Tässä blogikirjoituksessa analysoimme vajoamien syitä geologisesta näkökulmasta ja tarkastelemme, ovatko ne luonnonkatastrofeja vai ihmisen aiheuttamia katastrofeja.
Yksi viime aikoina uutisissa usein esiintyneistä tuntemattomista termeistä on "sinkhole". Sinkhole on ilmiö, jossa maa romahtaa maankuoren tilan muutoksen vuoksi, mikä heikentää sen yläpuolella olevaa maata tukevaa voimaa. Tämä on helppo ymmärtää, jos ajattelee vanhaa korealaista ilmaisua "maa vajoaa". Termiä "sinkhole" ei kuitenkaan käytetä yleisesti arkikielessä, joten se voi olla monille ihmisille vieras, ja jopa ne, jotka tietävät sen merkityksen, pystyvät harvoin selittämään sen syitä. Siksi tässä artikkelissa tunnistan sinkholejen syyt geologian asiantuntemukseni perusteella ja selitän esimerkkinä Songpa-gussa, Soulissa, Etelä-Koreassa sattuneen tapahtuman kalliomekaniikan ominaisuuksia, jotka liittyvät maanalaisten tilojen tuhoutumiseen.
Tarkastellaan ensin sinkholejen syitä. Sinkholejen esiintymiseen vaikuttaa suuresti maankuoressa jakautunut pohjavesi. Pohjaveden vaikutus voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: maankuoren liikkeiden aiheuttamien suurten pohjavesivirtausten aiheuttamat sinkhole-vajoamat ja pohjaveden ihmisen toiminnan aiheuttamat sinkhole-vajoamat. Toisin sanoen sinkhole-vajoamat voidaan jakaa luonnollisiin ja keinotekoisiin syihin. Ensimmäiset ovat laajoja ja voivat luoda jopa 20-kerroksisen rakennuksen syviä kuoppia, kun taas jälkimmäiset ovat suhteellisen pieniä. On väärinkäsitys, että sinkhole-vajoamat ovat yksinomaan ihmisten aiheuttamia. Metron rakentamisen aikana syntyviä sinkhole-vajoamia, kuten Songpa-gussa Soulissa, Etelä-Koreassa, pidetään ihmisen aiheuttamina, ja lähes kaikki sinkhole-vajoamat Koreassa ovat ihmisen aiheuttamia. Selitämme nyt, miksi geologisesta näkökulmasta.
Jotta vesi voisi varastoitua maankuoren sisään, maan alla on oltava paljon tyhjää tilaa. Tällä hetkellä sedimenttikivet, jotka ovat suhteellisen heikompia kuin metamorfiset ja magmakivet, halkeilevat todennäköisemmin. Siksi mitä enemmän maaperä koostuu sedimenttikivistä, sitä alttiimpi se on vajoamille. Onneksi suurin osa Korean maaperästä koostuu kuitenkin graniitista, joka on magmakivilaji, ja gneissistä, joka on metamorfinen kivilaji. Siksi, vaikka vajoamia esiintyisikin, ne eivät romahda syvälle maahan ja ovat kooltaan suhteellisen pieniä. Edellä mainittu 20-kerroksinen vajoama tapahtui Guatemalassa, Keski-Amerikassa, jossa kallioperä koostuu sedimenttikivestä.
Yhteenvetona voidaan todeta, että Songpa-gun vajoama Soulissa, Etelä-Koreassa, romahti, koska rakennustöiden maan alle aiheuttamat reiät eivät kestäneet ylhäältä tulevaa voimaa kiinteästä graniittikalliosta huolimatta. Tarkastellaan nyt tekijöitä, jotka määräävät maanalaisten onteloiden eli reikien kestämän voiman kalliomekaniikan näkökulmasta. Maanalaiset ontelot ovat painovoiman alaisia. Tässä vaiheessa on tärkeää miettiä, kuinka paljon voimaa ne kestävät, ja raja vaihtelee kallioperän tyypin ja kunnon sekä maanalaisen ontelon muodon mukaan.
Ensinnäkin kuoren muodostavan kallioperän tyypillä on vaikutusta. Mitä kovempi kallioperä, sitä enemmän painoa se kestää. Esimerkiksi betoni kestää paljon suurempia painoja kuin tofu. Toiseksi kiven lujuus vaihtelee sen olosuhteiden mukaan. Kallioperässä on monia maankuoren liikkeiden aiheuttamia halkeamia, ja näiden halkeamien koko ja muoto vaihtelevat. Halkeamat täyttyvät pohjavedellä, joka tukee suoraan kallioperän tyhjää tilaa ja lisää sen viskositeettia, mikä lisää sen lujuutta. Tämä on helppo ymmärtää, jos muistat, kuinka lapsena rakentamasi konnatalot olivat vahvempia, kun ne tehtiin märästä maaperästä. Lopuksi, kun maan alle luodaan keinotekoisesti onteloita esimerkiksi metron rakentamista varten, ontelon muodolla on myös tärkeä vaikutus. Kun ontelo on tyypillisen tunnelin (puoliympyrän muotoisen sylinterin) muodossa, sen kestämän voiman määrä vaihtelee sen leveyden ja korkeuden suhteen mukaan. Kun leveys on suurempi kuin korkeus, se on vakaampi, koska reikään vaikuttava voima jakautuu suuremmalle alueelle. Tämä on sama periaate kuin kananmunan painamisessa kämmenellä: sitä on helpompi rikkoa makuuasennossa kuin seisten.
Esimerkkinä mainitun Soulin Songpa-gun vajoaman lisäksi maanalaisten tilojen rakentaminen on parhaillaan käynnissä kaupunkien keskustoissa, eikä ole selvää, milloin vastaava onnettomuus tapahtuu uudelleen. Vakavampaa on se, että vajoamat ovat katastrofeja, joihin suuri yleisö ei voi varautua etukäteen. Siksi asiantuntijat väittävät, että maanalaisten tilojen suunnittelussa tulisi suorittaa säännöllisiä maaperätutkimuksia ja ottaa huomioon useita tekijöitä turvallisuuden varmistamiseksi.
