Grawitacyjne ruchy masowe

Zwietrzelina, Osuwisko, Wietrzenie, Lawina, Zjawiska fizyczne

Grawitacyjne ruchy masowe to przemieszczanie się pokrywy zwietrzelinowej na stoku pod wpływem siły grawitacji. W wyniku tego procesu powstaje zwietrzelina. Tworzy się ona w wyniku wietrzenia. Skład wietrzeliny zależy od rodzaju podłoża, a także od typu wietrzenia.

Grubość pokrywy zwietrzelinowej uzależniona jest głównie od:

• klimatu

• czasu wietrzenia

• kątu nachylenia terenu

Stoki o nachyleniu terenu powyżej 50° najczęściej pozbawione są zwietrzeliny.

Kąt naturalnego spoczynku jest to kąt maksymalnego nachylenia stoku, przy którym materiał skalny nie ulega przemieszczeniu.

Grawitacyjne ruchy masowe mogą być powolne, ale także zachodzić z bardzo dużą prędkością Przemieszczane się mas skalnych po powierzchni ziemi wywołane jest przede wszystkim przez działanie siły ciężkości. Drobnoziarniste osady zawierające dużo wody mogą zostać uplastycznione, bądź upłynnione, ponieważ woda zmniejsza tarcie pomiędzy cząsteczkami skały.

Zwietrzelina może poruszać się po stoku w różny sposób. Cząsteczki mogą staczać się po stoku, obrywać się ze stromych ścian, spadając u ich podnóża, mogą pełzać bądź osuwać się.

To, jaki ruch będzie zachodził, uwarunkowane jest kilkoma czynnikami:

• kątem nachylenia stoku,

• rodzajem skał budujących stok,

• układem warstw skalnych,

• poziomem zalegania wód gruntowych

• ilością opadów.

Główną przyczyną wystąpienia grawitacyjnych ruchów masowych jest zachwianie mechanicznej równowagi zbocza górskiego. Naruszenie równowagi stoku może zachodzić na skutek wstrząsów sejsmicznych, lub w wyniku działalności człowieka (eksploatacja kamieniołomów, budowa linii komunikacyjnej, czy zapór wodnych). Najczęstszą przyczyną ruchów masowych po stoku jest jednak zmiana krążenia wód podziemnych.

Skarpa zabezpieczona stalową siatką przed odpadaniem fragmentów skalnych. Zdjęcie: Wikipedia

Grawitacyjne ruchy masowe ze względu na sposób i prędkość przemieszczania się mas skalnych podzielone zostały na:

• odpadanie - proces ten zachodzi w obrębie ścian skalnych. Polega on na przemieszczaniu się niewielkich okruchów zwietrzeliny. Główną przyczyną odpadania jest intensywne wietrzenie termiczne i mrozowe. Odpadanie zachodzi najczęściej na stokach, których kąt nachylenia przekracza 45°. Jeśli ze stoków zsuwa się wietrzelina tworzą się żleby (wklęsłe formy ukształtowania terenu górskiego), natomiast u ich wylotów można obserwować stożki piargowe (nagromadzenie bloków i gruzu skalnego w kształcie stożka).

• obrywanie następuje przy niemal pionowych ścianach i jest najszybszą formą ruchów masowych. Prędkość obrywania dochodzi do 150 metrów na sekundę. Obrywanie polega na nagłym oderwaniu się od podłoża i szybkim przemieszczeniu w dół wielkich mas skalnych (najczęściej w formie lawiny kamiennej). W miejscu oderwania się materiału powstają wyrwy, bądź nisze skalne. Obrywanie zachodzi zwykle niespodziewanie, w miejscach trudnych do określenia wcześniej, stąd w obszarach zamieszkanych przez człowieka stwarza zagrożenie dla życia oraz powoduje poważne straty materialne.

• osuwanie - jest szybkim ruchem mas skalnych o dużej objętości po powierzchni zbocza. Prędkość tego procesu wynosi kilka centymetrów na sekundę do kilku metrów na sekundę. W wyniku osuwania powstają osuwiska. Osuwanie zachodzi zarówno w obrębie stoków o nachyleniach mniejszych niż 45° (na stokach bardziej stromych odpowiednikiem osuwania jest proces obrywania), zarówno zwietrzelinowych, jak i zbudowanych ze skały zwięzłej. Proces osuwania zachodzi nagle, ale może być także poprzedzony powstaniem pęknięć, szczelin i rys w strefie oderwania. Ruch ten zachodzący na większą skalę powoduje niekiedy katastrofalne skutki, niszcząc osiedla i ciągi komunikacyjne, zagradzając doliny i tworząc okresowe jeziora, a także spiętrzając wody rzek i powodując powodzie.

• spełzywanie to proces powolnego przemieszczania się zwietrzeliny po stoku. Jest on wywołany nasiąknięciem i wyschnięciem, lub też zamarznięciem i odmarznięciem pokrywy zwietrzelinowej. W wyniku spełzywania na stokach pokrytych darnią powstają zmarszczki, łamią się płoty, slupy telegraficzne a pnie drzew na stokach objętych procesem spełzywania przypominają kształtem literę „L”. Prędkość spełzywania wynosi od 0,2 do 7,5 mm/rok.

• cieczenie jest to ruch zwietrzeliny powstałej na skutek wietrzenia chemicznego. Proces ten jest charakterystyczny dla strefy gorącej wilgotnej, któremu podlega gruba warstwa zwietrzeliny. Cieczenie ograniczane jest przez zwartą pokrywę roślinną, stąd niekiedy zachodzi pod pokrywą leśną. Charakterystyczne dla procesu cieczenia jest występowanie strumieni i pokryw błotnych znajdujących się w miejscach pozbawionych pokrywy roślinnej.

• soliflukcja to z kolei rodzaj ruchów masowych występujących na obszarach klimatów zimnych. Polega ona na bardzo powolnym, ledwo dostrzegalnym (kilka milimetrów dziennie) zsuwaniu się po stoku zwietrzeliny nasiąkniętej wodą pochodzącą z topnienia śniegu lub z opadów deszczu.

• spłukiwanie jest to przemieszczanie zwietrzeliny przez wody opadowe i roztopowe. W wyniku tego procesu tworzą się formy erozyjne takie jak bruzdy, rozdoły czy wąwozy. Proces ten zachodzi szczególnie intensywnie na stokach, które nie są pokryte roślinnością. Przebieg spłukiwania uzależniony jest od spoistości i przepuszczalności podłoża, a także od ilości i natężenia opadów atmosferycznych.

 

Osuwiska

Kiedy grawitacyjny ruch mas skalnych po nachylonym stoku odbywa się w sposób gwałtowny, wtedy powstaje osuwisko. Proces ten może trwać kilka sekund, minut, lecz niekiedy kilka godzin bądź dni. Przemieszczanie się zwietrzeliny po stoku odbywa się wzdłuż tzw. najsłabszej strefy. W jej obręb mogą wchodzić warstwy, które zbudowane są z różnych typów skał, mogą to być także powierzchnie pęknięć czy odkuć.

Niekiedy też w wyniku zachwiania równowagi mechanicznej stoku powstaje na stoku wklęsła powierzchnia, wzdłuż której skały ulegają przemieszczeniu. Przemieszczanie się zwietrzeliny odbywa się od powstania szczelin w formie łuku otwartego ku spadkowi zbocza. Wzdłuż tych szczelin odrywają się i przemieszczają w dół masy skalne, na skutek czego w górnej części stoku tworzy się nisza osuwiskowa, a od niej w kierunku spadku ciągnie się rynna osuwiskowa, którą zwietrzelina zjechała w dół. Rynna osuwiskowa przechodzi w język osuwiskowy, stanowiący osunięte masy skalne. Jest to obszar, na którym następuje gromadzenie niesionego materiału. Język osuwiskowy może odznaczać się długością do kilku lub kilkunastu metrów.

Osuwisko ziemne w Salwadorze. Zdjęcie: Wikipedia

Zdarzają się osuwiska, które po powstaniu nie są już aktywne, inne są wprawiane w ruch wielokrotnie. Są też takie, które znajdują się w ciągłym ruchu. Działają one do momentu znacznego zmniejszenia się spadku zbocza. Na skutek działalności erozyjnej na podcinanych zboczach rzek powstają osuwiska zboczowe.

Osuwiska można także rozróżnić ze względu na materiał biorący udział w ruchu. W ten sposób możemy wyszczególnić osuwiska zwietrzelinowe oraz osuwiska skalne.

Osuwiska są aktywne dopóki zbocze nie osiągnie stanu równowagi mechanicznej. Moment ten jest osiągany przy różnym kącie nachylenia stoku. Osuwiska występują nie tylko na powierzchnie terenu, ale także na dnie morskim. Siła tarcia oraz spójność cząsteczek praktycznie nie odgrywają żadnej roli podczas tworzenia się osuwiska podwodnego. W procesie powstawania tego rodzaju osuwiska decydujące znaczenie mają np. trzęsienia ziemi czy zwiększenie ciężaru gromadzonych osadów. Podmorskie osuwiska powstają najczęściej na stokach kontynentalnych przy nachyleniu zbocza powyżej 4°. W ruchu osuwiskowym biorą udział osady znajdujące się na głębokości do kilkunastu metrów powierzchnią dna. Ciągłe osuwiska podmorskie przyczyniły się do powstawania osadów zwanym fliszem karpackim.

Przykład fliszu karpackiego w Beskidach. Zdjęcie: Wikipedia

Zagrożenie związane z powstawaniem osuwisk

Każdego roku na całej kuli ziemskiej powstaje wiele osuwisk. Stanowią duże zagrożenie, jeżeli tworzą się w pobliżu zbiorników retencyjnych. W latach sześćdziesiątych na zaporze rzeki Vaiont we Włoszech do zbiornika wodnego runęło 240 tys. m³ skał i ziemi wypychając tym samym wodę ze zbiornika, która zalała wiele wsi i osiedli. Zginęło wówczas kilka tysięcy osób.

Jedno z największych osuwisk miało miejsce w górach Pamir w 1911 roku. Bezpośrednią jego przyczyną było trzęsienie ziemi. Przemieszczeniu uległo wówczas 3 mld ton skał.

Inne katastrofalne osuwisko wywołane także na skutek trzęsienia ziemi wystąpiło w Chinach w 1920 roku na terenie lessowym. Jego obszar aktywności był gęsto zaludniony. Życie straciło wtedy kilkanaście tysięcy osób.

W 1985 roku na skutek wybuchu kolumbijskiego wulkanu Nevado del Ruiz wystąpił ogromny spływ błotny, który zatopił położone w odległości 50 km od wulkanu miasteczko Armeno.