Table of Contents

Оползни и массовое истощение являются фундаментальными геологическими процессами, которые постоянно меняют поверхность Земли. Эти гравитационные движения пород, почвы и мусора происходят практически на всех ландшафтах, от крутых горных склонов до мягких склонов. Понимание механики, триггеров и последствий массового истощения имеет решающее значение не только для геофизиков, но и для инженеров, градостроителей и сообществ, живущих в регионах, подверженных оползням. Эта статья предоставляет всеобъемлющий обзор оползней и массового истощения, исследуя их определения, типы, причины, воздействия и стратегии смягчения.

Что такое массовая растрата?

Массовое истощение, также известное как массовое движение, описывает нисходящий транспорт земных материалов под прямым влиянием гравитации, без первичной помощи транспортной среды, такой как вода, лед или ветер.В то время как реки и ледники разрушают ландшафты в течение длительных временных отрезков, массовое истощение может перемещать огромные количества материала в считанные секунды или на протяжении веков. Процесс включает в себя широкий спектр явлений, от почти незаметного ползучего грунта до катастрофических оползней, которые хоронят целые сообщества.

Ключевые характеристики массового истощения включают тип материала, в котором участвует (камень, почва или смесь), скорость движения (быстрый против медленного), характер движения (скользящая, падающая, текущая или опрокидывающая) и наличие или отсутствие воды.Вода часто действует как смазка, уменьшая внутреннее трение и дестабилизирующие склоны. Термин «оползень» обычно используется для быстрых массовых движений, в то время как «расточительство массы» охватывает как быстрые, так и медленные события.

Ключевые факторы, влияющие на массовое истощение

Несколько взаимодействующих факторов определяют, будет ли сбой наклона и как будет проявляться этот сбой. Эти факторы можно разделить на внутренние свойства наклона и внешние триггеры.

Угол наклона и геометрия

Склоны степеры по своей природе более нестабильны, потому что гравитационная сила, действующая на материал, имеет больший компонент нисходящего склона. Однако даже мягкие склоны могут выйти из строя, если другие условия, такие как высокое давление поровой воды или слабые плоскости постельного белья, снижают прочность сдвига.

Свойства материала

Прочность породы и почвы зависит от размера зерна, минерального состава, цементации и наличия переломов или суставов.Неконсолидированные отложения, как песок и ил, более склонны к течению, чем хорошо цементированные породы. Богатые глиной почвы могут стать чрезвычайно скользкими при влажности, что приводит к медленному ползучести или внезапным падению.

Содержание воды

Вода является одним из наиболее критических дестабилизирующих агентов. Когда поры между частицами почвы или горных пород заполняются водой, давление увеличивается, уменьшая эффективное напряжение и ослабляя материал. Сильные дожди, снегопад или плохой дренаж могут насыщать склон и вызывать сбой.

Растительность и землепользование

Корни растений помогают связывать почву и поглощать воду, повышая устойчивость склона.Обезлесение, сельское хозяйство и городское развитие устраняют это естественное подкрепление, часто приводя к усилению эрозии и частоте оползней.

Геологическая структура

Слоистые скальные образования с плоскостями постельного белья, опускающиеся в том же направлении, что и склон (паховые склоны), особенно уязвимы для скольжения.Разломы, суставы и переломы также создают зоны слабости, которые могут концентрировать движение.

Типы оползней и массовых событий

Геологи классифицируют массовые события на основе типа материала, типа движения и скорости движения.Наиболее широко используемая система классификации была разработана Дэвидом Варнесом в 1978 году и была доработана Геологической службой США и Международным консорциумом по оползням.

Падение

Каменные водопады и падения почвы происходят, когда материал отделяется от крутого утеса или склона и спускается в основном через свободное падение, отскоки и качание. Падения чрезвычайно быстры и часто вызываются циклами замерзания-оттаивания, землетрясениями или корневым сквозным боем. Они представляют значительную опасность для дорог и железных дорог в горных районах.

Скольжения

Слайды предполагают движение когерентной массы по четко определенной поверхности отказа. Они подразделяются на вращательные слайды (скольжения), где поверхность изогнута и масса вращается назад, и трансляционные слайды, где масса движется по плоской поверхности, параллельной склону. Трансляционные слайды могут перемещаться на большие расстояния на высоких скоростях.

Поток

Потоки ведут себя как жидкости, при этом материал деформируется внутренне по мере движения. Потоки мусора (также называемые сеющими потоками) состоят из смеси воды, почвы, фрагментов горных пород и органического материала. Они могут путешествовать по долинам со скоростью, превышающей 30 миль в час, разрушая все на своем пути. Потоки земли медленнее, часто остаются активными в течение месяцев. Ползучий поток — едва заметный — но на протяжении веков он может перемещаться по целым склонам холмов.

Щелкунчик

Топплинг возникает, когда блок скалы или почвы вращается вперед вокруг точки разворота, обычно из-за крутого сустава или перелома. Топплес может привести к обвалу породы, если блок разваливается во время спуска. Они распространены в скалах с вертикальными или почти вертикальными переломами.

Латеральные разбросы

Боковые спреды предполагают расширение когерентной массы над более мягким, сжиженным слоем. Они часто возникают на мягких склонах и часто вызываются землетрясениями. Большие боковые спреды могут вызывать обширную трещиновидность и смещение.

Триггеры и причины оползней

В то время как присущая склону нестабильность определяет его восприимчивость, конкретные триггеры преобразуют этот потенциал в реальное событие. Эти триггеры могут быть естественными или антропогенными.

Естественные триггеры

  • Интенсивные или продолжительные осадки:] Наиболее распространенный триггер в мире. Осадки проникают в землю, повышая давление поровых вод и снижая силу сдвига. Оползни в тропических регионах часто следуют за сезонными муссонными дождями.
  • Землетрясения: Землетрясение может мгновенно дестабилизировать склоны, особенно те, которые уже близки к провалу. Землетрясения, вызванные оползнями, могут быть массивными и широко распространенными, как видно из землетрясения в Вэньчуане в 2008 году в Китае.
  • Извержения могут растопить снег и лед, вызвать пирокластические потоки или вызвать коллапс вулканических флангов.Извержение вулкана Сент-Хеленс в 1980 году вызвало самый большой субаэральный оползень в истории.
  • Быстрое таяние снега: Внезапное потепление может насытить склоны талой водой, что приводит к потокам мусора. Это распространено в альпийских регионах весной.
  • Лесные пожары: Огонь удаляет растительность и может создать гидрофобный слой в почве, что приводит к увеличению стока и потоков мусора во время последующих дождей.

Человеческие триггеры

  • Обезлесение и изменение землепользования: Удаление лесов для сельского хозяйства или развития ослабляет стабильность наклона. Корневые системы, которые когда-то удерживали почву вместе, со временем распадаются.
  • Раскопки и дорожное строительство: Разрезание на склонах для создания дорог или строительных площадок снимает поддержку на базе и круче склонов, часто вызывая сбои.
  • Горное дело и карьерирование: Взрыв и раскопки могут создавать нестабильные скальные грани и портить сваи.
  • Ирригация и утечка воды: Искусственный полив газонов или протечки коммунальных услуг добавляет воду на склоны, повышая давление пор.
  • Строительство водохранилищ: Скопление за плотинами может поднять уровень грунтовых вод и насытить прилегающие склоны, как это видно в катастрофе Вайонта в Италии (1963).

Влияние на формы земель и общество

Массовое истощение оказывает глубокое влияние на эволюцию ландшафта и представляет серьезную опасность для сообществ во всем мире.

Геоморфные воздействия

Оползни создают характерные рельефы, такие как заросли, горбатая топография и мусорные вентиляторы.В горах массовая растрата является основным процессом, который переносит осадок с холмовых склонов в речные каналы, влияя на эрозию и осаждение.В течение длительного времени повторяющиеся оползни и ползут постепенно ниже горных хребтов.

Воздействие на окружающую среду

Крупные оползни могут затоплять реки, образуя озера, которые впоследствии могут прорваться и вызвать катастрофические наводнения. Они могут разрушать обширные участки леса и изменять водные среды обитания, вводя осадочные породы в ручьи. Обломки относят материал на дно долины, создавая новую местность для последовательности растений.

Человеческие и экономические последствия

  • Оползни убивают тысячи людей каждый год, причем наибольшая смертность происходит в густонаселенных горных районах Азии и Южной Америки.
  • Ущерб имуществу: Дома, дороги, мосты, трубопроводы и другая инфраструктура часто разрушаются или сильно повреждаются.
  • Экономические потрясения: Оползни могут блокировать транспортные коридоры, нарушать цепочки поставок и снижать стоимость недвижимости. Общий ежегодный экономический ущерб от оползней во всем мире оценивается в миллиарды долларов.
  • Психологические и социальные последствия: пережившие оползни часто сталкиваются с травмой, перемещением и длительными периодами восстановления, особенно в общинах с низким уровнем дохода, зависящих от уязвимых склонов.

Известные события Landslide

Изучение исторических оползней помогает ученым понять весь спектр разрушительного потенциала и дает оценку риска.

  • Оползень Осо (Вашингтон, США, 2014): Массивный мусор-аванш разрушил сельский район, убив 43 человека. Это произошло на древнем оползнем комплексе, который был активирован сильными осадками.
  • Варгасские оползни (Венесуэла, 1999): После нескольких недель дождей тысячи обломков стекали с гор в прибрежные города, убив, по оценкам, 30 000 человек.
  • Гора Сент-Хеленс (США, 1980): Самый большой земной оползень в истории, эквивалентный 2,8 кубическим километрам породы и льда, вызванный извержением вулкана.
  • Гинесаугонский оползень (Филиппины, 2006): массивная лавина оползней-оползней похоронила всю деревню Гинсаугон, убив более 1100 человек после сильного дождя и незначительного землетрясения.
  • Руапеху лахар (Новая Зеландия, 2007): Поток мусора высотой 2 метра, образовавшийся в результате обрушения вулканического кратера, устремился вниз по реке Вхангеху, нанеся ущерб, но не вызвав смертельных исходов из-за систем раннего предупреждения.

Системы мониторинга и раннего предупреждения

Достижения в области технологий значительно улучшили способность обнаруживать прекурсорные признаки сбоев в работе наклона и своевременно предупреждать об этом.

  • Геотехнические приборы: Пьезометры измеряют давление поры-воды; инклинометры отслеживают движение подповерхностной поверхности; экстенсомеры обнаруживают расширение трещины.
  • Удалённое зондирование: InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) со спутников может обнаруживать миллиметровую деформацию грунта на больших площадях. Сканирование LiDAR показывает топографию высокого разрешения, которая выделяет прошлые оползни. Обсерватория Земли NASA предоставляет обширные изображения и данные для исследователей.
  • Пороги осадков: Исходя из исторических отношений между осадками и оползнями, агентства выдают предупреждения, когда количество осадков превышает критические уровни.
  • На основе общинного мониторинга: Обучение местных жителей распознаванию признаков нестабильности (например, наклона деревьев, новых трещин, мутной воды) может спасти жизни в отдаленных районах.

Международный консорциум по оползням (FLT:0) работает над координацией глобального сотрудничества в области систем раннего предупреждения и снижения рисков.

Стратегии профилактики и смягчения последствий

Хотя невозможно предотвратить все оползни, тщательное планирование и проектирование могут значительно снизить их частоту и тяжесть.

Планирование землепользования

Наиболее эффективный подход заключается в том, чтобы избегать строительства на нестабильных склонах. Правила зонирования, картирование опасности оползней и оценка воздействия на окружающую среду являются важными инструментами. Многие развитые страны в настоящее время требуют проведения геотехнических исследований до начала строительства в районах на склонах холмов.

Инженерные решения

  • Сохраняющие стены и каменные болты: Эти структуры физически поддерживают склоны и предотвращают падение породы.
  • Системы дренажа: Установка горизонтальных стоков, французских стоков или дренажных галерей снижает давление пор-воды в недрах.
  • Сортировка и террасирование наклона: Уменьшение угла наклона путем резки или заполнения может создать более стабильные профили.
  • Почвенное забивание и дроссель: Укрепление склона стальной сеткой и распыленным бетоном распространено в дорожных разрезах.
  • Барьеры потока мусора: Сильные заборы, сети или стены отклонения расположены у основания долин, чтобы поймать или перенаправить быстро движущиеся потоки.

Управление растительностью

Посадка глубоко укоренившихся деревьев и кустарников может повысить устойчивость склона за счет усиления корней и испарения. Однако тяжелые деревья на крутых склонах также могут добавить дополнительную нагрузку; необходим тщательный отбор видов. Обновление после лесных пожаров особенно важно для снижения риска после пожара.

Готовность и образование сообщества

Проведение кампаний по информированию общественности, проведение учений по эвакуации и создание местных групп реагирования могут сократить число жертв.В таких странах, как Япония и Соединенные Штаты, бюллетени раннего предупреждения выдаются общественности с помощью мобильных оповещений и сирен.

Будущие перспективы

Ожидается, что изменение климата изменит частоту и величину оползней во многих регионах. Более высокие температуры могут увеличить высоту линии замерзания-оттепели, вызывая больше камнепадов в высоких горах. Интенсивные события осадков, особенно те, которые связаны с тропическими циклонами, вероятно, вызовут больше потоков мусора в и без того уязвимых районах. Таяние вечной мерзлоты в арктических и альпийских регионах дестабилизирует склоны, которые ранее были заморожены твердым телом, что потенциально приведет к массивным оползням, известным как «скаловые лавины».

Расширение городских районов в горной местности, особенно в развивающихся странах, приведет к тому, что больше людей будут подвергаться опасности оползней. Поэтому интеграция мер по снижению риска оползней в планирование устойчивого развития является более важной, чем когда-либо. Достижения в области машинного обучения и мониторинга в режиме реального времени позволят повысить прогнозные возможности, однако эти инструменты должны сочетаться с эффективным управлением и вовлечением общин.

Заключение

Оползни и массовое истощение — это естественные геологические процессы, которые формировали поверхность Земли на протяжении миллиардов лет. Их разрушительная сила может быть огромной, но благодаря научным исследованиям, тщательному мониторингу и активному смягчению последствий мы можем уменьшить их влияние на жизнь людей и инфраструктуру. Геологи, инженеры, планировщики и сообщества должны работать вместе, чтобы понять местные опасности, внедрить соответствующие меры контроля и подготовиться к неизбежным событиям. По мере изменения нашего климата и моделей землепользования потребность в продолжении исследований и просвещения общественности по вопросам массового истощения никогда не была больше.