРИЯТНЫЕ СЮРПРИЗЫ
В Норвегии каждый год возникают десятки оползней. Зна-
чительная часть их развивается в районах распространения свое-
образных глин, которые на первый взгляд достаточно прочны.
Но если взять кусок такой глины и потереть его в руках, он мгно-
венно переходит в сметанообразное состояние. Вот эта особен-
ность грунта и ведет к мгновенно развивающимся быстротечным
оползням.
Советский ученый И. М. Литвинов, посетивший Норвегию,
рассказал о многочисленных случаях оползания. Так, он побы-
138
вал на участке, где в 1956 г. находилась ферма. Однажды ее вла-
делец обнаружил небольшую трещину в грунте. ЗнаяДчем это
может грозить, он немедленно начал переезжать на соседнюю
ферму. Возвращаясь за вещами, фермер увидел, как дом его по-
качнулся, стал проваливаться в разжиженный грунт и вскоре
полностью утонул. Перепуганный скот плыл в разжиженной массе
и ему удалось выбраться из этого потока только в полукилометро-
вом расстоянии от бывшей фермы. Это все произошло буквально
в течение нескольких минут. В ряде участков можно наблюдать
затонувшие фермы. В грунтах видны остатки велосипедов, коля-
сок, различной домашней утвари, части домов.
Другой тип норвежских оползней отличается быстрыми пере-
мещениями целых массивов земли без их видимого разрушения.
Если такой оползень захватывает участки автострады или желез-
ной дороги, то находящиеся в этот момент на трассе автомашины
или поезда перемещаются вместе с грунтом и терпят аварии.
И. М. Литвинов рассказывает об оползне, возникшем в 8—9 ки-
лометрах к югу от Осло. Значительная часть территории в течение
нескольких десятков секунд переместилась на расстояние 11—
12 метров по горизонтали. Расположенная на участке железная
дорога переместилась на место шоссе, которое в свою очередь за-
няло место роскошной аллеи из старых кленов и берез. Часть аллеи
передвинулась в сторону на место расположенного здесь сада.
Владелец сада рассказал: «Моя сестра, не пившая перед тем
ничего спиртного, увидела движущиеся деревья и усомнилась
в своем здравом уме. Она позвала меня, и теперь уже я увидел,
как два ряда громадных кленов и берез передвинулись в мой сад
вместе с участком мощеной дороги . . л.
ПОЧЕМУ
ВОЗНИКАЮТ
ОПОЛЗНИ
Еще 100 лет тому назад люди не знали, почему возникают
оползни. Это использовали церковники, утверждая, что оползни —
это божье наказание.
Ученые детально исследовали это природное явление и уста-
новили, что оползание склонов обусловливается не одной, а мно-
гими причинами. В каждом конкретном случае действуют свои
•силы, приводящие в движение земляные массы.
Среди множества причин можно выделить главную: нарушение
механической устойчивости склонов. Для возникновения ополза-
ния необходим уклон поверхности. На горизонтальной плоскости
оползень возникнуть не может. По мере увеличения угла наклона
участка возрастает опасность развития оползня.
В чем же кроется причина такого влияния уклона?
Дело в том, что в массиве грунта всегда действует сила тяже-
сти. Она, как известно, направлена к центру Земли.
Представим себе, что склон образует какой-то угол с горизон-
тальной плоскостью. Тогда сила тяжести, перпендикулярная
последней, также будет образовывать угол к склону (рис. 77).
По правилу параллелограмма сила тяжести раскладывается на
две составляющие (рис. 78): первая — направлена по склону
(обозначим ее буквой 7), вторая — перпендикулярна ему (сила
N). Легко можно заметить, что сила Т будет стремиться сдвинуть
грунт вниз, а сила N будет прижимать грунт к склону, тормозя
его сползание.
Попробуем теперь изменять величину уклона, как это показано
на рис. 79. Видим, что чем больше наклон, тем величина толка-
ющей силы Т становится больше, а удерживающей силы N —
меньше.
Такова роль уклона в увеличении силы, толкающей массу
грунта вниз по уклону.
Возникает вопрос: какие силы в самом грунте сопротивляются
разрыву и сползанию масс пород?
140
Рис. 77, Сила тяжести, направлен-
ная к центру Земли, образует угол
со склоном
Рис. 78. Составляющие силы тяже-
сти грунтов склона
Возьмем сплошной гранитный массив; сколько бы мы его ни
наклоняли, в нем не возникнут разрывы и сползания. Это проис-
ходит потому, что все зерна породы связаны друг с другом очень
прочными жесткими связями.
Теперь попробуем также наклонять аквариумную банку,
в которую насыпан песок. По мере увеличения наклона песок
начинает перемещаться, занимая каждый раз все более пологие
откосы (рис. 80). Столь легкое перемещение песчинок возникает
вследствие отсутствия между ними связей. Частички песка удер-
живаются друг около друга лишь под действием трения, которое
зависит от коэффициента внутреннего трения грунта. Кроме того,
-сила трения зависит также от давления, прижимающего песчинки
друг к другу.
Если мы вернемся к нашему сползающему откосу, то здесь
давление . будет равно силе N.
Теперь познакомимся с силами сопротивления сдвигу, дей-
ствующими в глинах.
В глинистых грунтах так же, как и в песках, между частицами
действуют силы трения, но их значение очень невелико.
Попробуем разорвать глину, растягивая ее в стороны. Если
это сухая порода, то вряд ли нам это удастся. Постепенно увлаж-
няя глинистый грунт, мы можем добиться момента, когда кусок
будет легко растягиваться, как воск, и разрываться.
Этот опыт говорит нам о существовании в глинах силы сцепле-
ния, препятствующей разрыву грунтов; ее величина уменьшается
по мере увлажнения. Сила сцепления является результатом дей-
ствия молекулярного притяжения между тончайшими глинистыми
частицами. Ею определяется величина сопротивления глин сдвигу
и оползанию. Уменьшение сцепления при увлажнении ведет
к снижению прочности глиняных массивов и последующему опол-
занию.
141
P-P;oC^o(29
Рис. 79. Величина составляющих
изменяется в зависимости от на-
клона поверхности
Рис. 80. Изменение наклона аквариум-
ной банки заставляет перемещаться
заключенный в ней песок
В последние годы ученые, исследуя глины под электронным
микроскопом, установили, что их микроструктура различна. В од-
них случаях пластинчатые глинистые частицы лежат друг на дру-
ге, образуя параллельнослоистые структуры, а в других распола-
гаются под различными углами друг к другу. В последнем случае
говорят о структуре «карточного домика». Норвежские глины, об
оползнях которых мы рассказали выше, и обладают такой не-
устойчивой микроструктурой. Помимо этого, большое влияние
на разрушение микроструктуры подобных глин оказывают рас-
смотренные ранее тиксотропные превращения.
Виновником возникновения оползней могут также явиться
сейсмические удары.
ВОДА — ВРАГ СКЛОНОВ
Падает осенний моросящий дождик. Его струйки, находя/гре-
щинки и поры, упорно пробираются между зернами пород в недра
массива. Даже тончайшие капиллярные поры грунта являются
путями для их продвижения. Наполняя поры, вода увеличивает
вес пород. Воздействуя на глинистые частицы, влага резко сни-
жает их прочность, нарушает связи между ними. Все это создает
условия для образования оползней.
Коварная дождевая струйка незаметно ведет свою разруши-
тельную работу. Во многих случаях ее деятельность, которая
142
Рис. 81. Схема образования суффозионного
оползня в Волгограде
на первый взгляд кажется незначительной, приводит к оползанию
склона.
Не менее опасны для склонов подземные воды. Проникая в
грунты, они производят то же воздействие на них, что и атмосфер-
ные осадки. Однако подземные воды оказываются более опасными
для склонов, так как они вызывают суффозию и определяют
гидродинамическое давление в откосах. Оползни, вызываемые
суффозией, не редкое явление.
Примером могут служить некоторые оползни района Волго-
града.
Мы уже знаем, что здесь под «шоколадными» глинами лежит
слой хазарских песков, наклоненный в сторону реки. В них
встречается небольшой горизонт подземных вод. В обычное время
года пески находятся выше уровня воды в Волге (рис. 81). Во
время паводка уровень воды поднимается выше выхода песков.
Такое затопление ведет к прекращению стока подземных вод
в реку. В песках постепенно накапливается много воды. Когда
паводок спадает, она устремляется к выходу, увлекая за собой
песчаные частицы, вынося в русло реки тысячи тонн песка. Это
ослабляет пласт и вызывает оползание вышерасположенных пла-
стичных «шоколадных» глин.
Вот почему наиболее эффективная борьба с оползнями и пред-
усматривает прежде всего отвод от массивов атмосферных и под-
ъемных вод.
ВОДА ПОДМЫВАЕТ И ПЕРЕРАБАТЫВАЕТ БЕРЕГА
Представьте себе, что на круто наклоненной доске лежит
какой-либо предмет. Для того чтобы он не скатился, на доске при-
бита поперечная планка. Если ее удалить, то предмет покатится
вниз. Подобное явление наблюдается на склоне, если его подножие
143
подмывается рекой или морем. Упор для масс земли исчезает,
и склон, перед тем устойчивый, неминуемо придет в движение.
Такое оползание земляных масс широко распространено на
морских и речных берегах. Многие оползни Черноморского по-
бережья возникают в результате подмыва берегов морским при-
боем (рис. 82). Удар морской волны во время шторма может
достигать сокрушительной силы (рис. 83). Зарегистрированы удары
волн о набережные силой до 30 тысяч килограммов на квадратный
метр их поверхности. Под действием таких ударов легко переме-
щаются глыбы весом в десятки тонн.
Многочисленны случаи перемещения волнами многотонных
железобетонных массивов. Например, в районе города Сочи штор-
мовые волны разбили и переместили многотонные бетонные блоки
набережной; в Новороссийске шторм сбросил с восточного мола
2 массива, каждый весом в 40 тонн. В амстердамском порту был
поднят на высоту почти 4 метров и сброшен на пирс (причал для
судов) двадцатитонный бетонный массив. В Шотландии во время
бури волны передвинули на 4 метра дамбу весом в 800 тонн.
При ударе о препятствие морская волна образует всплески,
поднимающиеся на десятки метров. На острове Вист во время
шторма такие всплески разбили фонарь маяка на высоте 60 метров.
Обладая столь могучей энергией, морской прибой производит
грандиозную разрушительную работу. Постоянно подмывая бе-
рега, волны разрушают их, создают благоприятные условия для
возникновения оползней и обрушений (рис. 84).
Действуя соединенными усилиями, размыв и оползание пород
ускоряют отступление морских берегов. В районе Одессы, напри-
мер, берег за последние 50 лет отступил почти на 45 метров в глубь
материка, у Сочи береговая линия в результате многочисленных
оползней и абразии (размыва) переместилась за 20 лет на 15—
40 метров.
Ярким примером силы абразии может служить остров Гот-
ланд. Когда-то он представлял собой крупный цветущий участок
суши, площадью более 900 квадратных километров, а сейчас
это небольшой скалистый островок площадью в несколько квадрат-
ных километров.
В нашей стране создан ряд искусственных морей: Московское,
Рыбинское, Куйбышевское, Цимлянское и др.
Широко разлились их воды. Там, где была суша, плещутся
волны. Образовалась новая береговая линия. Нарушилось преж-
нее равновесие. Новые берега энергично разрушаются волнами
(рис. 85). Этот важный для народнохозяйственного освоения
берегов водохранилищ процесс назван переработкой берегов.
Перед инженерной геологией была поставлена задача выяснить,
до каких пределов будет идти разрушение берега и где располо-
жится более или менее устойчивая береговая линия. Ответствен-
ность решения этого вопроса весьма велика. Ведь на берегах будут
144
Рис. 82. Разрушение морским прибоем набережной
Рис. 83. Прибои во время шторма у берега Сочи
10 Заказ 607.
Рис. 84. Подмыв скалистых берегов прибоем
Рис. 85. Переработка берега искусственного моря
146
Рис. 86. Размыв речным потоком твердых пород
построены города, селения, заводы. Они должны быть располо-
жены вне зоны, подлежащей переработке водой.
Эта задача советскими геологами успешно решена. Было
установлено, что берега перерабатываются в течение нескольких
лет и самое большее — десятилетий. Характер процесса зависит
от рельефа местности, состава пород, гидрогеологического ре-
жима, климата и некоторых других факторов.
Устойчивый берег образуется в результате процессов размыва,
оползания берегов и накопления отложений. Будущая устойчивая
береговая линия пройдет на десятки метров дальше в глубь суши
от ее положения в момент образования водохранилища.
Наблюдения, проведенные на берегу Цимлянского моря, по-
казали, что после его заполнения лёссовые берега под действием
прибоя и оползания отступили на 15—50 метров.
Берега разрушаются не только морским прибоем. Кто из нас
не любовался стремительным бегом речных потоков? День и ночь,
год за годом размывают и подпиливают реки свои берега (рис. 86).
Особенно энергично действуют горные реки. Возьмем в ка-
честве примера полноводную Кубань. Воды этой реки берут на-
чало на северном склоне Кавказских гор, у Эльбруса, откуда ее
поток устремляется в просторы Предкавказской равнины. Бурное
течение разрушает берега. О скорости этого процесса можно су-
дить по наблюдениям, проведенным в районе Краснодара (у
б. станицы Пашковской). Здесь ее высокий лёссовый берег вслед-
ствие подпиливания водным потоком и обрушения перемещается
в год на 10—20 метров.
Создатель советской школы инженерной геологии Ф/П. Са-
варенский описывает подмыв и обрушение берегов у другой
10*	147
реки — Амударьи: «. . .В последних числах июня 1936 г. на-
селение поселка Турткуль на правом берегу Амударьи было
разбужено поздней ночью страшным треском и грохотом . . .
Еще накануне вечером расстояние от домов до берега реки равня-
лось 7—10 метрам. За ночь вода смыла берег и вплотную под-
ступила к жилищам. Обитатели 3 домов, расположенных особенно
близко к воде, проснулись, когда фасады их глиняных жилищ
отвалились уже в реку. Лет 20 назад Амударья протекала в
10 километрах от Турткуля. В 1905 г. правый берег реки находился
против урочища Ширим, а в 1915 г. здесь уже был левый берег.
Река за 10 лет подвинулась вправо на 6 километров. . .»
Энергично размывает свои берега и могучая Волга. У Беке-
товки (район города Волгограда) правый берег реки Волги от-
ступил за 10 лет почти на 15 метров. В районе станицы Каменный
Яр берег Волги, сложенный песками и глинистыми грунтами,
отступает каждый год почти на метр. Это отступление сопрово-
ждается образованием двухэтажных оползней.
В этих случаях борьба с оползнями — это прежде всего
предотвращение размыва берегов.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ОПОЛЗАНИЯ
Можно ли сделать так, чтобы даже сравнительно крутые
склоны стояли прочно и не сползали?
Ученым и инженерам удалось добиться больших успехов
в решении этой проблемы.
Изучение причин возникновения оползней показало, что во
многих случаях причиной, побуждающей склоны к оползанию,
является нарушение естественных условий, сложившихся в тече-
ние многих веков.
Уничтожение растительности, снятие при земляных работах
верхнего слоя почвы, устройство на склонах насыпей и углубле-
ний ведет к нарушению механической устойчивости и проникнове-
нию дождевой воды в грунты.
Иногда оползень может возникнуть при проведении дороги,
пересекающей нижние части склонов, как это показано на рис. 87.
Вот что произошло на Дону, на правом оползневом берегу
реки. Начали сооружать рельсовый путь для установки башенного
крана. Его монтаж производился у подошвы склона. Для обеспе-
чения горизонтальности пути пришлось в склоне устроить метро-
вую выемку. Ночью на этом участке возник оползень, повредивший
не только установленный кран, но и ряд построек, расположенных
на склоне.
Опасно также и увеличение веса грунтов, слагающих склон.
Это происходит тогда, когда на нем возводятся какие-либо построй-
ки или движутся железнодорожные составы. Тогда к весу грунтов
148
Рис. 87. Выемка в нижней части склона ведет к на-
рушению равновесия
А — сила, вызывающая оползень; Б — поверхность сколь-
жения; В — дорожная выемка
прибавляется тяжесть зданий, паровозов и вагонов. Как следствие
перегрузки склона может возникнуть оползень.
Вывод напрашивается сам по себе: на склонах, опасных в ополз-
невом отношении, лучше не нарушать существующих естественных
условий. На таких склонах должна осуществляться разумная
профилактика, предупреждающая возникновение оползней.
Но если на склоне развиты оползни, то применение профилак-
тических мероприятий может не дать эффекта или дать его лишь
через несколько лет. В последнем случае трудно гарантировать,
что оползень будет остановлен.
Мы уже говорили о том, как велика роль дождевых и подзем-
ных вод в образовании оползней.
Как же отвести дождевые потоки от откоса? Лучше всего эта
задача решается устройством на пути дождевых струй нагорных
канав и оградительных валов. Такие сооружения размещаются
поперек склонов. Потоки воды, достигая их, изменяют свое на-
правление и отводятся в соседние овраги или долины.
Гораздо труднее бороться с подземными водами. Тогда, когда
они являются главной причиной возникновения оползней, при-
ходится проводить подчас дорогостоящие работы для их отвода.
Во многих случаях прекращение поступления подземной воды
к оползню предотвращает дальнейшее движение его, поэтому
не случайно ученые и инженеры создали много самых разнооб-
разных способов перехвата и отвода подземных вод в сторону от
оползневого массива. Из них широко применяется устройство
прорезей, представляющих собой глубокие траншеи, прорываемые
сверху вниз по склону. На дне их укладываются хорошо проводя-
щие воду материалы (камень, галька, щебень). В такую прорезь
с поверхности и из массива грунтов поступает вода, которая затем
из него отводится.
149
Рис. 88. Из верхнего пласта вода спускается
в нижележащие пески через поглощающие
колодцы
В других случаях устраивается специальный подземный дре-
наж — сооружение, перехватывающее воду. Примером такого
сооружения могут служить дренажные штольни — подземные
галереи, прокладываемые вдоль склона. Такие штольни выходят
на дневную поверхность в соседних балках, оврагах или речных
долинах. Если последние отсутствуют, то галереи выводятся
в специальные водосборные колодцы, из которых время от вре-
мени вода удаляется насосами.
Встречаются такие случаи, когда грунтовые воды, накопив-
шиеся в глубине оползня над каким-либо глинистым пластом-во-
доупором, можно отвести внутрь массива, проделав в глине
колодцы или скважины. Это возможно лишь тогда, когда под слоем
глины имеется достаточно мощный пласт песка (рис. 88), в кото-
рый спускают воду. Такие колодцы и скважины носят название
поглощающих.
МОЖНО ЛИ ЗАДЕРЖАТЬ РАЗМЫВ БЕРЕГОВ
В вековечную борьбу моря с сушей вмешивается человек.
Он отстаивает каждую пядь земли, отнимаемую морем в районах
городов, густонаселенных сельских местностей и курортов. На-
укой создано много оригинальных и высокоэффективных способов
борьбы с разрушением берегов морей и рек.
Если вам пришлось побывать на Черноморском побережье
Кавказа в районе Туапсе — Сочи, то вы, несомненно, запомнили
сотни больших, перпендикулярных к берегу бетонных массивов
длиной в 10—20 метров, уходящих в море. Это — буны.
150
Рис. 89. Комплексное укрепление оползневых берегов
в Сочи
Такие массивы тормозят движение морской волны, понижают
скорость потока, вызывают осаждение на дно крупных взвешен-
ных частиц: гравия, гальки и крупного песка. В результате между
бунами постепенно накапливается большое количество подобного
материала и образуется пляж. Его зона расширяется и береговая
линия перемещается, оттесняя море.
Не менее часто для защиты берегов от разрыва применяют
волноломы. Они представляют собой бетонные или каменные
массивы, располагаемые параллельно морскому берегу. Волно-
ломы сооружаются на расстоянии 12—40 метров от берега. Дви-
жущаяся морская волна, встречая волнолом, с силой ударяется
о него. От этого она теряет значительную часть своей энергии.
Следствием является снижение скорости движения воды. Резуль-
тат — выпадение на дно взвешенных частиц. Постепенно на уча-
стке между волноломом и берегом накапливаются песчано-галеч-
никовые отложения, образующие в конечном счете широкий пляж.
Берега морей для защиты от удара штормовых волн нередко
одевают в бетонный или железобетонный панцирь, устраивая на-
бережные и волноотбойные стенки. Они надежно защищают бе-
рега. Правда, с течением времени море все же разрушает и их.
Во многих случаях приходится применять комплексное укре-
пление берегов, используя несколько типов сооружений. Блестя-
щим примером такого подхода к борьбе с морем являются бере-
гоукрепительные работы в районе города Сочи. Здесь сооружены
и набережные, и волноотбойные стенки, и волноломы, и мол,
и система бун, и подпорные стенки (рис. 89).
Не менее важной народнохозяйственной задачей является
борьба с размывом речных берегов.
151
Направление течения
Рис. 90. Речные буны отклоняют струи от
выпуклого берега
Одним из наиболее древних способов предотвращения разру-
шения берега речным потоком является каменная наброска на
участках размыва. Она замедляет размыв и вынос рекой грунта.
Надежным, но дорогим способом укрепления речных берегов
является устройство набережных. Бетон или камень прочно
прикрывают берега.
В некоторых случаях на небольших реках осуществляется
отвод речных струй от размываемых участков. Это достигается
сооружением в русле струенаправляющих дамб. Они устраиваются
из камня, грунта, дерева. Расположение этих сооружений выби-
рается в зависимости от формы берегов.
Вогнутые берега прикрываются продольными дамбами, за-
щищающими их от удара струй. Выпуклые берега рек успешно
защищаются от размыва устройством бун. Их строят перпендику-
лярно к берегу (рис. 90). Так же как и в морских условиях, между
такими бунами постепенно накапливаются наносы, которые проч-
но укрепляют берег.
В последнее время советские инженеры для борьбы с размывом
берегов создаваемых морей применили простой способ устройства
вдоль береговых линий искусственных песчаных отмелей. Там
где необходимо прекратить переработку берега, гидроспособом
намывается песок, который образует своеобразный барьер на
пути волны, а также создает механический упор для берегового
склона. На таких участках береговая линия быстро стабилизи-
руется.
152
МОЖНО ЛИ УДЕРЖАТЬ ОПОЛЗЕНЬ
Почти вековой опыт говорит нам, что при возникновении круп-
ных оползней, когда приходят в движение миллионы тонн грунта,
попытки удержать их силой в большинстве случаев оказываются
неэффективными.
Более успешным оказалось применение механического удержа-
ния средних и небольших оползней.
Например, чтобы удержать оползание небольших по мощности
слоев грунта, на их пути ставится каменная или железобетонная
стена. Такие стенки получили название подпорных (рис. 91).
В некоторых случаях, стремясь удержать грунты оползающего
массива, скрепляют их жесткими элементами — бетонными или
железобетонными сваями-шпильками (рис. 92), располагая при
этом их в шахматном порядке. Длина свай выбирается такой,
чтобы свая входила в лежащий под оползнем слой прочного,
неползущего грунта.
Для того чтобы избежать нарушения естественного сложения
пород, шпильки не забиваются, а погружаются в предварительно
пробуренные скважины.
Для борьбы с оползнями глинистых массивов ученые успешно
применяют электрический ток. Да, именно электрический ток.
Известно, что, если пропускать постоянный ток через какую-либо
водную среду, в нее будет переходить постепенно металл положи-
тельного электрода. Помимо этого, электрический ток заставляет
передвигаться воду от положительного к отрицательному полюсу.
Этот процесс и положен в основу электрохимического способа
укрепления глинистых оползней.
Берут деревянные сваи и обшивают с поверхности одни мед-
ными, а другие алюминиевыми листами, после чего забивают
в грунт поочередно сваи медные и алюминиевые; первые присоеди-
няют к отрицательному полюсу генератора постоянного тока,
вторые — к положительному (рис. 93).
Если начать пропускать через такую систему постоянный ток,
то обнаружится, что участок между сваями начинает быстро осу-
шаться, в грунт переходит алюминий, который образует соеди-
нения с водой. В результате слабая глинистая порода приобре-
тает высокую прочность и теряет способность к размоканию, что
и требуется для прекращения ее оползания.
Для закрепления грунта применяется и еще один оригиналь-
ный метод: устройство мерзлотных столбов и целых массивов за-
мороженных грунтов для механического удержания водонасы-
щенных земляных масс на склонах.
Мысль ученых непрестанно работает над улучшением старых
и разработкой новых методов борьбы с оползнями. Знакомясь
с причинами оползания, мы установили, что, чем больше угол
откоса, тем значительней сила, толкающая оползень вниз. Следо-
153.
Рис. 91. Подпорные стенки на побережье у Сочи
Рис
. 93. Схема электрохимиче-
ского укрепления грунта
сваи алюминиевые и медные; 2 —
источник постоянного тока
154
1
Рис. 94. Срезка склона струей воды
а — угол устойчивого откоса; 1 — гидромонитор
вательно, если уменьшить величину откоса, опасность оползания
резко уменьшится.
Этот принцип и был положен в основу способа «срезки скло-
нов». Легко сказать: срезать склон. Но как это сделать? Ведь
для этого необходимы значительные затраты труда и средств,
поэтому чаще всего такая съемка грунта осуществляется на не-
больших массивах.
На помощь строителям в этом случае приходит водяная струя.
При помощи гидромонитора (напоминающего брандспойт) мощная
струя воды направляется на склон. Для срезки песчаных и гра-
велистых грунтов достаточно напора 5—7 атмосфер, а для глин
необходимо более высокое давление, в 10—13 атмосфер.
Вылетающая из гидромонитора струя воды размывает грунт
и, подхватывая его, сносит вниз по склону (рис. 94).
Таким способом был срезан ряд оползневых склонов, располо-
женных в различных местах между Туапсе и Сочи. Образующийся
при этом разжиженный грунт стекал в море.
Другим случаем подобной крупной срезки склона является
смыв оползня при строительстве Мингечаурской гидроэлектро-
станции на реке Куре (Азербайджанская ССР).
В заключение расскажем о применении огня для закрепления
склонов. Он помогает успешно бороться с оползнями в глинистых
породах. Для этого в массиве глин сооружается тоннель или
штольня и в ней сжигается горючее (чаще всего уголь). Прилега-
ющая часть глины обжигается. Обожженный участок превраща-
ется в своеобразный барьер на пути движения сползающих масс.
За многие десятки и сотни лет человечество накопило большой
опыт борьбы с оползанием склонов. Мы познакомились лишь
с некоторыми из наиболее распространенных методов борьбы
с ними.
155
ГРАНДИОЗНЫЕ
ОБВАЛЫ
И ЛАВИНЫ
На крутых склонах и обрывах смещение масс земли приобре-
тает характер неожиданных мгновенных обрушений, называемых
обвалами.
Страницы истории хранят память о десятках страшных ката-
строф, связанных с неожиданным обрушением горных массивов.
Как будто замершие, молчаливые горы внезапно приходят в дви-
жение. Долины наполняются страшным грохотом. Сотни тысяч
тонн пород обрушиваются вниз по крутым склонам, сотрясая
прилегающую местность.
Долго не оседает поднятая обвалом пыль. И нередко на месте
живописных деревень и городов, расположенных у подножья
гор, после обвала остаются лишь хаотически нагроможденные кам-
ни и песок.
Таким обвалом горы Ровинаццо в VI в. засыпало древнерим-
ский город Велейя, в Италии. Катастрофа произошла настолько
быстро, что никто из горожан не успел спастись.
В 1608 г. катастрофический обвал горы Монте-Конто в Аль-
пах в несколько десятков секунд засыпал деревню Плюр с
2400 жителей.
На Памире пользуется известностью высокогорное Сарезское
озеро. Его крутые и обрывистые берега затрудняют подход к нему.
Эти трудности сопряжены с особым рельефом прилегающей мест-
ности и берегов озера. Озеро с необычайно прозрачной водой
образовалось в результате грандиозного обвала, происшедшего
в 1911 г. При этом обвале переместилось свыше 7 миллиардов тонн
грунта. Страшный грохот и сотрясение земли почувствовали жи-
тели таджикских селений, расположенных в двух десятках кило-
метров от места обвала. Обвалившиеся массы грунта образовали
в Сарезской долине грандиозную плотину, перегородившую путь
небольшой горной речке, текущей по ее дну. Спустя некоторое
время на месте речушки образовалось крупное высокогорное
озеро, протянувшееся почти на 80 километров. Его глубина в сред-
нем около 40 метров.
156
Рис. 95. Горное озеро Рица
Другой пример — озеро Рица, на Черноморском побережье
Кавказа. Существует легенда, что оно образовалось вследствие
шумного спора, возникшего между красавицей Юпшарой и вели-
каном Пшечихвой. Когда она, обратившись рекой, хотела убе-
жать к любимому, великан превратился в гору и, обрушив скалы,
преградил ей дорогу.
Легенда своеобразно отражает действительную историю воз-
никновения этого озера. Геологи установили, что во время одного
из землетрясений произошел грандиозный обвал склона горы
Пшечихвы. Сместившиеся массы пород перепрудили реку Юпша-
ру, в результате чего образовалось голубое озеро (рис. 95). Оно
небольшое (длина около 3 километров), но довольно глубокое
(по всей вероятности, его средняя глубина более 100 метров).
Один из крупнейших обвалов в Альпах описывает известный
географ и путешественник Э. Реклю:
«Катастрофа разразилась 2 сентября 1806 г. на склонах горы
Росберг. Этот горный массив сложен прочным конгломератом,
покоящимся на глинах. Как показали последующие исследования,
глина обладала способностью к особо быстрому размоканию.
1806 г. отличался дождливостью и в пласт глин поступило
много воды. От этого он потерял свою прочность. Лежащие на
нем массивы конгломерата пришли в движение. Несчастье про-
изошло внезапно. В одно мгновенье чудовищная масса земли
с лесами, лугами, деревушками и их жителями обрушилась в до-
лину. От ударов сталкивающихся скал возникали снопами искры
и летели с горы. Подземная вода от нагревания, вызванного тре-
нием пород, внезапно превратилась в пар. Произошел страшный
157
взрыв. Множество камней и грязи было выброшено точно из
жерла вулкана. В результате обвала поля Гольдау и четыре де-
ревни, с населением около тысячи человек, исчезли под обломками.
Частично он засыпал озеро Ловерц. Возникшая при этом волна
высотой в 20 метров хлынула на берег и смыла десятки домов.
Катастрофа произошла столь быстро, что многие птицы были
застигнуты камнями на лету и убиты. Рухнувшая часть горы имела
в длину не менее 4 километров. Ширина полосы обвала в среднем
составила около 320 метров, при высоте в 32 метра. Объем пере-
местившейся массы пород оказался более 40 миллионов кубических
метров».
Ежегодно в горах происходят тысячи обвалов, большинство
из которых сравнительно невелико по объему смещающихся пород,
но и они представляют собой грозные явления природы.
ОБУЗДАНИЕ ГОРНОГО ДЬЯВОЛА
24 апреля 1964 г. жители кишлака Айни были разбужены
громоподобным грохотом. Часть горы Дариворз пришла неожидан-
но в движение и масса скалистых громад рухнула в долину реки
Зеравшан. В течение нескольких секунд обрушилось более
15 миллионов кубических метров грунта. Значительная часть обва-
лившихся пород образовала своеобразную плотину высотой до
250 метров и шириной 600 метров, перегородившую дорогу мно-
говодному Зеравшану.
Катастрофа была вызвана тем, что в горном массиве в результате
предыдущих землетрясений образовались трещины, ослабившие
части склона, обращенные к речной долине. Непосредственной
причиной явились непрерывные ливневые дожди, продолжа-
вшиеся в течение месяца. Вода, насытив горные породы, лежав-
шие на склоне, увеличила их вес, понизила их прочность, в ре-
зультате произошел отрыв по трещинам части склона горы Да-
риворз.
После главной фазы обвала на протяжении ряда дней наблю-
далось движение земляных масс на склоне, однако эти перемеще-
ния грунта были местного значения и не вызывали серьезных
опасений. Снизу можно было наблюдать, как на склоне временами
образовывались фонтанчики, которые указывали на места таких
надвижек грунта.
Вода реки Зеравшан, не находя выхода, стала образовывать
озеро. Уровень воды в реке повышался со скоростью 8—10 мет-
ров в сутки. Уже 27 апреля он достиг 40 метров выше старого
уровня реки.
Возникла реальная опасность прорыва плотины и образова-
ния катастрофического потока, который может нанести серьезный
ущерб десяткам кишлаков и городам Пенджикенту и Самар-
канду.
158
Для предотвращения бедствия учеными и специалистами было
принято решение прорыть искусственное русло реки Зеравшан.
В результате энергичных мер, принятых не только правительством
Таджикской республики, но й соседними братскими республиками,
к месту катастрофы были быстро подброшены мощные механизмы,
взрывчатка, рабочие и специалисты. В рекордное время с помощью
взрывов и бульдозеров был сооружен обводный канал. G его
помощью постепенно озеро было ликвидировано. Человек сумел
обуздать горного дьявола.
КАК ВОЗНИКАЮТ ОБВАЛЫ
Долгое время это грозное и величественное явление природы
казалось людям необъяснимым. Лишь в XIX в. ученые устано-
вили истинные причины возникновения обвалов.
Прежде чем познакомиться с причинами, вызывающими обва-
лы, ответим на вопрос: чем обвал отличается от оползня? Пер-
вое отличие состоит в скорости течения процесса. Если обвал
протекает в течение секунд, то оползень, даже самый быстрый,
движется медленно. Многие оползни перемещаются в течение
часов, дней и даже месяцев.
Другое очень важное отличие заключается в характере дви-
жения земляных масс. При оползне они скользят по какой-то
поверхности, перемещаясь спокойно, без вращения.
Обваливающиеся же массивы бешено несутся по крутым
склонам, энергично вращаясь. Встречая выступы скал, они,
с силой ударяясь о них, дробятся на мелкие обломки.
Оползни обычны для сравнительно пологих склонов, в то
время как обвалы возникают на крутых склонах и вертикаль-
ных уступах гор.
Теперь постараемся ответить на вопрос: как образуются об-
валы?
Их возникновение прежде всего связано со своеобразным рель-
ефом: наличием крутых склонов или отвесных обрывов. Но это
еще не все. Массивы твердых горных пород обычно разбиты тре-
щинами, которые возникают в результате тектонических движе-
ний земной коры или под действием процессов выветривания
(рис. 96).
Обращает внимание, что большинство обвалов в горах возни-
кает в весеннее время. Наибольшее число обрушений происходит
в первой половине дня.
Такая периодичность объясняется просто. В зимнее время во-
да, находящаяся в трещинах горных пород, замерзает, превра-
щаясь в лед. При этом она увеличивается в объеме примерно
на 9%. Кристаллизуясь, она с силой раздвигает стенки трещин.
С другой стороны, образующийся лед, срастаясь с зерном породы,
цементирует трещины, прочно их скрепляя.
159
Рис. 96. Трещины в песчаниках
Рис. 97. Обрушение диоритовых скал в море
160
Но вот наступает весна, лед в трещинах растаивает, цементация
исчезает, связь между отдельными глыбами нарушается. Созда-
ются условия для возникновения обвала (рис. 97).
Так же обстоит дело и во время ночных заморозков в высоко-
горных районах. Ночью происходит замерзание воды в трещинах
пород, а в первой половине дня под жаркими лучами солнца лед
тает и связь между частями скал нарушается. Таким образом,
вода постепенно подготавливает породу к обрушению. Этим объяс-
няется и периодичность обвалов.
Другой причиной обвалов является строение горного массива:
прочные породы лежат на постели из глинистых грунтов, в кото-
рые проникает вода. Глинистые грунты под действием воды быстро
теряют свою прочность, разжижаются и начинают течь; располо-
женные на них скалы обрушиваются вниз.
СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ОБВАЛАМИ
Обвалы представляют собой грозное проявление природных
сил. Они влекут за собой разрушения сооружений и гибель людей.
Строить на участках, подверженных регулярным обвалам,
опасно.
В ряде случаев обвалы создают серьезную угрозу промышлен-
ным объектам, дорогам и целым населенным пунктам.
Для того чтобы организовать борьбу с ними, прежде всего
проводится инженерно-геологическое исследование угрожаемого
участка. Геологи выясняют геологическую историю и строение
территории, состав пород и характер их трещиноватости. Особенно
важно выявление режима их увлажнения и обводнения, замерза-
ния и оттаивания. Только имея все эти данные, можно судить
о степени опасности возникновения обвала.
Практическая борьба ведется лишь с обвалами небольших
массивов. При угрозе крупного обвала приходится предприни-
мать срочную эвакуацию населения и материальных ценностей
из всей угрожаемой зоны.
Если угрожают обрушением небольшие нависающие части
массивов, то мы в силах предотвратить угрозу их обвала. Это
достигается путем постепенного обрушения скал отдельными
частями. Оградив предварительно аварийный участок и площадь
возможного падения обломков, приступают к осторожному от-
делению небольших порций горных пород.
Искусственное обрушение осуществляется забивкой в трещины
металлических клиньев или же производством мелких взрывов.
В некоторых случаях этот путь может быть опасным. Пред-
ставим себе, что обвал угрожает жилым домам или электростан-
ции. В этом случае нужно идти иным путем: укреплять нависшие
горные массивы. Это достигается различными способами. В одних
случаях нагнетается в трещины пород цементный раствор, который
11 Заказ 607.
161
скрепляет и превращает в монолит отколовшиеся части массива*
В других — устраиваются железные скрепы, схватывающие и
удерживающие от падения отдельные части скал.
Иногда для защиты дорог и сооружений от обвалов небольших
массивов применяются, так же как и при оползнях, железобе-
тонные подпорные стенки. При наличии серьезной опасности
обрушений дороги прокладывают в тоннелях.
При угрозе очень крупных обвалов возникает необходимость
организации специальных наблюдений за состоянием угрожа-
ющих склонов.
, Борьба с обвалами требует больших усилий и материальных
затрат и, к сожалению, не всегда дает хороший эффект.
БЕРЕГИСЬ! ЛАВИНЫ!
Горы. Они манят к себе белоснежными вершинами, тишиной.
Однако жители горных стран и альпинисты знают, что покой
и молчание в горах обманчивы.
В теснинах ущелий и на крутых склонах гор тысячи разных
опасностей ожидают путников. Одной из них являются коварные
снежные и ледяные лавины (от немецкого слова лавинен — снеж-
ный обвал).
С бешеной скоростью низвергаются они, все уничтожая и со-
крушая на своем пути. Если это лес, то снежные массы снесут
его, не оставив следов. Если это скалы, лавина их расшвыряет,
раздробит на отдельные камни и увлечет за собой. Если это дома,
мосты, то после лавины окажется невозможным установить, где
они стояли.
Восьмая зимняя олимпиада проводилась в американской гор-
ной долине Скво-Велли. Организаторы очень опасались, что нави-
сающие после каждого снегопада на подветренных участках гор
снежные карнизы могут вызвать лавины. А со снежными лави-
нами не шутят. Они в состоянии не только засыпать лыжные трас-
сы, но и привести к гибели спортсменов.
И вот для предупреждения их был призван на помощь амери-
канский специалист по борьбе с лавинами инженер Дик Стилл-
мен. На протяжении всей олимпиады он храбро сражался со
снегом. Когда обнаруживали опасный, угрожающе нависший
снежный карниз, его подвергали артиллерийской бомбардировке.
Обстрел велся специальным орудием. Его снаряды сбивали и разг-
носили снежные карнизы.
Каждый год в горах возникают сотни и тысячи лавин. Боль-
шинство из них проходит бесследно, так как горные районы срав-
нительно слабо населены. Лишь иногда их жертвами становятся
застигнутые врасплох туристы или альпинисты. В населенных
местностях снежные обвалы наносят материальный ущерб и часто
влекут за собой гибель жителей.
162
Снежные массы, увлекаемые лавиной, движутся со скоростью
250—350 километров в час. Это в 3 раза быстрее курьерского
поезда. Перед лавиной несется вызванная ею воздушная волна,
обладающая большой разрушительной силой. Измерения показа-
ли, что сила удара такой волны достигает 80—120 тысяч кило-
граммов на квадратный метр.
Особенно страдают от лавин приальпийские страны (Швей-
цария, Австрия, Италия и др.).
Количество скатывающегося в виде лавин снега громадно.
Например, с горных склонов массива Сен-Готард (Швейцария),
занимающего пространство в 32 400 гектаров, за год соскальзы-
вает около 325 миллионов кубических метров снега.
Лавинообразование в Альпах — нормальное явление, и мест-
ные жители привыкли к нему. Но иногда здесь возникают ката-
строфические, грандиозные по размерам лавины.
Широко известны неоднократные катастрофы в Швейцар-
ском кантоне Валис. Здесь, например, деревня Ранди 2 раза
была засыпана вместе со всеми жителями грозными лавинами.
В результате одной из таких катастроф была засыпана долина
реки Вьеж и на ее месте образовалось озеро, просуществовавшее
несколько дней. Эта лавина переместила со склонов вниз около
1,3 миллиона кубических метров снега, льда и камней.
Во время первой мировой войны 16 декабря 1916 г. в Альпах
возник ряд страшных лавин, обрушившихся на линию Альпий-
ского фронта. Они разбросали и разбили сотни прочных оборо-
нительных сооружений: дотов, дзотов и блокгаузов. Обрушившись
на траншеи, окопы и подземные убежища войск, лавины погребли
под плотным многометровым слоем снега и камня многие тысячи
солдат и офицеров. Погибло около 9 тысяч человек с обеих вра-
ждующих сторон. Этот ужасный день вошел в историю под назва-
нием «Черный четверг».
В Советском Союзе лавины возникают на Кавказе, Тянь-
Шане, Северном Урале и других горных системах.
Снежные лавины, часто возникающие в районе Крестового
перевала на Военно-Грузинской дороге, вынудили провести этот
участок дороги в специальных тоннелях.
Поучительна история борьбы с лавинами в районе города
Кировска (Хибины). Здесь многочисленные лавины неоднократно
повреждали здания и различные сооружения апатитовых руд-
ников. Все это заставило, незадолго перед Великой Отечествен-
ной войной, воздвигнуть целую систему защитных противо-
лавинных сооружений.
11*
163
КАК ОБРАЗУЮТСЯ ЛАВИНЫ
На этот вопрос долгое время не могли дать правильный ответ.
Предполагали, что где-то вверху, на богатом снегом склоне,
начинает катиться небольшой шар снега. По мере движения вниз
он все растет и растет, превращаясь в лавину шарообразной формы.
Лишь сравнительно недавно, лет 20—30 тому назад, ученые уста-
новили, что процесс образования лавин оказывается более слож-
ным. Для их возникновения необходимы, как и при обычных
обвалах, достаточно крутые склоны (больше 20 градусов) и пере-
грузка их снегом. Временем их возникновения считается зима
и морозные дни.
Вот как образуются опасные «сухие» лавины. На гладкую
снежную поверхность, покрывающуюся после предшествующих
оттепелей тонкой ледяной коркой, ложится свежий снег. Его
пушистая рыхлая масса почти не связана с улежавшимся старым
покровом. Достаточно самого слабого сотрясения, чтобы этот
верхний слой снега пришел в движение. «Сухую» лавину может
вызвать удар ветра, громкий крик или выстрел из ружья. Дви-
гаясь огромной массой, она наполняет воздух тучами серебристых
снежинок.
Горцы знают, что после свежего снегопада опасность падения
сухих лавин особенно велика. Швейцарцы в зимнее время реша-
ются передвигаться в лавиноопасных местах только через 2—
3 дня после выпадения снега.
Другой тип лавины — «мокрый» — образуется в тех случаях,
когда снегопад происходит в условиях оттепели. Сверху на снеж-
ный покров ложатся массы тяжелого мокрого снега. Вода из
снеговой толщи просачивается на поверхность пород, обильно
их смачивая. Ее действие можно уподобить маслу, подливаемому
в подшипник. Силы трения между снегом и грунтом настолько
уменьшаются, что тяжелый мокрый наст легко приходит в дви-
жение. Поэтому такие лавины и получили название «мокрых».
Характерным для них является отсутствие снеговой тучи, всегда
сопровождающей «сухую» лавину.
При длительных оттепелях в снежном покрове протекают
сложные процессы. Они обусловливаются общеизвестной плохой
теплопроводностью снега. Если в большие морозы слой снега
защищает поверхность земли от чрезмерного охлаждения, то
в оттепель он препятствует поступлению тепла. В результате
на поверхности снега держится положительная температура,
а в нижних его слоях долго сохраняются низкие температуры.
Разница температур может достигнуть 20—25 градусов. Это
вызывает движение водяных паров от охлажденных к более теплым
слоям. Внизу снежинки возгоняются, переходя в водяной пар,
а в средней части снеговой толщи образуются особые округлые
кристаллики снега, называемые «глубинным инеем». В резуль-
164
тате разрыхления снега в основании и создания очень рыхлого»
слоя «глубинного инея», напоминающего по своим свойствам
плывуны, создаются условия для внезапного возникновения лавин.
Для того чтобы такая масса снега пришла в движение, достаточно
падения на снеговую поверхность камня, прыжка животного
и даже громкого звука.
Движутся лавины по-разному. На крутых склонах обычно
возникают снежные «особы». Движение их начинается одновре-
менным соскальзыванием всей массы снега со склона. В других
случаях лавина движется по определенным руслам, соответству-
ющим ложбинам в горных склонах. Если такая лавина проходит
через лес, то после себя она оставляет просеку, носящую название
«лавинного прочеса».
Наконец, лавина может достичь обрыва и сорваться с него»
вниз, в долину. Такой тип лавин получил название «прыгающих».
Борьба с лавинами ведется различными способами. Широко
применяется облесение склонов, террасирование, установка в ме-
стах зарождения лавин щитов и подпорных стенок.
При строительстве в горах предварительно проводятся инже-
нерно-геологические исследования района, наносятся на карту
лавиноопасные участки. Чаще всего избегают размещать в таких
районах дома и сооружения. Но если обстоятельства принуждают
это сделать, то предусматривается возведение противолавинных
устройств. К ним относятся снегонаправляющие дамбы, лавино-
резы, бетонные стенки и т. д.
Для охраны от лавин дорог приходится устраивать над ними
специальные козырьки и навесы. На особо опасных участках до-
роги заключаются в тоннели. Таким образом, инженер-строитель
имеет в своем арсенале достаточное количество средств борьбы
с лавинами.
КАМЕННЫЕ
И ГРЯЗЕВЫЕ
ПОТОКИ
ПОТОКИ И РЕКИ
ИЗ КАМЕННОГО МАТЕРИАЛА
Вода, воздух, мороз и солнечные лучи разрушают даже самые
прочные породы. Постепенно от горных массивов откалываются
разного размера обломки. Оторвавшись, они катятся вниз по
уклону. Проходят сотни, тысячи лет, и у подножий склонов ска-
пливаются большие массы таких обломков. Геологи назвали
такие скопления осыпями. Миллионы обломков разных размеров
(от долей сантиметров до метра в поперечнике) образуют круп-
ные осыпи, покрывающие наподобие плаща нижние части гор-
ных склонов. В других случаях они образуют каменные реки,
двигающиеся подобно ледникам по определенным руслам.
Кто бывал в горах, тот может вспомнить, что у подножий
склонов редко отсутствуют осыпи. Различны их размеры. В одних
случаях это небольшая куча обломков площадью в несколько
квадратных метров, в других — грандиозные скопления пло-
щадью до одного квадратного километра (рис. 98).
Примером подобных крупных образований может служить
осыпь в районе Псеашхо (Кавказ), достигающая длины 1,2 кило-
метра при ширине 0,4 километра.
Мощность осыпи колеблется от десятков сантиметров до 30—
50 метров.
Осыпи время от времени могут приходить в движение. Ско-
рость его зависит от многих факторов. Если осыпь упирается
в горную реку, то быстрый поток, подмывая и унося обломки,
может вызывать постоянное ее перемещение. Такая каменная
река движется с характерным шумом, вызываемым трением друг
о друга бесчисленных частиц (рис. 99).
А что, если осыпь сухая и не подмывается рекой, может ли она
двигаться?
В таких осыпях временно существует равновесие, при кото-
ром каменный материал находится в устойчивом положении.
При этом углы откоса поверхности зависят от характера облом-
ков и колеблются от 30 до 40 градусов.
166
Рис. 98. Осыпь у подножия известнякового мае-*
сива в Крыму
Рис. 99. Движущаяся осыпь
167
Рис. 100. Строительство дороги (I) на осыпи
Рис. 101. Хаотическое нагромождение глыб в ниж-
ней части каменного потока (курумы)
168
Но вот прошел дождь и увлажнил такую осыпь. Неминуемо
возникновение ее перемещения. Оно будет продолжаться вплоть
до установления нового устойчивого положения. Подобное пере-
мещение осыпи получило название осова.
Как-то, проезжая по Военно-Грузинской дороге после силь-
ного ливневого дождя, мы услышали впереди странный шум,
показавшийся нам вначале шумом морского прибоя. Наш авто-
бус, выскочив из-за поворота, резко остановился. Дорога была
перекрыта на расстоянии около 50 метров сплошным слоем щебня
и гравия. Прошедший ливень вызвал осов расположенной на
склоне осыпи. Пришлось вернуться назад и остановиться в селе-
нии Казбеги, пока не расчистят путь.
Осыпание отдельных обломков не представляет большой опас-
ности для зданий и сооружений. Для того чтобы избежать накопле-
ния осыпей, перед домами или сооружениями на склонах устраи-
вают специальные горизонтальные площадки — бермы. С этих
площадок удаляются падающие сюда обломки.
Чтобы предохранить дорогу от падающих камней, сооружа-
ются специальные заградительные сети.
Нужно сказать, что строительство автомобильных и железных
дорог через осыпи является серьезной инженерной задачей. При-
ходится применять целый комплекс мероприятий. Здесь и органи-
зация отвода дождевых вод системой нагорных канав, и борьба
с грунтовыми водами с помощью мелких дренажных сооружений,
и закрепление подошвы осыпи. Сама дорога, как правило, вре-
зается в осыпь до твердых пород. Сверху она защищается под-
порными стенками (рис. 100).
Возникает вопрос: как остановить активно движущуюся
осыпь? Оказывается, и это возможно. Для этого необходимо на
пути ее перемещения устроить ряд уступов-террас, каждый из
которых закрепляется устанавливаемыми поперек склона под-
порными стенками.
В Швейцарии широко применяют установку металлических
сеток или щитов. Они делаются высотой около метра. Размещают
их на склоне в шахматном порядке. Постепенно около этих за-
граждений накапливаются обломки и формируются террасы.
Дальнейшее закрепление осыпи производится высадкой на
террасах растительности.
КАМЕННАЯ РЕКА ИЗ СКАЛ
Удивительные потоки образуются в горах. В них течет не вода,
не песок, не лед, а громадные глыбы. Поперечник их достигает
5 и даже 10 метров. Можно сказать, что по склону медленно спу-
скается вниз поток камней и скал. Такие глыбовые реки геологи
называют курумами (тюркское слово).
169
Потоки каменного материала в верхних частях склонов текут
ручейками, которые ниже соединяются в реки, а у подножий
образуют целые поля хаотически нагроможденного каменного
материала (рис. 101).
Что же заставляет двигать глыбы по склонам? Увлекает их,
конечно, сила тяжести, но ее недостаточно для сдвига крупных
массивов. Если разрезать глыбовый поток и взглянуть на его
поперечное сечение, то обнаружим, что оползание глыб и камней
происходит по глинистой и суглинистой постели склона. При этом
совершенно не обязательно, чтобы склон был сложен этими поро-
дами. Глинистый материал на его поверхность может постепенно
наноситься водой, легко проникающей сквозь навал глыб.
Вот по такому-то скользкому наклонному основанию и возни-
кает скольжение каменных глыб.
Скорость движения таких каменных потоков самая разнооб-
разная. Она зависит и от состава пород, и от крутизны склона,
и от величины камней и глыб, и от условий смачивания глинистой
подошвы.
Наблюдая за движением курумов, ученые установили, что
величина их годичного смещения колеблется в зависимости от
условий от нескольких сантиметров до 25 метров.
Курумы встречаются во многих местах Советского Союза.
Типичным примером глыбовых потоков служат каменные потоки
Южного берега Крыма. С отвесных южных обрывов Крымских
гор время от времени падают крупные обломки известняка, доло-
мита и других скальных пород. Попадая на наклонную глини-
стую поверхность, спускающуюся к морю, они медленно скользят
по ней. В результате обвалов и движения курумов образуются
скопления глыб такого типа, как знаменитый «хаос» в Алупкин-
ском парке.
ГРЯЗЕВЫЕ ПОТОКИ
КАТАСТРОФА в ЛОС-АНЖЕЛЮСЕ
Местности, расположенные у выходов горных долин на равни-
ну, часто бывают подвержены действию селей. Этим словом на-
званы бурные водно-грязевые потоки, стихийно возникающие
в верхних частях горных долин и с большой скоростью низверга-
ющиеся вниз по уклону.
Выпал в горах интенсивный ливень. Образовавшиеся бурные
потоки воды, подхватывая частицы грунта, постепенно превра-
щаются в жидкую грязевую массу. Они увлекают на своем пути
крупные камни. Бешено несущийся поток грязи ломает встреч-
ные деревья, как спички. Достигая предгорий, сель затопляет
грязью обширные площади, разрушая постройки, уничтожая
растительность (рис. 102).
170
Рис. 102. Материал, вынесенный селем
Классическим местом развития селевых потоков вляется севе-
ро-американский город Лос-Анжелос, расположенный в предгор-
ной полосе Кордильер. На склонах Сан-Габриэль (одного из
хребтов, входящих в Кордильеры) во время сильных дождей
часто возникают могучие грязевые потоки. Спускаясь по склонам,
они вторгаются в долины и, двигаясь по ним, нередко достигают
Лос-Анжелоса.
Особенно сильный сель наблюдался в новогоднюю ночь
1934 г. Перед тем в течение двух суток шел сильнейший дождь.
Количество выпавших осадков составило за это время 432 мм.
Это почти столько, сколько выпадает в Москве в течение всего
года (590 леж). «...Не успел еще окончиться ливень, как около
полуночи со склонов горного хребта Сан-Габриэль устремились
вниз бурлящие потоки. Вода смывала со склонов рыхлые слои
17
горной породы, увлекала за собой камни. Сила потоков в горных
ущельях была столь велика, что они с корнями вырывали круп-
ные деревья. Наиболее мощные потоки сформировались в двух
ущельях: Пикенз и Холл. Первый из этих потоков при выходе
в долину разлился в ширину более чем на 100 метров и прорвался
через город Ля Кресчента; второй обрушился на город Монтроз.
Несомые потоками крупные камни весом в 5 тонн и более и стволы
деревьев действовали как тараны: они проламывали стены зда-
ний, а многие постройки сносили полностью.
Вслед за первой селевой волной, достигающей при выходе из
ущелий высоты от 2 до 6 метров, последовали другие. О силе и
стремительности этих потоков можно судить по тому, что вырвав-
шись в долину, они прорезали себе русло глубиной до 4 метров.
Рукава потока соединились в ущелье Вердюго, ниже города
Монтроз. Пройдя 20 километров и достигнув города Глендейл,
селевой поток остановил на его улицах движение автомобилей:
они увязли в грязи. Некоторые дороги в предместьях Лос-Анже-
лоса оказались сплошь заваленными камнями...» 1
Эта катастрофа привела к разрушению и повреждению многих
сотен домов. При прохождении селя было повреждено около
500 мостов.
Еще более мощный сель наблюдался в Л ос-Анже л осе в 1938 г.
Он вынес со склонов Кордильер около 12 миллионов кубических
метров грязи и камней. В результате селя были в значительной
степени разрушены все виды связи и транспорта. Погибло свыше
200 человек. Были приведены в негодность тысячи домов. Общий
ущерб составил 50 миллионов долларов.
Одной из главных причин развития селей в этих районах
явилась вырубка леса и уничтожение его крупными лесными
пожарами.
АЛМА-АТИНСКИЙ СЕЛЬ
В Советском Союзе сели возникают в горных районах Кав-
каза, Средней Азии и Сибири. Неоднократно страдал от водно-
грязевых потоков город Алма-Ата. Особенно большой силы достиг
сель 8 июня 1921 г.
Вот описание, данное очевидцем катастрофы Э. М. Женжури-
стом: ‘«...В 9 часов вечера послышался сильный шум. Затем со
стороны гор громадная масса земли, ила, камней, снега, под-
гоняемая мощным потоком воды, всей своей силой обрушилась на
дачные строения, находящиеся у самого подножья гор. Эти стро-
ения вместе с садами, людьми и животными были снесены. Страш-
ный поток ворвался в город, обратив улицы в бушующие реки
с крутыми берегами из домов. Ужас катастрофы усугубился
1 См. С. М. Флейшман. Селевые потоки. Географгиз, 1951.
172
темнотой ночи. Слышались крики о помощи, которую почти нельзя
было оказать. Дома срывались с фундаментов и вместе с людьми,
освещенные, уносились бурным потоком... Селем была вынесена
на площадь города масса каменного материала около 1,5 миллиона
тонн, т. е. количество, требующее для своей перевозки по желез-
ной дороге 100 тысяч вагонов... Число жертв свыше 400 человек».
Причиной селя явилось интенсивное таяние снегов и выпаде-
ние обильного дождя.
БОРЬБА С СЕЛЯМИ
Справиться с этим катастрофическим явлением довольно
трудно. Не одно десятилетие ведется борьба с селевыми потоками,
но во многих случаях она оказывается мало эффективной. Обра-
зованию селей в значительной степени способствует деятельность
человека.
Так, например, большую роль в развитии селевых потоков
в Европе и Америке сыграло уничтожение лесов. Обнажившиеся
при этом склоны стали доступны размыву дождевыми потоками.
Каждый год предгорные области Италии, Австрии, Франции,
Швейцарии страдают от селевых потоков, спускающихся со скло-
нов Альп. Для борьбы с ними в перечисленных странах были
приняты законы об изъятии из частного владения селевоопас-
ных склонов и облесении их.
В конце прошлого века русские ученые И. И. Корольков
и С. Ю. Раунер впервые предложили для борьбы с селями устраи-
вать на селевоопасных склонах поперечные террасы. Вода с этих
террас собирается в канавы, прокладываемые между ними,
и отводится в стороны. Для повышения устойчивости пород на
склоне высаживались древесные растения. На таких участках
образование селей прекращалось.
В нашей стране широко проводятся работы по борьбе с селями.
На выявленных очагах зарождения их запрещается распашка
склонов и выпас скота, раздробляющего почву; осуществляется
террасирование и строительство водоотводных каналов.
Нужно сказать, что одним из наиболее распространенных
и надежных способов предотвращения селей, несомненно, является
облесение склонов, посев на них трав и кустарников, которые
своей корневой системой закрепляют грунты и уменьшают их
разрушение процессами выветривания и эрозии.
В необходимых случаях возводятся и некоторые инженерные
сооружения. Наиболее распространенными из них являются
каменные или бетонные плотины в руслах рек и ущелий (рис. 103).
Задачей их является отделение и осаждение твердых частиц от
воды. Помимо этого, они гасят часть энергии потока.
Для защиты населенных пунктов от затопления на склонах
устраивают струенаправляющие дамбы. Они направляют селевые
потоки в сторону от населенных пунктов и городов.
173
Рис. 103. Схема расположения противоселе-
вых плотин
Полезно на пути селя сооружать наносоуловители. Они пред-
ставляют собой глубокие бассейны, сооружаемые в русле селевого
потока.
Применяют и ряд других инженерных сооружений: селе-
спуски, укрепление берегов, создание буферных бассейнов и т. д.
А вот последняя новинка. Для предупреждения населения
о появлении селя начали применять автоматику, основанную на
электронной технике. Автоматы, установленные в верхних частях
долин, регистрируют уровень потоков и в случае его нарастания
дают сигнал предупреждения. Если начинает двигаться селевая
масса, то автоматы немедленно оповещают население тревожными
звуковыми сигналами.
МИР
ПОДЗЕМНЫХ
ДВОРЦОВ
ВОДА-СТРОИТЕЛЬ
Многие века люди ломали голову над вопросами: откуда бе-
рется вода в земле? Почему реки тысячами лет несут свои воды
в моря и океаны и не иссякают? При этом вода в море также не
прибывает.
Ученые древней Греции считали, что вода в землю попадает,
просачиваясь из моря в крупные пещеры. Там она превращается
в пар и поднимается вверх. Достигая сводов пещер, вода опять
переходит в жидкое состояние.
Другие ученые считали, что вода, просачиваясь из океанов
в землю, поднимается вверх «под весом гор».
Окончательное решение этого вопроса принадлежит русскому
гению М. В. Ломоносову. С его именем связаны тысячи открытий
в различных отраслях знания. Он был крупнейшим физиком,
химиком, создателем русского стихосложения, гениальным гео-
логом, географом и философом. А. С. Пушкин очень метко назвал
его «русским университетом».
В своем гениальном трактате «О слоях земных» Ломоносов
впервые высказал мысль о круговороте воды в природе: с поверх-
ности морей и океанов она, испаряясь, поднимается в виде пара
в воздух. Вместе с потоками воздуха пары воды перемещаются
на большие расстояния. В определенных условиях пар сгущается
в жидкие капли, которые выпадают либо обратно в море, либо на
поверхность материков. Одна часть дождевой воды стекает по
уклону поверхности в реки и опять возвращается в моря, другая —
просачивается в грунты через поры, трещины и пустоты (рис. 104).
Движение воды в море по речным руслам называется поверх-
ностным стоком. Вода, просачивающаяся в землю, не остается
на месте. Часть ее, двигаясь в порах пород либо по подземным
каналам, также возвращается в море. Этот путь воды называют
подземным стоком.
Ломоносов называл воды в земле «подземными водами» и
справедливо считал, что они образуются за счет просачивания
дождевых вод в рыхлые горные породы.
175
4
Рис. 104. Схема круговорота воды в природе
2, з, 7 — испарение; 2f S — осадки; 4 — перенос воды;
6 — поверхностный сток; 8 — инфильтрация воды
в грунт; 9 — подземный сток
Если это так, то как же накапливаются подземные воды в пес-
чаных пустынях, где выпадает так мало дождей, что они не в состоя-
нии даже слегка насытить иссушенную солнцем почву.
Длительное время на этот вопрос не находили ответа. Лишь
сравнительно недавно обнаружили, что есть еще один путь про-
никновения воды в землю. Оказывается, она может поступать
в почву не только в жидком, но и в парообразном состоянии.
Пар, проникая с поверхности в поры грунта, в определенных
условиях сжижается, или, как говорят, конденсируется, обра-
зуя воду.
Так постепенно были установлены пути движения воды в при-
роде.
Приведем некоторые цифры. Всего на Земле в морях, океанах,
реках и озерах содержится около 1400 млн. кубических километ-
ров воды. Если ее равномерно распределить по поверхности
Земли, то образуется сплошной водяной слой толщиной
в 3795 метров.
В течение года испаряется в. воздух 334 тысячи кубических
километров воды. Из них только 37 тысяч кубических километров
возвращается на сушу. Около половины выпавших осадков
стекает по поверхности и под землей обратно в море, а другая
часть, составляющая величину несколько большую, чем половина,
вновь испаряется.
Много воды на поверхности Земли находится в виде льда.
Мощным двух-, трехкилометровым ледяным панцирем одета Ан-
тарктида, льдом покрыты многие острова как в южном, так и
в северном полушариях. Если бы этот лед растаял, то уровень
мирового океана повысился бы почти на 50 метров.
Ученые неоднократно пытались установить, сколько воды за-
ключено в недрах земли. Подходя к решению этой задачи с раз-
ных позиций, они получили различные результаты.
176
Немецкий ученый Слихтер считал, что в земле содержится
около 400 млн. кубических километров воды. Если бы это коли-
чество равномерно разместить по поверхности земного шара,
то она образовала бы слой толщиной около 1100 метров.
Другие ученые предполагают, что это количество преувели-
чено. Приводятся другие цифры. Например, Фуллер подсчитал,
что подземные воды могут образовать на земной поверхности слой
мощностью не больше 30 метров. Даже в этом случае количество
воды в земле колоссально.
Постоянно ли количество воды, участвующей в круговороте?
Это очень важный вопрос, так как вода оказывает существенное
влияние на климат Земли. К сожалению, ученым еще не удалось
осуществить точного количественного учета содержания воды
в различных частях круговорота.
Сейчас можно с достаточной достоверностью говорить лишь
об изменении с течением времени общего количества участву-
ющего в обращении воды. Это положение подтверждается фактом
не менее чем трехкратного возрастания площади материкового
оледенения в течение четвертичного периода. Мощные ледники
связывали значительные количества воды, которая выпадала
из круговорота. Общее похолодание, сопровождавшее оледе-
нения, резко сокращало испарение влаги с поверхности морей
и океанов.
Есть основания предполагать, что оледенениям предшество-
вала эпоха интенсивных дождей. Ее ученые называли плювиаль-
ной (от латинского слова плювиозиус — дождливый).
Это также является примером нарушения круговорота воды.
Возникает еще один важный вопрос: уменьшается ли или уве-
личивается со временем содержание воды на поверхности Земли?
Пока на этот вопрос ответить точно нельзя. Можно предпо-
ложить, что некоторые количества воды Земля теряет в межпла-
нетные пространства. Другая ее часть постепенно переходит
в состав твердых минеральных частиц (главным образом глин)
и исчезает из круговорота.
С другой стороны, на поверхности может появляться часть
воды из недр земли, откуда она поднимается по трещинам в виде
паров или элементов, ее составляющих. Такую воду австрийский
геолог Э. Зюсс назвал ювенильной (т. е. девственной).
Подземную воду изучает наука геологического цикла — гидро-
геология. Ее данные имеют очень большое значение для инжене-
ров-геологов, так как вода является причиной развития целого
ряда важных явлений и процессов в грунтах.
12 Заная 607.
177
ПО ПУТИ ВОДЯНОЙ СТРУЙКИ
Проследим путь дождевой струйки, попавшей в рыхлую гор-
ную породу. Впитываясь в песок, эта вода под действием собствен-
ной тяжести постепенно просачивается сверху вниз. Такое про-
сачивание продолжается до тех пор, пока она не встретит на своем
пути какую-либо плотную породу, не проницаемую для нее.
Чаще всего таким водоупором оказываются пласты глины.
Здесь же задерживаются и пары воды. Капелька за капелькой —
и вот уже над глиной образовался слой воды.
В большинстве случаев глиняные пласты наклонены. Это вы-
зывает движение вниз по уклону образовавшегося слоя воды.
Так возникает подземный поток воды. Эта разновидность подзем-
ной воды, образующаяся над первым от поверхности водоупор-
ным слоем, названа гидрогеологами грунтовой водой.
Поверхность земли не всегда сложена рыхлыми породами:
песками, супесями, суглинками. В горах на поверхность нередко
выходят прочные породы, не впитывающие воду: известняки,
гипсы, граниты.
Но влага и здесь находит путь в недра. Такой дорогой вглубь
являются многочисленные трещины, как правило, разбивающие
эти породы. Вода свободно вливается и движется по ним. Так
образуются трещинные подземные воды.
Что же происходит с грунтовой и трещинной водой дальше?
Грунтовые, а также трещинные воды текут вниз по уклону
до тех пор, пока не встретится на пути балка, овраг или береговой
обрыв реки. В таких понижениях рельефа грунтовые воды вы-
ходят на поверхность, образуют ключи, бьющие из стенок пони-
жений. Они часто являются хорошими источниками питьевой
воды. Иногда грунтовые воды выходят на поверхность в руслах
речек. Купаясь, вы, наверное, встречали в реках и озерах участки
особенно холодной воды. Это места выходов подводных ключей.
Если на местности ключи отсутствуют, то грунтовые воды
можно получать при помощи колодцев.
Трещинные воды, выходя на земную поверхность, также об-
разуют ключи, иногда бьющие под большим напором. Примером
может служить ключ в районе города Ашхабада. Здесь у под-
ножия Копет-Дага из трещины в известняке бьет замечательный
источник, названный местными жителями Готур-Ата, что озна-
чает Золотой Ключ. Он каждую секунду дает 300 литров чистей-
шей воды. Источник питает маленькую речку, которая орошает
многие сотни гектаров сельскохозяйственных угодий.
Вы, наверное, слышали рассказы или видели фонтанирующие
артезианские источники.
Гидрогеологи обнаружили, что артезианские воды образуются
в районах, имеющих определенное геологическое строение. Для
возникновения такого фонтана необходимо, чтобы чередующиеся
178
Рис. 105. Артезианские воды образуются нри определенном
геологическом строении местности
пласты глины и песка лежали не горизонтально, а в виде чаши
(рис. 105). Такая форма залегания пластов является результатом
тектонических движений.
Представим себе, что в песчаные слои, заключенные между
пластами глины, будет просачиваться вода. В течение десятков,
сотен и даже тысяч лет эта вода может заполнить весь песчаный
пласт. Легко догадаться, что в нижней части пласта она будет
находиться под значительным давлением. Ведь на нее давит столб
жидкости, высота которого определяется положением краев
чаши. Если сделать скважину или колодец в дне чаши, то вода
обязательно ударит фонтаном. Если мы такую скважину сделаем
не в дне, а в крыльях чаши, то вода не будет фонтанировать,
а лишь поднимется на какую-то высоту.
Фонтанирующие подземные воды получили название по имени
провинции Артуа во Франции, где они. были впервые встречены,
артезианские. Этот тип вод широко используется для снабже-
ния городов и сел высококачественной питьевой водой. Арте-
зианские скважины могут давать значительные количества воды.
Пробуренная в начале XIX в. скважина в районе Парижа давала
в сутки до 16 тысяч кубометров воды.
Артезианские источники снабжают водой крупнейшие города
нашей страны: Москву, Ленинград, Краснодар, Минск, Тбилиси
и многие другие крупные и мелкие города, местечки и поселки
Советского Союза.
ВОДА «СЪЕДАЕТ» ПОРОДУ
Выше мы говорили о выносе потоком воды частиц рыхлых
пород — механической суффозии.
Во многих случаях подземные воды, перемещаясь в водорас-
творимых породах, не только увлекают частицы пород, но и
12е	,179
Рис. 106. Трещины, размытые водой в пласте извест-
няка (Крым)
растворяют их. К водорастворимым породам относятся каменная
соль, гипс, известняк, доломит и некоторые другие.
Особенно жадно «съедает» вода каменную соль. Примерно
каждые три кубических метра воды способны растворить один
кубометр соли. Вы легко можете в этом убедиться, если в стакан,
налитый на 2/8 водой, насыпете х/3 соли. Через 10—15 минут она
растворится.
Значительно меньше поддается растворению гипс. Для того
чтобы растворить килограмм гипса, необходимо 480 килограммов
воды. Попробуйте положить кусок гипса в стакан воды. Сколько
бы ни лежал он там, видимого изменения объема вы не заметите.
Но попробуйте положить тот же кусок гипса в лоток, по которому
постоянно движется вода. Пройдет некоторое время и объем гипса
заметно уменьшится.
Еще меньше растворяется известняк. Для того чтобы раство-
рить один килограмм этой породы, необходимо не менее 30 куби-
ческих метров чистой воды. Процесс растворения известняка
ускоряется, если в воде имеется углекислота. В последнем случае
один килограмм известняка может быть растворен в 1000 лит-
рах воды.
Приведенные цифры растворимости пород являются прибли-
зительными. В естественных условиях возможны случаи, когда
вода оказывается насыщенной солями, входящими в состав пород.
Тогда дальнейшего растворения аналогичных по составу минера-
лов не происходит.
Влияет на растворимость пород температура, содержание в воде
различных химических соединений: кислот, щелочей, солей.
180
Большое значение имеют также характер трещиноватости
пород, скорость движения подземной воды и некоторые другие
факторы.
Постоянное движение воды по трещинам ведет к их расшире-
нию и превращению в крупные пустоты (рис. 106).
НЕУТОМИМАЯ ТРУЖЕНИЦА
Изо дня в день, сотни, тысячи и миллионы лет работают струй-
ки воды. Они растворяют и точат, шлифуют и размывают поверх-
ность земли. Это вода создает глубокие ущелья, овраги и речные
долины. Потоки воды подхватывают и переносят на сотни и ты-
сячи километров растворенные и взвешенные вещества. Могучие
реки выносят в моря и океаны миллиарды тонн песка и ила.
Они заносят водоемы, заставляя отступать их, уступать место
суше.
Блестящим примером в этом отношении является Азовское
море. Каждый год реки выносят в него колоссальное количество
твердых! материалов.
Во времена Петра I Азов являлся портовым городом и морские
волны шумели у его стен.
А. Н. Толстой в своем романе рассказывает о панораме, ко-
торая открывалась перед русскими войсками, обложившими
город: «В дали безветренного залива стояли с упавшими парусами
многопушечные высокие корабли. . . Петр очарованно глядел
на пелену Азовского моря, на стены, на искры полумесяцев на
минаретах, на корабли, на пышный свет заката . . .»
Давайте сейчас пройдем по местам, где когда-то стояли войска
Петра I. Кругом степь, серебрятся рукава и протоки Дона и
далеко в тумане скрываются просторы донского займища. Воз-
вышаются новенькие многоэтажные здания советского Азова,
трубы заводов, мачты электропередач. А где же море? За сравни-
тельно небольшой период море ушло на 10—14 километров от
города. Когда-то глубоководный Таганрогский залив настолько
обмелел, что корабли теперь могут двигаться только по специаль-
ным морским каналам. Через сотню лет он исчезнет, засыпанный
песком и илом, выносимыми водами Дона. Правда, регулирование
рек, создание внутренних морей несколько задержит этот процесс.
Крайне разнообразна деятельность воды в областях развития
гипсов, известняков и других водорастворимых пород. Вода
вырабатывает в них от мельчайших углублений и ноздрей до круп-
ных полостей, измеряемых десятками и сотнями метров.
В Югославии имеется обширное каменистое плато, сложенное
известняками. Оно носит название «Карст» или точнее «Крас».
Крас — славянское слово, которое можно перевести как ка-
мень.
181
Рис. 107. Карры на поверхности известняка
Плато Карст — каменистая пустыня, поражающая своим уны-
лым видом. Здесь нет воды и не видно зелени. Поверхность его
покрыта трещинами, ямами, рытвинами и воронками. Есть тут
и реки, но они текут под поверхностью земли в темных и сырых под-
земных руслах. Трудно приходится путнику, пересекающему его.
Помимо безводья, на каждом шагу путешественника ожидают
глубокие трещины, провалы, бездонные колодцы. Плато Карст
является классическим примером разрушающего действия воды
на растворимые породы, поэтому его название перешло на все
явление в целом: образование особого рельефа и подземных поло-
стей в результате растворения пород водой называют карстом.
Строительство домов, промышленных зданий, плотин, дорог
и других сооружений в районах развития карста представляет
собой сложную инженерную задачу. В ее решении большая роль
принадлежит инженерам-геологам, которые, опираясь на деталь-
ное изучение карстовых процессов, дают заключение об условиях
возведения построек.
Познакомимся поближе с карстовыми процессами. Вот перед
нами открытая поверхность известняка. Струйки воды, двигаясь
по еле заметным впадинкам, постепенно углубляют их. С течением
времени они превращают впадинки в заметные для глаза же-
лобки, а затем в узкие и глубокие щели. Образуются своеобразные
формы поверхностного карста — карри (рис. 107). Глубина их
колеблется от нескольких сантиметров до 1—2 метров. В районах
влажного климата карры могут переходить в узкие карстовые
каналы-щели, достигающие глубины 6—10 метров. Формы поверх-
ностного карста чаще всего встречаются в комплексе с подзем-
ными формами.
182
Карстовые образования придают поверхности дикий фанта-
стический вид. Такие территории обычно являются безжизнен-
ными и безводными пустынями, так как выпадающая дождевая
вода быстро стекает в глубь известняков. Карры являются также
значительным препятствием для транспорта.
Карстовый рельеф, помимо Югославии, встречается в Австра-
лии, Северной Америке и других местах. В нашей стране карсто-
вые формы имеются на плоских известняковых вершинах Крым-
ских гор, или, как их называют, яйлах, а также в некоторых
районах Кавказа.
Помимо карр, крупными формами поверхностного карстового
рельефа являются карстовые воронки. Они образуются в резуль-
тате расширения и углубления трещин. Кроме того, они могут
возникать и другим способом — провальным. О воронках этого
типа мы будем вести разговор в следующих главах.
На югославском плато Карст встречаются участки, где ворон-
ки буквально, как оспины, изрыли поверхность. Их количество
достигает 150 штук на квадратный километр. В другом карстовом
районе, на Крымских яйлах, число воронок на такой же площади
оценивается тоже внушительной цифрой — 40—80 штук. Диа-
метр их колеблется от 10 до 200 метров, а глубина — от 2 до
40 метров.
Форма воронок самая различная: и округлая, и эллиптиче-
ская, и продолговатая, и неправильная. Как правило, в дне во-
ронки можно обнаружить зияющее отверстие, поглощающее
воду (рис. 108). Вода, попадающая сюда, бесследно им погло-
щается.
На севере нашей Родины говорят, что из воронки вода «поны-
ряет» (уходит внутрь). Отсюда возникло и название этих отвер-
стий — поноры.
В районах интенсивного развития карстовых процессов можно
встретить и гигантские поверхностные формы. Воронки, сливаясь,
183
могут образовывать карстовые котловины. Это обширные углубле-
ния. На яйле Ай-Петри имеется котловина длиной в 1000,
шириной в 250 метров. Еще больших размеров бывают карстовые
полья. Длина их может достигать километров и даже десятков
километров. Образование нольев связано с целым комплексом
процессов. Они образуются и в результате провалов подземных
пустот, и в результате медленного прогиба поверхности, и, нако-
нец, как следствие растворения пород.
Примером полья может служить описанная А. Г. Чикишевым
карстовая долина реки Б. Глухой (приток Чусовой). Длина ее
15 и ширина 5 километров. Средняя глубина 80—100 метров.
Ливаньско-поле (полье) в Герцоговине (Югославия) занимает
площадь в 379 километров. Его стены круты и высоки. На неко-
торых участках они образуют пропасти глубиной до 100 метров.
Подобным образованием является также и широко известная
Байдарская долина в Крыму, имеющая длину до 10 километров
и ширину около 4 километров.
Еще более разнообразны подземные карстовые формы.
ПОДЗЕМНЫЙ МИР
Человек уже на первых шагах своего развития познакомился
с пещерным миром. Древним людям, не умевшим строить дома,
пещеры служили надежным убежищем от холода и дождя, от
диких зверей и враждебных племен. Можно сказать, что культура
человека начала зарождаться в этих первобытных пещерных
жилищах.
Прошло время, человек вышел из тьмы пещер, научился строить
дома. Теперь пещеры начали казаться ему таинственными и
страшными. Их стали окружать легендами и мифами. Они пре-
вратились в источник суеверий.
Древнегреческая мифология особенно много уделяла внима-
ния пещерам. Она населила их могучими и грозными титанами.
Она утверждала, что души умерших через глубокие пропасти
в земле проваливаются в громадные пещеры в ее недрах. Здесь
текут мрачные реки и находится ужасное царство Аида. Вместе
с тем древние греки, сохранив смутные воспоминания о надеж-
ности подземных жилищ, создали миф о рождении своего глав-
ного бога Зевса в глубокой пещере на острове Крит.
Развитию «пещерных» суеверий немало содействовали неко-
торые загадочные явления, наблюдаемые в пещерах. Одним из
них является оригинальный звуковой эффект. Например, благо-
даря своеобразной акустике, слабое журчание потока кажется
голосом человека, несущимся откуда-то из недр земли.
Многие народы населяли пещеры фантастическими существами.
Так, европейцы считали, что в подземных пещерах живут ска-
зочные существа — гномы, плавящие и обрабатывающие металлы.
184
Буряты считали некоторые пещеры местом жительства страш-
ного божества — хозяина гор. Около таких пещер совершались
регулярные культовые обряды. Вода в Байдинских пещерах,
расположенных на берегу озера Байкал, считалась целебной,
благодаря присутствию в ней духа. В старину, для того чтобы
задобрить духа этих вод, ему приносились в жертву серебряные
деньги, бросаемые в источник, текущий по дну пещер.
Сотни легенд и мифов о пещерах создали народы Китая.
В одной из таких легенд рассказывается, что у города Юань-
Цзянчен в известняковых горах Юньнань имеется большая Драко-
новая пещера. В ней темно и сыро. В одну из ее стен глубоко
воткнут меч, покрытый ржавчиной. Легенда рассказывает, что
в этой пещере когда-то в седой древности жил царь-дракон. С вы-
ходами его из пещеры осенью связывались страшные наводнения,
регулярно уничтожавшие весь созревший урожай. Пастушок
Данай узнал об этом. Он попросил мастера-кузнеца изготовить
для борьбы со страшным драконом волшебный меч. Вооружен-
ный им, Данай в жестокой схватке победил дракона. Когда он
попытался выйти из пещеры, то встретил на пути громадную ка-
менную глыбу. Мощным ударом вонзил пастушок в нее волшеб-
ный меч, но камень остался неподвижным. Это хитрая жена
дракона отомстила храбрецу за смерть своего мужа, завалив
вход в пещеру. Каждый год после окончания уборки
урожая у пещеры устраивается народный праздник в честь
Даная.
А сколько преданий и легенд рассказывают о несметных сокро-
вищах и кладах, зарытых в пещерах. Многие помнят легенду
о сокровищах, которые якобы спрятаны китайскими войсками
в неприступной пещере горы Калак-Таш, на Памире. Как известно,
наши ученые и альпинисты установили, что в настоящее время
пещеры, хотя и носят следы пребывания людей, но каких-либо
ценностей не содержат.
Много таких легенд окружают труднодоступные пещеры
Кавказа и Сибири.
Подавляющее число пещер является подземными карстовыми
формами. Реже они имеют иное происхождение. Примером пещер
искусственного происхождения может служить знаменитый пе-
щерный храм в китайской провинции Ганьсу, представляющий
собой более 500 пещер, искусно вырубленных человеком в проч-
ном песчанике. Потребовалось более 1600 лет, чтобы создать
этот уникальный храм.
Не менее интересен пещерный город-крепость Вардзия на
берегу реки Куры в Грузии (рис. 109). В неприступной скале
человеческая рука высекла сотни пещер-комнат, расположенных
в 8 этажей. При этом первый этаж возвышается над Курой на
90 метров, а последний —на 135 метров. Здесь имеется, например,
«Зал Совета» длиной в 10 и шириной в 7 метров. Город, построенный
185
Рис. 109. Пещерный город Вардзия в Грузии (фото Кононенко)
в X в., не одно столетие являлся грозным стражем Грузии,
о который не один раз разбивались нашествия врагов.
Интерес представляют пещерные китайские города, которые
состоят из пещерных домов, прокопанных в вертикальных отко-
сах сухого лёсса. Такие дома имеют по несколько комнат, ошту-
катуренных изнутри известью. Они сохранили свою прочность
в течение многих сотен лет.
Удивительно, что и в настоящее время существуют жилые
пещерные города. Так, цыганское пещерное селение около Гуади-
кса (Испания) насчитывает более 10 тысяч жителей. В пещерах,
вырубленных в отвесных холмах, имеются подземные лавки,
таверны, школы и даже церковь. Причина существования таких
городов в Испании в нашем веке — нищета.
Искусственные пещеры интересны, но они во много раз усту-
пают не только по размерам, но и по красоте карстовым пещерам,
созданным деятельностью водяных струй.
Карстовые пещеры представляют собой чудесный и разнооб-
разный мир. Изучение этого мира имеет значительный интерес
для археологии, так как в пещерах сохранились остатки жизни
целых поколений древних людей.
Большое значение имеет изучение подземных пустот для гидро-
технического и промышленного строительства. Нельзя строить
капитальные здания, создавать плотины и водохранилища в рай-
онах развития карста без детального изучения подземных поло-
стей, без выяснения степени опасности провалов кровли пещер
Наконец, пещеры играют немалую роль в формировании под-
земного стока воды, в развитии своеобразной фауны и флоры.
Важность исследования подземного мира вызвала к жизни
науку, изучающую происхождение, строение и развитие пещер.
186
Она получила название спелеологии (от греческого слова спелеос—
пещера).
Исследование пещер и пропастей часто сопряжено с большими
трудностями и риском. В 1952 г., исследуя пропасть Мартен
(в Пиринеях), погиб французский спелеолог М. Л у бен.
Посещение пещерного мира представляет увлекательнейшие
прогулки. Поэтому за рубежом и в нашей стране все большее
развитие получает пещерный туризм. Эта форма путешествий
вместе с пещерным альпинизмом призвана занять не последнее
место в познании мира пещер.
БОЛЬШИЕ И МАЛЫЕ ПЕЩЕРЫ
В Соединенных Штатах Америки в штате Кентукки, недалеко
от города Луисвилл, располагается самая большая из известных
пещер — Мамонтова пещера. Она представляет собой целый
подземный мир с собственной системой рек и озер. Подземные
галереи образуют сложнейший пятиярусный лабиринт. В пещере
имеется 223 галереи, 225 проходов, 77 больших гротов. Если
все проходы и галереи вытянуть в одну линию, то их длина со-
ставит более 240 километров. Самое большое впечатление на
туристов производит крупнейший грот пещеры, носящий назва-
ние «Храма». В длину он имеет 163 метра при ширине 87 метров.
Высота пещеры почти 40 метров.
В Мамонтовой пещере текут три реки, образующие на ряде
участков водопады и пороги, имеются три довольно значительных
озера.
На плато Кентукки, где размещается Мамонтова пещера,
известняковая поверхность буквально изъедена карстовыми обра-
зованиями. Здесь обнаружено 60 тысяч воронок и сотни пещер.
Совсем недавно в этом районе, помимо описанной грандиозной
пещеры, обнаружена еще одна подобная же система, которая
пока плохо изучена. В настоящее время удалось нанести на карту
только 60 километров подземных галерей и гротов этого вновь
обнаруженного подземного мира.
Из крупнейших карстовых образований данного типа следует
отметить также Карлсбадскую пещеру в штате Нью-Мексико
(США). Высота одного из ее гротов превышает 91 метр, длина —
1200 метров. Для удобства посещения пещеры туристами пред-
приимчивые американцы построили здесь прекрасный лифт
для спуска и подъема экскурсантов.
Много крупных пещер известно и в Западной Европе. Осо-
бенно больших размеров достигает швейцарская пещера Хель-
лох, что обозначает в переводе «пещерная дыра». Изученные в ее
недрах подземные проходы, проложенные водой в известняковом
массиве, вытянуты более чем на 70 километров. Мало уступает
187
ей крупнейшая австрийская пещера Айсризенвельт («Гигантский
ледяной мир»).
Можно насчитать десятки пещер в Европе и Америке, протя-
женность которых колеблется от 3 до 25 километров. Тысячи
пещер меньших размеров разбросаны во всех частях Земли»
Сравнительно мало изучены пещеры Африки, Азии и Южной
Америки. Здесь еще много сюрпризов ожидает смелых исследова-
телей.
Недра нашей Родины также богаты пещерами. Одним из наи-
более известных пещерных районов Советского Союза является
Крым. Горная цепь в южной части Крымского полуострова сло-
жена мощными толщами известняков. Они образуют оригиналь-
ные столообразные вершины. Сотни тысяч лет вода точит и рас-
творяет эти известковые поверхности. Просачиваясь по многочи-
сленным трещинам, вода создала сложные подземные формы —
сотни разнообразных карстовых пещер. Широкой известностью
у туристов пользуются карстовые пещеры у села Сорокина, рас-
положенные в северных отрогах Демерджи-Яйлы. В глубине
одной из этих пещер имеется подземная река. Много пещер на
плато Караби-Яйла, расположенном северо-восточнее города
Судак. Самый крупный известняковый массив Крымских гор
Чатыр-Даг, на котором расположена одна из наиболее высоких
точек Крыма — Эклизи-Бурун (1525 метров), насчитывает десятки
интересных пещер.
Помимо карстовых пещер, Крым известен своими замечатель-
ными пещерными городами, созданными в V—VI вв., Чуфут-Кале,
Тепе-Кермен и др. Рукой человека в скалах вырублены сотни
пещер, в которых когда-то размещались и жилища, и церкви,
и хозяйственные помещения. В ряде карстовых пещер обнаружены
стоянки первобытных людей древнекаменного века (палеолита).
Особенно большую известность получили археологические на-
ходки в пещерах Киик-Коба (Зуйский район), Чокурча (непода-
леку от Симферополя) и др.
Другим районом, богатым пещерами, является Кавказ. Здесь
ряд горных хребтов сложен известняками, доломитами и мело-
выми породами. Вода создала в этих горах сложные карстовые
поверхностные и глубинные формы.
Богата карстовыми пещерами Западная Грузия. Широкой
известностью у туристов пользуются пещеры около Кутаиси.
Имеются карстовые пещеры также по Военно-Сухумской дороге
(у селения Цебельда), северо-восточней Сухуми (у селения
Шром).
Излюбленным местом туристов является крупная пещерная
многоярусная система в верховьях реки Хосты и Кудептсы, у де-
ревни Воронцовки. По месту нахождения ее назвали Воронцов-
ской пещерной системой.
188
Сотни пещер имеются и в других районах Кавказа. Они ждут
туристов и исследователей.
Подземные карстовые формы встречаются на Урале и в При-
уралье. В этих районах известны десятки крупных пещер, среди
них крупнейшая в СССР — Кунгурская; карстовые образования
имеются и в других районах страны: в Средней Азии, на Алтае,
в Прибайкалье, на Дальнем Востоке.
пропасти
Дождевые воды, встречая на поверхности известняка или
гипса трещины, «проваливаются» в них. Изо дня в день идет
процесс растворения. Проходят века, и когда-то тонкие трещинки
превращаются в карстовые колодцы или шахты.
Первые отличаются меньшими размерами. Их глубина не
превышает 30 метров. Карстовые же шахты достигают гораздо
больших глубин.
Дальнейший процесс растворения пород может превратить
шахту в карстовую пропасть. Характерной чертой такой пропасти
является расширенная до нескольких десятков метров верхняя
часть. Путь воды зависит ог направления трещин. Поэтому кар-
стовые шахты и пропасти, сохраняя в значительной части верти-
кальное направление, на отдельных участках могут переходить
в наклонные галереи, гроты и залы. В этом случае пропасть
превращается в сложную карстовую систему, приближающуюся
к пещерной (рис. НО).
Особенно значительных глубин достигают пропасти в районах
Средиземноморского побережья. В настоящее время из известных
провалов самой глубокой считают пропасть Танталь, расположен-
ную в восточных Альпах. Установлено, что ее глубина превышает
1000 метров. Примерно такая же глубина карстовой пропасти
Берже, во Франции. В Испании, Франции, Италии и Австрии
имеется более десятка пропастей полукилометровой глубины.
Интересна история штурма пропасти и пещеры Берже. Эта
гигантская система была открыта лишь в 1953 г. Она расположена
на известковом плато Сорнэн (Франция) на высоте 1450 метров.
Вход в пещеру представляет собой пятиметровую расселину.
Дальше щель сужается до того, что человек с трудом может в нее
пролезть. За этим «горлышком» идет непрерывная амфилада
колодцев, галерей, шахт, гротов (рис. 111). По большей их части
течет подземная река, образующая на своем пути каскады и водо-
пады. Девять смельчаков, преодолевая пропасти и ледяную воду,
водопады и камнепады, организовав на своем пути два лагеря
(один на глубине 500, а второй — 800 метров), достигли отметки
1000 метров. Нижняя база была оборудована в «Зале тринадцати».
Это обширный грот, на дне которого находится несколько десят-
189
Рис. ill. Схема пропасти и пещеры Берже (Франция)
190
ков небольших озер. $ал постоянно сотрясается оглушительной
пушечной канонадой, t которую производит небольшой ручеек,
спускающийся со стейы. Слабый звук, подхваченный сводами
и тысячи раз отраженный стенами, звучит громоподобно.
Глубокие пропасти имеются и в других частях света. Так,
в Африке известна пропреть Анну Буссуй (в Алжире). Глубина
ее 539 метров.	|
В Советском Союзе о^ень крупных пропастей нет. Карстовые
шахты на плоских вершинах Крымских гор имеют глубину,
не превосходящую 80—120 метров.
Кто из читателей был в Пятигорске, наверняка знает о знаме-
нитом «Провале». Это сравнительно неглубокая карстовая шахта
(41 метр). Известна она очень давно. В одной из легенд, связанных
с этой шахтой, рассказывается, что в седой древности здесь жил
дышащий огнем змей. Ночами он выбирался из своего подземелья,
хватал в аулах молодых девушек, сжигал и проглатывал их.
Первые исследователи «Провала», поверхностно осмотрев его,
сделали неверные выводы о его происхождении. М. Ю. Лермонтов,
посещавший его, писал: «... По мнению здешних ученых, этот
провал не что иное, как угасший кратер». Этому представлению
в значительной степени способствовал запах серы, исходящий
из «Провала».
На самом деле он представляет собой типичную карстовую
шахту. Она образовалась в результате обрушения пустоты в из-
вестняках. Последняя возникла в процессе длительного растворе-
ния пород циркулирующей по трещинам теплой, насыщенной
сероводородом и углекислотой водой.
В 1858 г. в твердой породе был пробит горизонтальный 44-мет-
ровый тоннель, позволивший посетителям подходить к гроту,
которым заканчивается шахта. На дне грота имеется озерцо
голубоватой сернистой воды. Опустите в него веточку, и она вскоре
покроется плотным налетом серы.
Карстовые шахты и колодцы встречаются и в других местах
нашей страны: на Урале, Алтае, в Средней Азии.
поющие ГОРЫ
Над горами светило горячее солнце. Тишина долины наруша-
лась лишь шумом горного потока. Вдруг откуда-то с горы раздался
сильный тягучий трубный звук. Его высокий тон постепенно
понижался, вплоть до басовых звучаний.
Что это? Откуда несутся эти странные звуки?
Оказывается, что трубный глас издает . . . карстовая пещера.
В определенных случаях, после затяжных дождей, карстовые
полости заполняются водой. По мере того как вода проникает
в их недра, часть воздуха сжимается весом толщи воды. После
191
окончания дождей поток воды уменьшается и наступает момент,
когда образуется сифон, через который с с^лой проходит зажатый
воздух. При этом часто возникают звуки. Их усиливает резонанс,
создаваемый карстовыми пустотами. I
Такие поющие пещеры встречаются в /самых различных рай-
онах мира, где развиты карстовые пещеры.
Эти звуки часто являлись предметом суеверий. Так, поющие
пещеры в Греции считались обиталищами богов, а раздающиеся
из них звуки — предвестниками каких-либо событий.
!
ТЕКУЩИЙ ВСПЯТЬ РЕКИ
И ИСЧЕЗАЮЩИЕ ОЗЕРА
Перенесемся мысленно в Вологодскую область, на берег
Кушт-озера. Перед нами расстилается голубая водная поверх-
ность площадью 3,5 X 6 квадратных километров. Здесь наблю-
даются удивительные явления. В некоторые годы, летом, вода
довольно быстро уходит из озера, и на дне появляются прекрасные
сенокосные угодья. Через какое-то время вода опять возвра-
щается в озеро. Куда же она исчезает и откуда приходит снова?
Оказывается, в дне озера имеется понор. По подземному каналу
вода уходит в соседнее Каинское озеро.
Имеется и другое такое же озеро — Дружинское, в 10 кило-
метрах от озера Белого. Оно раз в несколько лет исчезает, уходя
в поноры, расположенные в его дне.
Если в летнее время в районе одного из озер, соединенного
карстовыми каналами с другими, выпадает сильный ливень, то
в других озерах может быстро повыситься уровень.
Главной причиной ухода воды в подземные каналы является
уменьшение поступления ее в озеро. Количество уходящей через
поноры воды начинает превышать приток, и озеро осушается.
Иногда возникает, казалось бы, необъяснимое явление. Вода
в озере с шумом в течение нескольких часов уходит в карстовые
каналы. Даже рыба не успевает за ней и беспомощно остается
на дне.
Такое явление возникает тогда, когда засорившийся понор
промывается напором воды. Через образовавшееся отверстие
и происходит осушение озера.
Таких озер много в Новгородской, Ленинградской и Горьков-
ской областях.
Интересны здесь и реки. Вот течет река. Приходите на ее берег
на следующий день и увидите — река уже течет в противополож-
ную сторону. Если такое изменение направления происходит
зимой, то оно сопровождается шумной ломкой льда.
Объяснение такого странного поведения рек несложно. Такие
реки обычно соединяют какие-либо два озера. Если из озера,
192
Рис. 112. Река меняет течение
а — понор забит илом; б — понор открыт
рождающего речку, вода уходит в понор, то река может повернуть
вспять (рис. 112).
В дне рек также могут быть поноры. Тогда в засушливое время
такая река может исчезнуть. Примером служит верхнее течение
крупной европейской реки Дуная. В засуху ее воды полностью
поглощаются понорами, расположенными у города Иммендингена.
13 километров течет Дунай под землей, а затем выходит на днев-
ную поверхность в виде мощного источника.
Река Тимаво, впадающая в Адриатическое море в 20 кило-
метрах севернее Триеста, на протяжении десятков километров
течет по подземным каналам.
Примером может служить крымская река Суук-Су. Первые
четыре километра она течет в узком каньоне, а затем ныряет
в карстовый канал. Лишь через несколько километров она вновь
появляется на поверхности, образуя исток реки Черной.
Исчезающие реки есть и на Кавказе, и в Башкирии, и в неко-
торых других районах СССР.
В районах развития описанных явлений особенно затрудни-
тельно строительство различных гидротехнических сооружений,
каналов, плотин, водохранилищ, шлюзов. Карстовые системы,
с одной стороны, могут явиться путями утечки воды, с другой —
они могут неожиданно затапливать прилегающие территории.
ВЕЛИКОЛЕПИЕ ПОДЗЕМНОГО МИРА
Может показаться, что в мрачных, чернеющих своими входами
пещерах нет ничего интересного. Но это не так. Подземный мир
поражает своим многообразием.
Прежде всего поражают своим разнообразием кристаллические
образования известковых, гипсовых, железистых и других солей.
Выпадая из воды, они образуют сталактиты и сталагмиты, столбы
и колонны. Сталактит — это большая «сосулька» из известняка,
13 Заказ 607.
193
I
I
Рис. ИЗ. Причудливый сталагмит
Рис. 114. Гипсовые пещерные цветы
194
спускающаяся с потолка^ Она является результатом постепенного
скатывания с потолка капель, содержащих в растворе углекислый
кальций. Капля, двигаясь по сосульке, успевает выделить из
раствора немного этого вещества. Упавшая же ее часть, испаряясь,
оставляет также какую-то долю углекислого кальция на дне
пещеры, поэтому со дна, навстречу сталактиту, растет сталагмит,
В конце концов, они сливаются и образуют известковые столбы
и колонны. Их формы и Ъкраска, комбинации и сочетания беско-
нечно разнообразны: то онЦ похожи на тончайшие волосы, то
образуют могучие, в два обхвата колоннады, то похожи на мина-
реты, то на пагоды, то на какое-либо животное. На рис. ИЗ по-
казана оригинальная форма сталагмита — минарет. Встречаются
настоящие, как бы застывшие каменные водопады, образованные
скоплением миллионов кристалликов кальцита.
В подземных карстовых пещерах встречаются сталактиты
странной, причудливой формы. Они получили наименование
геликтитов. Французский исследователь пещер Н. Кастере
рассказывает: «. . .Геликтиты — это причуда природы; они по-
разительны и сказочны; их формы смелы и фантастичны. Чаще
они, как тонкие нити, вертикально свисают с потолка, затем,
как будто без всякой причины, вдруг резко сгибаются, подни-
маются под острым углом, образуя спирали, выбрасывают во все
стороны щупальцы; цепляются за соседние сталактиты, а иногда
опять возвращаются к потолку, с которого свисают. . .». Причины
столь удивительного образования пока недостаточно ясны.
Если распилить пополам сталактит или сталагмит, то в по-
перечном срезе можно увидеть кольца, напоминающие годичные
кольца деревьев. Ученые установили, что в течение года обра-
зуются два кольца, отличающихся окраской. Это дало возмож-
ность устанавливать возраст известковых образований. Разрезали
крымские сталагмиты, имеющие диаметр 50 сантиметров. Подсчи-
тали кольца и установили, что возраст их достигает солидной
цифры — 2 тысячи лет.
Толстые сталагмиты в пещерах Словакии оказались весьма
преклонного возраста — 100—700 тысяч лет.
Гигантский сталагмит в Карлсбадской пещере (США), имеющий
4,9 метра в диаметре, как показал подсчет по кольцам, накапли-
вался 60 миллионов лет.
В гипсовых пещерах сталактиты и сталагмиты не образуются.
Зато гипс создает бесчисленные комбинации кристаллических
скоплений. Здесь и крупные кристаллы, невиданные цветы и
древовидные образования (рис. 114).
Не менее интересные кристаллы образует известковый минерал
арагонит. Они то похожи на причудливые цветы, то на нити,
а иногда образуют кусты и целые заросли переплетенных мине-
ральных гроздьев.
13*
195
В подземных галереях и гротах иногда встречаются так назы-
ваемый пещерный жемчуг. Это приплюснутые, шарообразные
или яйцевидные образования диаметром от 3 до 20 мм. Если такую
жемчужину разрезать, то можно увидеть, что она состоит из
множества слоев. Десятки все уменьшающихся по размерам
известковых скорлупок как бы вложены друг в друга. Чаще всего-
жемчужины тусклые или желтоватое. Иногда встречаются и
блестящие, напоминающие фарфор. ' *
Считают, что образование пещерного жемчуга происходит
в неглубоком водоеме, когда сверху нд поверхность озерка падают
струйки воды. Они приводят в медленное вращательное движение
взвешенные тонкие зерна песка. Вращаясь, зерна покрываются
кальцитовыми оболочками. В СССР пещерный жемгуг был обна-
ружен в Кизеловской пещере на Урале.
Но не только минеральные образования привлекают взор
туриста в подземных карстовых системах. Кристально прозрачные
реки, зеркальные поверхности прудов, водопады, каскады, нагро-
мождение скал — все это производит сильное и неизгладимое
впечатление.
Изучение минеральных новообразований представляет инте-
рес не только для минералогии, но и для выявления особенностей
развития пещер.
БЛАГОУСТРОЕННЫЕ ПЕЩЕРЫ
Вряд ли найдется кто-нибудь, не читавший в детстве захваты-
вающей повести Марка Твена о приключениях Тома Сойера.
Помните эпизод, когда герои повести Том и Бекки отправились
на веселый пикник в пещеру. Увлекшись ее осмотром, дети за-
блудились. . . «Они долго шли по извилистому коридору то
вправо, то влево, забираясь все глубже и глубже в тайники под-
земелья. . . В одном месте они нашли просторную пещеру, где
с потолка спускалось множество блестящих сталактитов, длиной
и толщиной с человеческую ногу. . . В пещеру вело много кори-
доров; они пошли по одному из них и вскоре увидели чудесный
родник, дно которого было выложено сверкающими, как иней,
кристаллами. Родник протекал в самом центре какой-то высокой
пещеры; ее стены поднимались рядами фантастических колонн,
создававшихся благодаря слиянию многовекового падения капель
воды. . .»
Проблуждав три дня и три ночи по бесконечным галереям
и гротам, героям удалось случайно найти неизвестный до этого
выход на дневную поверхность в 7 километрах от входа в пещеру.
Это приключение кончилось для Тома и Бекки довольно благо-
получно. Но не всегда это бывает так. В крупных пещерных
системах нередко находят скелеты неудачных путешественников
196
или искателей кладов, заблудившихся в бесконечных коридорах,
залах и переходах подземного мира.
В глубокой тьме подземелий путешественника могут ожидать
и глубокие пропасти, и неожиданные обвалы, и многие другие
неприятные сюрпризы.
Очень опасно спускаться в карстовые системы в одиночку,
такие прогулки почти всегда должны совершаться группами.
Многие пещеры в Европе и Америке предусмотрительно снаб-
жены дверями и закрываются на замки, ключи от которых на-
ходятся у местных властей.
Некоторые из пещер в Центральной Европе являются старин-
ными местами туризма. Они постепенно были благоустроены
человеком и превратились в места удобных и очаровательных
прогулок. Примером является одна из красивейших пещер Чехо-
словакии — Мацоха. Ее галереи и гроты залиты электрическим
светом, а местами искусно установлены прожекторы, вызывающие
оптические эффекты, рельефно выделяющие созданные водой
«скульптурные» украшения. В этой пещере туристов окружает
поистине сказочная обстановка. Недаром она явилась местом
съемки хорошо знакомого вам кинофильма «Каменный цветок».
Вспомните, какой поразительный сказочный пейзаж отображают
кадры фильма.
Пещера состоит из многих галерей, коридоров и переходов,
соединяющих залы. По дну главной галереи течет подземная река
Пункве. Туристы по заведенному обычаю совершают подземное
путешествие на лодке. Особенно красив в пещере «Сказочный зал»,
в котором насчитывают тысячи известняковых столбов сталак-
титов и сталагмитов.
Особой известностью пользуется в «Сказочном зале» замеча-
тельное произведение воды — известковый «Столб Гуса». Хорошо
«Сказочное озеро». Его кристально прозрачная вода, так же,
как и столб Гуса, искусно подсвечиваемая прожекторами, произ-
водит неизгладимое впечатление на путешественников.
Не случайно пещера Мацоха привлекает каждый год тысячи
посетителей, желающих собственными глазами взглянуть на этот
замечательный подземный карстовый дворец.
В Югославии на знакомом нам плато Карст находится другая
«оборудованная» пещера. Ее называют «Постойна Яма». Здесь
к услугам посетителей имеется узкоколейная электрическая
железная дорога. Восхитительная картина развертывается перед
глазами туристов. Многочисленные залы с причудливыми нате-
ками известняка, окрашенными в белый, красноватый, коричне-
вый, светло-серый цвета. Привлекает внимание ослепительна
белый занавес, отороченный снизу коричневыми и красными
кристаллами. Он образован тысячами соединившихся в одно целое
сталактитов.
197
Главные галереи и залы пещеры освещены электрическим
светом, дорога заботливо ограждена в опасных местах перилами,
устроены мостики.
«Оборудованные» пещеры имеются ив Советском Союзе. К ним
относятся крупнейшая Кунгурская, а также Сатаплийская (Гру-
зия) пещеры.
ЛЕДЯНЫЕ ПЕЩЕРЫ
Во многих местах земли встречаются «ледяные» пещеры.
Отличительной чертой их является круглогодичное присутствие
льда в подземных гротах и галереях.
Формы ледяных образований поражают своим разнообразием.
Большим распространением здесь пользуются ледяные сталактиты
и сталагмиты. Сливаясь, они образуют мощные ледяные столбы,
достигающие в поперечнике 1—3 метров и более. Жизнь со-
сульки, образующейся на поверхности земли, кратковременна.
Пещерные же ледяные сталактиты и сталагмиты могут иметь
возраст, измеряемый десятками и сотнями лет.
Но основная масса пещерного льда заключена не в этих обра-
зованиях, а в ледяных корках, покрывающих своды, стены и дно
пещер.
Особенно много льда накапливается на полу галерей и гротов.
В ледяных пещерах Чехословакии слой донного льда достигает
15—20 метров. В пещерах Урала его толщина оказывается не-
сколько меньше.
В ледяных подземных гротах встречаются замерзшие озера и
реки. Особенно эффектны застывшие ледяные водопады.
На сводах и стенах таких пещер часты оригинальные срастания
ледяных кристаллов, образующие бахрому, цепи и причудливые
подвески, спускающиеся с потолка.
Ледяные пещеры встречаются довольно часто. Часть их рас-
полагается в горах на большой высоте, в этом случае образование
льда обязано суровому климату, царящему здесь.
Примером высокогорных ледяных пещер может служить
знаменитая карстовая система в Восточных Альпах, о которой
уже говорилось раньше — Айсризенвельт.
Другим примером высокогорной ледяной пещеры является
грот Кастере, расположенный в Пиринеях на высоте 2675 метров.
Подобные пещеры меньших размеров имеются и в Советском
Союзе. Например, пещера Ледяная (старое название Бузлук-
Коба) в Крыму. Она располагается на северных склонах Караби-
Яйлы на высоте около 900 метров. В этой пещере температура
в летние месяцы близка к нулю, а зимой опускается до минус
2—5 градусов. Если спуститься в нее, то первое, что бросится
в глаза, будет небольшой ледник на дне пещеры. С потолка сви-
сают ледяные сосульки — сталактиты. Некоторые из них достигают
198
длины 2—3 метра. На полу пещеры, как столбики, возвышаются
ледяные сталагмиты. Есть среди них и небольшие, высотой в де-
сятки сантиметров, но есть и более значительные, превышающие
в два раза рост человека. Если пройти в дальнюю часть пещеры,
то можно увидеть ледяные водопады.
В средних и северных районах нашей страны есть ледяные
пещеры, расположенные на равнинных территориях. Они встре-
чаются на Урале и Поволжье.
Как же накапливается лед в пещерах в этих условиях?
Это легко объяснимо. Образование льда возникает, как пра-
вило, в продуваемых пещерах, где возможен сквозной ток воздуха.
В зимнее время в них поступает много морозного воздуха. Он
замораживает имеющуюся здесь влагу, а также воду, просачива-
ющуюся по трещинам. В теплое время года прохладный воздух
движется из пещеры. Так как его температура все же выше нуля,
то часть льда успевает растаять. Другая же часть его сохраняется
до следующей зимы. Если в течение года преобладает поступление
в пещеру холодного воздуха, имеющего отрицательные темпера-
туры, то ледяные массы в ее недрах с каждым годом нарастают.
Интересно, что в районах Поволжья лед образуется в тех
пещерах, у которых дно значительно ниже входа. Это обеспечивает
длительное застаивание холодного воздуха в подземных пустотах
и накопление льда.
В НЕДРАХ КУНГУРСКОЙ ПЕЩЕРЫ
Большой и заслуженной известностью пользуется Кунгурская
ледяная пещера, расположенная в Пермской области. Это крупней-
шая в Советском Союзе подземная карстовая система. О ее суще-
ствовании знали давно, но описана она была только в 1770 г.
русским академиком И. Лепехиным. С тех пор появилась обшир-
ная литература об этом удивительном подземном мире.
Тысячи туристов ежегодно посещают Кунгурскую пещеру.
Многие ученые занимаются изучением ее строения, этапов разви-
тия и режима. Создан специальный Кунгурский стационар Ака-
демии наук СССР. Выявляемые при этих исследованиях законо-
мерности формирования пещер имеют большое значение для
инженерно-геологической оценки карстовых районов. Пещера
расположена на высоком обрывистом берегу реки Сылвы, носящем
у станции Кунгур название «Ледяной горы».
Искусственно пробитый тоннель ведет в «Бриллиантовый
зал», названный так из-за красивой игры кристалликов льда,
покрывающих стены и своды грота. Вот как описывает этот зал
один из путешественников: «. . .Это небольшой чистый грот —
стены и потолок его сплошь покрыты кристаллами льда. На
потолке они стягиваются и нависают роскошными гроздьями
199
и люстрами. Каждый кристалл имеет форму правильной шести-
угольной таблички с диаметром в два и даже три дюйма. Парал-
лельно прядям идут штрихи, показывающие, что каждая такая
пластинка — сросток очень многих столбчатых кристаллов. Пла-
стинки эти цепляются друг за друга своими углами и образуют
довольно длинные цепи. На нижних концах цепей висит целый
пук таких же пластиночек, так что получается близкое подобие
люстры. . . Грот этот вполне заслуживает свое название: кри-
сталлы, усеивающие его свод, при свете свечей то потухают, то
опять вспыхивают и горят яркими огоньками, точно брилли-
анты». Как же образуется здесь лед?
Лед в этой части пещеры возникает за счет замерзания прони-
кающей сюда по трещинам воды. Этому способствует низкая
круглогодовая температура в этом зале (в среднем —1 градус).
Летом лед не успевает растаять вследствие могучего тока холод-
ного воздуха изнутри пещеры на поверхность.
«Бриллиантовый зал» небольшой галереей соединяется с «По-
лярным залом», покрытым пушистыми хлопьями льда. За ним
следует загроможденный каменными глыбами «Зал Данте», не-
большой грот «Склеп», наконец, круглый зал «Крестовый», назван-
ный по своим четырем выходам, расположенным крестообразно.
Его длина достигает 100 метров. Этим гротом собственно и за-
канчивается ледяная часть пещеры. В остальных залах и гротах
температура в течение всего года держится выше нуля и постоян-
ный лед не образуется. В этой части пещеры имеются десятки
живописных, поражающих своей красотой гротов: «Руины Пом-
пеи», «Морское дно», «Скульптурный». Непрерывная амфилада
залов и галерей выводит нас в грот «Дружба народов» длиной
около 50, шириной около 40-—50 метров. В нем находится самое
крупное озеро пещеры — «Большое озеро», площадь поверхности
которого достигает 700 квадратных метров. Вода его почти без-
жизненна. В нем живет лишь слепой рачок. Всего озер в пещере
насчитывается около 36. Многие из них в засушливое время года
исчезают и вновь появляются во время дождей. Часть озер
связаны с рекой Сылвой. В пещере имеются еще и малоизучен-
ные части. В сводах гротов Кунгурской пещеры встречается
много округлых отверстий, носящих название «органных труб».
Их образовала в растворимых породах все та же вода.
Г. А. Максимовичем установлено, что пещера является четы-
рехъярусной.
Образование Кунгурской пещеры связывают с растворением
гипсов, ангидрида (безводный гипс) и известняков водами древ-
ней реки, бывшего притока Сылвы. Процессы карстования идут
до настоящего времени, поэтому гроты и галереи все время из-
меняют свой облик.
Изученная часть пещеры содержит около 100 гротов с про-
ходами между ними. Общая протяженность ее более 5 километров.
200
Сотни тысяч, миллионы и даже сотни миллионов лет суще-
ствуют пещеры и подземные полости. В их «жизни» бывают пери-
оды бурного развития и роста, периоды консервации и периоды
отмирания. Можно условно говорить о молодости, зрелом воз-
расте и старости подземных карстовых систем. В определенных
условиях старые пещеры могут омолаживаться. Это бывает при
тектонических поднятиях известняковых массивов, или измене-
ниях уровней озер, рек, или, наконец, при создании человеком
искусственных морей и каналов, которые способствуют активи-
зации карстовых процессов на участках, прилегающих к ним.
Увеличение размеров пещеры может привести к тому, что
кровля ее не выдерживает нагрузки и обрушивается.
Только что мы познакомились с Кунгурской пещерой. Нет ли
угрозы провала поверхности над ее территорией?
Геологи произвели специальные измерения толщины кровли
над гротами верхнего яруса. Ее величина оказалась в пределах
от 42 до 79 метров. Учитывая, что кровля сложена прочными
известняками, можно сделать вывод об отсутствии прямой опас-
ности провала поверхности земли над пещерой.
Случаи внезапного обрушения поверхности в карстовых райо-
нах — нередкое явление. Так, в 1922 г. в результате провала
кровли пустоты в гипсах севернее города Уфы образовалась,
воронка глубиной 50 метров и диаметром 40 метров. Провал
сопровождался грохотом и заметными сотрясениями почвы
(рис. 115).
Жители деревни Глубокой, Ивановской области, в мае 1937 г.
были напуганы внезапным провалом поверхности. Образовалась
воронка диаметром 100 метров, глубиной около 25 метров. В мо-
мент образования воронка заполнилась водой. До сих пор на
этом месте сохранилось небольшое озеро.
Н. А. Гвоздецкий и А. И. Спиридонов описывают провал,
образовавшийся в 1956 г. у села Санниково, Владимирской области:
« ... Он возник на небольшом поле среди леса. Провал обра-
201
Рис. 115. Провал поверхности над карстовой
полостью в гипсах (Западное Приуралье)
зовался во время сенокоса; земля обрушилась вслед за трактором
и сенокосилкой. Образовалась яма в виде колодца около 1,5 метра
в диаметре и глубиной 5 метров. . .».
В районе села В. Акташ в Татарской АССР во время пахоты
произошел неожиданный провал под трактором. Глубина его
достигала 54 метров.
Г. А. Максимович и К. А. Горбунова рассказывают, что в селе
Усть-Кишерть (Пермская область) 28—29 августа 1949 г. обра-
зовались сразу три провала: «. . . 28 августа в 7 часов вечера по
местному времени на приусадебном участке одного из жителей
по улице Советской начала проседать почва. Эта просадка про-
должалась около двух часов. На поверхности появилось блюдце-
образное понижение. Один из жителей рассказывает, что в северо-
западной стенке понижения имелась трещина. Затем возникли
новые трещины, по которым произошло обрушение, сопровожда-
ющееся шумом и излиянием воды. К 9 часам обрушение закончи-
лось и образовалась провальная яма. Обрушение возобновилось
в два часа ночи, причем был слышен шум. В 10 часов утра 29 ав-
густа жители увидели уже сдвоенный провал, вытянутый в се-
веро-восточном направлении. Протяженность его составляла
50 метров, при ширине большего 40 метров и меньшего 28 метров...
202
29 августа, в 3 часа ночи, образовался третий провал на месте
старой воронки, в которой росли две черемухи . . . Одна черемуха
исчезла бесследно, другая лежала на дне . . В провальных
воронках образовались озера, вода которых оказалась пригодной
для питья. В дальнейшем жителями в озеро была пущена рыба.
Известны случаи и более крупных провалов; так, в 1927 г.
близ города Уфы произошел провал с перемещением более 800 ку-
бических метров земли. Им были повреждены на значительном
расстоянии железнодорожные пути.
Иногда опасность образования провалов заставляет переносить
железнодорожные пути на более надежные участки, как это
было у станции Кинель. Здесь пришлось передвинуть на новое
место 20 километров пути. На оставленном участке было брошено
три моста и одна станция.
Можно привести не один десяток примеров провалов поверх-
ности. Так, интересна история строительства Новочеркасского
собора. Он возводился на сильно закарстованной поверхности
известняка-ракушечника. По рассказам старожилов, приступали
к строительству собора трижды. Первый раз успели возвести
фундаменты и часть стен. Однажды ночью все это провалилось
в карстовую пустоту. Вторично возвели фундаменты и стены.
Опять возник уже сравнительно небольшой провал части фунда-
ментов. Пришлось разобрать уже сооруженную часть. Усилив
фундаменты и опираясь на ранее погрузившиеся части собора,
наконец удалось достроить собор.
Против этого собора задолго перед революцией был воздвигнут
памятник завоевателю Сибири Ермаку. Как видно, он тоже
стоит над пустотой, потому что с течением времени обнаружилось
его погружение в землю. Сейчас оно достигло величины в 30 санти-
метров
«ПОЛУОСТРОВ» НА СУШЕ
Вы, может быть, скажете, что на суше нет полуостровов?
Представьте себе, есть. Обширное плато, на котором расположен
город Уфа, носит название «Уфимского полуострова». Этот полу-
остров, как и полагается, с двух сторон окружен водой реки
Белой и ее притока Уфы. Треугольный участок суши как бы
зажат между этими двумя реками. Нельзя не рассказать об этом
оригинальном сухопутном полуострове, являющемся классиче-
ским районом гипсового карста.
Давайте мысленно разрежем этот полуостров посредине.
Заглянув в образовавшийся срез, мы увидим под верхней толщей
пород (суглинков, глин, известняков, мергелей) мощные пласты
гипса и ангидрида (безводного гипса), достигающие мощности
120 метров. Откуда здесь взялось столько гипса?
203.
Когда-то, в далеком геологическом прошлом, от которого нас
отделяет около 190 миллионов лет, на месте «Уфимского полу-
острова» располагалось обширное Пермское море. Вот в этом-то
водоеме в течение многих сотен, тысяч лет и накапливались
гипсовые отложения.
В более поздние геологические периоды гипсы были надежно
прикрыты другими породами, сохранившими их от быстрого
разрушения водой. Вот и оказалось, что ядром «Уфимского полу-
острова» служат гипсы и ангидриты. В настоящее время гипсо-
носная толща в значительной части подвержена активному кар-
стовому процессу.
Помимо атмосферных и подземных вод, гипсово-ангидридовая
толща энергично растворяется речными водами. Во время павод-
ков воды реки Белой вливаются в пещеры и многочисленные
трещины гипса, выходящего по береговым обрывам. Поэтому
наиболее энергичное растворение пород идет в узкой полосе,
прилегающей к реке. Именно весной здесь наиболее часто возни-
кают провалы, воронки и прогибы поверхности.
Весь полуостров буквально изъеден карстовыми полостями,
воронками и крупными прогибами. Особенно разнообразны во-
ронки: чем дальше от берегов рек, тем положе блюдцеобразные
воронки, чем ближе к реке, тем круче их стенки. На берегах рек
воронки чаще всего имеют чашеобразную, конусообразную или
даже шахтообразную форму. Глубина последних достигает 20—
40 метров. Воронки располагаются цепочками. Есть и сложные
воронки, как бы вложенные друг в друга.
На высоком правом берегу реки Белой в обрывах, сложенных
гипсами, нередко встречаются входы в пещеры. Размеры их
сравнительно невелики.
Много неприятностей причиняют провалы и прогибы поверх-
ности «Уфимского полуострова». Изрядно достается железной
дороге, проходящей из Уфы на Челябинск. Особенно страдает от
провалов участок, проходящий вдоль речного берега. Здесь
зарегистрированы случаи провалов паровозов и вагонов. После
Октябрьской революции были проведены большие инженерно-
геологические исследования, организована специальная сигнали-
зация и проведены работы по борьбе с развитием карста. После
этого движение стало безопасным.
За годы послевоенных пятилеток город Уфа стал крупным
центром машиностроения и нефтяной промышленности. Преду-
сматривается дальнейшее развитие этого района. Все это делает
особенно важным дальнейшее изучение карста «полуострова»
и разработку методов защиты от провалов и деформаций его
поверхности.
204
КАК ОБРАЗУЮТСЯ ПРОВАЛЫ ПОВЕРХНОСТИ
С первого взгляда этот вопрос может показаться элементар-
ным. Действительно, карстовая полость увеличивается до тех
пор, пока ее кровля не выдержит собственного веса и рухнет.
Когда известняк или гипс выходит непосредственно на по-
верхность, это объяснение все исчерпывает. Но если над этими
породами лежат многометровые толщи глинистых, песчаных,
мергелистых и других не растворимых в воде пород, то такое
объяснение оказывается неприложимым.
Между тем на Русской равнине, в Предуралье и в ряде других
мест такой «покрытый» карст весьма распространен. К этому
типу относится рассмотренный нами гипсовый карст «Уфимского
полуострова».
Ученые, изучив эту разновидность карста, установили, что
при небольшой мощности покровных пород в них могут возникать
обычные провалы. Если мощность глин, песчаников и других
некарстующихся пород велика, то обрушение кровли пещеры
ведет к постепенному распространению прогиба вверх, вплоть
Рис. 116. Обрушение кровли пещеры вызы-
вает деформацию всей вышележащей толщи
205
до дневной поверхности. В результате на ней образуется воронка,
конфигурация которой зависит от размеров карстовой полости,
мощности, вышележащей толщи и характера слагающих ее пород.
На рис. 116 показана схема такого прогиба. Овраг, раз-
резавший толщу пород, прорезал воронку и открыл нам тайну
ее образования.
Образование поверхностных провальных форм определяется
геологическим строением территории.
ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ ВЫРАБОТКИ
И ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ
Оказывается, не только карстовые полости являются винов-
никами провалов поверхности. Они возникают также в результате
обрушения кровли горных выработок, образующихся при раз-
работке угля и других полезных ископаемых.
Если обрушить потолок, образовавшийся после добычи угля
подземной выработки, то на дневной поверхности земли возник-
нет прогиб. Механика его образования такая же, как и воронок
при «покрытом» карсте. Такие оседания на поверхности имеют
округлую форму. Их называют мульдами (впадинами) сдвижения
или оседания.
Процесс сдвижения пород над выработкой идет в 3 этапа:
начальный — наиболее активный (продолжается 2—3 месяца);
второй — этап спокойного прогиба и третий — затухания. Про-
должительность всего процесса не превышает 8—10 месяцев.
Естественно, что сдвижения, возникающие на участках насе-
ленных пунктов, неминуемо ведут к повреждениям или даже
полным разрушениям зданий.
Сдвижения пород возникают при добыче полезных ископаемых
на глубинах в 300—400 метров.
Для избежания аварий построек в разных странах изданы
специальные законы и правила, ограничивающие горные работы.
Из них наибольшее распространение получили Дортмундские
правила, разработанные в XIX столетии в Вестфалии (Германия).
В нашей стране действует комплекс обязательных правил произ-
водства горных работ, разработанный советскими учеными и инже-
нерами.
Строительство в Донбассе, Караганде, Кузнецком бассейне
и других районах разработок ведется на специальных, строго огра-
ниченных участках — целиках. В их пределах производство под-
земных работ запрещается.
206
КАК СТРОИТЬ
В КАРСТОВЫХ РАЙОНАХ
Как уже говорилось выше, много неожиданных сюрпризов
поджидает строителя в карстовых районах. Здесь и провалы
поверхности, и затопления котлованов водой, и медленные про-
гибы, и неожиданные утечки воды из водохранилищ.
Может быть, на карстовых участках строить нельзя? Опыт
строительства говорит о том, что и здесь можно строить надежно
и прочно.
Прежде всего долговечность здания зависит от типа пород,
слагающих массив, на котором собираются строить. Если это
известняки, то важно выяснить: имеются ли в них какие-либо
полости и пустоты. Если их нет, то в большинстве случаев можно
смело строить. Мы уже знаем, что скорость растворения извест-
ковых пород невелика. Лишь в рыхлых известняках новые кар-
стовые пустоты могут появиться в течение 20—30 лет, поэтому
важно оценить скорость растворения пород на^участке строи-
тельства.
Известен случай на одном из заводов на высоком правом
берегу реки Дон и его склоне. В основании под слоем суглинков
и глин лежат рыхлые известняки-ракушечники. По имеющимся
данным, карстовые полости в этих породах отсутствовали. Была
лишь обнаружена их ноздреватость. Много лет существовал завод.
И вот однажды ночью провалилась тяжелая нагревательная
печь. Исследованием установлено, что причиной аварии явилось
обрушение карстовой пустоты. Можно предполагать, что она
развилась в течение 15, максимум 20 лет.
Если участок строительства сложен гипсами или ангидридами,
то опасность образования новых пустот возрастает. Новые воронки
при благоприятных условиях для карстовых процессов в этих
породах могут развиться в течение нескольких лет.
Многое зависит от характера трещиноватости породы. Осо-
бенно много неприятностей карстовые процессы доставляют
строителям плотин, водохранилищ и других гидротехнических
сооружений.
207
Рис. 117. Вода может уходить из водохранилища
в обход плотины (1) по карстовым полостям ^(2)
Вот некоторые примеры. В Андалузии было решено создать
большое водохранилище путем устройства на одной из горных
речек высокой плотины. И вот выросла мощная железобетонная
плотина высотой в 72 метра. Гидротехники$ждали, что вот-вот
воды речки широко разольются, заполняя водохранилище. Но ни
моря, ни даже озерка не получилось. Дело в том, что вся вода из
перегороженной долины поступала в многочисленные карстовые
полости и трещины в известняках (рис. 117).
Это не единичный случай. Известны крупные утечки из мно-
гих водохранилищ в США, Франции, Италии и других странах.
Мы знаем немало случаев, когда колхозные пруды, построенные
в местах выходов на дневную поверхность трещиноватых и закар-
стованных известняков, оказывались безводными.
Важно изучение карста при железнодорожном строительстве
и особенно при возведении мостов. Не меньшую роль играет обна-
ружение подземных пустот при добыче полезных ископаемых.
В этом случае особенно опасна встреча подземных выработок
с карстовыми пустотами. Нередки случаи, когда такая встреча
ведет к катастрофическому затоплению шахт водой.
На одном из крупных месторождений во время разработки
полезного ископаемого подземный штрек неожиданно вошел
в карстовую пещеру, наполненную водой. Хлынул мощный поток
воды. Он бурно ворвался в подземную выработку, неся в своем
208
потоке большие обломки известняка. Вода быстро распространи-
лась по всему руднику, затопив его. В течение часа количество
поступившей воды превысило 1000 кубических метров.
Другим, поистине классическим примером, может служить
одна из шахт Кизеловского каменноугольного бассейна, где из
трещин и карстовых пустот поступает свыше 1500 кубических
метров воды в час.
КАК ОПРЕДЕЛЯЮТ НАЛИЧИЕ ПУСТОТ
Прежде всего геолог может судить о степени закарстован-
ности участка по многим внешним признакам: по характеру
подземных вод, степени трещиноватости, составу пород, геологи-
ческой истории местности.
Немалую помощь может оказать изучение поверхностных
явлений карста. Для этой цели ведется специальная съемка по-
верхности, при которой картируются воронки, трещины, поноры,
карры и другие видимые формы карстового происхождения.
Многое может сказать геологу сбор сведений о времени появле-
ния новых провальных воронок. Советский ученый 3. А. Макеев
на основании опыта предложил оценивать пригодность терри-
торий по этому показателю. Он считает, что на весьма неустой-
чивых участках образуется на одном квадратном километре
10 воронок в год.
Устойчивыми являются такие участки, на которых одна во-
ронка на такой же площади образуется в течение 20—50 лет.
Вполне устойчивыми можно назвать участки, на которых отсут-
ствуют какие-либо поверхностные карстовые формы.
Возникает вопрос: можно ли обнаружить подземную карсто-
вую полость прямым наблюдением? Оказывается, что можно.
Наиболее простым способом является бурение на исследуемом
участке. Буровой инструмент, встречая пустоту, проваливается
в нее.
Но этот путь, помимо большого времени, влечет за собой
большие денежные затраты. *
Можно также исследовать и нанести на карты подземные
галереи пещеры. Но это не гарантирует нам, что нет других
пустот, вход в которые остался незамеченным. А кроме того,
малые пустоты все равно могут остаться неизвестными.
Для решения этой задачи на помощь инженеру-геологу при-
ходит геофизик, изучающий недра Земли с помощью сейсмиче-
ских волн. Об этом мы уже говорили в первом разделе книги.
А есть и другой путь. Известно, что горные породы обладают раз-
личным электрическим сопротивлением, но если в их недрах
встретится пустота, то сопротивление резко возрастает. Применяя
приборы высокой точности, можно этим путем установить наличие
пустот на данном участке.
14 Заказ 607.	209
В последнее время для выявления направления трещин и кар-
стовых полостей с успехом применяют газовый метод. Для этой
цели в трещины или карстовые полости вводят какой-либо газ
и наблюдают за его распространением. Это дает возможность
проследить систему карста.
Правильное заключение о данном карстовом районе и условиях
строительства в нем инженер-геолог может дать только после все-
сторонних геологических исследований. Основываясь на произ-
веденном изучении района, он составляет инженерно-геологиче-
скую карту. На ней указывает районы, опасные для строительства
вследствие интенсивного развития карста, и участки безопасные.
Строитель, пользуясь этой картой, может выбирать для постройки
надежные площадки.
Но как быть, если нужно строить на заведомо опасном участке?
Конечно, строить можно и в этом случае, но для этого необхо-
димы серьезные основания, так как такое строительство потре-
бует более значительных материальных затрат. Помимо этого,
появляется некоторый элемент риска.
Приступая к возведению дома на таком опасном участке,
необходимо провести целый ряд предупреждающих мероприятий.
Прежде всего нужно водорастворимые породы предохранить от
воздействия дождевых и производственных поверхностных вод.
Это достигается устройством системы ливнеотводов и канализа-
ции технических вод. Затем, по возможности, отводят от массива
подземные воды, для чего устраивают специальные дренажные
сооружения.
Добиться обезвоживания массива — значит уничтожить при-
чины развития подземных пустот. Если решить этот вопрос ука-
занными путями не удается, можно прибегнуть к заполнению
карстовых пустот и трещин не пропускающими воду материалами.
Чаще всего для этой цели нагнетается под давлением цементный
раствор. Он играет двоякую роль: заполняет пустоты и скрепляет
породы, а также прекращает дальнейшее движение воды по тре-
щинам и карстовым полостям.
Таким способом строители укрепляли основания при возведе-
нии некоторых крупных плотин, в том числе Сызранской
и Волховской.
В некоторых случаях вместо цемента применяется горячий
битум. Он хотя и не увеличивает прочность, но зато полностью
предотвращает дальнейшую циркуляцию воды на участке строи-
тельства.
Наконец, когда крупные пустоты располагаются на небольшой
глубине, можно произвести их искусственное обрушение с после-
дующим заполнением глиной.
Во всех случаях способы борьбы с карстом и пути повышения
устойчивости сооружений должны определяться в строгом соот-
ветствии с инженерно-геологическими данными.
210
ХОЛОД В ЗЕМЛЕ
«ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА»
Наступает зима. Холодный морозный воздух рисует на окнах
красивые узоры. Хватает за нос и щеки. Добирается он и до
поверхности земли. Правда, природа предусмотрительно покры-
вает ее «одеялом» из пушистого снега, создающего защиту от
промерзания. И все же, если в январе — феврале попытаться
копать землю, вы встретитесь с твердым замерзшим грунтом.
Такой грунт копать невозможно. Приходится брать лом или
кирку. А если нужно отрыть большой котлован или яму, то
приходится употреблять взрывчатые вещества или зажигать
костры для оттаивания грунта.
Но вот приходит лето. Уже в мае — июле следы этой мерзлоты
исчезают. Ученые назвали такое явление сезонной мерзлотой.
Еще в XVII в. русские люди обнаружили существование по-
род, находящихся в «вечной мерзлоте». Ленские воеводы в 1640 г.
писали в Москву1: «. . .А в Якуцком, де, государь, по сказкам
торговых и промышленных служилых людей, хлебной пашни
не чаять; земля, де, государь, и среди лета вся не расстаивает...».
Позднее русские ученые и путешественники более детально
познакомились с этим явлением.
Петр I, заинтересовавшись сообщением о вечной мерзлоте,
командировал в Сибирь для ее изучения Г. Мессершмидта, кото-
рый собрал интересные сведения об этом странном явлении.
Позднее, в начале XIX в. специальным изучением «вечной
мерзлоты» занимались ученые Паллас и Гмелин, путешественники
братья Лаптевы и некоторые другие исследователи.
Много сведений о мерзлых грунтах дал науке вырытый еще
в 1812 г. в городе Якутске купцом Ф. Шергиным глубокий коло-
дец. Он выкопан для получения питьевой воды. Но, несмотря на
большую глубину в 116,4 метра, колодец не вышел из мерзлого
грунта.
1 М. И. Сумгин и др. Общее мерзлотоведение. АН СССР, 1940.
14*	211
800м
Рис. 118. Мощность «вечной мерзлоты»
в разных районах
а — Чита; б — Воркута; в — Верхоянск; г —
Якутск; д — Вилюй
Сейчас известно, что Шергину еще долго пришлось бы его
копать, так как толща мерзлых пород в этом районе достигает
250 метров. Но зато колодец был использован академиком Мидден-
дорфом для интересных наблюдений за «вечной мерзлотой».
Строительство в конце XIX в. Транссибирской железнодорож-
ной магистрали заставило провести некоторые серьезные иссле-
дования районов «вечной мерзлоты» и условий строительства
на ней, так как часть путей прокладывалась в области ее рас-
пространения.
Детальное и всестороннее изучение этого явления началось
только в годы Советской власти. Много сил и энергии на изуче-
ние «вечной мерзлоты» затратили советские ученые М. И. Сумгинг
А. В. Львов, Н. А. Цытович и многие другие. Их труды легли
в основу новой науки — геокриологии (от греческих слов: геос —
земля, криос — лед, логос — знание).
Что же такое «вечная мерзлота»? Уже само название говорит
за себя. Это длительное сохранение пород в мерзлом состоянии.
В последнее время ученые начали выделять многолетнемерзлые
грунты, которые сохраняют отрицательную температуру не-
сколько десятков и сотен лет. Если мерзлое состояние породы
сохраняется века, это дает основание именовать их вечно мерз-
лыми. Слово «вечная» понимается в данном случае не в смысле
бесконечно сохраняющейся, а многовековой.
212
Почему же может так долго сохраняться мерзлота? На этот
вопрос впервые был дан ответ в старинном русском трактате
XVII столетия. Длительное сохранение мерзлого грунта в нем
объясняется «низким стоянием солнца над горизонтом».
Это правильно. Теперь мы знаем, что «вечная мерзлота»
встречается именно там, где преобладает холод над теплом, где
среднегодовая температура имеет отрицательные значения.
В таких районах долгой, морозной зимой холод проникает
в землю, успевая ее заморозить на значительную глубину, в то
время как в течение короткого прохладного лета тепло не успе-
вает столь же глубоко проникнуть в толщу пород и отогреть их.
Долгое время загадочным было существование мерзлых толщ,
измеряющихся сотнями метров. В районах Сибири мощность
слоя вечной мерзлоты достигает 500—800 метров, на Западном
Шпицбергене — 240, на Аляске — 120 метров. В разных местах
Советского Союза мощность вечной мерзлоты колеблется от 1—2
до 800 метров (рис. 118).
Что же является причиной столь глубокого промерзания
грунтов?
Некоторые ученые, занимавшиеся этим вопросом, пришли
к выводу, что мощная «вечная мерзлота» образовалась в недале-
ком геологическом прошлом, 50—60 тысяч лет тому назад, в лед-
никовый период, во время которого климат в северном полушарии
оказался особенно суровым. Вот тогда-то и возникло глубокое
промерзание грунтов. Это мнение разделяется не всеми учеными.
Многие считают, что развитие вечной мерзлоты обязано только
суровому климату северных районов.
ЕСТЬ ЛИ МЕРЗЛОТА НА ЮГЕ
«Вечная» и многолетняя мерзлота встречаются в районах
с суровым морозным климатом.
Основоположник учения о «вечной мерзлоте» советский уче-
ный М. И. Сумгин установил, что в Советском Союзе «вечная
мерзлота» занимает 45% территории страны, или 9658 тысяч
квадратных километров (рис. 119). Эта площадь значительно пре-
восходит размеры Австралии и почти равна Европе.
«Вечная мерзлота» распространена не только в нашей стране,
она имеется и на севере Америки, покрывает весь обширный
остров Гренландию и почти всю Антарктиду. Приблизительно
четверть материковой поверхности Земли занята вечной мерзло-
той. Вот сколь велико ее распространение.
Дальше всего на юг «вечная мерзлота» спускается в районе
реки Амур, где, перешагнув через государственную границу
Советского Союза, распространяется на территории Китая и Мон-
гольской Народной Республики.
Имеется ли «вечная мерзлота» в субтропиках и на экваторе?
213
ю
Рис. 119. «Вечная мерзлота» на территории Советского Союза (по М. И. Сумгину)
1 — область сплошной мерзлоты; 2 — районы островной мерзлоты; з — районы мерзлоты с островами талого грунта; 4 — область, для кото-
рой нет сведений о характере распространения мерзлоты; S — мерзлота только в буграх торфяных болот; 6 — отдельные острова многолет-
ней мерзлоты вдали от общего ее массива; 7 — южная граница мерзлоты в СССР; 8 — предположительная граница ее вне СССР; 9 —область
распространения ископаемого льда
Оказывается, что имеется. Островки холода существуют также
и на горных вершинах. На больших высотах царствует круглый
год мороз. «Вечная мерзлота» в горах развивается выше снеговой
линии, которая определяет положение границы круглогодового
сохранения снега и льда.
Положение снеговой линии зависит от широты местности
и климата. Например, высота ее в горах Кавказа колеблется от
2700 до 3800 метров. Южноамериканские горы Анды, расположен-
ные на экваторе, имеют снеговую линию на отметке 4800 метров
от поверхности океана. «Вечная мерзлота» имеется под экватором
на высочайших вершинах Африки: Килиманджаро (высота 6010),
Кения (5194) и др.
Характер «вечной мерзлоты» зависит не только от климата.
На промерзание пород оказывают влияние состав поверхностных
пород, рельеф и положение подземных вод.
В одном и том же районе на участках, покрытых торфом или
лесной подстилкой, промерзание будет незначительным, в то
время как на песчаных или иных открытых участках холод сможет
проникнуть глубже. На северных склонах солнце меньше про-
гревает почву и «вечная мерзлота» на них распространена больше.
Не меньшую роль играют подземные воды, имеющие всегда поло-
жительную температуру.
Если проследить за характером распространения «вечной
мерзлоты» в различных местностях, то обнаружится, что в север-
ных районах преобладает сплошное распространение мерзлоты.
Чем южнее мы будем спускаться, тем больше будем встречать среди
вечномерзлых пород островки талых грунтов (таликов). В южных
районах мерзлота встречается лишь отдельными ограниченными
участками. Здесь она называется островной мерзлотой.
В пределах южных районов СССР, Югославии, Испании и дру-
гих стран встречается пещерная «вечная мерзлота». Примером
может служить «вечная мерзлота» в известной нам Кунгурской
пещере.
ТРИ «этажа»
Если начать спускаться в колодец, устроенный в районе
«вечной мерзлоты», то мы по очереди сможем побывать на трех
своеобразных «этажах» горных пород, заметно отличающихся
друг от друга.
В верхнем «этаже», расположенном с поверхности земли,
протекают сложные процессы промерзания зимой и оттаивания
летом. Зимой морозы замораживают слой за слоем. В одних слу-
чаях это поверхностное замерзание распространяется на всю
верхнюю толщу, достигая поверхности «вечной мерзлоты». Это
случай сливающейся мерзлоты. Но не менее часто, даже в самую
сильную стужу, между поверхностной и вечной мерзлотой сохра-
215
Рис. 120. Схема сливающейся (1) и
несливающейся (2) мерзлоты
а — деятельный слой; б — талый грунт;
в — вечномерзлый слой
Рис. 121. Три «этажа» в «вечной
мерзлоте»
1 — деятельный слой с надмерзлотной
водой (а); 2 — вечномерзлый слой; з —
подмерзлотный слой с подмерзлотной во-
дой (б); Т — талик
няется слой талого грунта. В этом случае говорят о несливающейся
мерзлоте (рис. 120).
Летом солнечное тепло быстро растапливает грунт этого
верхнего «этажа». Так и чередуются по сезонам замораживание
и растаивание. Энергичная работа сил природы, происходящая
в этом «этаже», обусловила его название — деятельный слой.
Мощность этого слоя зависит прежде всего от широты местности.
Чем южнее, тем он больше. Помимо этого, мощность деятельного
слоя зависит от состава грунтов, характера снегового покрова,
грунтовых вод и других факторов.
Многолетние наблюдения позволили установить, что на суро-
вых берегах Ледовитого океана деятельный слой особенно мал:
в песках он не превосходит 1,6, в глинах 1,0, а в торфе даже
0,4 метра.
В южных районах островной мерзлоты картина совершенно
иная. Здесь в песках мощность деятельного слоя достигает 4,5,
а в глинах 2,5 метра.
Второй слой «вечной мерзлоты» в отличие от первого — слой
устойчивого режима, сохраняющегося длительное время. Сложен
он толщами замерзших грунтов. В одних случаях они представляют
216
собой сплошной монолит, мощностью в десятки и сотни метров.
В других слои мерзлых грунтов чередуются с прослойками талых.
Они напоминают слоеный пирог. Такая мерзлота получила назва-
ние слоистой.
Нередко в вечномерзлых породах содержатся прослои и лин-
зочки чистейшего льда. Обычно они не превышают по толщине
десяти сантиметров, но встречаются и крупные многометровые
толщи льда.
Горная порода может замерзнуть и при отсутствии в ней воды.
Если это пески, то, имея отрицательную температуру, они сохра-
няют свою сыпучесть. Такое явление носит название сухой мерз-
лоты.
В слоях вечной мерзлоты обнаружено интересное явление.
В них найдены некоторые простейшие организмы в состоянии
анабиоза. При отогревании они оживали. Это дало повод к по-
явлению фантастических романов, в которых авторы заморажи-
вали своих героев во льдах, а затем через сотню-другую лет заста-
вляли оживать.
Вечномерзлые породы являются прекрасной средой для кон-
сервирования трупов животных. Так, «вечная мерзлота» сохра-
нила нам мамонтов вместе с их шкурой и мясом.
Самый нижний «этаж» (рис. 121) — область обычных немерз-
лых пород.
Нашу экскурсию по «этажам» «вечной мерзлоты» закончим
упоминанием, что подземные воды также располагаются тремя
«этажами». Особенно большое практическое значение имеют воды
верхнего «этажа». Их называют надмерзлотными водами. Они
накапливаются в деятельном слое над поверхностью мерзлых
пород.
Второй «этаж» занят межмерзлотными водами, которые могут
циркулировать в прослоях талых грунтов.
В нижнем «этаже» размещаются подмерзлотные воды.
ЛЕДЯНОЙ ПАНЦИРЬ
Однажды морозным январским днем ехали мы по санной до-
роге, проложенной в долине реки Витим. Стояли жгучие морозы.
Вдруг перед нашими глазами выросло какое-то странное препят-
ствие. Лошадь остановилась. Через дорогу широким языком
спускался с ближайшего склона ледяной поток. Его мощность
достигала по меньшей мере двух метров. Переправиться через
него было невозможно.
Образование подобных ледниковых потоков — частое явле-
ние в районах распространения «вечной мерзлоты». Жестокие
морозы вызывают постепенное промерзание верхней части дея-
тельного слоя. Надмерзлотная вода оказывается как бы зажатой
между слоем «вечной мерзлоты» и постепенно замерзающим с по-
верхности грунтом. Если в поверхности возникает трещина, то
217
Рис. 122. Наледь, затопившая дома (по Б. Демчинскому)
через нее под напором выливается надмерзлотная вода. Она устре-
мляется потоками вниз по уклону, быстро замерзая. Повторное
появление трещин ведет к образованию на поверхности склона
довольно мощных ледяных языков. Иногда изливающаяся вода
образует сплошной ледяной панцирь на каком-то участке земли.
Это явление получило название грунтовых наледей.
Нередки случаи, когда вода в поисках выхода прорывается
с силой в подполья домов, быстро затопляя их и поднимаясь
в первый этаж здания. Пострадавшие дома выглядят довольно
оригинально. Из всех окон и дверей широким потоком выливаются
на улицу потоки льда (рис. 122).
Наледи образуются также у постоянно действующих источни-
ков подземных вод. В некоторых случаях подобные ледяные
образования могут достигать солидных размеров.
Не менее часто встречаются в Сибири речные наледи. Их обра-
зование связано с деятельностью рек. Большинство их покры-
вается ледяным покровом уже в октябре месяце. Морозы с каж-
дым днем становятся все сильнее и сильнее. Ледяной покров
быстро нарастает. Постепенно он заполняет большую долю русла
реки. Трудно становится пробиваться речному потоку. Зажатый
в ледяных тисках, он энергично ищет выход. Как только обнару-
живается слабый участок в ледяном покрове, вода своим давле-
нием пробивает его и выплескивается наружу. Во многих случаях
под напором воды сначала образуется на поверхности реки ледя-
ной бугор, который затем с громким шумом лопается, выбрасы-
218
вая массу воды. Поток ее широко разливается, затопляя приле-
гающие речные берега. Замерзая, она образует речную наледь.
Особенно большие наледи образуются при совместном дей-
ствии подземных и речных вод. Такого типа образования могут
покрывать обширные территории, площадь которых измеряется
десятками и сотнями тысяч квадратных метров. Встречаются
даже такие, размеры которых измеряются квадратными кило-
метрами. Известны гигантские наледи площадью до 20 квадрат-
ных километров. Обычная толщина наледей колеблется в преде-
лах нескольких метров. Но в мощных наледях она достигает
0,5 километра.
В наледной толще время от времени возникают трещины.
Такое растрескивание наледей сопровождается настоящими взры-
вами, при которых глыбы льда в десятки и даже сотни тонн весом
разлетаются на десятки метров в стороны.
Возникновение наледей часто наносит большой ущерб. Они
повреждают и даже полностью разрушают встречающиеся на их
пути мосты и дома. Особенно много неприятностей наледи при-
носят дорогам.
Многолетняя борьба с этим явлением многому нас научила.
Мы теперь в состоянии остановить движение наледей. В одних
случаях это можно достигнуть устройством на их пути снежного
вала.
Образование наледей можно предупредить, организовав на
опасном участке снегозадержание. Достаточно большой слой снега
явится надежной защитой от глубокого промерзания деятель-
ного слоя. В ряде случаев возникает необходимость быстрого
удаления наледей. Тогда их взрывают.
Борьба с наледями, разрушающими дороги, ведется следу-
ющим образом. Устраивают выше защищаемой дороги мерзлот-
ные пояса (так называют участки грунта, оголенные от снега,
торфа, мха или дерна). Вдоль этого пояса грунты глубоко промер-
зают. Иногда для образования мерзлотного пояса устраивают
неглубокую канаву, ускоряющую промерзание. Перед таким
экраном из замерзшего грунта образуется наледь, но она уже
не опасна для дороги.
Человек сумел заставить наледи служить своим целям. Их
можно использовать вместо громоздких, дорогостоящих плотин.
Предположим, нам необходимо иметь для работы предприятия
запас воды. Для этого нужно создать водохранилище. Оказалось,
что в районе вечномерзлых грунтов воду может дать наледь.
Для этого выбирается какое-либо понижение местности. И на
пути потока грунтовых вод устраивается мерзлотный пояс. Через
некоторое время здесь вырастает наледь. Количество заключен-
ной в ней воды может хватить не только на весну, но и на лето.
Собирая талую воду, мы будем иметь качественный источник
водоснабжения.
219
А вот еще одна польза наледей — они служат верным указа-
телем выходов на^поверхность подземных вод.
БУГРЫ-БУЛГУНИЯХИ
На поверхности замкнутой впадины, заросшей лесом, в зимние
дни возникает странный бугор. Сначала он небольшой, но уже
через некоторое время вырастает до двух метров. Какая-то сила
поднимает землю, выворачивает деревья. Идут дни, бугор растет.
Вот он достигает высоты 15 метров. Деревья на участке, захвачен-
ном им, наклонились в разные стороны. Геологи такое хаотиче-
ское расположение леса называют «пьяным лесом». В данном слу-
чае лес «опьянел» из-за действия колоссальной силы, выдавлива-
ющей снизу землю.
Образовавшуюся форму называют ледяным бугром, или по-
якутски булгунняхом.
Как же он образуется? Какая сила заставляет вздыматься
яюверхность земли?
Дело в том, что в результате промерзания поверхностного
>слоя грунта надмерзлотная вода сжимается, как в тисках. Ее
гидростатическое давление достигает 40—60 атмосфер. Под его
действием верхние почвенные слои начинают подниматься, обра-
зуя бугор.
Булгунняхи в северных районах Сибири имеют значительные
размеры. Высота образующихся бугров в отдельных случаях
Рис. 123. Булгуннях
220
достигает 20—40 метров (рис. 123). Диаметр бугра в таком случае
может быть 80—100 метров.
Если попытаться разрезать булгуннях, то можно увидеть
следующее строение: сверху он всегда покрыт торфом или дерном,
за которым следует 1,5—2,5-метровый слой грунта, прикрыва-
ющий массив чистейшего льда. Внутри булгунняха всегда есть
вода. Она основательно сжата и поэтому имеет напор.
Бывают случаи, когда булгуннях с грохотом лопается и из
образовавшейся трещины на его склон бурно изливается вода.
Замерзая, она образует грунтовую наледь.
Ледяные бугры известны и на Северном Урале. Встречаются
они и в Северной Америке, где их называют пинго.
Образование булгунняхов в районах застройки или дорог
приводит к серьезным разрушениям.
Различны пути борьбы с образованием бугров. Но основой
всего является изменение условий движения надмерзлотных
подземных вод.
ДРУГИЕ ЯВЛЕНИЯ,
СВЯЗАННЫЕ С МЕРЗЛОТОЙ
Настоящим бичом аэродромов, автомобильных и железных
дорог является пучение грунтов, возникающее при их сезонном
промерзании.
Первое вспучивание сильно увлажненного грунта возникает
в самом начале зимы. Оно выражается в местном поднятии бугор-
ков. Их высота колеблется от нескольких сантиметров до метра.
Постепенно поднимаясь, эти бугорки достигают наибольших раз-
меров в самый разгар зимы. С наступлением теплого времени они
опадают и на их месте образуются заполненные грязью ямы.
При пучении деформируются асфальтовые и бетонные одежды
дорог, разрушаются рельсовые пути. Часто под действием пучения
из грунта выбрасываются крупные предметы: столбы, камни
и т. д. (рис. 124). В такой небольшой стране, как Норвегия,
300 километров железных дорог ежегодно выходит из строя
вследствие пучения. В США особенно страдают от этого явления
дороги в штатах Висконсин, Северная Дакота, Небраска, Айдахо.
Инженеры-дорожники ведут успешную борьбу с образованием
пучин.
Лучшим из всех применяемых методов является осушение
грунтов, для чего организуется отвод от дорожного полотна
дождевых и подземных вод.
На особо пучинистых участках приходится заменять глинистые
грунты, особенно предрасположенные к пучению, на гравелисто-
песчаные.
В последнее время успешно применяется для защиты грунтов
от морозного пучения введение в их состав раствора хлористого
221
Рис. 124. Схема выпучивания (вымораживания) крупных предметов при
промерзании и таянии влажных рыхлых пород (по И. Д. Белокрылову)
1 — начальное положение; 2 — выпучивание при замерзании; з — осаживание при тая-
нии (а — величина сезонной деформации, б — полость, заполненная илом); 4 — столб
выброшен
кальция. Такой грунт, содержащий небольшую добавку (1—2%)
этой соли, замерзает не при 0 градусов, а при 10—12 градусах
мороза. Это ведет либо к полному предотвращению пучения,
либо оно проявляется в незначительной степени.
Остановимся на характеристике еще одного явления — термо-
карста. Внешне он проявляется провалами поверхности и обра-
зованием воронок, заполненных водой.
Термокарст возникает на участках таяния погребенных в земле
льдов. Над образовавшимися пустотами происходит обрушение
поверхности, поэтому строить на таких участках опасно.
В районах «вечной мерзлоты» при наступлении теплых дней
наблюдается еще одно явление: расположенные на склонах грунты,
начиная таять, разжижаются и теряют свою устойчивость. Под
действием веса эта жидкая масса скользит вниз по склонам.
На поверхности остаются уступы, борозды и другие неровности.
Это явление носит название солифлюкции.
«ВЕЧНАЯ МЕРЗЛОТА» ПОБЕЖДЕНА .
Прежде чем строить на «вечной мерзлоте», нужно хорошенько
подумать и взвесить все обстоятельства. Полезно всцомнить рус-
скую пословицу: семь раз отмерь и один раз отрежь.
О коварстве «вечной мерзлоты» нельзы забывать. Остановимся
на вопросе о прочности вечномерзлых грунтов. Для этого важно
выяснить, вся ли вода в них находится в виде льда.
Совсем недавно этот вопрос не вызывал сомнений. Советский
ученый Н. А. Цытович, усомнившись в правильности такого
ответа, после долгой кропотливой работы обнаружил, что в мерз*
2 22
лых грунтах, даже при сравнительно низких температурах,
сохраняется жидкая вода. Она образует тончайшие пленки,
окружающие коллоидно-дисперсные частички. Температура ее
замерзания от —30 до —40 градусов.
Далее Н. А. Цытович установил, что мерзлые породы могут
выдерживать очень высокие давления, но при одном условии:
давление должно быть кратковременным.
Опыты показали: мерзлый грунт в состоянии выдержать мгно-
венную нагрузку величиной в 150 тысяч килограммов на квадрат-
ный метр.
Но картина резко меняется, если эта нагрузка будет постоян-
ной: мерзлый грунт начинает течь, как жидкость. Это объясняется
тем, что в составе мерзлого грунта есть жидкая вода.
Следовательно, величина допустимой нагрузки должна быть
значительно меньше. Обычно ее значения не превосходят 2,5—
6 тысяч килограммов на квадратный метр.
А что произойдет, если мерзлый грунт растает?
В этом случае из прочного монолитного состояния он перехо-
дит в рыхлое и разжиженное. Построенные на мерзлом грунте
дома дают сильные осадки. Нередки случаи выдавливания
жидкого, талого грунта из-под фундамента, ведущие к раз-
рушению сооружений. Этот процесс по внешнему сходству
с просадкой в лёссовых грунтах также получил название про-
садки.
Сложная задача строительства на мерзлых грунтах успешно
решена советскими учеными и инженерами. В районах развития
мощной «вечной мерзлоты» выросли целые города, такие как
Игарка, Норильск, Воркута. Их улицы и площади застроены
прекрасными зданиями. Все постройки, за редким исключением,
стоят прочно и нерушимо.
В Советском Союзе впервые в мире в 1936 г. была построена
в районе «вечной мерзлоты» тепловая электростанция в городе
Якутске. Основанием ей служит вечномерзлый грунт с большим
содержанием льда. Вот уже почти 25 лет, как она успешно ра-
ботает.
Достигнутый успех становится особенно понятным, если учесть,
что каких-нибудь 30—35 лет тому назад редкое сооружение,
построенное в районах «вечной мерзлоты», сохраняло прочность
4—5 лет.
Как же удалось добиться таких успехов?
На этот вопрос можно ответить двумя словами: большим тру-
дом. Много сил, энергии было затрачено на изучение мерзлоты
геологами и строителями, но зато удалось достигнуть блестящих
результатов.
В наше время строительству в районах «вечной мерзлоты»
предшествуют тщательные инженерно-геологические исследова-
ния территории. И
223
Рис. 125. Схема проветриваемого
подполья при строительстве на
мерзлых грунтах
Только собрав геологические данные, можно начинать проекти-
ровать, а затем строить.
Познакомимся с методами строительства домов в районах
распространения «вечной мерзлоты».
Если мощность вечномерзлых грунтов достаточно велика
(более 10 метров), то широко применяется способ строительства
с сохранением мерзлого состояния грунтов. Этот метод успешно
применяется при возведении жилых и общественных зданий,
а также многих промышленных сооружений.
Как же можно сохранить под зданиями мерзлое состояние
грунтов? Для этой цели применяется устройство фундаментов
с проветриваемыми подпольями. Дома строятся так, чтобы мороз-
ный воздух свободно мог циркулировать через отверстия, оста-
вленные между полом первого этажа и грунтом (рис. 125).
Этот способ был разработан и применен еще в XIXв. русскими
строителями. Построенный таким образом монастырь в Якутске
до настоящего времени стоит прочно и нерушимо. Советские
строители теоретически обосновали способ сохранения мерзлого
состояния грунтов и использовали для постройки многих соору-
жений и целых городов (Норильска, Игарки и др.). Все водопро-
водные, канализационные и тепловые трубопроводы подвеши-
ваются к потолку подполья или монтируются в специальных
подземных галереях.
Для сохранения вечной мерзлоты под промышленными соору-
жениями с котельными приходится искусственно подавать мороз-
ный воздух в грунты основания.
Возникает вопрос: как строить, если мощность мерзлого слоя
грунта сравнительно невелика, меньше 7—10 метров?
Здесь на помощь приходит метод предварительного оттаивания
мерзлых грунтов. Этого можно добиться, используя солнечное
тепло. Достаточно летом снять на участке верхний утепляющий
слой грунта (мох, дерн, лесная подстилка, торф) и оставить его
протаивать. В зимнее время на таком участке осуществляется
снегозадержание. Оно в свою очередь утепляет поверхность
грунта. Таким способом в течение двух — трех лет вызывается
оттаивание 5—6-метрового слоя мерзлого грунта.
224
Для песков и глинистых грунтов оттаивание может произво-
диться также с помощью горячего пара. Для этой цели применяют
специальные паровые иглы, которые погружают в грунт, и череэ
них пропускают горячий пар. Таким образом удается оттаять
мерзлые грунты на глубину 7—10 метров.
Талый грунт часто разжижается и его приходится дополни-
тельно укреплять.
Если условия строительства и разнородные грунты неизбежно
влекут за собой большие неравномерные осадки зданий, то инже-
неры должны так конструировать их, чтобы они не боялись нерав-
номерного уплотнения основания. Таким образом, наука и тех-
ника нашли пути и способы покорения вечномерзлотных толщ.
15 Заказ 607.
БУДУЩЕЕ
ИНЖЕНЕРНОЙ
ГЕОЛОГИИ
(Вместо послесловия)
Вот и подошел конец нашего повествования. Читатель позна-
комился с прошлым и настоящим инженерно-геологических явле-
ний и процессов. Человек нашел ключи к многим из них, научился
бороться и побеждать природную стихию. Однако инженерная
геология — молодая отрасль науки. Не всегда она удовлетво-
рительно решает , стоящие перед ней вопросы. Многое уже
’Сделано, но, пожалуй, неизмеримо больше предстоит впереди.
Нужно приложить еще много усилий для изучения закономер-
ностей сейсмических явлений, оползневых процессов, обвалов
и других проявлений сил природы. Необходимо окончательно
их покорить.
На повестке дня стоит создание морской инженерной геологии.
Безбрежный океан имеет свои особые явления и законы
жизни. Много загадок морских глубин предстоит решить инжене-
рам-геологам. Это позволит человеку завоевать новое прост-
ранство для жизни и получить богатейшие источники пищи и по-
лезных ископаемых.
Человек вышел в космос. Ю. А. Гагарин своим полетом вписал
новую страницу в историю развития человечества. Советская авто-
матическая станция, впервые осуществив мягкую посадку на
поверхность Луны, положила начало исследованиям поверхности
нашего ночного светила.
В результате зародилась новая отрасль науки — планетная
геология. Важнейшим ее разделом должна явиться, инженерная
планетная геология, или правильнее сказать — инженерная пла-
нетология.
Можно еще много говорить о перспективах развития инженер-
ной геологии, но мы ограничимся сказанным. Перед этой наукой,
как и перед другими отраслями знания, стоит благородная
задача—всемерно способствовать человечеству идти к блестящим
вершинам светлого будущего человечества — коммунизму.
Инженерная геология ждет молодых пытливых исследователей,
которые должны проложить новые пути в познании природы.
226
РЕКОМЕНДУЕМ
ДЛЯ ЧТЕНИЯ И ИЗУЧЕНИЯ
Абелев Ю. М. Плывуны как основание сооружений и методы их иссле-
дования на месте постройки. Госстройиздат, 1947.
Бачинский Н. М. Антисейсмика в архитектурных памятниках Сред-
ней Азии. Изд. АН СССР, 1949.
Бублейников Ф. Д. В пещерах Крыма, 1941.
Бублейников Ф. Д. Пещеры. Госкультпросветиздат, 1953.
Воронихин А. Кунгурская ледяная пещера, 1951.
Гвоздецкий Н. А. Карст. Изд. 2-ое, Географгиз, 1954.
Горшков Г. П. Землетрясение на территории Советского Союза. Гео-
графгиз, 1949.
Горшков Г. П.,Якушева А. Ф. Общая геология. Изд. МГУ, 1957.
Денисов Н. Я. Гидрогеология и инженерная геология. Госстройиздат,
1957.
Дмитриев Ф. Д. Крушение инженерных сооружений. Госстройиздат,
1953.
Кастере Н. Десять лет под землей. Географгиз, 1956.
Кастере Н. Тридцать лет под землей. Географгиз, 1959.
Кнорре М. Е., Абрамов С. К. и Рогозин И. С. Оползни
и меры борьбы с ними. Стройиздат, 1951.
Коломенский Н. В., Комаров И. С. Инженерная геология.
Изд-во «Высшая школа», М., 1964.
Ларионов А. К., Ананьев В. П. Основы минералогии, петрогра-
фии и геологии. Изд-во «Высшая школа», М., 1961.
Ларионов А. К., Приклонский В. А. и Ананьев В. П.
Лёссовые породы СССР и их строительные свойства. Госгеолтехиздат,
1959.
Максимович Г. А. и Горбунова К. А. Карст Пермской
области. Пермь, 1958.
Маслов Н. Н. Инженерная геология. Госстройиздат, 1957.
Обручев В. А. Основы геологии. Изд. АН СССР, 1956.
Попов И. В. Инженерная геология. Изд. МГУ, 1959.
Приклонский В. А. Грунтоведение. Госгеолтехиздат, ч. I, 1955;
ч. II, 1952.
Саваренский Ф. П. Инженерная геология. ОНТИ, 1937.
Святловский А. Е. Цунами. Изд. АН СССР, 1957.
Седлецкий И. Д., Ларионов А. К. Невидимые минералы.
Укртехиздат, 1955.
Сергеев Е. М. Грунтоведение. Изд. МГУ, 1959.
Сергеев Е. М. Геология и строительство. Изд-во «Знание», М., 1962.
Федорович Б. А. Лик пустыни. «Молодая гвардия», 1954.
Флейшман С. М. Селевые потоки. Географгиз, 1951.
Цытович Н. А. Механика грунта. Госстройиздат, 1963.
Цытович Н. А. Основания и фундаменты на мерзлых грунтах. Изд.
АН СССР, 1958.
Яковлева О. Землетрясение в Москве 1445 г. Труды Сейсмографиче-
ского института АН СССР, № 117, 1945.
Яковлев С. А. Жизнь Земли. Гостоптехиздат, 1949.
15*	227
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕЖДЕ ЧЕМ СТРОИТЬ
Прочна ли поверхность Земли.................................
Биография грунтов ..........................................
Роль биографии грунтов в строительстве..................
ИНТЕРЕСНЫЕ ГРУНТЫ
Поговорим о песках..........................................
Путешествующие песчинки ................................
Почти кругосветное плавание...........................
По воздуху и вприпрыжку...............................
Бич побережий.........................................
Моря песка............................................
Как остановить движение песка.......................	.
Двуликий Янус ..........................................
«Дом, построенный на песке»...........................
Поразительный опыт ...................................
Загадочные пески .......................................
Поющие, лающие, всхлипывающие.........................
Пески, наводящие ужас.................................
Как образуются зыбучие пески..........................
Плывущие и текущие......................................
Выручила ржаная мука..................................
Грунт плывет..........................................
Катастрофические потоки грунта........................
Как образуются плывуны................................
Какое давление может выдержать плывун.................
Можно ли бороться с плывунами.........................
На помощь приходит мороз..............................
Мысль человека работает...............................
Глинистые грунты ...........................................
Глины ......................................................
«Невидимые» минералы ...................................
Коварные свойства глин..................................
Падающая башня..........................................
Трещит, а держится......................................
Удивительная история ...................................
228
«Растворяющаяся» порода......................................... 69
Спор, продолжающийся 125 лет................................. —
Поразительное действие воды................................. 72
Неприятные казусы .......................................... 73
Провалы поверхности в лёссах................................ 76
Почему лёссы дают просадки.................................. 77
С просадками можно бороться................................. 80
«Огненный меч».............................................. 81
Другие пути борьбы с просадками............................. 82
Взрыв в Голодной степи..................................... 84
Конфуз помог .............................................. 85
Самые слабые ................................................... 86
Мягкий, как подушка........................................ —
Совсем жидкий грунт........................................ 88
Загадка Мехико ................................................ 89
ЗЕМЛЯ СОДРОГАЕТСЯ
Наблюдения и факты............................................. 92
120 сотрясений поверхности в час......................... —
Когда больше выделяется энергии — при атомном взрыве или
землетрясении ........................................... 95
Что же сотрясает Землю................................... 96
Можно ли землетрясение, происходящее в Австралии, обнару-
жить в Москве............................................ 99
Гибель городов и стран................................... 100
Максим Горький рассказывает.............................. 102
Катастрофа в Греции........................................ —
Свидетельство Марка Твена................................ 103
6 октября 1948 г. в Ашхабаде............................. 104
Бывают ли землетрясения в Москве......................... 105
Внимание! Цунами! ......................................... —
Можно ли предсказать землетрясение............................. 108
Когда можно ожидать землетрясение........................ 110
Поиски, поиски, поиски..................................... —
Бури наклонов и шепот пород.............................. 112
Предсказание цунами ...................................... ИЗ
Один удар — разные последствия................................. 114
Где больше сила удара: на гранитной скале или на песке ...	—
Факты подтверждают теорию................................ 115
Строители находят выход........................................ 117
Опыт зодчих древности.................................... 119
Как строят дома, не боящиеся землетрясений............... 122
«Подвешенный» дом.......................................... —
Возможна ли борьба с цунами.............................. 123
Несколько слов о малых сотрясениях поверхности........... 124
Человек использует для своих целей сотрясения земли ...	125
229
ЭЗОГЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С НИМИ
Оползни ........................................................ 12К
По пожелтевшим страницам летописи.......................... —
Оползни в Саратове........................................ 130
«Вулкан в Саратове........................................ 131
Волгоградские оползни ................................... 132.
Бич Черноморского побережья.............................. 135»
Катастрофические оползни ................................. 137
Неприятные сюрпризы ..................................... 138-
Почему возникают оползни .................................... 140
Вода — враг склонов ...................................... 142
Вода подмывает и перерабатывает берега................... 143»
Предупреждение оползания ................................. 14&
Можно ли задержать размыв берегов......................... 150
Можно ли удержать оползень............................... 153»
Грандиозные обвалы и лавины.................................... 156-
Обуздание горного дьявола ................................ 15S
Как возникают обвалы...................................... 150
Способы борьбы с обвалами................................. 161
Берегись! Лавины! ........................................ 162
Как образуются лавины..................................... 164
Каменные и грязевые потоки..................................... 166-
Потоки и реки из каменного материала....................... —
Каменная река из скал..................................... 169
Грязевые потоки ........................................... 170
Катастрофа в Лос-Анжелосе.................................. —
Алма-Атинский сель ....................................... 172
Борьба с селями........................................... 173
Мир	подземных дворцов.................................. 175»
Вода-строитель.............................................. —
По пути водяной струйки.................................... 17	&
Вода «съедает» породу..................................... 170
Неутомимая труженица...................................... 181
Подземный мир ............................................ 184
Большие и малые пещеры.................................... 187
Пропасти.................................................. 180
Поющие горы .............................................. 191
Текущие вспять реки и исчезающие озера ................... 192
Великолепие подземного мира.............................. 193-
Благоустроенные пещеры ................................... 196
Ледяные пещеры ........................................... 198
В недрах Кунгурской пещеры................................ 190
Провалы поверхности............................................. 201
«Полуостров» на суше...................................... 208
Как образуются провалы поверхности........................ 205
Подземные горные выработки и поверхность земли............ 205
230
Как строить в карстовых районах............................ 207
Как определяют наличие пустот............................. 200
Холод в земле.................................................... 211
«Вечная мерзлота» .......................................... —
Есть ли мерзлота на юге.................................. 213-
Три «этажа» ............................................... 215
Ледяной панцирь............................................ 217
Бугры-булгунняхи .......................................... 220
Другие явления, связанные с мерзлотой...................... 221
«Вечная мерзлота» побеждена................................ 222
Будущее инженерной геологии (Вместо послесловия)................ 22€>
Рекомендуем для чтения и изучения.......................... 227
Ларионов
Анатолий Константинович
Занимательная инженерная геология
Издание 2-е
Ведущий редактор А. И. Федотова.
Художник В. Г. Нагаев
Технический редактор В. В. Соколова.
Корректор Т. В. Чирикова.
Т-15627. Сдано в набор 15/V 1967 г.
Подписано к печати 5/XI 1967 г.
Формат бумаги 60х90*/1<‘ Печ. л. 14,5. Бум. 1.
Уч.-изд. л. 13,22. Тираж 19 000 экз.
Цена 59 коп. Заказ К« 607/2560-2.
Индекс 1—5—0.
Издательство «Недра».
Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19.
Ленинградская типография Кг 14 «Красный Печатник»
Главполиграфпрома Комитета по печати
при Совете Министров СССР.
Московский проспект, 91.
Цена 59 коп>
НЕДРА-1968