Jak powstają osuwiska i dlaczego są tak śmiercionośne

Ukryte zagrożenie geologiczne

Kiedy zbocze nagle ustępuje – grzebiąc drogi, wioski i obozy górnicze w ciągu kilku sekund – przyczyną jest prawie zawsze ta sama podstawowa fizyka: grawitacja pokonująca zdolność gruntu do utrzymania się w całości. Osuwiska, zwane również ruchami masowymi, należą do najbardziej śmiercionośnych i rozpowszechnionych zagrożeń naturalnych na Ziemi, a jednak poświęca się im znacznie mniej uwagi publicznej niż huraganom czy trzęsieniom ziemi.

Według badań opublikowanych w czasopiśmie Natural Hazards and Earth System Sciences, w latach 2004–2016 osuwiska zabiły blisko 56 000 osób w 4862 udokumentowanych zdarzeniach na całym świecie. Stanowią one około 17 procent wszystkich zgonów spowodowanych przez zagrożenia naturalne na świecie – liczba ta, jak ostrzegają klimatolodzy, rośnie wraz z coraz częstszym występowaniem ekstremalnych opadów deszczu.

Czym właściwie jest osuwisko?

Amerykańska Służba Geologiczna (USGS) definiuje osuwisko jako ruch masy skał, gruzu lub ziemi w dół zbocza. Termin ten obejmuje pięć odrębnych rodzajów ruchów zboczowych: odpadanie, przewracanie się, ześlizgiwanie się, rozprzestrzenianie się i spływy. Każdy z nich zachowuje się inaczej, ale wszystkie mają tę samą podstawową przyczynę: siła ciągnąca materiał w dół przekracza wewnętrzny opór materiału.

Dwa z najbardziej niszczycielskich podtypów to spływy gruzowe i obrywy skalne. Spływ gruzowy to szybko poruszająca się mieszanina luźnej gleby, skał, materii organicznej, powietrza i wody, która może pędzić w dół zbocza z prędkością przekraczającą 50 km/h. Obrywy skalne polegają na odrywaniu się głazów od stromych klifów i opadaniu swobodnym lotem, odbijaniu się i toczeniu z ogromną energią kinetyczną. Oba mogą uderzyć z niewielkim lub żadnym ostrzeżeniem.

Co powoduje uszkodzenie zbocza?

Prawie każde osuwisko ma wiele przyczyn, jak zauważa USGS. Geolodzy myślą w kategoriach dwóch konkurujących sił: naprężenia ścinającego (siły próbujące przesunąć materiał w dół zbocza) w porównaniu z wytrzymałością na ścinanie (wewnętrzne tarcie i kohezja utrzymujące materiał na miejscu). Kiedy naprężenie przekracza wytrzymałość, zbocze ulega uszkodzeniu.

Woda: Główny czynnik wyzwalający

Nasycenie zbocza wodą jest najczęstszym pojedynczym czynnikiem wyzwalającym. Obfite opady deszczu, szybkie topnienie śniegu lub wzrost poziomu wód gruntowych zwiększają ciężar zbocza i jednocześnie zmniejszają tarcie, smarując przestrzenie między cząstkami gleby. Dlatego osuwiska grupują się w trakcie i po intensywnych burzach, a także dlatego, że wylesione zbocza – gdzie korzenie drzew nie wiążą już gleby – są szczególnie podatne na osuwiska.

Trzęsienia ziemi i aktywność wulkaniczna

Wstrząsy sejsmiczne są drugim głównym czynnikiem wyzwalającym. Trzęsienie ziemi w Haiyuan w Chinach w 1920 r. spowodowało około 675 dużych osuwisk, przyczyniając się do liczby ofiar śmiertelnych, którą niektóre szacunki oceniają na ponad 200 000. Erupcje wulkaniczne destabilizują zbocza zarówno poprzez wstrząsy gruntu, jak i szybkie osadzanie się luźnego materiału piroklastycznego.

Działalność człowieka

Działalność górnicza, budowa dróg, wylesianie i ekspansja miejska na zboczach wzgórz powodują zwiększenie nachylenia zboczy i usunięcie stabilizującej roślinności, co dramatycznie zwiększa ryzyko osuwisk. Badania z University of Southern California wykazały, że osuwiska są nieproporcjonalnie śmiercionośne w krajach rozwijających się, częściowo dlatego, że górnictwo i nieformalne osadnictwo często występują na geologicznie niestabilnym terenie, a spływy gruzowe zabijają średnio 23 osoby na zdarzenie w krajach rozwijających się w porównaniu z 6 w krajach bogatszych.

Dlaczego zabijają tak skutecznie

Tym, co czyni osuwiska wyjątkowo śmiercionośnymi, jest połączenie prędkości, masy i nieprzewidywalności. Obrywy skalne są najszybszym rodzajem osuwisk i mogą osiągać prędkość 300 km/h na stromym terenie. Duże spływy gruzowe mogą przemieszczać się wiele kilometrów od swojego źródła, zalewając doliny i koryta rzek daleko od pierwotnego punktu uszkodzenia. Osuwisko Yungay w Peru w 1970 r. – wywołane trzęsieniem ziemi na morzu – pogrzebało całe miasto liczące 22 000 mieszkańców pod dziesiątkami metrów lodu, skał i błota w ciągu kilku minut.

W przeciwieństwie do powodzi lub burz, osuwiska często uderzają w ciemności, podczas lub bezpośrednio po ulewnym deszczu, kiedy mieszkańcy śpią, a ewakuacja jest niemożliwa.

Prognozowanie i wczesne ostrzeganie

Naukowcy i inżynierowie opracowali coraz bardziej zaawansowane narzędzia do przewidywania uszkodzeń zboczy. Systemy progów opadów monitorują opady w czasie rzeczywistym i wydają ostrzeżenia, gdy skumulowane opady przekraczają empiryczne limity, o których wiadomo, że wywołują osuwiska w danym regionie. Naziemne czujniki – inklinometry, ekstensometry i manometry ciśnienia wody porowej – wykrywają subtelne pełzanie i pęcznienie, które często poprzedzają zawalenie.

Ostatnio naukowcy z Loughborough University opracowali tanie monitory emisji akustycznej, które „nasłuchują” dźwięków ziaren gleby ocierających się o siebie głęboko w zboczu – co jest oznaką, że uszkodzenie może być bliskie. W połączeniu z satelitarnymi systemami radarowymi, które mogą wykrywać deformacje gruntu rzędu milimetrów z kosmosu, technologie te przekształcają naukę o osuwiskach z reaktywnej w predykcyjną.

Jednak największą przeszkodą pozostaje nie technologia, ale zarządzanie: społeczności najbardziej narażone na ryzyko osuwisk są często tymi, które najmniej są w stanie sfinansować infrastrukturę monitoringu lub egzekwować przepisy dotyczące użytkowania gruntów, które chronią ludzi przed niestabilnymi zboczami.

Rosnące ryzyko

Zmiany klimatyczne nasilają zagrożenie osuwiskami. Coraz częstsze i intensywniejsze opady deszczu obciążają zbocza wodą szybciej, niż gleba jest w stanie ją odprowadzić, podczas gdy odwilż wiecznej zmarzliny w regionach górskich destabilizuje zbocza, które były zamarznięte na stałe przez tysiąclecia. Brytyjska Służba Geologiczna ostrzega, że wraz ze wzrostem globalnych temperatur wiele regionów doświadczy znacznego wzrostu częstotliwości i dotkliwości osuwisk – co sprawia, że nauka o stabilności zboczy jest nie tylko ćwiczeniem akademickim, ale pilną kwestią bezpieczeństwa publicznego.