Провалы грунта: в Самаре разверзлись «врата ада»

Провалы в земле становятся все более распространенным явлением — за последние дни в этом неоднократно могли убедиться жители Самары. Виноваты в этом сами люди, нарушающие баланс грунтовых вод

В Самаре в эти дни проводят внеплановый аудит инженерных сетей: за несколько суток в городе ушли под землю сразу три автомобиля. В понедельник на одной из центральных улиц в заполненную водой глубокую яму практически целиком провалился Hyundai. На поверхности оставались лишь задние фонари автомобиля. Очевидцы ЧП извлекли из легковушки водителя, 72-летнего пенсионера. По дороге в больницу тот скончался от сердечного приступа в автомобиле «скорой помощи».

Двумя днями позже практически одновременно в Самаре произошли сразу два похожих инцидента, обошлось без пострадавших. В одном случае в яму шириной более двух метров и длиной около трех ушел груженный асфальтом «КамАЗ», в другом под землей передними колесами оказалась припаркованная «Лада-Калина».

Мэр Самары Дмитрий Азаров распорядился сформировать специальную комиссию по расследованию причин провала городского грунта. «Даже рядовые случаи, когда приобретают такую регулярность, будоражат людей. Понятно, что сети изношены и не ремонтировались с должной регулярностью. Но это не повод опускать руки. Все службы должны быть мобилизованы», — говорится в сообщении горадминистрации.

Провалы, когда под ногами неожиданно разверзается земля, становятся все более распространенным явлением, констатируют геологи.

Пожиратели домов

Гватемала-Сити, 31 мая 2010 года. Тропический шторм «Агата» пронесся по Центральной Америке, неся за собой ливневые дожди, оползни, наводнения, разруху. Не успели начаться восстановительные работы, как в столице Гватемалы на месте дорожного перекрестка внезапно возникает воронка диаметром 18 метров и глубиной до 60 метров, в которую обрушиваются трехэтажный жилой блок и одноэтажный флигель. Тремя годами ранее, в феврале 2007 года, всего в нескольких километрах случился провал глубиной 90–100 метров, поглотивший несколько домов. В обоих случаях пострадали люди.

После первого обрушения предполагали, что это был карстовый провал, возникший в результате вымывания известняковых пород. Но Гватемала построена на вулканической пемзе, которая не растворяется в воде. Позже выяснилось, что из-за аварий канализационных сетей проточными водами срывало и уносило фрагменты пемзы, в результате чего в подпочвенном слое постепенно образовалась огромная полость. В 2010 году все это усугубилось огромным количеством воды, принесенной «Агатой».

Земляные провалы наблюдаются по всему миру. Они могут достигать от одного до нескольких сотен метров в диаметре и в глубину. На первый взгляд они выглядят чем-то сверхъестественным. Кажется немыслимым, чтобы земная твердь вдруг уходила из-под ног, исчезая в разверзшейся пропасти. Однако в последние десятилетия подобные явления случаются все чаще. Эксперты считают, что виноваты в этом мы сами. Помимо того что мы перегружаем земную поверхность тяжелыми зданиями и сооружениями, мы нарушаем баланс грунтовых вод, понижая их уровень и увеличивая, таким образом, риск обрушения почвы.

Гватемала, июнь 2006 года. Провалившийся фрагмент шоссе увлек за собой грузовик. Фото: AP

Подпочвенный слой похож на сыр с дырками

Подземные пустоты, как правило, образуются в результате растворения подпочвенного слоя медленно просачивающимися дождевыми водами. Известные всем сталактитовые пещеры со сталактитами и сталагмитами формируются именно таким образом. В какой-то момент подпочвенный слой по количеству дыр может соперничать со швейцарским сыром. Когда происходит обрушение, на поверхности со временем формируется пересеченная местность, называемая геологами карстовым ландшафтом в честь известнякового плато Крас (Карст) на севере Италии, Словении и Хорватии.

Карст — это совокупность геологических процессов и созданных ими явлений в областях распространения растворимых и водопроницаемых горных пород. Геологами также выделяется псевдокарст. Под псевдокарстом подразумеваются зияния в почве, возникшие вследствие образования подпочвенных пустот, вызванных иными рельефообразующими процессами, нежели растворение. Это могут быть пещеры, образовавшиеся, например, во время оползней или прохождения лавового потока. Также это могут быть пустоты, сформировавшиеся в результате человеческой деятельности.

Врата ада

Земляные провалы и карстовые процессы — явления вполне естественные. В ноябре 2010 года в жилом районе немецкого городка Шмалькальден в Тюрингии грунт обваливался дважды. 1 ноября из-за провала грунта прямо посреди улицы образовалась яма диаметром 40 и глубиной 20 метров, 11 ноября произошел новый обвал. Грунт обвалился на границе со старым кратером, задев территорию, где располагаются гаражи жителей близлежащих домов. Земля разверзлась посреди ночи, поэтому обошлось без жертв.

Ярким примером вмешательства в естественный процесс человеческого фактора является Западная Флорида, США. В декабре 2010 года открылся серьезный провал в округе Хиллсборо (Флорида) на полигоне твердых отходов. По данным 1980 года этот район считался не подверженным появлению провалов. В последние десятилетия здесь вследствие активного использования грунтовых вод резко снизился их уровень, что привело к стремительному росту провалов, разрушающих здания и дороги. Ущерб, причиняемый карстовыми явлениями, только в США ежегодно составляет до 15 млрд долларов.

Справедливости ради надо отметить, что благодаря карстовым процессам во многих не заселенных человеком уголках мира образуются красивые и разнообразные ландшафты, имеющие огромную биологическую ценность. Примерами могут служить провалы в тропических лесах Индонезии и знаменитая Великая голубая дыра близ побережья Белиза.

Корень бед кроется в том, что современное общество все больше и больше подтачивает ресурсы подземных вод. Вода — неотъемлемая часть повседневной жизни, она широко используется как в промышленности, так и для орошения сельскохозяйственных земель. Где-то грунтовые воды откачиваются с помощью насосов с целью обеспечения сухости различных конструкций, где-то осушаются целые болота для нужд сельского хозяйства или строительства. По мере роста населения во многих местах возник дефицит воды.

Согласно пессимистическим прогнозам, войны XXI века будут вестись не за нефть, а за воду. В подземных пустотах и расщелинах пустыни Каракумы в Туркменистане содержится огромное количество газов. В 1971 году, когда близ селения Дарваз велись работы, буровики неожиданно попали в наполненную газом каверну (подземную полость). Не выдержав собственного веса, а также вследствие падения давления в каверне буровая установка рухнула в образовавшуюся яму диаметром 60 метров и глубиной 20 метров. Никто не пострадал, но из-под земли пошел газ. Его было решено зажечь, чтобы не травить людей и животных и в надежде, что он скоро выгорит. Сегодня, спустя четыре десятилетия, кратер продолжает гореть. «Дарваз» по-туркменски означает «врата», люди окрестили кратер «вратами ада».

Мертвое море проваливается

Огромную пользу человечеству должна принести разработка метода выявления подземных пустот с целью предотвращения образования земляных провалов. Вот уже несколько лет геолог Лев Эппельбаум из Тель-Авивского университета в Израиле совместно с иорданскими и французскими коллегами исследует провалы вокруг Мертвого моря.

Мертвое море представляет собой уникальное природное явление. Его поверхность и побережье расположены в 415 метрах ниже уровня моря и являются самым низким местом на земле. Море питают воды реки Иордан, из-за активного испарения концентрация соли здесь очень высока. В последние десятилетия воды Иордана все чаще и чаще используются для орошения сельскохозяйственных земель Израиля и Иордании. Это привело не только к росту сельскохозяйственного производства в регионе, но и к тому, что уровень моря теперь снижается почти на метр в год. Под угрозой оказались и существование вдоль морского побережья курортов, столь любимых туристами, и промышленная добыча соли.

В 1995 году в одном из самых престижных районов Сан-Франциско в 20-метровую воронку провалились два особняка. Фото: AP

В районе близ Мертвого моря на глубине от 25 до 50 метров повсеместно встречается многометровый слой соли. Ранее она скрывалась под грунтовыми водами, но из-за резкого падения уровня моря их уровень также снизился. Подземные воды соприкасаются с соляными глыбами, которые начинают очень быстро растворяться. В них возникают лакуны, которые приводят к образованию ям, а затем земляных провалов, а также к контакту соли с пресной дождевой водой, которая просачивается с поверхности в результате редких для этих мест осадков. Таким образом, соль растворяется еще быстрее, а количество вновь образовавшихся провалов радиусом от 1 до 30 метров исчисляется тысячами. Сегодня регион больше напоминает лунный ландшафт. За последние 80 лет, что ведутся записи об уровне воды в Мертвом море, оно уменьшилось более чем на треть — на 20 метров.

Повышение уровня моря могло бы предотвратить образование провалов, но ввиду экономически выгодного использования вод реки Иордан для орошения получить больший приток из нее, как в старые времена, нереально. Остается только прорыть канал через пустыню к югу по направлению к Красному морю. О таком канале уже давно поговаривают, и, возможно, в один прекрасный день он действительно будет построен. Правда, на это уйдет немало времени, а между тем геологи работают над созданием технологии обнаружения и земляных пустот и прогнозирования потенциальных провалов. Лев Эппельбаум считает, что в районах, окружающих Мертвое море, необходимо организовать постоянный мониторинг подпочвенного слоя.

Модели прогнозирования риска

По мнению ученых, экономически оправданным было бы использование самолетов с дистанционным управлением, которые на малых высотах могли бы собирать данные с помощью специальных измерительных приборов. В основе работы этих приборов лежит так называемая VLF-технология — технология очень низких частот. Она позволяет измерять сверхслабые электромагнитные поля естественного поля Земли и искажения этих полей, вносимые от поглощения и переизлучения различными объектами, например, при прохождении электромагнитных волн через подземные пустоты.

Наблюдения с воздуха можно сочетать с более традиционными геофизическими методами, к одному из которых относится измерение гравитационного поля Земли. Пустота в подпочвенном слое характеризуется несколько меньшей массой для конкретной точки и, следовательно, более низким ускорением силы тяжести на поверхности земли, что можно измерить с помощью чувствительных приборов. Еще один метод состоит в проведении через почву тока с целью измерения электрического сопротивления подпочвенного слоя, по которому определяются его свойства. Третий метод представляет собой современную версию классических сейсмических измерений, когда вглубь земли направляются ударные волны и с помощью сложных микрофонов регистрируются исходящие от подпочвенного слоя звуковые волны, по которым можно будет судить о его структуре.

Лев Эппельбаум и его коллеги разработали компьютерные модели, позволяющие объединить все геофизические данные в единую трехмерную картину подземных пустот. Они надеются, что в ближайшем будущем их метод найдет применение в области мониторинга потенциально опасных районов.