Пермские провалы

А. Мотыляев
«Химия и жизнь» №7, 2020

Первый провал появился в лесу, далеко от Березников

Добыча калия опасна провалами, возникающими на земной поверхности. Ситуация выглядит так. Месторождения калия представляют собой многометровые слои соли — галита и сильвинита, перемежающиеся осадочными породами, площадь их составляет сотни квадратных километров. Например, второе по размерам в СНГ месторождение Старобинского занимает в белорусском Полесье площадь 350 кв. км, и под ней расположено четыре калиевых горизонта; расстояния между ними составляют от 50–60 до 150–200 метров, а кровля до первого горизонта простирается на 350 метров.

При разработке шахт возникают пустоты. Чтобы кровля осадочных пород не обрушилась, оставляют целики — участки нетронутой породы. Так поступают во всех шахтах, не только соляных. Однако соляная шахта отличается от других — она проходит в породе, которая растворяется в воде. Поэтому если в соляную шахту начнет поступать вода, жди беды. Растворяя соль, она разрушит целики, и тогда перекрывающие соляные горизонты породы станут висеть на честном слове — держаться только за счет своей прочности. А наверху, как ни в чем не бывало, может кипеть жизнь: люди работают, строят дома, перевозят грузы на тяжелых поездах. Именно так обстоит дело в Березниках и Соликамске, выросших в районе разработки крупнейшего в СНГ Верхнекамского месторождения, что в Пермском крае. Значительная часть первого из них стоит непосредственно над соляными выработками.

Провал «Большой брат» поначалу был невелик

История месторождения такова. Как источник пищевой соли это место было известно еще с XV века, и пока ее не стали получать выпариванием морской воды, здесь добывали половину всей соли, потребляемой Московским царством. Затем промысел пришел в упадок. В 1916 году академик Н. С. Курнаков определил, что в этой местности имеется большое месторождение калиевых солей. Идея его разработки из-за мировой и гражданской войн до поры до времени никого не интересовала, но в 1925 году геологи под руководством профессора Пермского университета П. И. Преображенского провели комплексное обследование района и обнаружили, что под их ногами крупнейшее в мире месторождение калий-магниевых солей. Заодно они нашли и нефть.

Со временем «Большой брат» вырос и утянул в пучину фабрику технической соли, а также другие строения

Видимо, идея организовать комплексную переработку сырья, получая не только калийные удобрения и пищевую соль, но и сырье для производства магния, столь необходимого зарождающейся авиации, показалась привлекательной, и уже в следующем году был создан трест «Союзкалий». К слову, П. И. Преображенский, умерший в 1944 году, известен еще и тем, что был товарищем министра народного просвещения Временного правительства, министром в правительстве Колчака, а затем зав. отделом народного образования Сибревкома.

В провале «Малыш» сначала помещался лишь один железнодорожный вагон (а). Провал рос, но его стали засыпать и как будто преуспели, но вскоре рядом появился провал «Кроха» (б), а теперь они слились в единое озеро, которое полностью перерезало сквозное железнодорожное сообщение через Березники (в)

Добыча калия и магния на месторождении быстро развивалась: в Соликамске и в соседнем городе Березники, который возник в конце XIX века как поселок при содовом заводе «Любимов, Сольвэ и Ко», открылось по три рудника, там же построили калиевые и магниевые комбинаты. Сейчас на долю этого месторождения приходится 19% мировой добычи хлорида калия, и оно же основной поставщик магния в РФ.

Однако в 1986 году началась катастрофа, которая длится по сей день. В январе того года в третий рудник Березников начала поступать вода. Остановить ее не сумели, и летом в лесу рядом с солеотвалом образовался первый провал глубиной 105 метров. Спасательные работы заморозили ситуацию на двадцать лет.

Но вот в 2006 году, после нескольких техногенных землетрясений, обрушение рудников возобновилось: вода стала поступать в первый рудник Березников. Воду остановить не удалось, и в июле 2007 года возник провал «Большой брат», который утащил в бездну остановленную фабрику технической соли. Сейчас на ее месте образовалось озеро размером в полкилометра, из которого торчат остатки фабричных конструкций; они привлекают внимание любителей изучения мест техногенных катастроф.

Следующий провал случился в 2010 году на станции Березники, причем в момент, когда там проходил грузовой состав, — один из вагонов оказался в разверзшейся под ним яме. Этот провал по имени «Малыш», разрастаясь, перекрыл железную дорогу и сделал невозможным транзит поездов через Березники. Несколько кварталов города было признано непригодными для жилья. В 2014 году в провал «Скрудж» свалилось несколько домов садового кооператива «Ключики» под Соликамском — название провал получил от аббревиатуры СКРУ-2, то есть «Соликамское калийное рудоуправление 2». Последний провал в этой печальной истории, «Дачник», возник в 2018 году в 56 метрах от «Скруджа» — сейчас они образовали единое озеро.

Провал «Скрудж» возник посередине садоводческого товарищества

Всего на территории месторождения случилось десять провалов, из них восемь — в Березниках. Это не случайно: там соляные породы сильнее всего обогащены карналлитом, а он лучше растворяется в рассоле. Здесь работает физическая химия — если рассолы насыщены калием и натрием, а магния в них мало, то содержащий магний минерал растворяется охотнее, чтобы достичь термодинамического равновесия.

На мероприятия по преодолению последствий катастрофы — переселение людей, строительство новых участков железной дороги, защитных сооружений, в том числе дамбы для защиты рудников от вод Камы, засыпку полостей в недрах земли, прокладку новых шахт вместо затопленных, создание системы мониторинга движений поверхности земли, наблюдение за динамикой провалов — на все это потратили миллиарды рублей.

Как видно на Яндекс.Картах, сейчас выросший «Скрудж» объединился с недавно возникшим «Дачником» в единое озеро

Пермская история не уникальна, похожие события случались и на других месторождениях соли. Так, исторически первое зафиксированное обрушение соляной шахты было в 1873 году во французском Варанжевиле. В Штассфурте затопление двух шахт началось в 1879-м . Вплоть до 1897 года шахты пытались спасти, но безуспешно. В результате пришлось отселять жителей 800 домов. В 1980-м бурильщики пробили свод соляной шахты, расположенной под озером Пенер в Луизиане; шахту затопило всего за несколько часов, а озеро навсегда стало соленым. Так случилось отнюдь не из-за притока соленой воды из шахты: в провал ушла вся вода из реки, которая вытекала из озера, и в сухое русло устремились воды Мексиканского залива. В 1989 году обрушились пустоты в шахте «Меркерс» под немецким городком Фёлькерсхаузен в Тюрингии. Это вызвало землетрясение, которое разрушило почти все дома, включая церковь и замок. Шахта известна тем, что в ней нацисты в конце войны спрятали золотой запас и шедевры из берлинских музеев; все это нашли американцы. Сейчас шахта служит туристическим объектом как самая глубокая шахта Европы, куда может спуститься турист.

В общем, по оценкам специалистов, сейчас в мире больше затопленных калийных шахт, чем действующих, а счет образовавшимся на их местах рукотворным озерам идет на десятки.