Рис. 43. Таков рельеф дна

Рис. 43. Таков рельеф дна
Первое отличие в том, что они находятся под слоем воды. Толщина этого столба воды зависит от рельефа дна. Ученые выделяют прежде всего пологую подводную окраину материков, наиболее мелководную часть дна. Она получила также название материковой отмели или шельфа. Ее условной границей считается 200-метровая глубина моря. Однако сейчас полагают, что к шельфу следует отнести и большие глубины. Так, в Баренцевом море глубина подводной части материков достигает 500 м. Именно к шельфу и приковано главное внимание ученых. Здесь дно покрыто самыми разнообразными грунтами: галечно-гравелистьши, песчаными, иловатыми и глинистыми.

За этой зоной следует переход от материка к ложу океана. Материковый склон простирается примерно до глубины 2500 м. Далее идет ложе океана (рис. 43).

Однако рельеф дна гораздо сложнее, чем представляется на первый взгляд. В сущности, он мало чем отличается от поверхности материков. Здесь также есть мощные горные системы, вулканы, обширные равнины, каньоны, пропасти, остатки речных долин.

Лет 25 тому назад стало известно, что по дну океанов идут срединно-океанические хребты. Но самое интересное, что они в продольном направлении рассечены глубокими долинами, получившими название рифтов. Это зоны, в которых происходят удивительные процессы. Здесь находятся самые подвижные части земной коры. Можно сказать, что в них идет ее образование. Именно тут раздвигаются плиты, слагающие, как считают геологи, верхнюю часть Земли, а через образующиеся трещины изливается расплавленная базальтовая лава. Так, можно сказать, на наших глазах образуются скальные грунты.

Но вернемся к донным грунтам. Итак, то, что все они находятся под слоем воды, определяет их главные особенности. К ним прежде всего относится постоянное, почти полное насыщение водой всех пор. Лежащие на донной поверхности грунты находятся под давлением столба воды: на глубине 50 м — 0,5 МПа, у края шельфа (глубина 200 м) оно достигает 2 МПа, а на ложе океана — громадной величины 50 МПа и более. Когда возникает необходимость поднять для исследования образец донного грунта на поверхность, то встречаются различные затруднения. Прежде всего сказывается большой перепад давлений. Образец, извлеченный с глубины хотя бы 100 м, испытывает переход от давления 1,0 МПа к атмосферному давлению (примерно около 0,1 МПа). Нетрудно заметить, что разница составляет 10-кратную величину. А ведь вода, заполняющая поры грунта, после его извлечения на поверхность не сразу теряет напор. На поверхности в момент контакта с атмосферой он резко изменяется, а внутри иловато-глинистого образца повышенное давление воды в порах сохраняется длительное время. Этот процесс ведет к глубокому динамическому изменению структуры.

Необходимо также помнить, что донные грунты насыщены морской водой, содержащей в своем составе огромный набор различных солей. Это обстоятельство делает затруднительным определение состава грунтов по крупности (гранулометрический анализ), а также оценку ряда других свойств грунтов.

Самая верхняя часть донных грунтов на дне морей и океанов (слой мощностью 0,3 — 0,7 м), как правило, разжижена и легко перемещается под действием различных донных течений. При этом нужно учитывать, что расход и скорости некоторых постоянных морских течений в ряде случаев превосходят те же параметры воды в равнинных реках. Таким примером может служить Гольфстрим. Он несет 25 млн. м³ воды в секунду. Эта величина в 20 раз больше расхода всех рек земного шара. При этом скорость потока колеблется от 3 до 10 км/ч. Для сравнения можно привести скорость течения р. Дон — 3,6 км/ч.

Морская вода вообще находится в постоянном движении то в результате приливно-отливных, то тепловых и ветровых процессов. Это приводит к перемещению прежде всего донных грунтов, находящихся на небольших глубинах в зоне прибоя. Разжиженный поверхностный слой осадка медленно перемещается под действием гравитационных сил даже при слабых уклонах дна в 2 — 3°. А если они более значительны, то возникают подводные оползни. Водонасыщен-ность верхнего слоя морских грунтов определяет их высокую подвижность.

Движение наносов и тектонические поднятия дна приводят к неожиданным явлениям. Как-то в Карибском море неожиданно из водной пучины поднялся довольно большой остров. Англичане успели поднять на нем свой флаг. Но пока они размышляли, как его наввать, он успел опять погрузиться.

Конечно, трудности изучения донных грунтов не ограничиваются их водонасыщенностью и подвижностью. Оказывают свое влияние и микробиологический состав, и содержание различных газов, и другие особенности донных грунтов.

Эти обстоятельства заставили ученых уделить особое внимание разработке методов исследования грунтов непосредственно на месте их залегания. Для этой цели стали использоваться специальные батискафы, различные автоматические устройства, в том числе снабженные телевизионными камерами. Применяются также установки для зондирования, приборы для эхолокации и многие другие.

Разумеется, все это не исключает исследования донных грунтов в лаборатории. Для этого создаются специальные грунтоотборники. Отобранные ими образцы изучаются при помощи оптических и растровых электронных микроскопов, рентгеноструктурного анализа, а также обычными физическими методами, принятыми для исследования континентальных грунтов. В последнем случае приходится вносить различные поправки для учета особых свойств морских отложений.

Хотя уже много сделано в развитии морского грунтоведения, однако еще больше вопросов остаются неизученными.

В исторический день 12 апреля 1961 г. Ю. А. Гагарин впервые в мире поднялся в просторы космоса. Началась космическая эра. Сейчас сотни спутников, космические станции бороздят приземное космическое пространство. Люди послали на планеты Солнечной системы целый ряд автоматических аппаратов, позволивших поближе узнать наших космических соседок.

За истекшие 20 — 30 лет знания человека о Вселенной неизмеримо выросли. Это связано не только с развитием космических аппаратов, но и с появлением принципиально новых методов изучения. Возникли и развились радиоастрономия, рентгеновская астрономия, гамма-астрономия и другие новейшие направления науки о Вселенной.

Сейчас уже ставится вопрос о возможности использования Луны и некоторых астероидов для извлечения необходимых человеку полезных ископаемых. Истощение месторождений на нашей планете будет подталкивать к решению этой проблемы.

По мере развития космической техники все более будут использоваться для изучения планет сначала автоматические станции, а затем аппараты, доставляющие исследователей на поверхность планет. Возможно также создание промежуточных баз и постоянно действующих исследовательских станций на некоторых планетах и астероидах. Все это заставляет изучать грунты, покрывающие ближайшие небесные тела, с точки зрения их состава, строения и свойств.

Нам сейчас ясно, что формирование грунтов других планет происходит не всегда по земному типу. Это определяется иными физическими условиями поверхности всех ближайших к нам космических соседей. В одних случаях на них отсутствует воздушная оболочка, в других — она незначительна, а в третьих — оказывается более мощной, чем на нашей планете. Также разнятся состав газовых оболочек, их температура и характер движения. Еще сложнее обстоит дело с гидросферой. В жидком виде она, кроме Земли, по всей вероятности, существует еще в марсианской коре, а в виде льда, парообразной, а возможно, и жидкой субстанций встречается в атмосфере Венеры и других планет (например, Юпитера и его спутников).

Все эти факторы приводят к особым условиям формирования грунтов на окружающих небесных телах. Даже магматические породы, изливающиеся из недр планет, часто имеют специфическое строение и состав, отличающий их от земных. Такие планеты, как Меркурий, Марс, а также спутник Земли — Луна, и астероиды подвергаются бомбардировке метеоритами, порождающей особые условия образования их грунтов.

Пока имеются лишь первые данные о характере грунтов в космосе, но и они свидетельствуют об их большом разнообразии.

Давайте кратко остановимся на условиях формирования грунтов ближайших планет и имеющихся о них сведениях.

Начнем обзор с нашего спутника — Луны. Она представляет особый интерес для человечества как ближайшее к Земле космическое тело. Ученые считают — в период с 1993 по 2030 г. на Луне будет создан опорный центр для управления космоплаванием. В изучении нашего спутника сделаны большие успехи. На Луну были осуществлены посадки космических аппаратов: автоматических и управляемых людьми. Карты Луны по своей точности не уступают земным, а лунные грунты доставлены на Землю и исследованы в лабораториях СССР и США.

Условия формирования лунных грунтов значительно отличаются от земных. Прежде всего здесь отсутствует воздушная оболочка, поэтому поверхность то нагревается под действием солнечных лучей до 80 — 130°С, то быстро охлаждается при наступлении лунной ночи до минус 100 — 150°С. Следует при этом учесть, что продолжительность лунного дня около двух земных недель.

Хотя принято считать, что на Луне нет атмосферы, в последнее время установлено присутствие здесь очень разреженной газовой оболочки. Она в основном состоит из гелия.

Рельеф Луны представляет собой сочетание обширных равнин (называемых морями) с горными хребтами, отдельными остроконечными пиками, кольцевыми горами и кратерами.

На нашем спутнике зарегистрированы землетрясения и вулканические извержения.

На нем установлено также интересное явление неравномерного распределения гравитации. Это связано с особенностью строения Луны. Она до глубины нескольких сот километров состоит из крупных глыб, присыпанных снаружи песком. Это, необычное распределение массы получило наименование «масконов».

Вместе с тем средняя сила тяготения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Это определяет характер смещения обломков по склонам лунных гор.

Все рассмотренные особенности нашего спутника позволяют считать, что на нем встречаются следующие генетические типы грунтов з магматические породы; вулканические пеплы; метеоритные образования, сформировавшиеся за счет метеоритов и процессов, происходящих при их падении; космическая пыль; рыхлые грунты, возникшие в ходе физического (термического) выветривания при резкой смене дневных и ночных температур.

Имеющийся опыт работы автоматических станций, доставленное на Землю образцы и информация от американских астронавтов, высадившихся на поверхности Луны, позволяют говорить о наличии в лунной коре следующих групп грунтов: 1) скальных, сложенных базальтами (их разновидностью — реголитом), образцы которых доставлены на Землю. Их особенностью является значительное количество титансодержащих минералов. Пользуется также распространением габбро (его разновидность — долерит); 2) крупнообломочных, в составе которых находятся камни и обломки размером от нескольких метров до 2 — 20 мм; 3) песчано-пылеватых, образующих слои мощностью от сантиметров до многих десятков метров.

Другая интересная планета Марс, особенно привлекающая внимание людей, была изучена советскими и американскими космическими аппаратами.

В отличие от Луны эта планета имеет большую воздушную оболочку. Правда, она весьма разрежена и содержит очень мало воды, а кислорода только 0,3 %. Ускорение свободного падения на поверхности Марса на разных участках различно. Оно составляет в среднем 38 %, земного. Марсианские сутки по продолжительности близки к земным (они длятся 24,5 ч). Эта планета получает значительно меньше солнечной энергии (почти наполовину), чем Земля. Поэтому ночью температуры достигают минус 120 °С, а днем не поднимаются выше минус 15 °С. Рельеф Марса на большей части его территории пологий. Вместе с тем там находится наиболее высокий из всех известных на других планетах вулканический конус — гора Олимп. Ее высота достигает 27 км при диаметре основания более 600 км. Кроме того, на Марсе обнаружен необычный по величине каньон длиной 3600 км и глубиной 7 км. Его бока рассекаются громадными оврагами, а на склонах находятся многочисленные оползни.

Обнаружена также и долина древней реки, длина которой достигает 400 км. Она содержит массу меандр. Ее водное происхождение не вызывает сомнения (рис. 44).

В полярных шапках Марса находится много льда. Здесь же отмечены массы затвердевшей углекислоты. Предполагается, что вода содержится в больших количествах в грунтах, образуя вечную мерзлоту.

По данным, полученным советскими аппаратами «Марс», американскими «Маринер» и «Викинг», значительная часть планеты покрыта песчано-пылеватыми грунтами. Они формируют простирающиеся на обширном пространстве равнины. Часто на их поверхности имеются дюны. По химико-минералогическому составу эти грунты кремнисто-железистые. Поэтому окраска поверхности планеты имеет ярко-красный цвет. По крупности в составе грунтов преобладают частицы диаметром от 1 до 10 мкм.

Зарегистрировано также присутствие в атмосфере очень тонких частиц размером 0,1 мкм. Последнее обстоятельство заставляет предполагать наличие глинистых минералов. Их образование, как видно, связано с условиями, существовавшими в далекую эпоху, когда на планете был другой климат и бурно текли потоки поверхностных вод.

Песчано-пылеватый, а также глинистый материал во время сильных продолжительных бурь легко поднимается вверх, достигая высоты 15 км над поверхностью Марса.

Кроме того, на планете отмечены магматические породы базальтового состава (реголит), которые концентрируются у вулканических конусов. Распространены и крупнообломочные грунты. На снимках равнин Марса хорошо видны обломки диаметром от 2 мм до 3 м. Обращает на себя внимание то, что большинство камней, усеивающих поверхность, не окатаны. Лишь на отдельных из ник видны следы обработки. Можно полагать, что эти грунты сравнительно молодые, а видимые следы обработки связаны с сухими песчаными потоками, возникающими во время сильных ветров. Как видно, что обтачивание камней («корразия») имеет существенное значение в современных процессах образования песчано-обломочных грунтов планеты.

Наконец, на Марсе зарегистрировано большое число кратеров, являющихся чаще всего результатом падения метеоритов. При этом также образуются своеобразные рыхлые грунты. Отмечается довольно высокая плотность поверхностных пород: от 1,8 до 2,0 т/м³.

Рассмотрим еще одну планету — Венеру. Она долгое время была загадкой для астрономов. Дело в том, что Венера окружена мощной атмосферой. В ней от высоты 18 до 75 км размещается несколько ярусов облаков, закрывающих поверхность планеты.

Венера по размерам, плотности и силе тяжести весьма близко напоминает Землю. Венерианский год около 225 дней, однако продолжительность суток составляет 118 земных. Интересно, что Венера не имеет магнитного поля.

Советские станции «Венера-9, -10, -11 и -12», помогли раскрыть тайну, которой окутана планета. Прежде всего было установлено, что здесь царит всегда испепеляющая жара. Температура поверхности около 500 °С. Нижний припланетный слой воздуха состоит из углекислого газа, плотность которого в 70 раз выше, чем приземного слоя. Давление атмосферы на поверхности Венеры достигает 9,8 МПа.

Условия формирования свойств грунтов здесь весьма своеобразны. Температура почти всегда одинаковая. Разница между ее дневными и вечерними значениями оказывается в пределах менее 1 °С. Дождей нет, потому что воды в атмосфере планеты вообще очень мало. Beтер сравнительно слабый и вряд ли превосходит скорость 1 м/с. Однако даже при столь малых ветрах следует учитывать высокую плотность углекислой атмосферы и отсюда — ее повышенную способность к разрушению пород. Можно полагать, что на минеральный состав грунтов влияет также взаимодействие пород с горячим углекислым газом. Рельеф планеты до сих пор изучен слабо. Имеющиеся сведения позволяют предполагать присутствие вулканических гор и обширных равнин.

Панорамы, полученные советскими спускаемыми аппаратами «Венера», в том числе последнее цветное изображение, позволяют говорить о том, что на планете пока зарегистрировано два типа грунтов: скальные, магматические и рыхлые, крупнообломочные. Последние состоят из глыб, камней со слоистой структурой и мелких обломков до 1 — 2 мм. Судя по снимкам, имеется также пепловый материал с «вулканическими бомбами» (образования, связанные со взрывами во время извержения вулканов).

В заключение кратко остановимся еще на одной планете — Меркурии. Среди других планет Меркурий — своеобразный чемпион. Он успевает обежать Солнце за 88 земных суток (год Меркурия). Но солнечные сутки (оборот вокруг своей оси) составляют ни много ни мало 176 земных суток. Получается, что солнечные сутки в 2 раза длиннее года на Меркурии!

Хотя плотность Меркурия близка к земной, сила тяжести на нем составляет только 38 % от силы тяжести на Земле. Условия образования грунтов (расчлененный рельеф, очень разреженная гелиевая атмосфера, наличие большого числа метеоритных кратеров и проявления вулканической деятельности) очень напоминают лунные.

Есть и некоторые характерные черты рельефа, например странные 2 — 3-километровые обрывы, вытянутые на тысячи километров. Этот элемент ландшафта, как видно, связан с тектоническими движениями массы планеты. Колебания между дневной и ночной температурами достигают значительной величины: днем до плюс 345 °С, а ночью до минус 180 °С. Сейчас полагают, что грунты Меркурия очень близки к лунным. Здесь есть скальные магматические породы типа базальтов. Большое распространение, по всей вероятности, имеют рыхлые грунты, образовавшиеся вследствие ударов метеоритов и процессов физического (термического) выветривания.

Обнаружены на Меркурии и «масконы». Это позволяет предположить наличие значительного по мощности песчано-обломочного грунта.

Мы сделали очень беглый обзор условий формирования грунтов на планетах и сообщили о предполагаемых основных типах грунтов, покрывающих их поверхность. Нетрудно видеть, что в грунтовых покровах ближайших к Земле космических соседей есть, с одной стороны, много общего, а с другой — весьма специфического.

Грунты отдаленных планет, таких, как Уран, Юпитер, Нептун, пока малоизвестны. Некоторые сведения появились с поверхности ряда спутников Юпитера, покрытых скальными грунтами и льдом.

Можно с уверенностью сказать, что с каждым годом наши знания о грунтах других планет будут все более пополняться. Без этого изучение наших космических соседей и их естественных ресурсов вряд ли возможно.

Как-то один остроумный человек грустно пошутил: «Разве мы можем ждать милостей от природы, если мы превратили ее в окружающую среду?» Человечество очень долго жило, занимая у природы ее блага, а ведь долги всегда приходится когда-то отдавать.

Один из ученых, занимающихся отдаленными прогнозами, высказал предположение, что к 3000 г. большинство людей будет жить в космосе. Основанием для такого мрачного предсказания послужило истощение минеральных ресурсов и загрязнение природной среды.

В свое время греческий философ Гераклит говорил, что в природе существует всеобщая связь, она вечно движется и изменяется. Современная экология — наука о взаимоотношении организмов с окружающей средой — детально изучает экосистемы. Это понятие в тридцатых годах нашего века ввел Д. Тенсли. Он понимал под экосферой «понятие..., включающее не только комплекс организмов, но и комплекс физических факторов, образующий то, что мы называем средой».

Р. Смит, говоря о физической среде, считает, что «для пруда — это вода, донный ил и система стока, для леса — атмосфера и климат, почва и факторы водного режима».

В большинстве работ ученых-экологов мало учитывается влияние грунтов на жизнь организмов (среди них и человека). Обратимся к этому вопросу.

Трудно переоценить роль почв в экологической системе. Именно в почвах развивается жизнедеятельность азотфиксирующих бактерий и значительной части синезеленых водорослей. Именно они — и только они усваивают из атмосферы азот и делают его доступным для растений. Не меньшее значение имеют грунты при «кальциевом» обмене. Вода растворяет минералы, а растения оттуда усваивают необходимые им вещества.

Таким образом, почва — важнейшая часть природной среды. На грунтах в зависимости от состава и строения со временем формируются определенные типы почв (почвообразовательный цикл требует от 800 до 1000 лет). Между почвой и грунтовой средой существует постоянный обмен веществами и растворами.

Пока человек не распахивал почву, на ней существовал плотный травянистый покров. Почва была сверху достаточно прочной и стой--кой от размыва. Степные пространства нашей страны в древности были покрыты буйной степной растительностью, способной скрыть всадника с конем.

Когда появилась пашня, почва стала легкой добычей для эрозии. Дробя каждый год верхний почвенный горизонт, мы создаем благоприятные условия для его смыва дождевыми и снеговыми водами. Если почву подстилают рыхлые грунты, например лёссовые породы, то поверхностная эрозия может переходить в линейную. Тогда начинают быстро развиваться овраги, разрушающие не только почвы и грунты, но и сложившуюся природную среду. Исчезают пахотные земли, растительное сообщество нарушается, падают уровни грунтовых вод и т. д.

В тех случаях, когда почва размещается на крутых склонах предгорий, процесс уничтожения почв и грунтов становится особенно интенсивным. В начале века по всему миру славился синопский табак. Его, высаживали в районе г. Сухуми. Особенность выращивания этой культуры заключается в устройстве борозд сверху вниз по склону и в необходимости в течение вегетационного периода неоднократно пропахивать междурядья. Это привело к крайне быстрому смыву и почв, и грунтов, на которых они формировались. Там, где на склонах в течение 30 — 40 лет высаживали табак, в конечном счете был снесен весь рыхлый покров. Сейчас бывшие плантации табака в районе г. Сухуми в значительной части исчезли вместе с почвами и грунтами. На этих местах остались лишь голые скалы. Такая же судьба ждет и многие другие табачные поля на склонах.

Другой фактор — внесение удобрений. Оно дает хороший эффект для повышения урожайности культур, вводя в почвы необходимые растениям минеральные добавки. Однако с течением времени там, где нарушаются агрохимические правила и в почву поступают излишние количества минеральных удобрений, начинается накопление ряда веществ, отравляющих и почвы, и грунты. В итоге такое ведение хозяйства может привести к обратному явлению — уменьшению урожайности. Но не только это волнует геологов. Ведь химические соединения поступают в подземные воды и в конечном счете делают их непригодными для водоснабжения. Процесс этот усиливается распашкой полей, которая повышает водопроницаемость почв.

Третий фактор — орошение и осушение. Эти мероприятия крайне важны для повышения интенсивности сельского хозяйства. Но они ведут к серьезным сдвигам в экосистемах — меняют растительные сообщества, бактериологическую флору, часто порождают засоление, иссушение (при осушении) или заболачивание (при орошении). Под их влиянием изменяются подземные воды как в количественном, так и, качественном отношении. При этом серьезные изменения могут возникать в значительной по мощности толще грунтов.

Для борьбы с отрицательными воздействиями осушения или орошения на природную среду необходимо в первую очередь строгое выполнение норм и правил их проведения.

Перемены, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности людей, ведут к изменению состава, структуры и свойств грунтов, что отражается на почвообразовательных процессах, химическом составе почв, существующем обмене веществ почвогрунтов, водном режиме покровных отложений, а также на подземных водах. Все это, в свою очередь, может привести (и приводит) к далеко идущим изменениям экологической среды.

Гидротехническое строительство также оказывает серьезное влияние на грунтовую среду. Перемены в целом носят положительный характер, но нередко возникают и отрицательные явления. Например, создается водохранилище. Какие метаморфозы происходят в грунтовой толще? Прежде всего появляются новые водоносные горизонты, меняется положение существующих уровней подземных вод, нарушается температурный режим, некоторые части массивов могут заболачиваться и затопляться. Волны водохранилища интенсивно размывают береговые толщи грунтов. Часть массивов приходит в движение, возникают оползни и обвалы. Наконец, формируются новые грунты в самом водохранилище. Почвы начинают менять свой тип. Часто возникает процесс «олуговения» (увеличение содержаний гумуса, соединений железа и влажности). Это в значительной степени изменяет экологические особенности территории. Появляются новые группы организмов и растений, связанных с водной средой, исчезают представители более сухолюбивых растений и животных (например, землероев). Значительно снижается количество насекомых. В результате повышения влажности из грунтовой толщи начинается миграция землероек, полевок и других грызунов. Берега заселяют водяные крысы. Возникает новая экологическая система, приспособленная к изменившемуся влажностному режиму грунтовых массивов.

Все большую территорию Земли занимают города и промышленные комплексы. В результате обширные площади покрываются асфальтобетоном, застраиваются зданиями. В грунтовой толще возводятся подземные газо-, нефте- и водохранилища, прокладываются метрополитены и укладываются многочисленные водопроводные, электрические, канализационные сети.

Особое значение имеют создание дренажных устройств, появление участков измененных грунтов, усиленный водозабор для целей водоснабжения.

В результате такого активного вмешательства человека в грунтовую среду изменяются ее водный и температурный режимы, состав и строение. Резко меняется характер водо- и газообмена грунтов о атмосферой. Все это ведет к серьезным изменениям грунтовой среды, которые отражаются на экосистемах. Как будто каких-либо катастрофических последствий этих преобразований не видно, но опасность подкрадывается постепенно. Идет медленное накопление отрицательных факторов, которые в конечном счете могут серьезно воздействовать на жизнедеятельность человека и его экологические связи с природной средой.

Немалое значение в изменениях грунтовой среды имеет горнодобывающая промышленность. Создание шахт, глубоких карьеров, откачка нефти, воды, извлечение газа оказывают серьезное воздействие на напряженное состояние толщ, а значит, и на пористость и плотность грунтов. В большой степени изменяется водный режим поверхностной части земной коры. Опускание грунтовых толщ при добыче воды, газа и нефти ведет к появлению депрессий и новых условий водообмена, а следовательно, к изменению экосистем. При вскрытии карьеров каждый год извлекаются и существенно трансформируются колоссальные массы грунтов. Сейчас предъявляется требование к рекультивации почв. Она заключается в том, что при разработке карьера почва складывается отдельно. После окончания горных работ и ликвидации карьера он должен быть засыпан грунтом, а сверху уложен слой почвы. Это очень хороший метод, но он не всегда приводит к восстановлению плодородия, потому что структура почвы, влагообмен и обмен веществами с подстилающими грунтами восстанавливаются очень медленно.

Подведем итоги нашим рассуждениям. Итак, охрана грунтовой среды необходима прежде всего как среды, вмещающей подземные воды — важный источник пресной питьевой воды. Кроме того, формирование подземных вод происходит в грунтовых толщах. Любое загрязнение грунтов неминуемо отражается на количестве и качестве извлекаемой из недр воды.

Всякое изменение водного режима и качественного состава грунтовой среды неминуемо отражается на микрофлоре и растительности, а значит, и на плодородии почв.

Размыв и разрушение грунтовой толщи водными потоками чреваты серьезными последствиями для среды обитания людей.

Можно и дальше продолжить этот перечень, но мы на этом остановимся. Несомненно, что охрана грунтов — очень важная задача, стоящая перед современными наукой и производством.

Наш рассказ о грунтах подходит к концу. Поверхность земли и слагающие ее отложения часто преподносят людям неожиданные сюрпризы. Приходится сталкиваться с мощными толщами разжиженных илов, рыхлыми песками, растворимыми породами, просадочными лёссами и многими другими, неприятными для строителей явлениями.

В этих сложных грунтовых условиях специалистам приходится искать пути преодоления «капризов» природы.

Часто практика ставит серьезные и не всегда простые вопросы. Как проложить дорогу по болотистым грунтам или рыхлым пескам? Как возвести многоэтажные здания на слабых, водонасыщенных глинах? Как построить каналы в просадочных лёссах?

А вслед за ними возникает другой вопрос: можно ли изменить свойства грунтов в требуемом для нас направлении? Иными словами, может ли человек управлять их свойствами?

Эта задача решается в специальном разделе грунтоведения — «технической мелиорации грунтов».

Основоположниками этой важной отрасли учения о грунтах были советские ученые А. П. Земятченский, М. М. Филатов, В. В. Охотин, Б. Н. Ржаницын и др., хотя первые попытки укрепления грунтов были предприняты еще в XIX в.

Уже много сделано, чтобы научиться управлять свойствами грунтов. Разработаны различные методы улучшения их физико-механических свойств. Это позволило за последние 50 лет возвести десятки тысяч промышленных и гражданских сооружений, построить сотни каналов, оросительных систем, метрополитены и многое другое. И все это было сделано нередко в сложнейших грунтовых условиях.

Строительство метрополитена в Москве и Ленинграде встретилось, казалось бы, с непреодолимыми препятствиями — жидкими текучими плывунами, слабыми, водонасыщенными иловато-глинистыми грунтами и другими неприятностями, связанными с неудовлетворительными инженерно-геологическими условиями.

Во многих случаях приходится воздерживаться от строительства метрополитена только из-за трудности его возведения в подобных грунтах.

Многим читателям известно, что ленинградский метрополитен отличается от московского большей глубиной расположения тоннелей. А знаете ли вы, почему? Потому, что в Ленинграде поверхностные толщи сложены слабыми грунтами. Лишь на глубинах 30 — 70 м размещаются сравнительно надежные так называемые кембрийские глины, в которых и проходят трассы подземки.

Но все же строителям ленинградского метро приходится проходить шахты в поверхностных водонасыщенных, слабых грунтах и плывунах, решая при этом сложные инженерно-геологические задачи.

Не меньше неприятностей возникает и при горных работах. Добыча угля и различных руд часто производится в скальных грунтах, разбитых трещинами. По ним в шахты проникают массы подземной, воды, газы, происходят вывалы камней из кровли штреков.

Плохие грунтовые условия серьезно затрудняют и гидротехническое строительство. И в этом случае по трещиноватым грунтам вода может уходить из водохранилищ, и наоборот, могут возникать значительные поступления воды в котлованы. В речных долинах, где обычно строятся плотины и дамбы, особенно часто встречаются разжиженные пески, илы и другие «опасные» грунты.

Наконец, при возведении жилых зданий и промышленных объектов строители также часто сталкиваются со слабыми, просадочными, текучими и другими «неприятными» грунтами.

Во всех этих случаях на помощь строителю приходит глубинное укрепление массивов. Оно заключается в нагнетании под давлением через специальные скважины различных укрепляющих веществ {жидкого стекла, цементных, битумных, глинистых и химических растворов).

Широту использования всех этих методов легко можно представить, если только за 30 лет после 1945 г. при строительстве гидроэлектростанций было зацементировано 2,7 млн. м. В числе этих работ есть такая уникальная, как создание противофильтрационной завесы на Асуанской плотине в АРЕ (1970 г.). По данным С. Д. Во-ронкевича, с помощью специального алюмосиликатного раствора (в его основе находится жидкое стекло) было укреплено 665 тыс. м³ грунтов.

Академический театр оперы и балета им. С. М. Кирова в г. Ленинграде, построенный в 1860 г. архитектором А. Кавос, — гордость города. После Великой Отечественной войны он стал деформироваться. Оказалось, что возникли осадки фундаментов, вызванные взрывами и движением транспорта. Для их прекращения было применено глубинное укрепление грунтов — нагнетание карбамидной смолы. После этого все деформации прекратились.

Разрушение уникального Одесского театра оперы и балета также было предотвращено силикатированием грунтов под фундаментом.

Можно написать многотомную книгу, излагая все случаи использования методов технической мелиорации. Регулирование свойств грунтов стало отраслью не только грунтоведения, но и строительства. Многие заводы, электростанции, плотины и каналы вряд ли бы удалось возвести без специальной обработки грунтов.

Сейчас особенно широко используются цементация, силикатизация, закрепление органическими полимерами (например, битумами) и другие способы.

Разработан также целый комплекс физических методов: уплотнение вибрацией, электроосмотическое осушение, электросиликатизация, термический, замораживания и целый ряд других.

Для того чтобы понять принцип глубинного уплотнения, попытаемся набросать картину его проведения.

Представим себе, что возникла необходимость укрепления рыхлых песков. В этом случае хороший результат дает их силикатирование. Об этом методе мы уже неоднократно упоминали. В чем же его сущность?

Берется трубка (инъектор), снабженная в нижней части отверстиями. В том случае, если песок мелкий, работа осуществляется следующим образом. Инъектор забивается в грунт с интервалами 1,5 — 2 м. В каждый слой насосом (под давлением 0,5 — 2 МПа) подается водный раствор жидкого стекла (Na₂Si0₃). Когда достигается требуемая глубина (обычно 10 — 15 м), инъектор извлекается. На его место до той же глубины забивается другой инъектор. Теперь через него подается раствор хлористого кальция (СаС1₂). Он превращает жидкое стекло в твердую массу (рис. 45). Подача этого «отвердителя» производится снизу вверх по тем же интервалам. На этом процесс закончен. Вокруг участка погружения инъектора образуется столб силикатированного песка диаметром 0,8 — 1,5 м. Он представляет собой полускальный грунт, сопротивление раздавливанию которого достигает 2 — 5 МПа. Чтобы закрепить массив грунта на участке строительства, такие столбы размещаются в шахматном порядке.

Ученые совершенствуют этот метод. Так, была разработана газовая силикатизация. Она заключается в том, что после нагнетания жидкого стекла в грунт подается углекислый газ (СОг).

Применяется также метод электросиликатизации. В этом случае силикатизация производится под воздействием постоянного электрического тока.

Наука об управлении свойствами грунтов с каждым годом совершенствуется и стремится к повышению экономичности применяемых методов.

Читатель перевернул последнюю страницу. Книга закончена. Вы познакомились с сегодняшним днем грунтоведения. А что будет в этой науке завтра?

Известно, что прогнозы о развитии науки — не всегда благодарная задача. Но все же в заключение хочется сказать о том, как будет прогрессировать эта часть инженерной геологии в ближайшем будущем.

Развитие народного хозяйства, рост населения Земли, нарастание загрязнения природной среды, прогресс науки и техники — все это требует расширения освоенных территорий и возрастающего использования грунтовой среды.

Вот отсюда и первая перспектива — дальнейшее совершенствование и уточнение методов исследования грунтов, создание новых, более совершенных приборов и, наконец, углубление теоретических основ наших знаний о формировании свойств грунтов.

Человек осваивает морские и океанские просторы. Отсюда вытекает вторая перспектива — развитие морского грунтоведения.

Люди вырвались в космос. Освоение околоземных планет — вопрос ближайших десятилетий, поэтому должна зародиться и развиться новая отрасль — «планетное» грунтоведение. Первые робкие шаги в этом направлении уже сделаны.

Задача ближайшего будущего — еще более глубокое проникновение в тайны грунтов, в особенности их структуры и состава, и, опираясь уже на эту базу, создание математических приемов моделирования и прогноза свойств грунтов.

Ну, и еще один прогноз — дальнейшее развитие технической мелиорации — разработка новых методов управления свойствами грунтов, а также повышение экономичности и эффективности разрабатываемых методов.

* * *

ОГЛАВЛЕНИЕ

ББК 26.3

Л 25

УДК 624.131 (023.11)
Ларионов А. К.

Л 25 Занимательное грунтоведение. — М.: Недра, 1984. — 136 с.

В занимательной форме изложены основные разделы современного грунтоведения. Написана ярким, живым языком, изобилует интересными примерами из отечественной и зарубежной практики возведения различных сооружений в сложных грунтовых условиях. Показаны причины и движущие силы ряда природных явлений. В доступной форме повествуется о многих интересных свойствах грунтов. Приведено много оригинальных рисунков, отражающих различное поведение грунтов в основании сооружений и иллюстрирующих методы их исследования. Книга достаточно полно освещает генетические основы отечественного грунтоведения.

Для широкого круга читателей, прежде всего студенческой молодежи и старшеклассников.

Ил. 45, список лит. — 16 назв.
3202000000 — 021

Л----------------136 — 84

043(01) — 84

Анатолий Константинович Ларионов

ЗАНИМАТЕЛЬНОЕ ГРУНТОВЕДЕНИЕ
Редактор издательства Н. И. Мартьянов

Художник IO. А. Ноздрин

Художественный редактор Е. Л. Юрковская

Технический редактор О. А. Орлова

Корректор К. И. Савенкова

ИБ № 4400

Сдано в набор 26.08.83. Подписано в печать 11.11 83. Т-20379. Формат 84Х108 ¹/₃₂. Бумага книжно-журнальная. Гарнитура «Литературная». Печать высокая. Усл.-печ. л. 7,14. Усл. кр.-отт. 7,27. Уч.-изд. л. 8,45. Тираж 45 600 экз. Заказ 565/8486 — 2. Цена 25 коп.

Ордена «Знак Почета» издательство «Недра», 103633, Москва, К-12, Третьяковский проезд, 1/19

Владимирская типография «Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфия и книжной торговли 600000, г. Владимир, Октябрьский проспект, д. 7

OCR Pirat