Содержание

Опасные геологические процессы

Опасные геологические процессы (ОГП) - это геологические и инженерно-геологические процессы и гидрометеорологические явления, которые оказывают или потенциально могут оказать отрицательное воздействие на состояние инженерных сооружений и прочих хозяйственных объектов, экосистем, а также на жизнедеятельность людей.
Наиболее распространенными типами опасных геологических процессов (по ГОСТ 22.1.02-97, ГОСТ Р 22.1.06-99 и СНиП 22-02-2003) являются:

•карстово-суффозионные процессы

• подтопление

• склоновые процессы

• эрозионные процессы

•склоновые процессы

По данным Центр ГМСН ФГУГП "Гидроспецгеология" (Федеральный центр ГМСН) соотношение количества проявлений разных генетических типов опасных геологических процессов на территории Российской Федерации следующее:

• больше всего проявлений овражной эрозии - 74660 (32% от суммарного количества проявлений всех генетических типов);

• на втором месте проявления карстового процесса -52748 (23%),

• на третьем - оползневого 27422 (12%).

Количество активных форм (от их общего числа) составляет для овражной эрозии 12%, для карста - 11% для оползневого процесса - 15%, а в среднем для первой тройки процессов около 13%.

Развитие опасных геологических процессов на участке исследований может быть обусловлено как непосредственно влиянием строительства на вмещающий грунтовый массив (техногенная активизация ОГП), так и изменением тектонических, гидрогеологических и прочих характеристик массива под воздействием региональных природных факторов.

Активизация опасных геологических процессов может оказать отрицательное воздействие на состояние инженерных сооружений, экосистем и привести к возникновению аварийных ситуаций, в том числе с непосредственной опасностью для жизнедеятельности людей. Поэтому для своевременного прогноза и предотвращения возникновения аварийных ситуаций необходимо проводить мониторинг опасных геологических процессов в зоне влияния строительства и реконструкции, а также на участках их потенциального развития.

Склоновые процессы

К склонам относятся участки поверхности Земли с углом наклона, превышающим 1°. Они занимают не меньше 3/4 площади суши. В зависимости от особенностей состава горных пород склоновые процессы имеют различный облик: Оползни - скользящее смещение масс рыхлых горных пород по склону под действием силы тяжести. Оползнями называют и формы рельефа, возникшие в результате оползания на склонах долин, на берегах рек,озер, морей. Скольжение масс породы происходит по склонам, подмываемым берегам рек. «Подошва» оползня часто скользит по насыщенному водой слою. Поэтому весной после продолжительных дождей оползни оживают. Скорость их движения различна.Сползший оползень покрывает нижнюю часть склона ступенями или буграми. Оползень может толкать перед собой рыхлые горные породы, из которых у подножья холма образуется оползневый вал. Оползневый рельеф типичен для побережья Черного и Азовского морей, для южной части Русской равнины. Нередко на поверхности оползня сохраняются деревья, росшие здесь до его образования. При сползании они наклоняются в разные стороны, и возникает так называемый «пьяный лес». Оползни могут разрушить дома, транспортные магистрали, приводят к человеческим жертвам. Так как они наносят большой ущерб народному хозяйству, с ними ведется борьба, заключающаяся главным образом в отводе поверхностных и грунтовых вод от места, подверженного оползневым явлениям. Изучением этого явления и борьбой с ним занимаются специальные оползневые станции. Обвал - это быстрое обрушение крупных глыб или массива горных пород с крутых откосов. Возникает он внезапно, когда породы на склоне теряют устойчивость в результате подмыва их рекой или морем, а также при землетрясениях, при строительных работах на склонах. Обвалы отличаются от оползней тем, что последние сползают без опрокидывания и сильного дробления. Особенно грандиозны обвалы в молодых горах. Лавины - большие массы снега, обрушивающиеся с горных склонов. Они вовлекают в движение горные породы, слагающие склоны. Внизу, у основания склонов, скапливаются снесенные с них обломки, разбитые деревья, содранный дерн. Лавине предшествуют сильные снегопады и метели. Сила ее огромна: ведь в одно мгновение обрушивается до миллиона тонн плотно слежавшегося за зиму снега. Лавины можно предвидеть. С этой целью создана сеть лавинных станций на Кавказе, Тянь-Шане, Памире, в Хибинах. На станциях ведутся постоянные наблюдения за погодой, накоплением снега, состоянием очагов лавинной опасности, поскольку это явление приносит большие разрушения и человеческие жертвы. Различные меры защиты выбираются в зависимости от конкретных условий. Склоновые процессы, как и выветривание, относятся к экзогенным (внешним) процессам, влияющим на изменение рельефа.

Криогенные процессы

Криогенными процессами называют геологические процессы, которые происходят при промерзании или оттаивании горных пород, а также замерзании подземных вод. Сезонное оттаивание - это оттаивание летом верхней части толщи мёрзлых пород. Этот оттаивающий слой называется сезонно-талым слоем. Сезонное промерзание соответственно - промерзание зимой верхней части талых пород, представляющей собой сезонно-мёрзлый слой. Одно из явлений, широко распространённое в пределах криолитозоны, - это многолетние бугры пучения. Образовываться они могут по-разному. Так, например, при промерзании талых торфяников зимой к ним начинает мигрировать вода из талых пород. Она тут же замерзает, превращаясь в объёмистый шлир льда. Торфяник приподнимается, на нём образуется бугор, постоянно увеличивающийся, поскольку вода всё продолжает поступать. Скорость роста таких бугров составляет до 10-30 см в год. Они достигают в высоту от 2-3 до 20 м, а в основании - от нескольких десятков до сотен метров. Такой бугор пучения называют миграционным, т.к. он образовался в результате миграции влаги. Существуют и другие виды многолетних бугров пучения. Один из них - инъекционный. Он возникает обычно в районах мелких озёр и других небольших водоёмов. Зимой такое озеро на вечной мерзлоте зачастую промерзает до дна. Однако под ним всегда есть насыщенные водой талые породы. Они также начинают промерзать. Талые породы оказываются как бы в мёрзлом мешке: сверху них лёд, снизу вечная мерзлота. Объём такого мешка по мере промерзания постепенно уменьшается, и вода талых пород, сжимаясь, начинает давить на сдерживающие их стенки и кровлю. Наконец, поддавшись этому давлению, мёрзлая кровля в наиболее слабом месте выгибается, образуя бугор пучения шлемовидной формы. Такие бугры пучения якуты называют «булгунняхами», а эскимосы - «пинго». Размер их зависит от количества воды в подозёрных талых породах (таликах) и может достигать в высоту 30-60 м, а в основании - 100-200 м. Наиболее часто булгунняхи встречаются в Центральной Якутии, на арктических приморских низменностях северо-востока Сибири и Северной Америки.
Наиболее распространённое явление - выпучивание врытых столбов, камней и других твёрдых тел из рыхлых отложений, которые при промерзании увеличиваются в объёме и пучатся. Нередко зимой такие рыхлые грунты смерзаются с вкопанным столбом, а затем, пучась, поднимают его вверх. Столб как бы вынимается из непромёрзшей части сезонно-талого слоя. Образовавшаяся под ним полость заполняется водой или разжиженным грунтом. При полном промерзании сезонно-талого слоя в этой полости образуется лёд или сильнольдистый грунт. Летом, пока не оттает подошва столба, он сохраняет своё приподнятое положение. После вытаивания льда в полости под столбом остаётся грунт, и потому столб, хотя и уходит в землю, но не настолько, чтобы принять своё первоначальное положение. С началом следующей зимы история повторяется. И так из года в год. Постепенно столб теряет устойчивость, наклоняется и падает. Не беда, когда это происходит со столбами изгородей, но когда падают телеграфные столбы и опоры электросети, деформируются сваи фундаментов зданий - это уже стихийное бедствие. В природе же многолетний процесс выпучивания валунов, скальных обломков и мелких камней приводит к формированию на поверхности каменных россыпей, образованию на пологих склонах целых каменных потоков. Иной вид криогенных процессов - растрескивание мёрзлых пород. Из-за разницы отрицательных температур в различных частях мёрзлых пород они раскалываются. При сезонном промерзании пород глубина образующихся трещин не превышает мощности сезонно-мёрзлого слоя. Однако в многолетнемёрзлых породах такие трещины могут проникать на глубину до 3-4 м и более. Если по какой-либо причине (потепление климата, деятельность человека) глубина сезонного оттаивания достигает сильнольдистых грунтов или подземных льдов, то они тоже начинают оттаивать. Появляется вода, которая, нагреваясь на солнце, повышает температуру находящихся под ней пород, и они продолжают оттаивать дальше. Причём эти породы постепенно уплотняются за счёт вытаявшего льда. Так образуются термокарстовые озёра. При определённых условиях под таким озером может протаять вся толща мёрзлых пород насквозь. Серьёзную опасность представляет собой и характерный для криолитозоны процесс соли-флюкции, развивающийся на склонах сопок, холмов и оврагов. Солифлюкцией (от лат. solum - «почва»; fluxus - «течение») называют течение рыхлых, сильно переувлажнённых масс грунта по откосам. Верхний слой вечной мерзлоты оттаивает летом на сравнительно небольшую глубину. Периодически он сильно переувлажняется талыми и дождевыми водами, которые не могут проникнуть на глубину сквозь мёрзлые породы. В результате верхний талый слой ещё сильнее намокает, увеличивается его вес, и он начинает сползать вниз по склону. Причём это происходит даже на скатах с уклоном всего 3-10°. Обычная скорость течения грунта по склону составляет 2-10 см в год. Однако иногда при обильных дождях или интенсивном таянии скорость такого оползня достигает нескольких метров в минуту. Известны случаи, когда солифлюкционные сплывы разрушали палаточные лагеря геологов на полуострове Ямал.
С водой в криолитозоне связаны такие явления, как наледи. Наледями называются ледяные наплывы, образующиеся в результате замерзания излившихся на поверхность подземных речных или озёрных вод. Зимой при промерзании верхней части водоносных пород в них возникает всё нарастающее гидростатическое давление (давление воды). Это происходит потому, что вода, превращаясь в лёд, увеличивается в объёме, сдавливая ещё не замёрзшую воду, и одновременно перекрывает ей все выходы на поверхность. Между тем вода, находящаяся подо льдом, сопротивляется ему, стремясь вырваться наружу, давит на ледяную корку промёрзшего грунта, пока наконец не прорвёт её и не выплеснется из своего заточения. Но, оказавшись на воле, вода быстро замерзает и покрывает льдом только что проделанное ею самой отверстие. И всё начинается сначала. Количество таких циклов может достигать нескольких десятков за зиму. Толщина наледей порой достигает 7-10 м, а площадь - нескольких десятков квадратных километров. Так, в 1866-1870 гг. на северо-востоке Сибири одной из экспедиций была обнаружена наледь площадью около 100 км2. Хороший мог бы получиться каток! Только вот беда: мест очередных выходов подлёдной воды на поверхность на таком катке не отметишь, а вырывается вода на свободу порой с настоящим взрывом. И это опасно. Кроме наледей в мёрзлых породах широкое распространение имеют подземные жильные и пластовые льды. Толщина таких пластовых льдов достигает 25-30 м и более, а протяжённость - нескольких сотен метров.

Эоловые процессы

Эоловые процессы Процессы и формы рельефа, связанные с работой ветра, названы эоловыми в честь древнегреческого бога Эола, повелителя ветров. Эти процессы включают: вынос ветром результатов выветривания; обтачивание, выдалбливание поверхности горных пород твердыми частицами, приносимыми ветром; перенос эолового материала и его аккумуляция. Процессы эти происходят везде, где есть незакрепленные рыхлые отложения, например, на песчаных берегах рек, но ярче всего работа ветра видна в пустынях - районах, отличающихся сухостью воздуха и отсутствием растительности. Горные породы там быстро разрушаются из-за сильных колебаний температуры (физическое выветривание). Ветер действует совместно с выветриванием, выносит его продукты и очищает поверхность для дальнейшего разрушения. В некоторых местах поверхность пустыни покрыта слоем крупных обломков, оставшихся на месте после выдувания мелких частиц. Этот слой предохраняет породы от дальнейшего разрушения. Случается так, что в безмолвной пустыне путник вдруг слышит странные звуки. В древности эти места называли «поющими песками», их боялись, считая, что это духи завлекают путников туда, откуда им не выбраться. Позднее обнаружилось, что звуки издаются песчинками, сползающими по поверхности влажных песков. Чем тоньше сползающий песок, тем тоньше звук. Причина появления этих звуков - электрические явления, возникающие в песке при сползании. «Поющие пески» есть не только в пустынях, они встречаются по берегам рек и морей. В пустынях ветер создает такие формы рельефа, как барханы. Это песчаные холмы, имеющие форму полумесяца. Высота их от 5 до 200 метров. Один склон у бархана пологий и длинный. Он всегда обращен в ту сторону, откуда дует ветер. Другой склон - крутой, с острым гребнем, изогнутый в виде дуги, и обращен он в ту сторону, куда дует ветер. Барханы под влиянием ветра могут передвигаться. Этим они и опасны, так как могут засыпать дома. Это происходит потому, что ветер сдувает песок с пологого склона, который скатывается вниз по крутому склону, и бархан передвигается со скоростью до сотен метров в год. Борьба с барханами заключается в закреплении песков деревьями или кустарниками. По мере роста отдельных барханов они соединяются в барханные цепи. Много барханов в пустынях Средней Азии и в Сахаре. В местах, где свободного песка мало для образования барханов и достаточно растительности, возникают бугристые или кучевые пески: неподвижные, закрепленные растительностью бугры высотой от 2 до 8 метров. На песчаных берегах морей, реже рек и озер, образуются дюны. В отличие от бархана, у дюны выпуклую форму имеет не пологий, а крутой склон. Наветренный склон пологий, подветренный - более крутой. Высота дюн может достигать 30 м и больше. На побережье Балтийского моря есть дюны высотой 60 м, а во Франции высота дюн достигает и 100 м. Перемещаются они со скоростью до 20 метров в год, обычно образуют цепь песчаных холмов параллельно береговой линии на некотором расстоянии от воды. Чтобы остановить движение песка, которое наносит непоправимый вред, засыпая пашни, леса, селения, сажают кусты на пляже, откуда ветер черпает материал для сооружения дюн. Дюны также закрепляют посадками сосны. Рельефообразующая деятельность ветра заметна не только в песчаных пустынях, но и в каменистых. Здесь выступы твердых пород, отдельные скалы, обрывы под влиянием ветра и при участии выветривания образуют причудливые формы: карнизы, колонны, столбы. Кроме барханов, дюн, бугристых песков к эоловым отложениям относится и эоловый лесс.

Эндогенные процессы

Геодинамические процессы, вызванные внутренними силами Земли и протекающие в ее недрах, называются эндогенными.

Они обусловлены энергией и действием сил тяжести, возникающих при вращении Земли, а проявляются в виде тектонических движений (поднятие и опускание земной коры, землетрясения, образование крупных элементов рельефа и т.п.), процессов магматиз-ма (вулканизма), метаморфизма горных пород и формирования месторождений полезных ископаемых.

Движение тектонических плит - это грандиозный геологический процесс, ведущий к деформации верхних частей земной коры, но протекающий очень медленно. Поэтому в течение исторического времени движение континентов можно зафиксировать только с помощью особо точных измерений. Кроме того, движение плит вызывает эффекты, проявляющиеся в форме бедствий и катастроф.

Линии, по которым стыкуются плиты, - это эквивалент трещин в земной коре. Они называются «сдвигами» и представляют собой слабые места, через которые тепло и расплавленный камень, находящийся под корой, могут выйти наверх. Такое тепло способно согревать грунтовые воды, образовывать выходы пара и горячие источники. Иногда вода может нагреваться до тех пор, пока давление не достигает критической точки, после чего она вырывается на поверхность высоко в воздух. Так образуются гейзеры.

Вулканическая деятельность. В некоторых районах вверх по трещинам поднимается и застывает расплавленный камень. Новый расплавленный камень вскипает сквозь возвышенность отвердевшего камня и увеличивает ее высоту. Так образуется гора с центральным проходом, по которому расплавленная каменистая масса, или лава, может подниматься и оседать. Также она может затвердевать на более или менее длительный период, а затем плавиться снова. Этот процесс получил название магматизма. Магматизм - проявление глубинной активности Земли, он тесно связан с ее тепловыми процессами и тектонической эволюцией. В результате магматизма формируются горные породы внутри земли или вулканы, т.е. происходят излияния расплавленной магмы из глубин Земли на ее поверхность.

По степени активности вулканы могут быть действующими или недействующими. Если вулкан демонстрирует определенную активность в течение длительных периодов времени, он не очень опасен, хотя периодические извержения, в ходе которых потоки лавы изливаются наружу, вынуждают эвакуировать находящиеся поблизости населенные пункты.

Намного опаснее вулканы, длительное время пребывающие в неактивном состоянии. У таких вулканов центральный проход, по которому лава поднималась раньше, обычно затвердевает, и потому новые потоки лавы, поднимающиеся из глубин в период усиления активности, не находят себе прохода. Нарастающее давление приводит к тому, что верхушка вулкана прорывается. При этом происходит резкий, неожиданный выброс газа, пара, твердых камней и раскаленной лавы. Если до этого вулкан долгое время оставался неактивным и возле него возникли людские поселения, то последствия извержения могут быть катастрофическими. В результате извержения Везувия в 79 г. н.э. были полностью уничтожены города Помпеи и Геркуланум, располагавшиеся на его южном склоне.

Самое крупное вулканическое извержение произошло на острове Кракатау 27 августа 1883 г., в результате которого остров был практически полностью разрушен. В воздух оказалось выброшено около 21 км³ вулканического вещества. Пепел выпал на площади 800 тыс. км² и затемнил окружающий район на два с половиной дня. Пыль достигла стратосферы и распространилась по всей Земле, вызывая эффектные закаты на протяжении почти двух лет. Звук взрыва был слышен на расстоянии 1/13 земного шара, а сила извержения в 26 раз превосходила мощность самой современной водородной бомбы. Кроме того, взрыв вызвал волну цунами, которая достигла высоты 36 метров и уничтожила 163 деревни и унесла жизни почти 40 тысяч человек.

Землетрясения. Еще более губительным следствием движения тектонических плит являются землетрясения.

Землетрясениями называют подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапных смещений и разрывов в земной коре или верхней части мантии и передающиеся на большие расстояния в виде упругих колебаний.

Их сложно предсказать, так как они зарождаются по разным причинам и на разной глубине. Небольшие тектонические поднятия и опускания образуются в результате процессов, происходящих внутри земной коры на глубине 10-20 км, а самые глубокие очаги землетрясений локализованы на глубине 700 км. В основном землетрясения происходят на границах соединения тектонических плит, которые могут подниматься или опускаться друг относительно друга, а также двигаться в разных направлениях.

Само землетрясение продолжается лишь несколько минут и состоит из нескольких толчков. Но за это время оно может нанести огромный ущерб обширному району. Сила землетрясений характеризуется по специальной 12-балльной шкале, предложенной в 1935 г. американским сейсмологом Ч. Рихтером и носящей его имя. Каждая последующая цифра этой шкалы соответствует десятикратному увеличению количества энергии, высвобождаемой при землетрясении. Так, разрушение зданий начинается при 5 баллах. Землетрясение в 7 баллов считается сильным, а в 8 баллов и выше - катастрофическим.

В историческом масштабе самое сильное землетрясение произошло в Китае в 1556 г., когда одновременно погибло 830 тыс. человек. В Западной Европе очень крупным было землетрясение 1755 г.

в Португалии. При этом полностью была разрушена столица Португалии город Лиссабон, погибло 60 тыс. человек. Часто случаются землетрясения в Сан-Франциско, который стоит на тектоническом разломе. На территории бывшего СССР также достаточно много сейсмически опасных зон. В 1988 г. произошло землетрясение в Армении, при котором погибло свыше 20 тыс. человек и более 500 тыс. остались без крова. А в 1995 г. сильнейшее землетрясение полностью разрушило город Нефтегорск на Сахалине.

Эрозионные процессы

Эрозионные процессы - это явления, ведущие к разрушению горных пород и почв, равным образом обусловливаются как природными факторами геологического характера, ведущими к изменению поверхности Земли, так и антропогенными нагрузками на окружающую среду.

Известно, что земная кора находится под влиянием внутренних и внешних сил. Первые приводят к образованию крупных форм рельефа - гор, вулканов, плоскогорий, глубоких впадин, в результате поднятия и опускания земной коры, вулканической деятельности. Вторые вызывают разрушение горных пород и образование осадочных материалов вторичного происхождения.

Все факторы внешнего воздействия проявляются либо на границе атмосферы и литосферы, либо гидросферы и литосферы.

1.В первом случае наиболее разрушительными являются колебания температуры, атмосферные осадки, замерзание воды, ветер, объединяемые в группу атмосферных агентов. Их совокупность обусловливает выветривание горных пород. В зависимости от того, какие именно атмосферные агенты являются основными, каков при этом характер изменения горных пород, различают физическое, химическое и биологическое выветривание.

а)Физическое выветривание разрушает горные породы без изменения их минерального состава. Оно происходит за счет быстрой смены температур, действия льда, образующегося при замерзании воды, и ветра.

б)Химическое выветривание имеет место при взаимодействии минералов и пород с водой и содержащимися в них веществами, с диоксидом углерода и кислородом воздуха. При этом происходит растворение минералов и изменение химического состава пород.

в)Биологическое выветривание развивается под воздействием растительных и животных организмов, микробов, продуктов жизнедеятельности живых существ и разложения последних после отмирания.

2.Во втором случае разрушение осуществляется движущимися потоками воды (водная эрозия). В данном виде эрозии основной разрушительной силой являются моря, потоки дождевых, талых и речных вод, грязекаменные потоки и ледники.

Водную эрозию подразделяют на горизонтальную (плоскостную) и вертикальную (глубинную).

а)Горизонтальная эрозия проявляется в том, что выпадающие осадки или талые воды, стекая по уклону, захватывают и сносят вниз верхний слой почвы.

б)При вертикальной эрозии образуются овраги - вытянутые и разветвленные углубления, врезанные в рыхлую породу. Их образованию способствуют пересеченный рельеф местности, ливневый характер выпадающих осадков, быстрое снеготаяние, наличие легко размываемых пород.