W tym wpisie na blogu przeanalizujemy przyczyny powstawania zapadlisk z perspektywy geologicznej i sprawdzimy, czy są to klęski żywiołowe, czy też katastrofy spowodowane przez człowieka.
Jednym z nieznanych terminów, które ostatnio często pojawiają się w wiadomościach, jest „lej krasowy”. Lej krasowy to zjawisko, w którym grunt zapada się z powodu zmiany stanu skorupy ziemskiej, osłabiając siłę podtrzymującą grunt nad nim. Łatwo to zrozumieć, jeśli pomyślisz o starym koreańskim wyrażeniu „ziemia się zapada”. Jednak termin „lej krasowy” nie jest powszechnie używany w języku potocznym, więc może być nieznany wielu osobom, a nawet ci, którzy znają jego znaczenie, rzadko są w stanie wyjaśnić jego przyczyny. Dlatego w tym artykule zidentyfikuję przyczyny powstawania lejów krasowych w oparciu o moją wiedzę z zakresu geologii i, korzystając z przykładu incydentu, który miał miejsce w Songpa-gu w Seulu w Korei Południowej, wyjaśnię cechy mechaniki skał związane z niszczeniem przestrzeni podziemnych.
Najpierw przyjrzyjmy się przyczynom powstawania zapadlisk. Na występowanie zapadlisk w dużym stopniu wpływają wody gruntowe rozprowadzane w skorupie ziemskiej. Wpływ wód gruntowych można podzielić na dwa główne typy: zapadliska spowodowane dużymi przepływami wód gruntowych z powodu ruchów skorupy ziemskiej oraz zapadliska spowodowane rozwojem wód gruntowych przez człowieka. Innymi słowy, zapadliska można podzielić na przyczyny naturalne i sztuczne. Te pierwsze są duże i mogą tworzyć doły o głębokości 20-piętrowego budynku, podczas gdy te drugie są stosunkowo małe. Błędnym jest przekonanie, że zapadliska są powodowane wyłącznie przez ludzi. Zapadliska, które powstają podczas budowy metra, takie jak w Songpa-gu w Seulu w Korei Południowej, są uważane za spowodowane przez człowieka, a prawie wszystkie zapadliska w Korei są spowodowane przez człowieka. Teraz wyjaśnijmy dlaczego z geologicznej perspektywy.
Aby woda mogła być magazynowana w skorupie ziemskiej, musi być dużo wolnej przestrzeni pod ziemią. W tym czasie skały osadowe, które są stosunkowo słabsze od skał metamorficznych i magmowych, są bardziej podatne na pękanie. Dlatego im bardziej podłoże składa się ze skał osadowych, tym bardziej jest podatne na zapadliska. Na szczęście jednak większość podłoża w Korei składa się z granitu, rodzaju skały magmowej, i gnejsu, rodzaju skały metamorficznej. Dlatego nawet jeśli wystąpią zapadliska, nie zapadają się głęboko w ziemię i są stosunkowo niewielkie. Wspomniany powyżej 20-piętrowy zapadlisko wystąpiło w Gwatemali, w Ameryce Środkowej, gdzie podłoże skalne składa się ze skał osadowych.
Podsumowując, lej krasowy w Songpa-gu w Seulu w Korei Południowej zapadł się, ponieważ otwory utworzone pod ziemią przez prace budowlane nie mogły wytrzymać siły z góry, pomimo solidnego granitowego podłoża skalnego. Przyjrzyjmy się teraz czynnikom, które determinują siłę, jaką podziemne jamy, lub otwory, mogą wytrzymać z perspektywy mechaniki skał. Podziemne jamy podlegają sile grawitacji. W tym momencie ważne jest rozważenie, jaką siłę mogą wytrzymać, a limit ten różni się w zależności od rodzaju i stanu podłoża skalnego oraz kształtu podziemnej jamy.
Po pierwsze, rodzaj podłoża skalnego, z którego zbudowana jest skorupa, ma wpływ. Im twardsze podłoże, tym większy ciężar może wytrzymać. Na przykład beton może wytrzymać znacznie większe ciężary niż tofu. Po drugie, wytrzymałość skały zmienia się w zależności od jej stanu. W podłożu skalnym znajduje się wiele pęknięć spowodowanych ruchami skorupy ziemskiej, a ich wielkość i kształt są różne. Pęknięcia są wypełnione wodą gruntową, która bezpośrednio podtrzymuje pustą przestrzeń w podłożu skalnym i zwiększa jego lepkość, zwiększając tym samym jego wytrzymałość. Łatwo to zrozumieć, jeśli pamiętasz, jak domy dla ropuch, które budowałeś jako dziecko, były mocniejsze, gdy były wykonane z mokrej gleby. Wreszcie, gdy sztucznie tworzy się pod ziemią wnęki na potrzeby takie jak budowa metra, kształt wnęki również ma istotny wpływ. Gdy wnęka ma kształt typowego tunelu (półkolisty cylinder), ilość siły, jaką może wytrzymać, zmienia się w zależności od stosunku jego szerokości do wysokości. Gdy szerokość jest większa od wysokości, jest bardziej stabilna, ponieważ siła działająca na otwór jest rozłożona na większym obszarze. Działa to na tej samej zasadzie, co naciskanie jajka dłonią – łatwiej je rozbić, gdy leży, niż gdy stoi.
Oprócz zapadliska w Songpa-gu w Seulu w Korei Południowej, które zostało wymienione jako przykład, obecnie trwają prace nad rozwojem przestrzeni podziemnej w centrach miast i nie wiadomo, kiedy podobny wypadek wydarzy się ponownie. Co poważniejsze, zapadliska to katastrofy, na które ogół społeczeństwa nie może się przygotować z wyprzedzeniem. Dlatego eksperci twierdzą, że należy przeprowadzać okresowe badania gruntu i brać pod uwagę różne czynniki podczas projektowania przestrzeni podziemnych, aby zapewnić bezpieczeństwo.
