Захарова Е.Г.
РОЛЬ ПОГРЕБЕННЫХ БОЛОТ В РАЗВИТИИ ЭКЗОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ В ПОДЗЕМНОМ ПРОСТРАНСТВЕ (НА ПРИМЕРЕ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА)
Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В. Плеханова (технический университет) (СПГГИ (ТУ)), e-mail: eremeevaa@mail.ru
Оценка геоэкологической ситуации в подземном пространстве Петербурга будет неполной без учета развития различных экзогенных процессов, среди которых, как правило, не уделяется должного внимания существованию погребенных болот.
Известно, что к моменту возведения Петербурга территория будущего города была сильно заболоченной. В его островной части широкое распространение имели болота низинного типа, которые занимали здесь более 50% площади: почти полностью были заболочены Васильевский, Петровский, Спасский, Покровский, Коломенский и Аптекарский острова, значительная часть территории будущего Безымянного острова. В материковой части города заболоченные участки прослеживались в виде широкой полосы вдоль Невы (правобережная часть), а также южнее Обводного канала. В связи с более высокими абсолютными отметками на этих участках преобладали болота верхового и переходного типов.
Около 20% островной площади было занято непроходимыми или труднопроходимыми болотными массивами: в центральной части Васильевского острова, в верховьях р. Мойки, в восточной части Казанского и Спасского островов, в районе бывш. Староневского проспекта и Александро-Невской лавры, которые нельзя было полностью удалить в процессе инженерной и строительной подготовки территории.
Болотные воды вне зон техногенного загрязнения характеризуются низкой минерализацией (для верховых и переходных болот √ до 100 мг/л; для низинных √ 100 √ 300 мг/л) и преимущественно гидрокарбонатно-натриевым, реже кальциевым составом. В болотных водах отмечаются высокие значения окисляемости, повышенное содержание растворенного железа в ионной, а также в комплексной формах - с гуминовыми и фульвокислотами. Как правило, в этих водах восстановленные формы серы для торфяников не характерны, соединения серы обычно обнаруживаются в малых количествах при условиях их поступлении с атмосферными осадками.
В 18-19 вв. заболоченные участки в Санкт-Петербурге осушались путем создания дренажных каналов, болотные отложения частично снимались, а затем производился подъем территории. Для этой цели на первых этапах развития города часто использовались загрязненные слабо водо- и газопроницаемые образования, извлеченные при дноуглублении и расчистке малых рек, строительстве каналов и пр., которые в дальнейшем дополнительно уплотнялись в ходе строительных работ. В результате в зонах погребенных болот и заторфованных грунтов формировалась своеобразная физико-химическая и биохимическая обстановка, связанная со снижением окислительно-всстановительного потенциала в обводненном разрезе (вплоть до величины Eh √ 100 мв и ниже) и активизации микробиологической деятельности. Обычно такие процессы приводят к ухудшению свойств грунтов, в том числе повышению газонасыщения за счет биохимической газогенерации, усилению агрессивности подземной среды по отношению к грунтам и строительным материалам, следствием чего является развитие осадок зданий, а также разрушение их подземных конструкций, в том числе фундаментов и стен подвалов. Зоны погребенных болотных массивов в Санкт-Петербурге при их загрязнении являются потенциально опасными в отношении биохимической газогенерации не только метана и углекислого газа, но и сероводорода. Перманентные утечки из городской канализационной системы изменяют гидрохимический режим болотных отложений, привнося в большом количестве такие загрязнители как сульфаты, хлориды, легкоокисляемое органическое вещество и микрофлору. При техногенном загрязнении болотных вод сульфатами имеет место процесс восстановления серы при участии сульфатредуцирующих микроорганизмов, которые в большом количестве находятся в болотных отложениях. В пределах исторической части города в песчано-глинистых отложениях, обогащенных органикой, повсеместно отмечается выделение сероводорода и формирование гидротроилита в виде черных сажистых пятен.
Полное снятие болотных отложений проводилось только при относительно небольшой их мощности (не более 2-3 метров). Более глубокие болота оказались погребенными и их деятельность проявляется до настоящего времени в различных формах, обычно ухудшающих инженерно-геологические и геоэкологические условия подземного пространства города.
В таких зонах повышенного геоэкологического риска размещены Казанский собор, здание бывшей Государственной думы, комплекс зданий Гостиного двора, Исаакиевский собор, стрелка Васильевского острова и другие памятники архитектуры, состояние подземных несущих конструкций которых оценивается как неудовлетворительное. Наблюдается неравномерная осадка здания Казанского собора, в большей степени колоннады, в плохом состоянии находятся стены подвалов и кладка фундамента, нарушена их целостность, фактически отсутствует гидроизоляция √ при повышении уровня воды в канале Грибоедова отмечается затопление подвалов.
В настоящее время зафиксировано выделение метана и сероводорода в районе Гостиного двора в зоне расположения большого погребенного болота, глубиной более 10 метров. Следует отметить, что именно здесь имели место большие деформации грунтовых массивов и дневной поверхности при строительстве станции метро ╚Невский проспект╩, а также эскалаторного тоннеля для выхода на канал Грибоедова. Строительство последнего вызвало значительные и неравномерные деформации квартала от станции метро ╚Канал Грибоедова╩ до Итальянской улицы и здания Малого зала филармонии по Невскому проспекту. При строительстве подземной станции был полностью ╚потерян╩ Малый Гостиный двор, в аварийном состоянии находилось здание бывшей Государственной думы (Серебряные ряды постройки Дж. Кваренги). Проходка метрополитена в районе станции метро ╚Площадь Восстания╩ вызвала неравномерные деформации зданий по Невскому проспекту.
Во второй половине 20 века подъем территории города в прибрежной зоне Финского залива производился путем намыва без предварительного удаления болотных отложений. Для намыва использовались донные отложения Невской губы (загрязненные пески и суглинки). При этом под слоем намывных образований были погребены не только торфа и заторфованные породы, но и старые хранилища хозяйственно-бытовых отходов, промышленные свалки и пр. Подобное рефулирование территории сопровождалось активизацией негативных физико-химических и биохимических процессов в подземном пространстве города. В пределах таких территорий наблюдается выделение метана, скапливающегося в подвалах зданий новой застройки (Приморский район Санкт-Петербурга).
Формирование анаэробной обстановки в отложениях под захороненными болотами приводит к переходу металлов с переменной валентностью из окисных форм в более растворимые и подвижные закисные. В первую очередь, это относится к железу, трехвалентные соединения которого обычно цементируют песчано-глинистые грунты. Восстановление железа вызывает разрушение цементационных связей, повышение степени гидрофильности грунтов, уменьшение их фильтрационной способности, что переводит дисперсные грунты в категорию более слабых и деформируемых, а также медленно консолидирующихся. Аналогичное воздействие оказывает на грунты активизация микробиологической деятельности, сопровождающаяся сорбцией клеток микроорганизмов и продуктов их метаболизма на дисперсных частицах. Образование бактериальных пленок приводит к ослаблению интенсивности взаимодействия последних и, как следствие, снижению прочности и деформационной способности дисперсных грунтов.
В настоящее время погребенные болота продолжают ╚жить╩, остаются наиболее активным элементом геологической среды города. Они по-прежнему служат носителем разнообразной микробиоты и источником питательных субстратов для микроорганизмов, причем роль болот как негативная, так и позитивная (самоочищающая), в условиях интенсивной контаминации подземного пространства Петербурга возрастает. Торфяные отложения играют заметную очищающую роль в подземном пространстве города за счет высокой сорбционной способности хорошо разложившейся органики и микробиологической активности при разнообразии болотных биоценозов, деятельность которых приводит к деградации различных органических поллютантов техногенного генезиса, что очень важно в условиях прогрессирующего загрязнения подземной среды.
С другой стороны, деятельность биотической компоненты в грунтах, как уже отмечалось, сопровождается развитием биохимических процессов в нижележащих толщах, приводящих к преобразованию песчано-глинистых отложений, вплоть до развития плывунов, а также повышению агрессивности подземной среды, причем активность таких процессов в последние десятилетия сильно возросла под воздействием ряда техногенных факторов, в первую очередь, длительного загрязнения подземных вод и пород в пределах территории города.