Современное человечество, раздробленное на государства, раздробленное на классы, существует в пределах единой, пространственно ограниченной биосферы. Единство пространства и времени определяет правомерность обобщенного к техногенезу. Это не значит, что при обобщении неизбежно стираются, смазываются грани, отделяющие прогрессивную социалистическую систему хозяйства от капиталистической. Нет, эти отличия остаются. Но по отношению ко всей биосфере Земли, по отношению к геологической среде Земли мы имеем суммарное воздействия всех существующих стран, как бы хороши или плохи они ни были. В этом, в частности, видится один из серьезных аспектов мирного сосуществования государств.
В последнее время очень часто пишут о взаимодействии человека и природы в обобщенном смысле, т.е. речь идет о человечестве и биосфере Современные масштабы техногенеза -- поистине глобальные! -- делают совершенно правомерной подобную постановку вопроса.
А можно ли причислить техногенез к объективным природным процессам? Правомерно ли включать техногенез в разряд геологических явлений?
Если речь идет о процессе самом по себе, в своей внутренней сущности, то, конечно, он включает в себя волю и желание человека и может быть запрограммирован, разумно ограничен и т.п. Однако по отношению к окружающей среде техническая деятельность человека развивается как объективный процесс; имеется целый ряд объективных законов, которым он подчиняется. Наконец, человек лишь совсем недавно стал замечать и познавать свою геологическую функцию (а частично сознательно регулировать техногенез), т.е. техногенез миллион лет развивался стихийно. Прекратить его мы не можем, если собираемся и впредь жить на Земле, используя природные ресурсы для своего блага. Но мы должны научиться управлять им. А для этого надо изучить его детально и всесторонне.
Часть II
Изменение в строении земной коры
Тектонические явления -- это нарушения природного равновесия в строении земной коры. Причины таких нарушений весьма разнообразны и взаимосвязаны. Они обусловлены главным образом действием геофизических и геологических сил как эндогенного (внутреннего), так и экзогенного (внешнего) происхождения. В последние столетия воздействие человека на поверхностную часть литосферы стало настолько ощутимым, что мы теперь имеем право говорить о появлении тектонических, которые можно назвать антропогенными, т.е. созданными человеком. Иногда нарушения развиваются медленно, в течение десятилетий, реже столетий. Такие процессы распространяются, как правило, на сравнительно большие площади, захватывая десятки и сотни квадратных километров и проникая в глубь земной коры на сотни метров. Быстрые нарушения длятся дни и месяцы, чаще всего ограничены по площади, проникают вглубь на единицы, десятки а иногда и сотни метров. Можно выделить и основные группы причин, вызывающих антропогенные тектонические изменения в земной коре.
1. Внешние причины обусловлены, как правило, воздействием поверхностных нагрузок, нарушающих природное равновесие в нижележащих земных массах, и чаще всего создаются инженерно-строительной деятельностью.
2. Внутренние причины возникают при изъятии из недр минеральных веществ. При этом также нарушается природное равновесие, главным образом вышележащих масс. Такие причины в основном порождаются горнотехнической деятельностью.
3. Сложные причины представляют собой сочетание внешних и внутренних. В данном случае природное равновесие нарушается наиболее интенсивно. Происходит как бы суммирование искусственно созданных процессов, обусловленных преимущественно механическим воздействием, нарушающим первоначальную структуру сложения горных пород. Иначе говоря, речь идет об изменениях, которые не могли бы возникнуть без вмешательства человека. При более подробном рассмотрении можно выявить элементы не только механического воздействия, но и химического, активно влияющего на ход этих процессов.
Влияние инженерно-строительной деятельности
Эта деятельность человека приводит к созданию преимущественно внешних факторов, постоянных переменных. Они представлены в виде дополнительных нагрузок на земные массы и, как правило, вызывают ограниченные по зоне воздействия нарушения.
Когда возводят здания, плотины и другие сооружения, создают условия для возникновения антропогенных тектонических процессов.
Особенно наглядно подобные процессы проявляются в быстрых нарушениях строения земных масс при гидротехническом строительстве. Во Франции в 1878--1881 гг. в Вогезском департаменте близ города Эпиналя возвели плотину Бузей с целью создания водохранилища вместимостью свыше 7 млн. м3. Вскоре в плотине появились трещины, началась течь. А 27 апреля 1895 г., когда вода находилась на максимальном уровне, произошла катастрофа. Часть плотины длиной 181 м внезапно опрокинулась. Авария стоила жизни многим людям и принесла большие убытки. Под сооружением залегал водопроницаемый трещиноватый песчаник. Он не выдержал искусственно созданной внешней нагрузки. Если бы плотина возводилась с учетом возможных тектонических нарушений и соответствующим их предупреждением, этого бы не произошло.
Итак, наблюдалось изменение напряженного состояния массивов земной коры. Превышение критического предела напряжения приводило к катастрофическим нарушениям типа поверхностных землетрясений. Но это -- явления исключительные. Как правило, внешние постоянные нагрузки приводят к постепенным деформациям поверхностных участков литосферы.
Городское, тем более высотное, строительство создает под зданиями зоны сжатия и сдвига. Глубина зон достигает 2-50 м. Под каждым зданием формируется осадочная воронка. Величина осадков колеьлется от 0 до 6 м , чаще всего 0,1--0,3 м. Катастрофические последствия возникают лишь в тех случаях, когда статическая нагрузка превышает сопротивляемость сжатию.
Исследования подтверждают, что не только отдельные сооружения, но и города в целом воздействуют своей массой на поведение верхних участков земной коры. Эти участки периодически опускаются и поднимаются, чаще всего за счет морозного пучения.
Таким образом, постоянные поверхностные нагрузки, создаваемые инженерно-строительной деятельностью, способствуют быстрому изменению строения земных масс верхней части литосферы. При сохранении естественных условий такие нарушения были бы невозможны.
Следует отметить, что эти нагрузки можно рассматривать как постоянные лишь для сооружений, не являющихся промышленными. В большинстве случаев для промышленных объектов характерно присутствие и переменных нагрузок, которые подчас не учитываются. Например, вибрация. Эта разновидность различных по силе и частоте нагрузок создается работой тяжелых механизмов, движущимся транспортом, взрывами и т.д. Вибрации -- искусственные землетрясения некатастрофического характера. Они могут быть причиной нарушения строения отдельных участков литосферы.
Динамические нагрузки приводят к опусканию в городах и на промышленных площадках не только малых участков поверхности, но и более крупных зон. Установлено, что вибрации городского транспорта могут проникать на глубину до 70 м. Поэтому в некоторых городах Голландии дома, примыкающие к старым автострадам, наклонены в сторону шоссе.
По данным К. Терцаги и Р. Пека, максимальная осадка возникает при частотах колебаний от 500 до 2500 в минуту.
Все шире при строительстве используют взрывы. Их мощность нарастает. Один из крупнейших неатомных взрывов произошел 5 апреля 1958 г. Между о. Ванкувер и Западной Канадой. Здесь в тоннеле, прорытом в большой подводной скале, заложили 1250 т взрывчатки. Подземные толчки от взрыва были зарегистрированы на расстоянии свыше 1000 км. Это сотрясение земных масс привело к нарушению первоначального строения пород в зоне, размеры которой очень велики. Еще более эффективна по своему воздействию термоядерная взрывная энергия. Мощные подземные атомные взрывы вызывают сейсмические колебания, отмечаемые даже в отдаленных уголках земного шара.
В этой связи следует подчеркнуть, что если для строителей имеет главное значение направленный выброс земной массы с целью создания выемки определенных размеров, то для инженерно-геологического обоснования целесообразности таких мероприятий требуется соответствующее изучение состава и свойств пород, подлежащих быстрому перемещению.
Таким образом, нарушения в приповерхностной части литосферы в результате инженерно-строительной деятельности по своим причинам и последствиям могут быть многообразными. Они должны стать объектом специального углубленного изучения.
Влияние горнотехнической деятельности
Эта деятельность, затрагивающая непосредственно недра, как правило, связана с более сложными процессами. В природных условиях известным их аналогом являются нарушения, вызванные карстовыми явлениями, суффозями и т.д., при которых возникают провалы и опускания земной поверхности из-за образования подземных пустот. Деятельность человека, связанная с созданием таких пустот, прежде всего проявляется в отборе из недр полезных ископаемых.
Здесь мы имеем дело либо с искусственно созданными пустотами при подземной выемке твердых полезных ископаемых, либо с последствиями удаления жидких или газообразных наполнителей из пустот, ранее существовавших в земной коре.
Отмечены и катастрофические нарушения. Они наблюдались в гавани Лонг-Бич близ Сан-Франциско (Калифорния) на третьей по величине нефтяной структуре США -- Уилмингтон. К 1957 г. Поверхность района опустилась почти на 8 м. Возникло своеобразное эллиптическое прогибание площади с осями длиной 10 и 65 км. Разрушились здания, мосты, дороги и промышленные сооружения. Ущерб превысил 100 млн. дол.
Скорость оседания соответствовала темпам добычи нефти, давление в эксплуатируемых скважинах снизилось со 150 до 15--22 кгс/см2. Подземные воды тут получали с глубины 550 м и меньше, поэтому считалось, что в данном случае откачка вод не оказывала столь существенного влияния на оседание поверхности. Хотя прибрежный район Калифорнии является зоной современных движений земной коры, однако в последнее время не было зафиксировано усиление тектонических движений, обусловленных природными факторами. Причина, безусловно, заключена в хозяйственной деятельности человека.
Этот пример, в котором не учитывалась возможность суммарного воздействия на поверхностную часть Земли, нарушений, вызванных человеком и одновременно стихийными геологическими силами.
При усиленном отборе жидких и газообразных полезных ископаемых одной из главных проблем является поддержание первоначального давления в пластах. Оно способствует максимальному извлечению необходимых минеральных веществ и сохранению стабильного состояния определенных участков земной коры.
В результате искусственного освобождения пустот при эксплуатации подземных вод, жидких и газообразных полезных ископаемых, залегающих, как правило, в осадочных породах, процессы изменения внутрипластового давления влекут за собой цепную реакцию других нарушений: изменяется термический, газовый и геохимический режим в верхней части литосферы.
Установлено, что понижение пьезометрического уровня подземных вод на каждые 10 м водоносной толщи увеличивает нагрузку вышележащих пород в среднем на 1 кгс/см2.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
