Исчезающие грунты

Русская пословица гласит: «Вода точит камень». Народная мудрость точно подметила, что все горные породы рано или поздно растворяются водой. Для того чтобы растворить гранит, необходимы десятки миллионов лет. Но есть породы, обладающие способностью к быстрому разрушению в воде.

На одной из шахт, в которой добывают каменную соль, произошла тяжелая авария. Ночью в нее прорвался поток подземных вод. К утру вода практически вывела шахту из строя.

Действительно, каменная соль, состоящая из минерала под названием галит (NaCl), буквально «съедается» водой. Одна часть этого минерала растворяется примерно в трех частях воды. Так же быстро растворяются встречающиеся в поверхностной части земной коры такие минералы, как сильвин (КСl), сода (Na2CO3) и некоторые другие. Если они защищены пластами глинистых пород или находятся в засушливых пустынных районах, где дожди редкое явление, то сохраняются длительное время.

Однако там, где в силу каких-либо обстоятельств в грунты, содержащие эти минералы, попадает вода, они быстро растворяются и исчезают, переходя в растворы. Любопытный случай произошел в одном из районов Луизианы (США). Здесь в прибрежной части небольшого озера Пегнер нефтяная компания «Тексако» начала производить бурение. Когда скважина достигла глубины 400 м, вода стала быстро уходить из озера в образовавшееся отверстие. Через час на этом месте появилась гигантская воронка диаметром до 800 м. В нее провалились ботанический сад, пять домов и весь озерный транспорт.

Произошло это из-за того, что скважина пробила отверстие в кровле старой соляной шахты. В течение часа поток воды растворил поддерживающие кровлю выработок галитовые столбы и она провалилась, увлекая за собой 400-метровую покровную толщу грунтов.

В осадочных грунтах встречается хорошо известный читателям минерал под названием гипс (CaSO4 * 2H2O). В районе г. Уфы этот минерал образует гипсовую породу, которая залегает в виде толщ мощностью десятки и даже сотни метров. Еще в прошлом веке здесь были известны случаи провалов участков железнодорожной линии, иногда вместе с паровозами и вагонами. Та же участь постигла и ряд отдельных зданий. В этом районе часто встречаются воронки, шахтообразные провалы глубиной 10—20 м и более. Причина всех этих явлений — растворение гипса водой.

Процесс растворения в данном случае протекает значительно медленнее, чем при воздействии воды на галит: примерно 1 м3 гипсовой породы растворяется в 400 м3 воды, но с точки зрения геологического времени он идет довольно быстро. В гипсах пустоты могут образоваться в течение нескольких или десятков лет. Этот процесс получил наименование карста.

В Крыму, на Урале, Кавказе известны сотни карстовых пещер. Кто не знает Кунгурской пещеры на Урале или «Провала» в г. Пятигорске? Всемирной известностью пользуется Мамонтова пещера в шт. Кентукки (США), имеющая протяженность 74 км.

Во всех этих случаях образование пещер связано с растворением еще одной породы — известняка. В его составе главным минералом является кальцит (СаСОз). По сравнению с галитом и гипсом его растворимость сравнительно невелика. Один кубометр кальцита переходит в раствор под воздействием 30 000 м3 воды. Вместе с тем если в природной воде содержится углекислота, то для растворения 1 м3 этого минерала необходимо только 1000 м3 воды.

Маленький ручеек, журчащий в трещине известняка, каждую минуту, каждый час растворяет его. Проходят сотни, тысячи лет и вместе с ними исчезают массы породы, а вместо нее остаются анфилады пещер, галерей и пропасти.

Вода, пробивающаяся через массивы растворяющихся пород, постепенно насыщается солями, в которые переходят минералы. Если она испаряется, то исчезнувшие минералы опять появляются на свет, но уже в новом месте.

Примером могут служить образующиеся в пещерах красивые кальцитовые или гипсовые сосульки. Они формируются при кристаллизации солей, происходящей в ходе испарения капель воды. Если этот процесс возникает на потолке — сверху вниз - растет сталактит. Если капля успевает упасть на пол, то, испаряясь, она оставляет кристаллы содержащихся в ней солей. В таком случае с пола постепенно поднимается сталагмит.

Если это явление продолжается достаточно долго, то в конечном счете сталактит соединяется со сталагмитом и образуется колонна. Кто не помнит замечательного описания карстовой пещеры, сделанного Марком Твеном в "Томе Сойере": «...В одном месте они нашли просторную пещеру, где с потолка спускалось множество блестящих сталактитов длиной и толщиной с человеческую ногу. Они обошли эту пещеру кругом, любуясь и восхищаясь ее красотой... Родник протекал в самом центре какой-то высокой пещеры: ее стены подпирались рядами фантастических колонн, создавшихся благодаря слиянию больших сталактитов со сталагмитами в результате многовекового падения капель воды...»

Так, «исчезающие» минералы, переходя в растворы, превращаются в «путешественников» и движутся с потоками воды к новому месту своего «рождения». Нередко гипс и кальцит оказываются в составе глинистых грунтов. В них может возникнуть движение влаги по порам и трещинам (например, при проникновении в массивы воды из искусственных морей). В этом случае кристаллы таких минералов постепенно растворяются и выносятся. Конечно, карст тогда не образуется. Однако если на этих грунтах построены здания или какие-нибудь сооружения, то нередко в последних возникают деформации, а то и разрушения. Особую опасность представляют промышленные воды, содержащие вещества, ускоряющие растворение карбонатов и сульфатов.