Мой папа был военным лётчиком. Мы часто переезжали из гарнизона в гарнизон.
Когда мне было лет шесть, то я спрашивал у папы:
– А почему мы опять на поезде едем? У вас что, в военной части самолётов, нет что ли? Помнишь, ты мне, транспортный рассказывал?
–Вот когда ты станешь военным лётчиком Женичка, вот тогда посмотрим, как ты нас перевозить будешь,– говорила моя сестра Наташа.– разве ты не знаешь, что военным не положено использовать самолёты для личных надобностей.
Лётчиком мне стать не удалось. Мне пришлось заняться вполне земной профессией. Я стал инженером– железнодорожником.
Железнодорожник– ну что ту может быть особенного? Тут и на небо то смотреть некогда.
Как в детском стишке «..Рельсы, рельсы, шпалы, шпалы…» скучно.
Но любая профессия хранит не мало загадок и тайн.
По окончании высшего учебного заведения каждый студент защищает диплом– свою итоговую работу.
Вот и настал тот день, когда и мне предстояло выбрать тему диплома. Однажды, меня срочно позвал к себе в кабинет один профессор. Он был уже почтенного возраста, но его ясный ум, эрудиция, компетентность в транспортной науке и чувство юмора не позволяли назвать его пожилым.
В круг его научных интересов входили аварии на железнодорожном транспорте, которые были связаны с различными природными явлениями. Это прежде всего: оползни, обвалы и провальные явления.
–Женя!– однажды тревожно обратился ко мне профессор,– Вы слышали, опять на Горьковской дороге произошёл провал? Опять коварный карст даёт о себе знать!
– Есть ли пострадавшие?! Где это произошло?!– расспрашивал я его.
Профессор Коншин взял со стола газету и прочёл следующее: «Срочно! На перегоне Пешелань– Арзамас 1 в 00 часов 39 минут произошел сход вагонов. В результате карстового провала грунт под железнодорожным полотном провалился. Сошло пять вагонов с серной кислотой. Глубина провала 10 метров диаметр 7 метров. Жертв и пострадавших нет! Ведутся восстановительные работы»
–Мы по этой ветке много раз ездили с родителями!– сказал я.
Профессор внимательно посмотрел на меня и сказал:–Да! Карст не терпит поверхностного отношения. Скорее всего, ослабили наблюдение за карстоопасным участком! Перед провалом всегда имеются признаки: появление трещин, проседание земной поверхности.
Готовность номер один. Немедленно выезжаем, берём паспорта и необходимые вещи.
Движение поездов остановлено, до места будем добираться на автобусе.
Утром мы были на месте аварии. К этому времени цистерны были уже подняты специальным восстановительным краном. Мы увидели черное отверстие, над которым провисли рельсы со шпалами. Всюду были работники в сигнальных жилетах. Близко к краю подойти нам не разрешили.
От вида зияющей бездны карстового провала сделалось жутко. «А ведь по этому пути могли ехать и пассажирские вагоны!»– снова представил я.
Тут же профессор Коншин отвёл меня метров за сто от зияющей дыры и показал едва заметные трещины в грунте. Они концентрично располагались от центра провала.
Обратно мы поехали на автобусе. Седой профессор, задумчиво глядя на проплывающий за окном пейзаж начал рассказывать:
– Однажды мне пришлось серьёзно заниматься карстом на Львовской железной дороге. Под железнодорожным полотном была обнаружена– огромная полость. Нашей лаборатории была поставлена задача: определить границы найденной полости. Произвести оценку опасности. В случае если полость опасна, мы должны были предложить инженерное решение и представить его начальнику Львовской железной дороги.
– И что же вы предложили сделать? Наверное, пришлось переносить путь в другое место и закрывать движение поездов? А что стало с этой пещерой?– спрашивал я профессора.
–Мы провели расчёты, а что бы их подтвердить на деле пустили над полостью самый тяжёлый вагон.
– И что произошло?!
– Железнодорожный путь остался на месте. У этой, как вы говорите пещеры, оказался довольно прочный потолок. Самое главное, что в том месте не было подземных вод. Вода– враг пути,– заключил он.
Слушая рассказы профессора, мне всё больше и больше хотелось изучать это природное явление, для того что бы придумать инженерный способ защиты железной дороги от карстовых провалов.
Но обо всём по порядку.
Если поглядеть на нашу планету предположительно со стороны, другой планеты. То Земля нам покажется размером с яблоко. Можно представить, что кожура от яблока это растительный слой, на котором растут деревья, кустарники, травы, грибы, мох вместе со своими живыми обитателями. Этот слой называется– биогеоценоз.
Если разрезать яблоко, то можно представить и нашу Землю в разрезе. И вместо вкусной мякоти яблока находятся различные грунты.
Например, сыпучие грунты, такие как песок, которым наполняют детские песочницы. Или связные грунты, такие как глина, из которой делают глиняную посуду, игрушки, свистульки.
Представьте, мякоть яблока проел червяк и наделал там много– много ходов лабиринтов.
Теперь представьте, что под слоем песка или глины могут находиться твёрдые скальные грунты. Что бы их разрушить человеку, нужно приложить много усилий. Но вода за миллионы лет растворяет эти грунты и проделывает в них отверстия причудливой формы.
Для примера можно сравнить работу воды и человека, при строительстве тоннеля, метростроители применяют специальную строительную технику.
Вначале прошлого века они, применяли кирку, потом отбойный молоток, специальные взрывы. А теперь в наше время используют специальный проходческий щит, огромное сверло, которое проделывает тоннели для метрополитена.
Но природе не куда торопится, для своих процессов у неё определено своё время.
Подземные ходы проделанные водой, образуют лабиринты на много километров. А люди могут ходить по поверхности земли и не догадываться, что под ними расположены целые галереи подземных сооружений которые создала вода, словно потрудились знаменитые Хоббиты Толкина.
Не каждый камень поддаётся растворению. Растворяются такие породы как ангидрит, доломит, известняк, гипс и каменная соль. У каждой такой породы есть своя скорость растворения. Быстрее всех растворяется каменная соль.
Когда вы солите суп, то соль растворится после нескольких помешиваний. А положите кусок мела в стакан воды, он и не растворится вовсе, лишь вода помутнеет.
Но как обнаружить подземные пространства? Ведь можно построить дом прямо над целой системой пещер!
Сейчас известно, что не все полости представляют опасность. У некоторых полостей довольно прочный потолок, который может выдержать вес в несколько домов.
А другие полости могут быть опасны, поскольку дополнительное сооружение на поверхности может спровоцировать провал.
Если сравнить провал с таким явлением как дождь, то явление карстового провала можно считать достаточно редким.
В нашей средней полосе дождь в летнее время может идти раз в неделю или раз в две недели. А провалы могут случаться раз в год раз в десять лет, раз в двадцать лет.
Сейчас учёные даже создали специальные атласы– карты по которым можно определить в какой области, в каком регионе существует вероятность провалится под землю из – за влияния карста. Чтобы строители перед началом стройки могли узнать, нет ли на месте будущего дома подземных лабиринтов. А если есть, то прочны ли крыши этих подземных сооружений.
В тридцатых годах прошлого столетия таких атласов не было. Тогда и был построен город Дзержинск в Нижегородской области.
Городская жизнь ещё сильнее активизировала эти провальные явления.
В Дзержинске на протяжении нескольких десятков лет проваливались деревянные дома, хозяйственные постройки. Провалы происходили на автомобильных дорогах, провалилось трамвайное кольцо вместе с рельсами и с опорами контактной сети, сходили железнодорожные вагоны из–за внезапных провалов. Но удивительно, то что ни кто из людей не пострадал.
Изучают такие провалы почвы– учёные карстоведы. Это прежде всего геологи, геофизики, инженеры– строители. В Дзержинске даже была создана целая научная Карстовая станция.
Железная дорога в пригороде Дзержинска на перегоне Сейма – Доскина была проложена в шестидесятых годах девятнадцатого века над целым подземным царством таких предполагаемых ходов. Но расположены эти грунты очень глубоко. Расстояние от дневной поверхности до грунтов которые имеют трещины и относятся к карстовым составляет примерно 50-70м. И подобраться к ним просто непросто, даже используя современные приборы. Что и говорить о строителях 150 лет назад.
Это очень трудная задача. Можно лишь только попытаться решить такую задачку. Например, посмотрите из своего окна на соседний дом, в котором, предположим двадцать квартир. Не заходя в квартиры, только из окна своего дома, определите, сколько квартир пустует?
–Так,– скажите вы,– Вон Вовкина бабушка поливает цветы. А вон тётя Таня на втором этаже развешивает бельё. А в девятнадцатой квартире Ивановы уехали на море.
Про остальные квартиры ни чего не известно. Далее можно обзвонить знакомых. Можно дождаться вечера и посчитать в скольких квартирах зажжётся свет. Но ведь кто то может спать. Может быть, вам удастся придумать ещё множество способов определение пустующих квартир на отдалении.
Представьте, как трудно приходится карстоведам, исследовать, или прогнозировать карстовые явления под земной толщей.
–Женя, неспешно говорил старенький профессор. –Я уже звонил своему давнему другу Толмачёву, он ждёт тебя.
Профессор Коншин, продиктовал мне адрес. Так я отправился собирать материал для своей итоговой работы в карстовую Станцию в город Дзержинск. К давнему другу профессора Коншина Толмачёву Владимиру Викторовичу.
Красивый город Дзержинск расположен на берегу Оки. Архитектура города очень уютна и комфортна его можно даже сравнить с уменьшенной копией Петербурга.
–Как же так? – думал я,– Выстроить такой красивый город не зная, что под ним вода сотворила свои подземные ходы.
Позже я узнал, что всё– таки градостроители не спроста в Дзержинске построили невысокие дома это облегчало нагрузку на потолки возможных подземных пространств.
Я шагал по прямым и просторным улочкам и без труда отыскал нужный мне адрес.
На пороге своего рабочего кабинета меня встретил старший научный сотрудник Толмачёв. Он напоил меня кофе. Завалил книгами о карсте. И сопроводил в библиотеку, наполненную редкими изданиями.
–Владимир Викторович, спросил я своего наставника,– А мы с вами не провалимся, пока я тут книги читаю?
Толмачёв улыбнулся и ответил:– Это маловероятно. Карста не следует бояться. Но всегда следует помнить о карсте. И, непрестанно изучать это природное явление. Любому провалу предшествуют определённые признаки. О городе Дзержинске даже был снят такой фильм с громким названием «Город над бездной». Он вызвал некоторый интерес у молодёжи и пожилых граждан. Этот фильм можно отнести к категории фильмов ужасов. Но до настоящей науки он недотягивает, мало доказательной базы.
Слово бездна–надо воспринимать как наше незнание не желание изучать проблему карста. Не даром же существует пословица: «Ученье – свет, а неученье– тьма»–то есть бездна– заключил он.
Толмачёв рассказал, как в Дзержинске провалился целый цех химического завода. По размеру цех завода можно сравнить с половиной футбольного поля. Ни кто не пострадал по счастливой случайности. Дело было в выходной, и рабочих в цеху не было.
– А почему же сотрудники карстовой станции не смогли предупредить директора завода о скором провале?– спрашивал я учёного.
–Предупреждали его даже первые строители много лет назад. Предлагали сделать специальный фундамент, который может противостоять внезапному провалу. Но директор не поверил. Подумал: «Раз, здесь было уже три провала, то четвёртого не произойдёт».
–Но провал случился, правда, через много лет и при другом директоре.
Толмачёв мне рассказал, что перед провалом за несколько месяцев можно наблюдать оседание земной поверхности, трещины, а если в зоне провала находится здание то может треснуть фундамент или здание может накренится, словно корабль при начинающемся затоплении.
Например, как знаменитая Пизанская Башня?– спросил я учёного.
–Да.– ответил мне Владимир Викторович,– Но только в наклоне итальянской знаменитости виноваты другие геологические процессы.
За таким зданием, находящимся, в зоне предполагаемого провала наблюдают с помощью специальных геодезических приборов, которые связаны со спутниками и GPS навигацией. Это нужно для того, что бы своевременно эвакуировать людей. Такое непрерывное наблюдение за домом либо за другим сооружением называется – карстовым мониторингом. Мониторинг– это наблюдение.
Толмачёв оставил меня, и я сидел в библиотеке конспектировал, делал заметки. Некоторые книги я откладывал для копирования важных страниц.
Вдруг, я наткнулся на статью одного учёного, который писал, что сам момент провал в природе почти ни кто не видел. В основном люди видели уже яму, провалившийся грунт. Конечный результат. Но по описанию тех малочисленных очевидцев, которым всё же удавалось оказаться рядом. Карстовый провал сопровождался хлопком похожим на взрыв и даже кратковременной огненной вспышкой, вероятно от скопившихся газов в земных недрах.
В книге учёного Шахунянца я обнаружил определение слова «карст» – каменная страна так называется голое лишённое растительности известковое нагорье между Словенией и Италией. Вода проделала за миллионы лет в огромном пласте камня глубокие борозды– КАРРЫ. Каррами исчерчен горный массив в разных направлениях и это напоминает целую страну со своими домами, кварталами, районами, дорогами, городами.
Я вспомнил, что в современной Турции есть остров Кекова. На нём расположен древний город, высеченный в камне: лестницы, лабиринты улиц, квадратные жилища и даже каналы для стоков воды. Но всё это сделали люди, жившие, когда то до нашей эры, а в карсте это сделали–вода и время.
Но теперь «карст»- это геологический термин. Он обозначает совокупность процессов связанных с растворением каменных пород.
Читая книгу учёного Гвоздецкого, я узнал, что наш великий учёный Михайло Ломоносов стоял у истоков науки о карсте. В своих трудах Ломоносов описывал, как вода растворяет камни, как растворённые частицы камней переносились водами и оседали в каменных гротах виде сталактитов– каменных сосулек.
А самые древние сведения о карсте на территории России содержатся в трудах арабского путешественника Ахмеда Ибн–Фадлана о его путешествии на Волгу 921–922гг. В его книге имеются данные от трех бездонных озёрах на территории волжских булгар. Сейчас подтвердилось, что это три озера провального происхождения на территории Татарстана. То есть озёра образовались на месте больших карстовых провалов.
Вообще пещеры есть не только в горах. Они есть и у нас в средне русской полосе. Например, нас студентов водили в Подмосковье к речке Пахре и показывали вход в пещеру. Небольшая речка. На берегу небольшое отверстие. Но за миллионы лет вода продела замысловатые ходы в твердой породе подверженной растворению и лабиринты на много километров проходят под рекой и выходили на другой берег!
Позже я узнал, что в этой пещере заблудились дети. Но их к счастью спасли спелеологи.
Спелеологи – это люди которые изучают пещеры. Наверное, про такие пещеры упоминалось в книге учёного Гвоздецкого. Привожу текст в обработке автора.
Это пещеры в древних русских былинах. «Проходил Добрыня все пещерушки, приходил к последней ко двенадцатой– только тут нашёл Забаву Путятичну»– так говорится в былине» Второй бой Добрыни с змеем», где повествуется о том, как Добрыня по приказу князя Владимира ездил на гору Сорочинскую «ко пещерушкам змеиным» выручать племянницу князя., как победил змею Горынчище, проник в пещеры и освободил царевичей и королевичей– пленников змеи. О пещерах упоминается в былине «Как перевелись богатыри на святой Руси»: «…испугалися могучие богАтыри, побежали к каменнЫм горам, ко пещерушкам ко тёмным»
По мнению учёного описание карстовой пещеры содержалось и в Новгородской летописи где описан поход на г.Раковор(г. Раквере Эстония) с участием новгородских войск.
«Поидоша к Раковору месяца генваря 23; и яко внидоша в Землю ихъ и разделишася на 3 пути, и много множество ихъ воеваша. И ту наехаша пешеру непроходну, в неиже бяше множество Чюди влезшее, и бяше нелзе ихъ взятии, и стояша 3 дни; тогда мастер порочныии хытростью пусти на ня воду, Чудь же набегоша сами вонъ, и исекоша ихъ…» Затопленная во время боя пещера находится в карстовом районе Эстонии.
О зимовке покорителя Сибири Ермака тоже говорится в народном эпосе
«…нашли…на Чусовой реке во крутом кряжу пещеру камену; опущалися в пещеру, убиралися что не много и немало– триста молодцев. Хорошо тут было зиму зимовати им» в настоящее время исследователями установлено, что это тоже в карстовом районе у речки Слывицы правом притоке р. Чусовой.
Путешествуя во времени, в уютной библиотеке карстовой станции я и не заметил, как вошёл Владимир Викторович.
– Ну что? Как успехи, коллега? – с лёгкой улыбкой спросил он.
Тут я принялся ему пересказывать про карстовые пещеры, про былинные предания и упоминания пещер из выше приведённых источников.
Он спокойно оглядел мои книги и серьёзно произнёс:
–Это хорошо, но всё таки инженеру железнодорожнику необходимо уметь применять знания о карсте в прикладных целях. Предлагаю тебе Женя написать совместную статью. О всех типах противокарстовых конструкций на железнодорожном транспорте.
– Владимир Викторович, да у меня и диплом то ещё не написан, а вы мне сразу статью написать предлагаете.
– Это только обогатит твою работу и твоя основная работа пойдёт намного скорее– сказал учёный.
Толмачёв рассказал мне о себе. Он рассказал о своём детстве, которое пришлось у него на военные годы. С первого по восьмой классы он почти каждый год менял школы. В суровые годы военного времени ему пришлось учится: в Казахстане, в Украине, в Прибалтике. Благодаря этим вынужденным переселениям он многому научился у людей. Он узнал их обычаи ,он научился дружить и сходится с людьми казалось бы с разными культурами.
Прежде чем стать известным учёным в области инженерного карстоведения, ему пришлось работать на железной дороге. Он рассказал, что однажды увиденное последствие крушения по вине карста заставило его серьёзно заняться изучением карстовых явлений.
За годы своей научной деятельности он контактировал с научными школами разных стран мира. Посетил множество университетов Европы, Америки, Китая занимающихся проблемами карста.
Его интересы в области карстоведения были необозримы. Он занимался проблемой сохранения природы. Зачастую в карстовые провалы люди по своему незнанию сваливали отходы, а это приводило к загрязнению окружающей среды, ведь загрязнённые воды проходили по подземным карстовым лабиринтам, словно кровь по артериям и таким образом загрязнение распространялось на большие площади.
За годы научной работы он придумал делать фундамент у зданий таким, что бы случайно произошедший провал, не смог бы нарушить устойчивости всего сооружения.
Он с коллегами разработал схему моста с дополнительными опорами. Если какая то из опор проваливается в следствии воздействия карста, то другие опоры несут на себе нагрузку– мост остаётся невредим.
Отказаться сотрудничать с таким человеком я не мог.
Вновь я окунулся в путешествие во времени. Целую неделю мне приходилось копаться в старых железнодорожных журналах. Рисовать на компьютере схемы конструкций. Показывать черновые записи, схемы, чертежи Толмачёву.
Он всегда был занять, но для меня находил время и безжалостно редактировал мою статью. Ещё через неделю статья была готова. Статья была небольшая. На три– четыре журнальные страницы считая рисунки. Но за время работы над статьёй о карсте пришлось узнать много полезного поэтому вскоре был готов и мой диплом.
Я настолько увлёкся этой темой, что рассказывал про карст своим товарищам и родителям.
Я знал, что после провала образуется яма, которая называется– карстовая воронка. Диаметр такой воронки и её глубина могут быть от нескольких сантиметров и до нескольких десятков метров.
Но для нынешних скоростных поездов карстовая воронка даже в несколько сантиметров появившаяся под шпалой могла привести к печальным последствиям.
Сейчас на железных дорогах имеется специальный знак «КАРСТ» это нужно для того, что бы машинист внимательно вглядывался по сторонам для обнаружения карстового провала проезжая по территории распространения карста. Конечно, тормозной путь поезда составляет около километра, но и это может спасти поезд от катастрофы.
Работники железных дорог круглосуточно наблюдают за карстовыми участками. Обходчики пути проводят специальные осмотры. Инженеры геологи просвечивают землю под железнодорожным путём георадаром.
Георадар это электронный прибор. Он состоит из источника, который излучает электромагнитные волны и приёмника который эти волны принимает. В случае, если такая пущенная в недра земли волна «натыкается» на подземную пещеру, то волна искажается и в приёмник попадает искажённая волна и это вырисовывается на специальной фотографии– радарограмме.
Однажды, в районе Самары, провалы происходили настолько часто под железнодорожным полотном, что людям пришлось забросить целую железнодорожную станцию и два моста. Инженерам пришлось прокладывать новую линию в обход карстоопасного участка.
Ещё в шестидесятых годах прошлого столетия, железнодорожники придумали укреплять железнодорожное полотно на карстовых участках рельсовыми пакетами.
Слово «пакет» означает упаковывать. Три рельса упаковывались( связывались) между собой стальными зажимами и получался такой стальной пучок из рельсов. Два таких пучка закреплялись с двух сторон железнодорожного пути. И, в случае внезапного провала поезд мог проходить над карстовой воронкой. Железнодорожный путь не прогибался благодаря рельсовому пакету. Получался мостик над пропастью. Пассажиры безопасно ехали над бездной.
Другие инженеры придумали сцеплять между собой прочные железобетонные балки. Укладывали их под железнодорожным путём. Это позволяло поезду беспрепятственно проезжать над провалом. Такое устройство называется – противокарстовый лежень.
В случае если карстовая полость обнаружена, то инженеры превращаются в «зубных врачей». Бурят отверстие до полости, и заполняют пустоту цементным раствором. Такой способ называется – тампонаж. А у зубных врачей– пломба.
Австрийские инженеры придумали укладывать специальную прочную ткакань– геотекстиль. Гео- значит земля. Эту ткань растягивают на поверхности опасного участка. На растянутом геотекстиле сооружают железнодорожную насыпь. На насыпь укладывают рельсовый путь.
Геотекстиль ткут из прочных искусственных нитей, а ещё вплетают в неё ниточки тонких проводков. Эти проводки называют оптико– волоконные. По таким тонким оптико– волоконным проводам в наши дома бежит интернет.
В нашем случае геотекстиль пронизанный проводами подключается к железнодорожным светофорам. Если провал случится под движущимся поездом, тогда прочная ткань начинает работать как мост над ямой. Мост из геотекстиля может пропустить целый железнодорожный состав гружёный зерном, углём, нефтью. А сигнал который бежит по оптико– волоконным проводам даст команду светофорам и загорится красный. Красный свет для машиниста означает– проезд запрещён! Следующий поезд за ранее остановится. Дежурная бригада приедет и залечит опасный провал. И снова по железной дороге пойдут поезда. Снова пассажиры с детьми поедут к морю, даже не подозревая, что так много тайн хранится под рельсовой колеёй.
На железных дорогах Америки инженеры нашли другой подход. Они страхуют карстовые участки. Словно страхование автомобилей от аварии или дома от пожара или страхование здоровья человека.
Что бы лучше представить риск, связанный с карстовым провалом, Толмачёв пояснял:
– Представьте, если вам предстоит строить на территории распространения карста склад с дровами. В случае провала дрова не пострадают.
А вот если на такой территории вам предстоит строить атомную станцию? То последствия могут иметь катастрофический характер!
В Америке железнодорожные инженеры придумали прокладывать специальные мосты, только не через реки и долины, ущелья в каньонах, а через карстовые поля. И по такому мосту идёт поезд. Пролётные строения такого моста пролегает прямо над земной поверхностью, под которой прячется карст, а его устои расположены на сваях, которые пронизывают карстовые породы вглубь земли на много метров и опираются на прочные и надёжные грунты.
Для того что бы прогнозировать карстовый провал и предотвратить аварию современные исследователи пытаются взглянуть на карстовые участки из космоса. Изучают космические фотоснимки Земли. Поскольку с высоты очертания начинающихся провалов могут быть отчётливо видны. Например, если вы в музее посмотрите с близи на картину, то вы увидите только мазки краски. А если встать дальше, то вашему взору откроется чудный пейзаж или чей то портрет.
Теперь ты уже знаешь ещё одно редкое природное явление– карстовый провал. Ты уже можешь оценить, какую большую опасность может нести карст не только для железной дороги, но и для других сооружений. Если тебе придётся стать инженером, и тебе предстоит строить: трубопровод, здание школы или автомобильную, то ты непременно заглянешь в атлас опасных природных явлений перед началом своего первого строительства.