Грунтоведение

 

Донные грунты

 

 

 

Океаны и моря. Морская стихия. Это совсем иной мир. Если животные с континета на длительное время оказываются под водой, то они тонут. И, наоборот, если обитатели моря попадают на сушу, они также «тонут», но в воздухе.'Лишь небольшая группа земноводных животных способна жить и в воде, и на суше.

 

Океаны явились колыбелью жизни на Земле. Здесь она зародилась на сотни миллионов лет раньше, чем на континентах. Значительно позже, когда поверхность материков стала пригодной для жизни, первые обитатели моря выползли на берег и начали приспосабливаться к континентальной среде. У человека и поныне сохраняются некоторые следы водного происхождения его древних предков — морских животных. От рыб человек получил позвоночник, череп, челюсти, зубы, конечности, слух и ряд других органов.

 

Для людей морская среда долгое время казалась загадочным и даже враждебным миром. Древние народы окружили океаны мифами и населили их пучины богами. О морях созданы тысячи легенд и преданий.

До XX в. человек практически не использовал всего богатства морей и океанов, занимаясь в основном только рыболовством. И только в наш век человечество серьезно обратило на них свой взор. Прежде всего в морях и океанах стали искать новые источники промышленных ресурсов. На дне морских акваторий были обнаружены многочисленные месторождения полезных ископаемых. Наконец, их пространства сейчас начали рассматриваться как возможные пло-

оцади для размещения городов. Поэтому океан и назвали «голубой целиной».

 

Наверное, многие из вас знают о разработке нефти на Каспийском море, где нефтяные вышки шагнули далеко в воду; в Северном море; о поисках нефтяных месторождений во многих других морях. Люди принялись интенсивно осваивать морской шельф (прибрежную мелководную часть морей и океанов). Он оказался необычайно богатым. Здесь встречается не только нефть, но и золото, серебро, цветные металлы и другие полезные ископаемые.

 

Добыча нефти сейчас ведется со сравнительно небольших глубин— до 300 м. Вместе с тем уже ставится задача разработки нефтяных месторождений на отметках до 1000 м ниже уровня моря. Предполагается, что основные месторождения этого ценного источника энергии размещаются на глубинах 2000—3000 м.

 

Добыча на «мелких» месторождениях (до 200 м) осуществляется со стационарных нефтяных платформ. На больших глубинах приходится переходить на нефтедобывающие установки, монтируемые непосредственно на морском дне. Они представляют собой герметические цилиндры, в которых поддерживается нормальное атмосферное давление. На дне работают и бригады нефтедобытчиков. В связи с этим возникает необходимость создания жилых придонных помещений.

Нетрудно догадаться, что строительство нефтяных платформ и глубинных установок предъявляет серьезные требования к изучению свойств и строения донных грунтов. Их исследование необходимо и ври организации добычи других полезных ископаемых.

 

Следующая важная задача морского грунтоведения—выявление закономерностей образования и движения донных грунтов, а также динамики их свойств. Это необходимо знать для строительства различных гидротехнических сооружений: портов, молов, дамб, прилив- но-отливных электрических станций и т. д.

 

Особенно остро стоит для многих прибрежных городов проблема борьбы с наступлением моря. Жизненно важно ее решение для поселений, находящихся на берегах, медленно опускающихся под действием движений земной коры или в связи с откачкой подземных вод.

 

Опускания дна привели к погружению многих древних городов* Так, в районе г. Сухуми акванавты открыли на некотором расстоянии от берега на морском дне развалины исчезнувшего когда-то Су- кум-КаЛе. Продолжив свои поиски, они нашли остатки еще более: древнего города Себастополя, который оказался погруженным на большие глубины и на более значительном расстоянии от берега.

 

Положение уровня Каспийского моря за несколько тысячелетий колебалось до 10 м. Так, в 1939 г, в Бакинской бухте под водой нашли остатки башни, на которой была написана дата ее постройки— 1234 г. Около г. Дербента в море на глубине 7 м удалось обнаружить древние каменоломни.

 

Сейчас стоит вопрос о предотвращении погружения в море г. Венеции—сокровищницы итальянского искусства. Ежегодно осенью и зимой под ударами сирокко (ветра с моря) морские волны гонят воду на город. В результате более чем 30 раз в году часть города оказывается под водой. Затапливается знаменитая площадь Св. Марка. Для прохода по ней приходится устраивать мостки. Специалисты считают, что спасти Венецию может только устройство двойной линии дамб.

Опыт подобного строительства имеется в разных странах: СССР, СРВ, Франции и др. В Нидерландах, например, многие десятилетия ведется успешная борьба с наступающим морем. В 1932 г. там отгородили дамбой целый залив Зейдерзее, который затем осушили.

 

Развитие мореходства требует расширения портового строительства, создания морских судоходных каналов на мелководье, волноломов и других сооружений.

 

Вот почему морское и океаническое дно начало привлекать к себе особое внимание исследователей. Нужно сказать, что именно в океанских просторах находится основная масса грунтов. Действительно, в морях и океанах — громадные количества гальки, песка, ила, глины и других грунтов. Крупнообломочные и песчаные грунты шельфа все больше превращаются в объект разработки для нужд строительства. Часто она носит хищнический характер. Уже сейчас ученые бьют по этому поводу тревогу. Такая непомерная добыча на пляжах и мелководье наносит серьезный ущерб курортам и равновесию шельфовых зон. Она является одной из причин возрастающего разрушения морских берегов.

 

В грунтоведении изучение морских глубин началось сравнительно недавно, примерно 30 лет назад. Но уже сегодня можно говорить о развитии нового направления в этой науке — морского грунтоведения.

 

Возникает естественный вопрос: «Чем отличаются морские пески от континентальных или глина на море от глины на суше?»

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-гравелистыми, 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 .

 

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 сре- динно-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 давле* нием столба воды: на глубине 50 м — 0,5 МПа, у края шельфа (глу бина 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 солеи. 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. назвать, он успел опять погрузиться.

 

Конечно, трудности изучения донных грунтов не ограничиваются их водонасыщенностью и подвижностью. Оказывают свое влияние и микробиологический состав, и содержание различных-гааов,-и i^pyrtte 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 грунтоведеннягоднако еще больше вопросов остаются неизученными.

 

 

 Смотрите также:

 

СВОЙСТВА ГРУНТОВ. Классификация грунтов

Нескальные грунты — это грунты без жестких структурных связей. К нескальным грунтам относят рыхлые горные породы, включающие несвязные (сыпучие) и связные породы...

 

Искусственные основания. Песчаные и пылеватые грунты.

Песчаные и пылеватые грунты хорошо уплотняются чшверхностиыми вибраторами, при этом значительно быстрее, чем при трамбовании.

 

Грунты. Общие сведения о грунтах

Разжиженные грунты с избытком шаги, состоящие из мелких песчаных или пылеватых частиц, называются плывунами.

 

СВОЙСТВА ГРУНТОВ. Грунты оснований зданий и сооружений...

Грунты оснований зданий и сооружений подразделяют на четыре основные группы: скальные, крупнообломочные, песчаные и глинистые.