Воронки: когда земля отступает после столетий эксплуатации

Сначала она проглотила машину. Через несколько часов появились два террасных дома. В 21:00 20 января на Уолмер-стрит в Манчестере образовался кратер размером 4 кв. метра. Еще одна воронка шокировала местных шотландских пешеходов, проглотив участок прибрежной тропы между Дайзартом и Западным Уэмиссом 4 февраля. А в начале марта в Камбрии образовалась воронка под фермером, ехавшим на квадроцикле. Его спасли пожарные и доставили в больницу.

Фото: https://www.hiclasscar.com/

Это только недавние примеры из Великобритании. Земля раскрывается и поглощает все, что встречает на своем пути – довольно обычное явление. В глобальном масштабе при повышении температуры на 0,1 ℃ количество воронок увеличивается на 1–3%. Особенно большая воронка открылась в Неаполе в 6:30 утра 8 января. Воронка глубиной 20 метров внезапно появилась на автостоянке больницы Ospedale del Mare. Она поглотила продолговатую часть автостоянки, вызвала отключение электричества и вызвала временное закрытие учреждения для пациентов с коронавирусом.

В Неаполе особенно распространены воронки. В период с 1915 по 2010 год в городе открылось более 190 случаев, и ежегодно происходит от двух до четырех крупных инцидентов. Недавнее исследование в историческом центре Неаполя определило девять исторических церквей в неминуемой опасности, а также еще 57 в потенциальной опасности катастрофического обрушения грунта.

Воронки – явление не новое и даже не диковинное. Они возникают естественным образом, когда минералы под поверхностью земли постепенно растворяются в дождевой воде, образуя полости. Внезапное появление провала происходит, когда вода разрыхляет почву вокруг впадин и над ними ровно настолько, чтобы земля наверху проваливалась внутрь. Но эти пугающие явления стали более обычными из-за исторического вмешательства человечества в землю. Рост интрузивного строительства, глубокой добычи полезных ископаемых, плохо организованного захоронения строительного мусора и сноса и, что особенно важно, изменений климата, которые привели к более сильным дождям – все это привело к недавнему аномальному увеличению количества воронок.

Большинство людей мало думают о земле. Возможно, в этом нет ничего удивительного – вроде бы особо не о чем думать. Наши отношения с ней обычно односторонние и преследуют единственную цель: мы стремимся «улучшить» ее или использовать для предоставления любых функциональных услуг, которые нам нужны – превращая землю в прочный фундамент для зданий или используя ее как источник полезных ископаемых.

Фото: https://www.tvc.ru/

Но на самом деле земля представляет собой сложную и точно настроенную систему, комбинацию многих компонентов – горных пород, минералов, бактерий, растений – которые работают и живут независимо, но постоянно взаимодействуют друг с другом, создавая твердую поверхность и почву, на которой мы живем. Нарушение этих природных компонентов и их гармонии приводит к возникновению таких природных опасностей, как провалы в грунте.

Воронка в Неаполе

Давайте воспользуемся карстом в Неаполе, чтобы изучить, как это происходит на практике. Римские строители впервые использовали эту скалу в качестве строительного камня. Вековые разработки карьеров привели к образованию сложной сети полостей под Неаполем, подобную которой можно увидеть на каменном фасаде купален Сарно в Помпеях. Полости подстилают песчаный пепел и верхний слой городской почвы, смешанной с отходами и строительным мусором.

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 паводковая вода просочилась в землю через исторические шахты доступа, смыла растворимые карбонаты, разрыхлила полость и запустила воронку.

Обычно естественный грунт превращается в грунт для фундамента зданий и дорог путем уплотнения и затирки (закачивания в землю химических веществ, таких как цемент). Естественные поры в почве либо разрушены, либо заполнены химикатами. Для почвы меньшее количество пор означает лучшую прочность, но также означает проникновение больших объемов дождевой воды в землю через меньшее количество и более узкие отверстия. Эта высокоинтенсивная фильтрация может смыть растворимые минералы, разрыхлить почву вокруг заглубленных полостей и вызвать провалы в грунте. Так как же нам этого не допустить?

Фото: https://agnitime.com/

Новый фундамент

В течение последних двух десятилетий исследователи пытались разработать новые методы инженерного строительства, которые удовлетворяли бы потребности городов, но не нарушали бы естественные системы земли. Например, исследователи из Университета Стратклайда использовали грибы для образования в почве невероятно прочных сложных корневых сетей из натуральных волокон, которые удерживают их вместе. Это волокна, которые могут восстанавливаться даже после повреждения. А в Ньюкасле исследователи генетически конструируют бактерии, чтобы сделать почву «адаптивным живым материалом», чтобы она укреплялась в ответ на нагрузку.

Но «продукты» этих методов могут забивать естественные пустоты в почве. Нам также еще предстоит установить эффективность этих методов на более глубоких участках, особенно в городских почвах, которые смешаны со строительными отходами. Многие инженеры пришли к выводу, что люди относятся к земле как к непродуктивной, разрушительной и отсталой, как и наше отношение к исчезающим видам, хрупким экосистемам и самому климату. Чтобы построить более устойчивый мир, нам необходимо задействовать вековые инженерные навыки самой земли.