Құлауға бейім, тез ерігіш мұздық-теңіз саз топырақтары

Кіріспе

Мұздық және тұрақсыз, көшкіге бейім балшық түрі

Жылдам балшық, сондай-ақ Канадада Леда балшығы және Шамплейн теңізі балшығы деп аталатын бұл балшық, Канада, Норвегия, Ресей, Швеция, Финляндия, АҚШ және әлемнің басқа да аймақтарында кездесетін ерекше сезімтал мұздық балшықтардың бірі. Бұл балшық соншалықты тұрақсыз, оған жеткілікті күш түсірілгенде, материалдың қасиеті бөлшектік күйден сулы сұйықтыққа күрт өзгеруі мүмкін. Көшкіннің пайда болуы, жер сілкінісінен туындаған дірілдер немесе мол жаңбыр сияқты сыртқы факторлардың әсерінен топырақтың кенеттен сұйылуынан болады. Жылдам балшық көптеген қауіпті көшкіннің себебі болған. Канадада ғана 250-ден астам көшкін тіркелген. Олардың кейбіреулері ежелгі және жер сілкінісінен туындаған болуы мүмкін.

Саз коллоидтарының тұрақтылығы

Тез балшықтың қайта қалыптастырылған беріктігі алғашқы жүктеме кезіндегі беріктігінен әлдеқайда төмен болады. Бұл оның өте тұрақсыз саз бөлшектерінің құрылымымен байланысты. Тез балшық бастапқыда теңіз ортасында шөгінді. Саз минералдарының бөлшектері әрқашан теріс зарядталған, себебі олардың бетінде тұрақты теріс зарядтар және pH-қа тәуелді зарядтар болады. Электронейтралдылықты және жалпы электр зарядының тепе-теңдігін сақтау қажеттілігінен, осы теріс зарядтар әрқашан балшық бетіне сіңген катиондармен (мысалы, Na+) туындаған оң зарядтармен немесе балшық поры суындағы катиондармен теңестіріледі. Алмастырылатын катиондар саз минералдарының аралық қабаттарында және саз жапырақшаларының сыртқы базальды жазықтықтарында кездеседі. Катиондар сондай-ақ, силанол және алюминол топтарының протолизінен туындаған (pH-қа тәуелді зарядтар) саз бөлшектерінің шеттеріндегі теріс зарядтарды өтеуге қатысады. Осылайша, саз жапырақшалары әрқашан электрлік екі қабатпен (EDL) немесе диффузиялық екі қабатпен (DDL) қоршалған. Бұл кезде өте берік теңіз балшығы пайда болды, ол бүкіл әлемде кездеседі және өте тұрақты, бірақ өзіне тән геотехникалық мәселелері бар. Мұздықтар шегінген кезде жер көтерілді (мұздықтан кейінгі серпілу), балшық ашылып, жаңа өсімдіктер үшін топырақ массасын құрады. Бұл солтүстік елдердегі жаңбыр суы осы балшықтар үшін өте агрессивті болды, мүмкін, оның жұмсақтығынан (кальцийдің аз болуынан) немесе жоғары лайлылығынан жаңбыр суы мен қардың еруіне оңай енуіне байланысты. Нәтижесінде, балшықтың иондық "жапсырмасы" әлсіреп, көп мөлшерде суды қамтитын әлсіз, ләйлі топырақ қаңқасы пайда болды (жоғары ылғалдылықта жоғары сезімталдық). Тез балшық шөгінділері сирек жер бетінде орналасады, бірақ көбінесе қалыпты топырақ қабатымен жабылады. Бұл топырақ қабаты қалыпты жүктемелерді, мысалы, жаңбыр немесе шағын жер сілкінісін сіңіре алады. Алайда, топырақ қабатының сыйымдылығын асып түсетін соққы – мысалы, үлкен жер сілкінісі, еңіс маңына қосылған үлкен масса немесе топырақ қабатын толығымен қанықтырып, қосымша судың балшыққа сіңуіне мүмкіндік бермейтін ауыр жаңбыр – балшықтың құрылымын бұзып, сұйықтану процесін бастауы мүмкін.

Quick clay has a remolded strength which is much less than its strength upon initial loading. This is caused by its highly unstable clay particle structure. Quick clay is originally deposited in a marine environment. Clay mineral particles are always negatively charged because of the presence of permanent negative charges and pH dependent charges at their surface. Because of the need to respect electro neutrality and a net zero electrical charge balance, these negative electrical charges are always compensated by the positive charges born by cations (such as Na+) adsorbed onto the surface of the clay, or present in the clay pore water. Exchangeable cations are present in the clay minerals interlayers and on the external basal planes of clay platelets. Cations also compensate the negative charges on the clay particle edges caused by the protolysis of silanol and aluminol groups (pH dependent charges). So, clay platelets are always surrounded by an electrical double layer (EDL), or diffuse double layer (DDL). At this point, there was only the formation of very strong marine clay, which is found all over the world and highly stable, but with its own unique geotechnical problems. When the glaciers retreated, the land mass rose (post glacial rebound), the clay was exposed, and formed the soil mass for new vegetation. The rainwater in these northern countries was quite aggressive to these clays, perhaps because it was softer (containing less calcium), or the higher silt content allowed more rainwater and snowmelt to penetrate. The final result was that the ionic 'glue' of the clay was weakened, to give a weak, loose soil skeleton, enclosing significant amounts of water (high sensitivity with high moisture content). Quick clay deposits are rarely located directly at the ground surface, but are typically covered by a normal layer of topsoil. While this topsoil can absorb most normal stresses, such as normal rainfall or a modest earth tremor, a shock that exceeds the capacity of the topsoil layer — such as a larger earthquake, a large mass added near a slope, or an abnormal rainfall which leaves the topsoil fully saturated so that additional water has nowhere to permeate except into the clay — can disturb the clay and initiate the process of liquefaction.

Апат

Саз қабаты әдетте жердің үстімен жабылғандықтан, жылдам сазға байланысты сырғуға бейімді жерді әдетте тек топырақ сынағы арқылы ғана анықтауға болады, және ол кездейсоқ бақылаушыға сирек байқалады. Осылайша, адамдардың қоныстану орындары мен көлік жолдары көбінесе сазды шөгінділердің үстінде немесе жанында салынған, нәтижесінде бірқатар ауыр апаттар орын алды: 1702 жылы жер сілкінісі Норвегияның Эстфолд округіндегі ортағасырлық Сарпсборг қаласының барлық іздерін жойды. 15 адам мен 200 мал қаза тапты. 1893 жылдың 19 мамырында Норвегиядағы Вердалдағы жер сілкінісі 116 адамды өлтіріп, 105 шаруашылықты қиратты. Ол бірнеше километрлік диаметрде кратер қалдырды. Солтүстік Америкадағы ең ірі сырғу 1908 жылы болды, ол мұзды судың Дю Ливр өзенінен Квебек штатындағы Нотр-Дам-де-ла-Салетке құйылып, 33 адамның өмірін қиып, 12 үйді қиратты. 1955 жылы Квебек штатының Николет қаласының орталық бөлігіне сырғу соқтығып, 10 миллион долларлық зиян келтірді. 1964 жылдың 27 наурызында Кук шығанағының жанындағы "Бутлеггер Коув сазы" үстінде салынған Анкоридждің (Аляска) бір бөлігі, әсіресе Турнагейн ауданы, 1964 жылғы Аляска жер сілкінісінен зардап шекті. Сырғу салдарынан 75 үй жойылды, ал қираған аумақ кейіннен Жер сілкінісі саябағына айналды. 1971 жылдың 4 мамырында Квебектің Сент-Жан-Вианни қаласында регрессивті сырғу 40 үйді жұтып, 31 адамның өмірін қиды. Сент-Жан-Вианнидегі оқиға 1991 жылы Лемье, Онтарио қаласын тастауға себеп болды, өйткені 1989 жылғы зерттеуде ол Оңтүстік Ұлт өзенінің жанындағы осы типтегі сазға орналасқандығы анықталды. 1993 жылы қаланың тастап кетілген бас көшесі 17 гектарлық сырғудың салдарынан суға батқанда бұл тұжырым расталды. 1977 жылдың 30 қарашасында Швецияның батысындағы Тувадағы сырғу 9 адамның өмірін қиып, 67 үйді қиратты. 1978 жылы Норвегиядағы Риссадағы жылдам саздың тағы бір әйгілі сырғуы 33 гектар (82 акр) егістік жердің сұйылып, бірнеше сағат ішінде Ботн көліне құйылуына әкеп соқты, бір адам қаза тапты. Риссадағы сырғу жергілікті тұрғындар тарапынан жақсы тіркелді және 1981 жылы осы оқиға туралы деректі фильм түсірілді. 2010 жылдың 11 мамырында Квебек штатының Сент-Жуд қаласындағы үйінің іргесіндегі саз сырғып, отбасы мүшелері Сальвейл өзеніне құлап, қаза тапты. Сырғу соншалықты күрт болды, отбасы мүшелері теледидардан хоккей ойынын тамашалап отырғанда көз жұмды. Сырғу салдарынан ауылдық жолдың бір бөлігі қирады, оны қалпына келтіруге бір жыл уақыт кетті. 2015 жылдың 2 ақпанында сырғу Оңтүстік-Шығыс Норвегиядағы Скьеггестад көпірінің тірегін құлатты. Сырғуға жақын жердегі қазба жұмыстары себеп болды. 2020 жылдың 3 маусымында Норвегияның Алта муниципалитеті Кракнесеттегі сырғу сегіз ғимаратты теңізге алып кетті. Сырғу оқиғасын жергілікті тұрғын түсірді. Зардап шеккендер жоқ, теңізден ит құтқарылды. 2020 жылдың 30 желтоқсанында Норвегияның Гедеррум муниципалитеті Аск қаласындағы тұрғын үй аумағының бір бөлігі сырғудың салдарынан құлдырады, бұл елорда Ослодан солтүстік-шығысқа қарай 25 км қашықтықта орналасқан. 2023 жылдың 23 қыркүйегінде Швецияның Stenungsund қаласының жанында жылдам сазға байланысты сырғу болды, ол Гетеборг пен Осло арасындағы Е6 тас жолына зақым келтірді. Бұл сырғулар регрессивті болып табылады, яғни олар әдетте судан басталып, баяу жылдамдықпен жоғары қарай жылжиды, бірақ тік беткейлердегі терең саз қабаттары әлдеқайда жылдам құлауы немесе бұзылған саздың сұйық сипатына байланысты өте жылдам сырғуы мүмкін. Олар шақырымдарға дейін ішке еніп, жолындағы барлық нәрсені жұтып жіберуі мүмкін.

Because the clay layer is typically covered with topsoil, a location which is vulnerable to a quick clay landslide is usually identifiable only by soil testing, and is rarely obvious to a casual observer. Thus human settlements and transportation links have often been built on or near clay deposits, resulting in a number of notable catastrophes:

In 1702, a landslide destroyed almost all traces of the medieval town Sarpsborg in the Østfold county in Norway. 15 people and 200 animals were killed. On 19 May 1893, a landslide in Verdal, Norway, killed 116 people and destroyed 105 farms. It left a crater several kilometers in diameter. The most disastrous such landslide to affect North America occurred in 1908, when a slide into the frozen Du Lièvre River propelled a wave of ice filled water into Notre Dame de la Salette, Quebec, causing the loss of 33 lives and the destruction of 12 homes. In 1955, a landslide affected part of the downtown of Nicolet, Quebec, causing $10 million in damages. On March 27, 1964, parts of Anchorage, Alaska built on sandy bluffs overlying "Bootlegger Cove clay" near Cook Inlet, most notably the Turnagain neighborhood, suffered landslide damage during the 1964 Alaska Earthquake. The neighborhood lost 75 houses in the landslide, and the destroyed area has since been turned into Earthquake Park. On 4 May 1971, 31 lives were lost when 40 homes were swallowed in a retrogressive flowslide in Saint Jean Vianney, Quebec, resulting in the relocation of the entire town when the government declared the area uninhabitable due to the presence of Leda clay. The event at Saint Jean Vianney contributed to the abandonment of the town of Lemieux, Ontario, in 1991, after a 1989 study showed it was also located on the same type of clay along the South Nation River. In 1993, those findings were borne out when the town's abandoned main street was swallowed by a massive 17 hectare landslide. On November 30, 1977, the Tuve landslide in western Sweden killed 9 people and destroyed 67 houses. Another famous flow of quick clay at Rissa, Norway, in 1978 caused about 33 hectares (82 acres) of farmland to liquefy and flow into the lake Botn over a few hours, with the loss of one life. The Rissa slide was well recorded by local citizens and a documentary film was made about it in 1981. On 11 May 2010, quick clay took the lives of a family living in Saint Jude, Quebec, when the land their house was built on suddenly tumbled down toward the Salvail River. The landslide was so sudden that the family members died where they sat; they had been watching an ice hockey game on television. The slide took out a portion of rural road which took a year to reinstate. On 2 February 2015, a landslide collapsed a pillar on the Skjeggestad Bridge in South East Norway. The landslide was caused by nearby earthworks. On 3 June 2020, eight buildings were swept into the sea by a landslide in Kråkneset in the Alta municipality in Norway. The landslide was filmed by a resident. There were no casualties, and a dog was rescued from the sea. On 30 December 2020, part of a housing area was swept away by a landslide in Ask in the Gjerdrum municipality in Norway, 25 km (15 miles) north east of the capital Oslo. On 23 September 2023, near the town of Stenungsund, Sweden, an area of was affected by a quick clay landslide, which among other things damaged the E6 motorway between Gothenburg and Oslo. These landslides are retrogressive, meaning they usually start at water, and progress upwards at slow walking speed, although particularly deep quick clay layers on sloped regions may collapse much more rapidly, or in very large chunks that can slide at great speed due to the liquid nature of the disturbed clay. They have been known to penetrate kilometers inland, and consume everything in their path.

Танымал мәдениетте

1967 жылы жарық көрген Десмонд Бэглидің "Лендслайд" романы Канададағы жылдам балшық құлауы туралы баяндайды. Бұл кітап 1992 жылы Жан-Клод Лордтың режиссерлігімен, Энтони Эдвардстың басты рөлде ойнауымен сол аттас телефильмге де бейімделді.