О семи холмах Москвы

РЕЛЬЕФ СПОСОБЕН РАЗВИВАТЬСЯ, ИЗМЕНЯТЬСЯ

Дрожат дома

И хмурится вода,

Коробится и гнется мостовая,

Когда, чадя и жутко завывая,

Москвою мчатся автопоезда.

А. Яшин. Улицы Москвы

Геоморфологические процессы на городской территории - это большой и еще не достаточно изученный раздел геоморфологии, науки, изучающей рельеф. Градостроительство, как уже неоднократно отмечалось в этой книге, постоянно имеет дело с природными процессами - эрозией, оползнями, карстом и др.

Для городских территорий выделяют три группы современных геоморфологических процессов: первая группа - природные экзогенные (внешние) и эндогенные (глубинные) процессы, вторая - природные процессы и явления, количественно и качественно измененные деятельностью человека, третья - процессы и явления, возникшие в результате инженерной и хозяйственной деятельности человека [1].

[1 Котлов Ф. В. Изменения природных условий территории Москвы. М.: Изд-во АН СССР, 1962.]

Вторая группа включает процессы природно-техногенные, а третья - исключительно техногенные. Техногенные процессы, в свою очередь, можно разделить на два типа: прямые и косвенные. Прямые техногенные процессы - это производственная деятельность человека, изменяющая рельеф без участия природных рельефообразующих процессов. Обозначим эти процессы как техногенную денудацию и техногенную аккумуляцию. Техногенная денудация - это выем грунта под строительство зданий и сооружений (котлованы), добыча полезных ископаемых и строительных материалов открытым способом (карьеры, выемки, ямы), нивелировка рельефа для строительства и т. п., а техногенная аккумуляция - это насыпи, подсыпки, свалки, отстойники, асфальтирование и т. п.

Очень часто прямые техногенные процессы, изменяющие рельеф, особенно при сооружении крупных гидротехнических объектов, носят комплексный характер - это и техногенная аккумуляция, и техногенная денудация. Техногенные формы рельефа могут быть и небольших размеров, здесь важно другое - эта деятельность направлена на перестройку рельефа, на изменение гидросети, площади водосборного бассейна, площади акватории, водности реки и т. д. Поэтому, видимо, стоит выделить в особую группу процессы, направленные на преобразование естественной структуры рельефа, на его перестройку. В природе такие перестройки возникают лишь в результате катастрофических явлений - землетрясений, извержений вулканов, оледенений, изменений климата и т. п.

Целенаправленное изменение рельефа, как правило, кратковременно, но в результате создаются условия, отличные от природных, на достаточно длительный срок, который нередко превышает сроки эксплуатации территории для хозяйственных целей, создаются условия для развития природпо-техногенных и косвенных техногенных процессов. Косвенные техногенные процессы возникают в результате хозяйственной деятельности человека, как вышеперечисленной, изменяющей рельеф, так и иной, не ставящей такой цели. Эксплуатация территории города, как правило, выражается в статическом, динамическом, тепловом, химическом, электрическом, биологическом воздействии на геологическую среду. Сюда же следует добавить дополнительное обводнение и загрязнение грунтов за счет утечек из коммуникаций, осушение за счет мелиорации и дренажа, искусственное уплотнение грунтов и другие виды воздействия. В результате происходит неравномерное оседание грунта, разрушение зданий, коммуникаций, фундаментов, коррозия труб, загрязнение подземных и грунтовых вод. Эти и другие процессы обычно н относят к собственно техногенным.

Казалось бы, что процесс планировки рельефа укладывается в классическую схему выравнивания рельефа: денудация вершин - выполаживание склонов - заполнение долины. Но в цепи техногенных преобразований лишь верхнее звено можно условно сопоставлять с природной денудацией, так как возвышенные (положительные) формы естественного рельефа, как правило, нивелируются (выполаживаются) и эта измененная естественная форма рельефа характеризуется толщей местного (автохтонного) материала, однако эти процессы резко различны по скорости.

Пониженные (отрицательные) формы естественного рельефа в процессе планировки обычно уничтожаются - засыпаются и создаются наложенные техногенные формы рельефа тоже отрицательные, но с большими абсолютными отметками (или в редких случаях положительные), которые характеризуются толщей инородного (аллохтонного) материала. По физико-химическим свойствам эта толща часто не имеет аналога в природе.

Перестройка ландшафта не ограничивается основными направлениями планировки. Создаются искусственные положительные и отрицательные формы рельефа как локальные (точечные), так и линейные: дамбы, насыпи и прорези для дорог и т. п., которые изменяют уклоны, направление и скорость поверхностного п подземного стока [2]. Но сколь бы ни сложны были перестройки, они никоим образом не отменяют законов развития природы, и вновь созданный рукотворный ландшафт, как бы уродлив он ни был, является частью природной системы и развивается как ее составная часть, оказывая влияние на развитие сопредельных с ним территорий.

[2 Котлов Ф. В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Недра, 1978.]

Согласно принципу Ле-Шателье, «если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-нибудь из условий, определяющих положение равновесия, то равновесие смещается в том направлении, при котором эффект произведенного воздействия уменьшается», т. е. всякое рукотворное создание, нарушающее равновесие природной системы, подвергается разрушению и тем быстрее, чем оно менее целесообразно (рационально) в данных природных условиях. Разрушение идет как за счет химических, так и механических преобразований и перемещений.

В природе процесс аккумуляции связан с процессом денудации, сопряжены обычно и формы рельефа областей сноса и накопления. В техногенном рельефе область накопления может возникнуть вне всякой связи с сопряженной областью денудации. Нередко техногенные аккумулятивные формы возникают за счет пород, изъятых из земных недр, привезенных из другого региона, пород, но литологическому, химическому, минералогическому составу отличных от пород, слагающих сопредельные с техногенной аккумулятивной формой территории.

Поверхность урбанизированной территории «бронирована» твердыми породами - асфальтом, бетоном. Бронирующий слой является более устойчивым к воздействию агентов выветривания, чем «материнские» породы. Естественно, что и процессы выветривания, и перемещения вещества происходят в нижнем («материнском») слое под «броней», но эти процессы принципиально отличны от тех, что происходят на аналогичных формах рельефа в природных условиях: нет постепенного сноса материала с поверхности, нет смыва, нет эрозии. Как и в природе, происходит медленное вековое движение материала вниз по склону под воздействием силы тяжести, но этот процесс в связи с дополнительными и неравномерными техногенными нагрузками приобретает более интенсивный характер. Денудация осуществляется благодаря выщелачиванию растворимых солей и выносу тонкого материала грунтовыми водами. Наибольшая активизация деятельности грунтовых вод происходит вдоль коммуникаций (коллекторов речек, канализации и водопровода, метро), т. е. вдоль искусственных пустот, хотя бы уже потому, что из коммуникаций нередко происходит утечка воды. Увеличивается пористость пород, уменьшаются их несущие свойства. Порода в какой-то момент достигает предела устойчивости, не выдерживает статические и динамические нагрузки - происходит техногенное уплотнение; между бронированным грунтом и «материнской» породой образуются пустоты и, как следствие, обрушение поверхности.

Трещины в здании - результат неравномерной осадки грунтов

Фото К. Горецкого

Аккумуляция растворенных веществ происходит на геохимических барьерах как естественных, так и искусственных (техногенных). Влекомые водой частицы оседают в естественных и искусственных пустотах, на полях орошения и т. д. Водосточные трубы, коллекторы речек забиваются новообразованиями как химического (карбонатные, железистые), так и механического состава, довольно плотными, нередко сцементированными; уменьшается их пропускная способность, увеличивается опасность аварии. Наибольшую опасность в этом отношении создают скопления воды в грунте. Насыщенные водой рыхлые отложения (особенно пески) растекаются и «плывут» под тяжестью верхних толщ и других механических воздействий. Возникают плывуны. При промерзании плывун подвергается сильному пучению, слабо фильтрует воду. Напряжение, возникающее в грунтах при морозном пучении, вызывают деформации и повреждения промышленных и гражданских зданий, разрушение покрытий автомобильных дорог и т. д. [3]

[3 Сергеев Е. М. Инженерная геология. М.: Изд-во МГУ, 1978.]

Скорость техногенной денудации и аккумуляции в сотни раз превышает природную в аналогичных природно-климатических условиях, но подчас сходна с ней на территориях с аномальным развитием, например, тектонически активных. И тем не менее техногенные денудация и аккумуляция - процессы, обусловленные целенаправленным воздействием человека на рельеф, аналогичны природным и проявляются в неодинаковых геолого-геоморфологических условиях неоднозначно.

На разных стадиях градостроительства можно выделить группу ведущих природно-техногенных и техногенных процессов, тех, что активизировались или возникли благодаря вмешательству человека в развитие природной (естественной) среды.

На первой стадии освоения происходит обнажение грунта (как минимум снятие дернового горизонта), нарушение его сплошности и структуры. Ответная реакция природной среды: активизация эрозии и процессов выветривания; резкое возрастание роли плоскостного смыва и линейного (овражного) размыва; в бортах и на дне выемок - разуплотнение пород; возможно возникновение оползней, обвалов, осыпей на искусственных откосах как при создании насыпей и подрезке естественных склонов, так и в искусственных выемках; большое количество глинистых частиц в водном потоке может стабилизировать русловые и эрозионные формы и вызвать врезание; снос значительного количества вещества, увеличение твердого стока при неизменном жидком, вызывает аккумуляцию в днищах малых и средних эрозионных форм. Ответная реакция среды может распространиться на площадь значительно большую, чем та, на которой происходило техногенное воздействие, что во многом зависит от длительности воздействия, от погодных условий и от положения участка строительства в водосборном бассейне (на водораздельной поверхности, на склоне, в днище и т. д.). Наблюдается стремление природы к восстановлению естественного хода развития. Напомним, что геоморфологические процессы, действующие на склонах, зависят главным образом от угла наклона, от протяженности и кривизны склона, следовательно, эти процессы должны быть связаны с их местоположением в водосборном бассейне. Размыв играет важную роль на всех компонентах склонов в эрозионных бассейнах (склонов оврагов и балок). Струйчатый смыв усиливается с увеличением площади водосборного бассейна. Кроме того, смыв более значителен на прямых отрезках и па нижних участках склона, чем на вершинных склонах.

Н. И. Соловьев в 1874 г. в обзоре «Москва и Петербург в санитарном отношении» писал: «Болота встречаются только в глубине сосновых рощ, которыми окружена Москва [4], вредное их воздействие поэтому недостижимо до жителей. Но в Москве есть, однако, много нездоровых домов, как, например, в местности, где построена известная по своей сырости больница, или на Покровке у Трех Радостей на Грязях, где испокон веку оседает и портится мостовая, а из подвальных этажей приходится выкачивать воду. Откуда происходит такой избыток грунтовой воды? А происходит это от того, что через Москву когда-то протекало множество больших речек и ручьев, которые с течением времени более или менее засорены, застроены мостовыми и задавлены каменными домами, на них воздвигнутыми. Вот эта подземная влага, пропитанная грунтовыми засорениями от городских нечистот, и протекает местами во многие дома в Москве».

[4 Напомним, что граница Москвы в 1874 г. проходила по линии Камер-Коллежского вала.]

В 1874 г. в Москве еще не было ни бытовой, ни дождевой канализации, а бытовые и производственные отходы спускались в речки, пруды или в грунт. При этом закрытость территории все увеличивалась и соответственно возрастал коэффициент поверхностного стока (см. табл. 4). Ответная реакция природной среды: активизация деятельности речек - притоков р. Москвы (как эрозионной, так и аккумулятивной) и процессов заболачивания, разрушительная деятельность реки, размывавшей свои берега.

Строительство города велось из известняка, «белого камня». Известняк - порода не очень стойкая. По свидетельству того же Н. И. Соловьева, «благодаря рыхлости известняка (из которого построено большинство зданий Москвы), пыль до того иногда переполняет воздух, что деревья покрываются сероватым налетом». А загрязнение грунтовых вод привело к увеличению их коррозионной активности и соответственно повысилась угроза разрушения грунта и фундаментов зданий.

На следующей стадии развития города планировочные работы были направлены на выполаживание склонов, уничтожение овражно-балочной сети и мелких водотоков водосборных бассейнов. Поверхностный сток в бассейне организуется таким образом, чтобы скорости потока были наименьшими; резко увеличивается степень закрытости территории, канализируется как поверхностный сток, так н подземный, и в связи с этим уменьшается доля последнего - изменяется водный режим грунта. Ответная реакция природной среды: уменьшается поверхностная площадная и линейная эрозия; снижается активность процессов массового движения рыхлого материала на склонах и резко уменьшается его поступление со склонов в русло; увеличивается закрытость территории, а значит, нарастает потенциальная эрозионная опасность в нижних частях склона и в приустьевых участках; водный баланс структурно изменяется. Одновременно создаются условия и для активизации техногенных процессов: неравномерное увлажнение грунтов приводит к снижению их несущей способности, под тяжестью застройки уплотняются естественные грунты. И то и другое приводит к неравномерной осадке и деформации зданий.

Под домами, насыпями и другими сооружениями происходит конденсация влаги; вдоль коммуникаций возникают условия для локальной активизации процессов выветривания.

На второй стадии, как и на первой, преимущественно развиваются природно-техногенные процессы, которые в целом поддаются контролю. Их можно предвидеть и предотвратить.

Наибольшие сложности, с точки зрения контроля за состоянием окружающей среды, начинаются тогда, когда при освоении территории на первый план выступают экономические и социальные факторы. Техническое оснащение градостроителей позволяет строить сейчас практически в любых природных условиях. Эту стадию можно назвать стадией создания наиболее комфортных условий жизни в городе: строительство водопровода и канализации, электрификация, газификация, создание сети современных транспортных коммуникаций, благоустроенного жилья. Для этой стадии характерен рост города «вверх» - возведение многоэтажных зданий и «вниз» - активное освоение подземного пространства (метро, канализирование речек, дренаж, гаражи, склады и т. п.). Закрытость территории на этой стадии местами достигает предела - более 90%, плотность застройки иногда более 60%, глубина освоения геологической среды превышает мощность четвертичных отложений. Для этой стадии характерны процессы слабого плоскостного смыва, небольшой эрозии. Под асфальтом идут гидротермические, мерзлотные процессы, процессы суффозии и коррозии. Активизированные техногенной деятельностью эти процессы нередко становятся катастрофическими: разрушаются инженерные сооружения, народное хозяйство терпит ущерб.

Перечисленные стадии развития города выделяются весьма условно, поскольку отличительная черта всех больших городов, в том числе и Москвы, - сложное сочетание территорий разной степени и интенсивности освоения.

Для Москвы сегодняшней можно выделить две основные тенденции развития - это интенсификация эксплуатации староосвоенных территорий и освоение новых за счет расширения границ города. Каков же характер и направленность природно-техногенных и техногенных процессов в современной Москве?

Несмотря на то, что большинство древних речек на территории города уже не существует, их погребенные русла по-прежнему являются «водоносителями». Однако теперь это уже не поверхностный водоток, а водоносный горизонт грунтовых вод. Речки эти имеют «временное русло», как правило, над тальвегом уничтоженной реки. Городской водосборный бассейн имеет и техногенную «водоносную» и «водосборную» сеть - сеть канализации и дренажа.

Структура стока урбанизированного бассейна значительно сложнее, чем природного. Ливневая канализация - современная техногенная гидросеть города - уменьшает путь поверхностных потоков, увеличивает сток на городском водосборе, а следовательно, и максимальные расходы воды. Густота ливневой канализации в бассейне Яузы, например, на порядок больше густоты склоновой ручейковой сети в окрестностях Москвы [5].

[5 Зазулина А. Н., Старостина И. В. Современная гидрографическая сеть Москвы//Тр. Центр, высот, гидрометеорол. обсерватории. 1978. Вып. 12. С. 67.]

Подземный поток под покровом асфальта и бетона осуществляет пассивную работу: вымывает глинистые частицы, выносит соли и другие растворимые вещества. В результате могут возникнуть суффозионные и карстово-суффозионные процессы, потенциально маловероятные на первозданной морфолитогенной основе города. А эрозионная работа поверхностных потоков, столь активная в естественном природном бассейне, в городе практически прекратилась и может возникнуть вновь только при нарушении асфальтового покрытия, и только в случае одновременного действия сил поверхностного и подземного потоков. Поток в этом случае приобретает большую разрушительную силу за счет возросшего поверхностного стока. Но разрушения, производимые им, велики главным образом потому, что деятельность потока совершается не в русле, а в рыхлых разнородных породах.

Так, при строительстве первой очереди метрополитена произошел ряд аварий. На Русановской улице в бассейне р. Чичеры осел грунт; на всем протяжении участка открытого способа проходки - от Сокольников до Комсомольской площади - шла борьба с потоками грунтовых вод и плывуном. Особенно трудно пришлось на Комсомольской площади, где в котлован ворвалась речка Ольховка. На площади Дзержинского в результате скопления воды в старых рвах образовалась подземная топь - от конца улицы Кирова до начала Театрального проезда. В результате сплыва водонасыщенного грунта в бассейн р. Неглинной на площади Дзержинского образовалась глубокая воронка. Самым трудным оказался участок между площадью Свердлова и Театральным проездом. Здесь пришлось бороться с плывунами и с подземными речками [6].

[6 Лопатин П. Метро. М., 1937.]

В водосточной и канализационной сети водный поток совершает ту же работу, что и в природном русле. Так, по данным А. Миловича и А. Грицука [7], во всех трубах и каналах отложились наносы взвешенных и влекомых частиц. Плотные наносы обычно лежат на дне неподвижно, и только верхний слой их, сравнительно небольшой толщины, может быть подвергнут размыву при увеличении скорости течения. По своей структуре донные наносы представляют собой землистую массу мелкопесчаного или крупнозернистого строения. В последнем случае они препятствуют протеканию канализационной жидкости.

[7 Милович А., Грицук А. Исследование движения жидкости в канализационной сети г. Москвы // Материалы по проектированию III очереди канализации г. Москвы. М., 1927. Вып. IV.]

В 1952 г. при прочистке коллектора речки Нищенки на протяжении 112 м этого коллектора были обнаружены отложения колчедана, пропитанного нефтью, образование которого привело к засору [8]. В кирпично-бетонных коллекторах часто образуются трещины, в них проникает грунтовая вода и коллектор быстро разрушается. В результате оседает дорожное полотно. При интенсивном поступлении грунтовых вод рыхлая порода может быть вымыта из-под коллектора. В старых коллекторах с большим уклоном вода часто размывает лотки. Наиболее часты аварии ранней весной. В трубах мелкого сечения, которые находятся в зоне промерзания породы, ранней весной часто образуется ледяной нарост. Увеличиваясь день ото дня, он может закупорить трубу и вызвать аварию.

[8 Ивлев А. П. Под улицами города. М., 1954.]

Повышенное содержание карбонатов кальция в поверхностных и грунтовых водах приводит к тому, что в лотках водосточных труб Москвы образуются очень твердые отложения, не поддающиеся прочистке.

Многолетние наблюдения амплитуд колебаний уровня грунтовых вод на территории Москвы показали, что намечается известное сокращение их интервала от 0,5 до 1,0 м (в естественных условиях амплитуда от 1,5 до 2,0 м). При увеличении техногенной нагрузки интервал многолетних колебаний уменьшается. Нивелируются и сезонные ритмы изменений уровня подземных вод.

Нарушения в естественном водном балансе на территории города приводят, как правило, к подтоплению, что, в свою очередь, ведет к активизации коррозийных процессов, к уменьшению прочности оснований, к нарушению нормальных условий эксплуатации наземных коммуникаций и фундаментов сооружений. Несмотря на то, что выделяются огромные средства на разработку способов утилизации отходов, безотходных технологий, очистку сточных вод, загрязнение поверхностных вод, геологической среды и атмосферы постоянно возрастает. Инфильтрация загрязненных поверхностных и атмосферных вод нередко приводит к загрязнению и подземных вод - важнейшего источника хозяйственно-питьевого водоснабжения. Загрязнение подземных вод в городах представляет значительную опасность для водозаборных сооружений, обеспечивающих хозяйственно-питьевое и техническое водоснабжение города. В этих условиях существенным образом могут активизироваться карстово-суффозионные процессы и изменяться инженерно-геологические свойства геологического субстрата.

С подземными водами связано и подтопление, причем в ряде районов Москвы отмечено прямое его влияние на массовое развитие комаров и ухудшение других санитарно-гигиенических показателей [9].

[9 Проблемы инженерной геологии города. М.: Наука, 1983; Режимные инженерно-геологические и гидрогеологические наблюдения в городах М.: Наука, 1983.]

Установлено, что городские почвы существенно загрязнены металлами (на 1 - 3 порядка выше фонового уровня). Наибольшие концентрации элементов-загрязнителей фиксируются чаще всего на поверхности почв (первый геохимический барьер), что обусловлено главным образом аэротехногенным потоком вещества, а также возвратом металлов в почву с ежегодным листопадом. Часть поступившего металла остается на поверхности земли, а остальная часть переходит в почвенные растворы и далее в грунтовые воды.

Миграция загрязняющих веществ в подзолистых почвах с промывным режимом происходит относительно медленно как по вертикали, так и по горизонтали. Вертикальный вынос вещества в большой степени обусловлен механическим составом почво-образующих пород. Естественно, что из песчаных и супесчаных почв вынос элементов идет более активно, чем из глинистых и суглинистых, где большую роль в закреплении химических элементов играют катионный обмен, соосаждение с коллоидами и другие геохимические процессы. В глинистых грунтах происходит накопление металлов, в крупнозернистых - снижение их содержания. Важную роль играют также физико-химические свойства почвенных растворов и геохимические особенности самих мигрантов.

В естественных ненарушенных подзолистых почвах имеется еще один геохимический барьер - иллювиальный горизонт [10], на котором происходит закрепление некоторой части мигрирующих элементов. В целом почва является преградой для проникновения в грунтовые воды большой части загрязняющих веществ, поступающих на ее поверхность.

[10 Иллювиальный горизонт (горизонт вмывания) - почвенный горизонт, в котором происходит накопление веществ, вынесенных из вышележащих горизонтов.]

Загрязнение глубоких горизонтов грунтов определяется не только проникновением с поверхности техногенных веществ, но и химическим разрушением захороненных в почвах техногенных включений. В таких местах концентрация металлов оказывается очень высокой. Скопления обломков кирпича приводит к росту содержания меди, свинца, цинка до сотен условных единиц (УЕ). Погребенный шлак служит источником повышенной концентрации всех элементов, особенно железа и никеля. Обогащенные металлами осадки загрязняют грунтовые воды и растительность.

На территории города повышение уровня грунтовых вод, возникновение новых водоносных горизонтов, «верховодки» могут привести к серьезным негативным последствиям. По данным С. Н. Кехельмахера [11], в практике инженерно-геологических изысканий, выполняемых Мосинжпроектом, немало примеров, подтверждающих сказанное. Так, при проходке щитовых канализационных коллекторов в районах Строгино и Марьино изменившиеся гидрогеологические условия потребовали дополнительных работ по водопонижению, что привело к значительному удорожанию строительства. В качестве другого примера можно привести строительство подземного коллектора на Арбате. Здесь при проходке щитового тоннеля на одном из участков была вскрыта вода, не показанная па геологическом профиле, составленном по данным архивных материалов бурения прошлых лет. Дополнительное уточнение геологического разреза в процессе строительства показало, что вода содержится на пониженных участках кровли водоупорных моренных суглинков. Образование «верховодки» здесь было связано с накоплением воды (в течение ряда лет) за счет утечек из близлежащих трубопроводов. Еще один пример. После засыпки долины речки Чуры, служившей естественной дреной, т. е. областью разгрузки грунтовых вод прилегающего района, произошло формирование нового горизонта, водо-вмещающими породами которого стали насыпные супесчаные грунты. Причем, как было установлено в процессе бурения, грунтовые воды циркулируют по трещинам и порам, местами насыщая отдельные песчано-супесчаные линзы. Строительство Ново-Чурского канала в этих условиях вызвало значительные осложнения.

[11 Кехельмахер С. Н. Геология и подземное строительство // Гор хоз-во Москвы. 1986. № 9. С. 23-25.]

На территории города активизируется эрозия. Когда на Теп-лостанской возвышенности проводилась подготовка площадок под строительство домов 6-го и 7-го микрорайонов Теплого Стана и обнажились приводораздельные и прибалочные склоны речки Очаковки, то в систему залесенных балок (зона отдыха Черемушкинского района) со склонов верховий водосбора начался усиленный сток талых и дождевых вод. Обнаженная поверхность сложена мореной и стекающие воды, насыщенные взвешенными частицами глины, имели кирпично-красный цвет. Эти воды бурно стекали в плоскодонные днища верховий балок и вызвали донный врез. За три весны образовался донный овраг глубиной до 5 - 7 м. Вершина вреза продвигалась за одну весну вверх на 50 - 100 м. В устье этого быстро возникшего донного оврага, который впадал в старый искусственный пруд в зоне отдыха, образовалась дельта, сложенная главным образом переотложенной мореной и различным мусором. Ранней весной наносы ложились на лед пруда, а затем опускались на его дно. В те годы это место («каньон») усиленно посещалось жителями, так как сам овраг, через который ложились подмытые деревья со склонов, и бурный поток рыжей воды в нем были весьма «живописны» и вызывали интерес у посетителей зоны отдыха. Как только началось обустройство территории микрорайонов (положен асфальт, разбиты газоны), катастрофический сток с водосбора прекратился и донный овраг за счет оплывания и размыва берегов стал заполняться наносами, глубина его уменьшилась, попятная эрозия вершины остановилась, т. е. вся система форм стабилизировалась (устное сообщение Д. А. Тимофеева).

Наиболее опасны на территории Москвы - оползневые и карстово-суффозионные процессы.

По данным Е. П. Емельяновой, на откосах выемок и на прежде устойчивых склонах в результате их подрезки и устройства насыпи могут возникать оползни. Любое строительство на склонах, круче 5 - 6°, или вблизи крутых и оползневых склонов требует оценки оползневой опасности, так как техногенные оползни могут возникать не сразу (во время застройки), а через несколько лет. На территории Москвы с 50-х годов действует служба постоянного наблюдения за оползневыми процессами. С помощью стационарных наблюдений за состоянием ряда оползневых склонов выполнена количественная оценка эффективности противооползневых мер [12]. Однако строители в погоне за «показателями» нередко нарушают элементарные правила проведения строительных работ на оползневых склонах. Так, при прокладке чертановских коллекторов в Москворечье на оползневом склоне р. Москвы были проведены большие земляные работы. Была нарушена целостность массива, ослаблена устойчивость склона, в результате здесь активизировались оползневые подвижки, приведшие к деформации проложенных коллекторов.

[12 Парецкая М. Н. Введение мониторинга оползневого процесса на территории г. Москвы // Мониторинг экзогенных геологических процессов: Тез докл. научн.-техн. семинара, Ташкент, 10-12 июня, 1986 М., 1986 С. 49-50.]

В конце 60-х годов в Москве было начато изучение карстовых процессов. Поводом к организации наблюдений послужило то обстоятельство, что в 1958 - 1969 гг. на Ходынском поле появились карстово-суффозионные воронки. Все известные участки с активным проявлением карстово-суффозионных процессов (с провалами и оседаниями земли) расположены на поверхности третьей надпойменной (Ходынской) террасы в зоне развития погребенных палеодолин р. Москвы. Возникновение воронок продолжалось до стабилизации снижавшихся уровней грунтовых вод верхне- и среднекаменноугольных водоносных горизонтов. Повторное исследование, проведенное в 1975 г., показало, что вблизи уже существующих и вновь возникших воронок, в зоне с поперечником около 60 м, земля оседает на 3 - 6 мм/год. В многоводные годы величины оседаний в 2 - 4 раза больше. Именно в такие годы возникло большинство известных воронок. В ходе исследований пришлось столкнуться с трудностями, заключающимися прежде всего в том, что карст в Москве развивается в каменно-угольных отложениях, перекрытых довольно мощным чехлом отложений четвертичных. Провальные формы рельефа далеко не всегда однозначно связаны с карстом. Ведь воздействие города на геологическую среду весьма многообразно. С 1975 г. в Москве ведутся режимные наблюдения за проявлениями карста.

Сообщений об ущербах, наносимых землетрясениями городам, расположенным в сейсмоактивных зонах, немало. Землетрясения в Москве - это события другого уровня. Однако и они могут принести ущерб городскому хозяйству. Впервые русские летописи отметили землетрясение в Москве 1 октября 1445 г. Землетрясение 26 октября 1802 г., которое произошло в Карпатах и охватило огромный район, достигнув Москвы и Петербурга, было описано Н. К. Карамзиным в «Вестнике Европы». После этого более века Москва не ощущала никаких подземных толчков и волн, и только землетрясение в Румынии 10 ноября 1940 г. и 4 марта 1977 г. отозвались в столице толчками силой 3 - 4 балла, которые особенно ощутили жители высотных домов. С ростом города вверх приходится учитывать даже такие незначительные толчки. Отметим, что, по данным Г. Малиновской, современные московские здания построены с расчетом на землетрясения силой до 6 баллов [13].

[13 Малиновская Г. Интерпретаторы землетрясений//Гор. хоз-во Москвы. 1986. № 7. С. 36-37; Никонов А. А. Землетрясения… Прошлое, современность, прогноз. М.: Знание, 1984.]

Дополнительным фактором, влияющим на геоморфологические процессы, является техногенное воздействие (динамическое и электрическое в том числе). Физическое воздействие сообщает геологической среде дополнительное количество энергии. Электрическое воздействие реализуется через электрическое поле блуждающих токов. Впервые о действии электрического поля было сказано в связи с осмотром водопроводных труб в отчете А. А. Мамонова в 1914 г., где отмечалось, что коррозия чугунных труб на Покровском валу произошла в результате электролиза «от блуждающих токов электрического трамвая».

Динамическое воздействие реализуется через поле механических колебаний грунта (вибрации). Техногенные вибрационные колебания, многократные динамические нагрузки ухудшают состояние геологической среды городов, способствуют преждевременному износу зданий, а также влияют на самочувствие и условия жизни людей.

Транспортная вибрация, в частности, может быть причиной многих неблагоприятных явлений - деформаций зданий, разрушений откосов железнодорожных насыпей и эстакад и т. д. Вот какое красноречивое описание московских улиц мы находим в романе Константина Федина «Города и годы»: «С утра по мостовым запутанных улиц, через выбоины и ямы переваливались слонами грузовые автомобили, и от их поступи дрожали каменные дома и лопались оконные стекла. По кругу Лубянской площади, от Мясницких ворот и с Покровки, по спуску Театрального проезда и в Третьяковском проломе слоны налетали друг на друга, встряхивая клади на своих спинах, и - смотреть на них было так - точно переезжала в Москву неизвестная какая-то, погоревшая планета».

Первое упоминание о вибрационном воздействии на городское хозяйство (во всяком случае, одно из первых) относится к 1926 г.: в журнале «Коммунальное хозяйство». П. Листратов пишет: «Дрожание почвы в городах - это землетрясение в миниатюре». В 1928 г. в том же журнале появилась статья инженера А. Полякова, где уже были приведены результаты первых измерений: «Каждому приходилось наблюдать сотрясения в домах, происходящие при прохождении тяжелых грузовиков. Этими сотрясениями нередко вызываются заметные трещинки в потолках или в стенах и обсыпание кусочков штукатурки. Такие разрушительные явления наблюдаются не только в старых обветшалых зданиях, но и в новых домах. До сих пор к жилым домам, в частности, к облегченным конструкциям их - со стенами из пустотелых камней, шлакового бетона и пр. - предъявлялись требования прочности при статическом действии полезной нагрузки и собственного веса; производились проверки также на давление ветра и снега. Теперь же представляется необходимым учитывать еще наличие совершенно новых сил, действующих на здание, - возникающих извне, динамических воздействий уличного движения».

Однако проводившиеся до настоящего времени работы по изучению вибрационного воздействия носили преимущественно узкопрактический характер. И только в самое последнее время наметился прогресс в исследовании этого типа техногенного воздействия, которое может способствовать активизации некоторых экзогенных процессов, таких, как оползни, обвалы, суффозия и др. Результаты математического моделирования и натурных наблюдений, проведенных на территории Москвы, позволили определить минимально-максимальный уровень вибрации, выше которого возможно возникновение осадок зданий вследствие образования в грунтовой толще малых пластических сдвигов, равный 73 дБ [14]. Обследования Москвы показали, что наибольшее воздействие транспортной вибрации испытывает ее Центр с его разновременной застройкой и узкими улицами.

[14 Локшин Г. П. Техногенное поле вибрации и его воздействие на геологическую среду городских территорий: Автореф. дис… канд. техн. наук. М., 1987.]

По комплексу факторов на территории столицы достаточно четко выделяются четыре зоны с различной интенсивностью проявления техногенных явлений, соответствующих различным этапам застройки города (рис. 5).

Зона максимального воздействия градостроительства на геологическую среду (мощность техногенных отложений 6 - 10 м и более - см. рис. 5, 4) приурочена к центру города (внутри Садового кольца). Здесь на сильно расчлененной мелкими речками третьей надпойменной террасе возникла Москва как город-крепосты природная расчлененность рельефа, как уже говорилось, использовалась в оборонительных целях. С расширением территории города-крепости происходило искусственное вертикальное расчленение рельефа (путем создания оборонительных рвов, валов), размах которого достигал 20 м (наиболее мощный оборонительный рубеж был воздвигнут по линии нынешнего Садового кольца). Затем речки, овраги и ручьи стали мешать развитию города и были проведены засыпки гидросети. Наибольшие мощности техногенных отложений относятся к участкам древних оборонительных сооружений, засыпанным колодцам, к бортам долин Москвы и Яузы. Изменения рельефа в пределах этой зоны можно оценить следующим образом: практически повсеместно повысились абсолютные отметки, уменьшилась густота расчленения (за счет засыпки овражно-балочной сети, а тальвеги [15] засыпанных речек, как правило, в рельефе прослеживаются). Глубина расчленения в долинах засыпанных речек уменьшилась в среднем на 3 - 5 м. В этой зоне отмечается и наибольшая активность негативных проявлений. При увеличении воздействия, будь то дополнительное наземное или подземное строительство или увеличение транспортного потока, здесь следует ожидать активизации техногенных процессов, деформации зданий и сооружений, имеющих нередко историческую ценность. Эту зону необходимо выделить как подлежащую охране от дополнительных техногенных нагрузок.

[15 Тальвег - линия, соединяющая самые низкие точки речной долины, оврага, балки.]

Рис. 5. Интенсивность проявления техногенных процессов в Москве

1 - 6 - зоны: 1 - слабых проявлений, 2 - средних проявлений, 3 - интенсивных проявлений, 4 - максимальных проявлений; 5 - сады и парки; 6 - окружная железная дорога

Зона среднего воздействия (мощность техногенных отложений от 3 до 6 м - см. рис. 5, 2, 3) - участки древней застройки с глубоким фундаментом внутри Камер-Коллежского вала и разновременной застройки внутри окружной железной дороги. Для зоны наиболее характерны площадные засыпки, которые производились в основном на поймах рек Москвы и Яузы и плоских заболоченных территориях, удобных для промышленного строительства. В результате произошли следующие изменения рельефа: площадное повышение абсолютных отметок, а на отдельных участках их понижение, уменьшение глубины расчленения (в среднем на 3 м/км2), уклонов и густоты расчленения. Наибольшему изменению подверглись территории, для которых показатель глубины расчленения менее 20 м/км2, причем строительству не мешали неглубокие речные долины и овраги. Ручьи и овраги засыпались и превращались в мостовые и улицы. Таким образом, горизонтальное расчленение территории косвенно предопределило планировочную структуру старого города.

Зона слабого воздействия (до 3 м - на глубину прокладки коммуникаций и заложения фундаментов - см. рис. 5, 1). К этой зоне относится большая часть застройки советского периода. Для нее характерно разнообразие геоморфологических условий строительства, поэтому здесь выделяются участки с различной мощностью техногенных отложений. Наибольшие мощности (до 20 м) отмечаются как в долинах рек, частично засыпанных, так и ныне окончательно засыпанных - Кровянки и Чуры. Для таких локальных участков характерно и соответствующее изменение глубины расчленения рельефа. Следует отметить, что эти участки тяготеют к границе города по окружной железной дороге: они осваивались в первую очередь, и застройка велась по старому методу выравнивания территории. Неэкономичность такого метода для строительства на сильно расчлененном юге и юго-западе столицы определила принципиальную позицию застройки города с максимальным сохранением рельефа. Эта тенденция отразилась и в морфометрических показателях: показатели глубины и густоты расчленения на значительной части не изменились, изменения в сторону уменьшения величин носят локальный характер. Отмечаются участки, на которых показатель глубины расчленения увеличился более чем на 3 м/км2 за счет создания искусственных положительных форм рельефа: при строительстве спортивного комплекса в Лужнецкой излучине (за счет большой площадной подсыпки), набережных р. Москвы, насыпей авто- и железных дорог; за счет создания отрицательных форм рельефа: каналов, выемок при прокладке авто- и железных дорог. Для зоны в целом характерны небольшие засыпки и выравнивание рельефа, улучшающие условия строительства.

Зона минимального воздействия (см. рис. 5, 5) - сады, парки, бывшие сельскохозяйственные угодья. Этой зоне соответствуют наименьшие мощности техногенных отложений (до 1 м), они не имеют сплошного распространения. Это зона окраинных частей города, и здесь встречаются отработанные и ныне засыпанные карьеры, где мощность насыпи составляет 10 м и более. В основном изменения рельефа в зоне минимальные.