УДК 551.466
ВЛИЯНИЕ ПОДВОДНЫХ ОПОЛЗНЕЙ И МУТЬЕВЫХ ПОТОКОВ
НА ЧЕЛОВЕЧЕСКУЮ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ
д. г.н.
(Тихоокеанский институт географии ДВО РАН)
Рассмотрены факторы, влияющие на устойчивость донных отложений, причины возникновения и механизм протекания подземных оползней и мутьевых потоков, их распространение. Дана характеристика механизма их влияния на портовые сооружения, подводные кабели связи и трубопроводы. Включены примеры цунами, обусловленных сходом подводных оползней.
IMPACT OF SUBMARINE LANDSLIDES AND TURBIDITY CURRENTS
ON HUMAN ACTIVITIES
S. M. Govorushko
Factors impacting on stability of bottom sediments, reasons of origin and mechanism of passing of submarine landslides and turbidity currents, their distribution are considered. The mechanism of their impact on port structures, underwater pipelines and communication cables is characterized; concrete examples of such impact are given. Examples of tsunamis due to submarine landslides are included.
Распространение
Оползень – «отрыв и скользящее смещение … массы горной породы вниз по склону под действием силы тяжести» [6, с. 212]. Соответственно, под подводным оползнем подразумевается процесс, происходящий на дне океанов и морей. Подводные оползни нередко переходят в мутьевые потоки - «гравитационное придонное течение в морях и океанах, насыщенное взвесью и характеризуемое повышенной плотностью» [6, с. 194]. Подводные оползни и мутьевые потоки характерны для районов Мирового океана, где донные осадки большой мощности не обладают достаточной устойчивостью. В частности, к ним относятся участки дна вблизи устьев рек с большим твердым стоком. Например, в каньоне р. Конго ежегодно происходит около 50 мутьевых потоков [11]. Их большое число характерно и для приустьевой части рек Ганг и Брахмапутра. Эти реки ежегодно выносят в океан более 2 млрд т твёрдого терригенного материала, однако их дельта практически не растёт, поскольку почти весь материал перемещается мутьевыми потоками на большие глубины [3].
Причины возникновения и механизм протекания
Проблема подводных оползней и мутьевых потоков признана сравнительно недавно и степень ее изученности пока весьма незначительна. К числу исследователей этих процессов относятся E. G. Nisbet, D. J. W. Piper, J. G. Moore, D. A. Glague, R. T. Holcomb, P. W. Lipman, W. R. Normark, M. E. Torresan и другие.
К факторам, влияющим на устойчивость донных отложений, относятся [16]: 1) повышенная скорость накопления; 2) отложение крупнозернистых осадков на кровлю мелкозернистых; 3) быстрая биохимическая деградация; 4) недоуплотнение мелкозернистых отложений. Предполагается, что сход подводных оползней нередко вызывают отложения гидрата метана. Всем известный метан это основной компонент природных, попутных нефтяных, рудничного и болотного газов. Он является продуктом жизнедеятельность бактерий, пожирающих остатки древней флоры и фауны. Однако, гидрат метана это твердое соединение, в котором молекулы газа заполняют пустоты кристаллической решетки льда. Разложение органических веществ в отложениях приводит к образованию газа, повышению порового давления и снижению прочности отложений. Под влиянием давления и температуры гидрат метана скапливается в верхних слоях отложений на континентальном склоне. Ниже в отложениях собирается свободный газ [14].
Явление мутьевых потоков было впервые обнаружено в озерах. Их механизм подробно описан в монографии П. Вейля [4]. Если тонкозернистый материал (например, глина) становится взвешенным в воде, то происходит увеличение ее плотности. Так, если добавить к воде 1% минерального вещества, имеющего плотность 2 г/см3, то плотность смеси составит 1,001 г/см3. В результате произойдет погружение воды, содержащей примесь. При погружении воды потенциальная энергия переходит в кинетическую. Таким образом, слабое увеличение плотности, обусловленное взвешенными минеральными частицами, проводит к очень высоким скоростям течения внизу по материковому склону. По данным Д. Кеннета [8] мутьевые потоки могут двигаться со скоростью выше 90 км/ч, перенося до 3 кг/м3 осадочного материала.
Подводные оползни и мутьевые потоки обычно тесно связаны, хотя причиной образования мутьевых потоков могут быть также землетрясения, паводки рек с большим твердым стоком и перехват подводными каньонами потоков прибрежных наносов [6]. Все же далее оба процесса будут рассматриваться совместно, тем более что часто трудно определить, какой именно из них нанес ущерб человеческой деятельности.
Некоторые характеристики
Подводные оползни были довольно часты в позднем плейстоцене (15000-25000 лет назад), когда уровень моря был ниже. Считается, что объем подводных оползней может достигать 20 тыс. км3 [13], однако самым крупным из обнаруженных является подводный оползень Стурегг у западного побережья Норвегии. Начинаясь на глубине 150-400 м, он протягивается на расстояние около 800 км и заканчивается на глубине 2700 м. Стенка отрыва подводного оползня имеет длину по фронту 290 км и крутизну 10-20°, общий объем перемещенных рыхлых пород составил 5580 км3 [1].
Близки к нему по размеру подводные оползни между островами Гавайи и Кауаи (Гавайские о-ва). В общей сложности доисторические подводные оползни занимают здесь площадь около 100 тыс. км2 (в 5 раз больше территории всех Гавайских о-вов). Отдельные оползни имеют длину более 200 км и объем до 5 тыс км3. Источником материала для них послужила вулканическая активность [15]. Несколько огромных подводных оползней обнаружено у устья Амазонки. Один из них, произошедший в последний ледниковый период, оставил 120-метровый обрыв [14].
Сравнительно хорошо изучен подводный оползень, произошедший 18 ноября 1929 г. в районе Большой Ньюфаундленской банки (Северная Атлантика). Некоторые характеристики этого оползня и спровоцированного им мутьевого потока приведены в табл. 1.
Таблица 1
Характеристики оползня и мутьевого потока по данным различных авторов
Длина оползня, км | Мощность оползня, м | Скорость мутьевого потока, км/ч | Путь, пройденный, потоком, км | Объем перенесенных отложений, км3 | Площадь отложений, тыс. км2 | Источник |
20 | — | 65 | — | 200 | — | [14] |
50 | 400 | 40-55 | 720 | — | — | [8] |
— | — | 93,6 | — | 100 | 100 | [5] |
— | — | 72 | — | — | — | [4] |
— | — | 60 | — | — | — | [11] 119911991 |
Влияние на человеческую деятельность
Современные подводные оползни и возбуждаемые ими мутьевые потоки влияют на следующие виды человеческой деятельности [7]: 1) портовые сооружения; 2) подводные кабели связи; 3) подводные трубопроводы. Подводные оползни также вызывают цунами.
Воздействие на портовые сооружения осуществляется, когда они находятся на верхней наземной части оползневого блока. Широко известен случай разрушения портовых сооружений г. Вальдиз (Аляска, США). Он расположен на краю дельты, которая сложена насыщенными водой песчано-гравийными отложениями. Землетрясение 28 марта 1964 г. спровоцировало оползень вдоль береговой линии. Участок длиной 1220 м и шириной 183 м сполз в море, объем оползня составил 75 млн м3. В море погрузились причалы, сопутствующая портовая инфраструктура и значительная часть берега. Подобный подводный оползень произошел в 1975 г. недалеко от г. Ванкувер (Британская Колумбия, Канада). Он не нанес значительного ущерба в связи с незаселенностью территории [15], но изменил береговую линию и вызвал цунами [15].
Воздействие на подводные кабели и трубопроводы обусловлено давлением движущейся массы. Широко известным примером этого рода является подводный оползень и вызванные им мутьевые потоки, спровоцированные землетрясением 18 ноября 1929 г. в районе Большой Ньюфаундленской банки (Северная Атлантика). Оползень стал причиной гибели 27 чел. [14]. В свою очередь он вызвал образование мутьевого потока. Вначале он стекал вниз по континентальному склону по нескольким каналам, а затем соединился в широкий фронт (Кеннет, 1987, т. 2). В ходе своего перемещения мутьевой поток последовательно разорвал семь подводных кабелей связи [5]. Другие случаи разрыва мутьевыми потоками подводных телеграфных кабелей регистрировались вблизи г. Эль-Аснам (Алжир) 9 сентября 1954 г. [2], устьев рек Магдалена (Колумбия) и Конго [12].
Подводные оползни приводят к возникновению цунами. Например, в 1979 г. оползень объемом 0,15 км3 у аэропорта г. Ницца (Франция) вызвал цунами, от которого погибло 11 чел. В декабре 1951 г. подводным оползнем на склонах океанической впадины Пуэрто-Рико также было спровоцировано цунами, обусловившее значительные разрушения на побережье о. Пуэрто-Рико и Барбадос [9]. Цунами от подводных оползней угрожают ряду густонаселенных районов, расположенных близко к дельтам. В частности, такая опасность существует для г. Ванкувер в Канаде [14]. Подводные оползни в фиордах при Аляскинском землетрясении 1964 г. вызвали цунами, распространившиеся на побережьях до отметок 30 м [10]. Цунами вызвал и подводный оползень, произошедший в 1975 г. недалеко от побережья Британской Колумбии (Канада) [15].
Влияние подводных оползней и мутьевых потоков на человеческую деятельность суммировано в табл. 2.
Таблица 2
Влияние подводных оползней и мутьевых потоков на человеческую деятельность | |||
Основные объекты | Характер воздействия | Последствия воздействия | Меры смягчения последствий |
Портовые сооружения | Нарушение устойчивости толщи грунта, являющейся основанием для сооружения | Полное уничтожение сооружений вследствие погружения под воду оползневого блока | Правильный выбор места строительства |
Подводные кабели связи и трубопроводы | Динамическое воздействие осадочного материала при перемещении подводных оползней и мутьевых потоков | Разрыв кабелей и трубопроводов, косвенный экономический ущерб вследствие перерывов в связи и снабжении энергоносителями | Правильный выбор маршрута прокладки, восстановление сооружений |
Населенные пункты | Обрушение донных отложений, приводящее к возникновению цунами | Разрушение объектов вследствие динамического воздействия, затопления, ударов плавающими обломками и т. д. | Возведение сооружений вне зон распространения цунами, |
Литература
1. Ананьев процессы рельефообразования. М.: Изд-во МГУ, 1998. 102 с.
2. Апродов землетрясений. М.: Мысль, 2000. 461 с. (Природа мира)
3. Богданов явления в Тихом океане. М.: Наука, 1994. 143 с.
4. опулярная океанография. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 504 с.
5. Виноградов о селевых потоках. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 144 с.
6. Географический энциклопедический словарь. М.: Сов. энциклопедия, 1988. 431 с.
7. Говорушко геологических, геоморфологических, метеорологических и гидрологических процессов на человеческую деятельность. Иллюстрированное справочное пособие. М.: Академический проект, 2007. 685 с.
8. орская геология. М.: Мир, 1987. Т. 2. 384 с.
9. , Показеев морских волн. М.: МГУ, 1985. 297 с.
10. Мягков природного риска. М.: Изд-во МГУ, 1995. 222 с.
11. кеанология. Современные представления о жидкой оболочке Земли. М.: Мир, 1991. 414 с.
12. Энциклопедия Океан – Атмосфера. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 464 с.
13. Hampton M. A., Lee H. J., Locat bmarine landslides // Reviews in Geophysics. 1996. Vol. 34. No. 1 P. 33-59.
14. Nisbet E. G., Piper D. J.W. Giant submarine landslides // Nature. Vol. 392. 26 March 1998. P. 329-330.
15. Schuster R. L., Highland L. M. Socioeconomic and environmental impacts of landslides in the Western Hemisphere // Proceedings of 3 rd Panamerican Symposium on Landslides. Vol. 1. Cartagena, Columbia, 2001. P. 1-50.
16. Walker H. J., Arnborg L., Peippo J. Riverbank erosion in the Colville delta, Alaska // Geografiska Annaler. 69A. No. 1. 1987. P. 61-70.
