Карстовые провалы в земле: почему их становится больше?

В 9 часов вечера, 20 января, на Уолмер-стрит в Манчестере, посреди улицы внезапно образовался кратер, размером в 4 кв. метра, проглотивший припаркованную машину. Через несколько часов в увеличившийся провал ушли террасы двух домов.

Еще одна воронка 4 февраля шокировала шотландских пешеходов, проглотив участок прибрежной тропы между Дайзартом и Западным Уэмиссом.

А в начале марта, в Камбрии, фермер, ехавший на квадроцикле, внезапно провалился на 18 метров. Его спасли пожарные и доставили в больницу.

Это только недавние случаи и только из Великобритании. Но таких происшествий становится все больше – и это происходит по всему миру. Выявлена и четкая закономерность: при повышении среднегодовой температуры на 0,1 ℃ количество карстовых воронок – а это именно они, — увеличивается на 1-3%.

Особенно большой провал случился в Неаполе в 6:30 утра 8 января. Воронка глубиной 20 и шириной 50 метров внезапно появилась на автостоянке больницы Ospedale del Mare. Она поглотила часть автостоянки и вызвала эвакуацию больницы.

Случай этот для Неаполя не уникальный. С 1915 по 2010 год в городе случилось более 190 таких случаев – статистика таких провалов и разбор их причин был опубликован в Physics and Chemistry of the Earth.

Недавнее исследование исторической части Неаполя, недавно опубликованное в Journal of Cultural Heritage, определило в качестве угрожаемых объектов еще 66 исторических зданий.

Карстовые полости возникают естественным образом, когда минералы под поверхностью земли постепенно растворяются в дождевой воде. Но эти явления участились из-за деятельности человека.

Гигантская воронка глубиной 150 метров и шириной 20 метров в районе Сан-Антонио в Гватемале в феврале 2007 года поглотила около двадцати домов, в результате чего три человека пропали без вести.

Воронки по всему миру. По часовой стрелке слева: Гватемала, Хай-Виком, Нанкин и Гуаньюнь в Китае и Кентукки в США.

Строительство, сопряженное с земляными работами, добыча полезных ископаемых, плохо организованные захоронения строительного мусора, и, наконец, изменения климата, которые приводят к более сильным дождям, перемежаемым сухими периодами — все это ведет к аномальному росту числа карстовых провалов.

Воронка в Неаполе

Воспользуемся карстом в Неаполе, чтобы изучить, как это происходит на практике.

Больница Ospedale del Mare расположена на скале, называемой «фонолитическим тефритом». Термин тефрит происходит от греческого слова tephra, что означает пепел. Это пористая и хрупкая порода желтовато-серого цвета.

Римские строители впервые использовали эту скалу в качестве строительного камня. Вековые разработки карьеров привели к образованию сложной сети полостей под Неаполем.

Верхний слой почвы богат кальцием и естественным образом взаимодействует с углекислым газом из атмосферы с образованием хорошо растворимых карбонатов. Этот верхний слой почвы пострадал в результате трехдневных штормов в декабре 2020 года.

Потребовалось пять дней, чтобы вода из паводка просочилась в землю через исторические шахты, вымыла растворимые карбонаты, разрыхла полость и запустила в действие воронку.

Обычно естественный грунт превращается в грунт фундамента для зданий и дорог путем уплотнения и цементирования — закачивания в землю химических веществ, таких как цемент. Естественные поры в почве оказываются при этом либо разрушены, либо заполнены химикатами.

Для почвы меньшее количество пор означает лучшую прочность, но также означает и проникновение больших объемов дождевой воды в землю через меньшее число более узких отверстий. Эта интенсивная фильтрация может смыть растворимые минералы, разрыхлить почву на незацементированных участках вокруг уже возникших заглубленных полостей и вызвать провалы в грунте.

Новый фундамент

В течение последних двух десятилетий исследователи пытались разработать новые методы инженерных работ, которые удовлетворяли бы потребности городов, но не нарушали бы естественные системы земли.

Например, исследователи из Университета Стратклайда использовали грибы для образования в почве прочных сетей из волокон мицелия, которые удерживают ее на месте и способны восстанавливаться после повреждения. А в Ньюкасле и университете Восточного Лондона две группы исследователей, работая независимо друг от друга, генетически конструируют бактерии, способные осуществлять биологическое цементирование слабых участков почвы, либо их армирование длинными клейкими нитями. Однако эти методы не позволяют заполнить уже имеющиеся естественные пустоты в почве. Кроме того, их эффективность на более глубоких участках, особенно в городе, где почва смешана со строительными отходами, еще предстоит проверить.

Впрочем, карстовые провалы могут быть и туристическими объектами, как эти самые живописные карстовые провалы мира.

По материалам Science Alert

Спелеологи показали «утробу» самой большой карстовой пещеры мира (видео)

Вокруг Света