Прогибание земной коры в результате развития городов как составная часть геологической угрозы Санкт-Петербурга

Поверхностная нагрузка в результате интенсивного городского развития прибрежных зон может привести к незначительному погружению суши с повышением относительного уровня моря. Опускание существенно зависит от физических свойств литосферы, астеносферы и мантии, а также нагрузки и скорости ее изменения. Рассмотрены величина и площадь антропогенной нагрузки во времени для одного из возможных сценариев развития региона Санкт-Петербурга (2020–2120 гг.) с предварительной оценкой предполагаемых последствий. Быстрая упругая реакция среды и дальнейшее изостатическое прогибание, вызванное техногенными изменениями, могут ускорить будущее затопление самых низких прибрежных территорий, например Санкт-Петербургского региона, и, таким образом, представляют дополнительную геологическую опасность. Скорость и величина упругой и изостатической депрессий являются спорными, так как зависят от различных оценок упругих свойств и эффективной упругой мощности литосферы соответственно.

1. Амантов А. В. Компьютерный атлас «Геология и полезные ископаемые восточной части Финского залива» / А. В. Амантов, В. А. Жамойда, С. Ф. Мануйлов, П. Е. Москаленко, М. А. Спиридонов // Региональная геология и металлогения. – 2002. – № 15. – С. 120–132.

2. Амантов А. В. Геология дочетвертичных образований и тектоника Ладожского озера // Региональная геология и металлогения. – 2014. – № 58. – С. 22–32.

3. Амантов А. В. Проблемы голоценового развития Южного Приладожья / А. В. Амантов, М. Г. Амантова, Д. В. Рябчук, А. Ю. Сергеев, Т. М. Гусенцова, В. А. Жамойда, В. Фьелдскар // Региональная геология и металлогения. – 2016. – № 65. – С. 37–49. – Режим доступа: http://www.vsegei.ru/ru/public/reggeology_met/content/2016/65/65_03.pdf (дата обращения: 06.02.2009).

4. Амантов А. В., Амантова М. Г. Моделирование послеледникового развития района Ладожского озера и восточной части Финского залива // Региональная геология и металлогения. – 2017. – № 69. – С. 5–12. – Режим доступа: http://www.vsegei.ru/ru/public/reggeology_met/content/2017/69/69_02.pdf (дата обращения: 06.02.2009).

5. Васенин В. А. Оценка современных вертикальных движений земной поверхности для целей определения устойчивости исходных пунктов нивелирной сети г. Санкт-Петербурга и определения длительных осадок зданий и сооружений // Развитие городов и геотехническое строительство. – 2012. – № 14. – С. 37–56.

6. Венцюлис Л. С., Скорник Ю. И., Флоринская Т. М. Система обращения с отходами: принципы организации и оценочные критерии. – СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2007. – 207 с.

7. Воронюк Г. Ю. Водообмен в краевых частях Балтийского щита и прилегающих артезианских бассейнах по изотопным и химическим данным (научные и прикладные аспекты). Карельский перешеек / Г. Ю. Воронюк, Г. С. Бородулина, И. А. Крайнюкова, И. В. Токарев // Труды Карельского научного центра РАН. – 2016. – № 9. – С. 46–56.

8. Галаганов О. Парадокс отличий в вертикальных движениях по данным определений разными методами / О. Галаганов, В. Горшков, Т. Гусева, Ю. Кузнецов, Н. Розенберг, В. Передерин, Н. Щербакова // Геодезія, картографія і аерофотознімання. – 2009. – Вып. 71. – С. 241–248.

9. Дедеев В. А., Куликов П. К. Происхождение структур земной коры. – Л.: Наука, 1988. – 264 с.

10. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теория упругости / Теоретическая физика. В 10 т. – М.: Наука, 1987. – Т. 7. – 248 с.

11. Ляв А. (A. E. H. Love) Математическая теория упругости / Перевод 4-го английского издания: В. В. Булгакова, В. Я. Натанзона. – М.; Л.: 1935. – 674 с.

12. Масленников А. Ю. Характеристика твердых бытовых отходов // Твердые бытовые отходы: Спец. информ. бюл. – 2005. – № 1. – С. 1–3. – Режим доступа: http://www.waste.ru/modules/section/item.php?itemid=33 (дата обращения: 11.11.2019).

13. Семенцов С. В. Градостроительство Санкт-Петербурга в XVIII – начале XXI века. – СПб.: СПбГАСУ, 2011. – 525 с.

14. Тетельмин В. В., Даниелов Э. Р. Прогиб земной коры от веса крупных водохранилищ // Вестник РАЕН. – 2014. – № 4. – С. 15–20.

15. Шаров Н. В. Глубинные сейсмические исследования в юго-восточной части Фенноскандинавского щита // Геофизический журнал. – 2015. – Т. 37, № 5. – С. 104–120.

16. Ядута В. А. Новейшая тектоника Санкт-Петербурга и Ленинградской области // Минерал. – 2006. – №1. – С. 28–35.

17. Amantov A., Fjeldskaar W. Geological-Geomorphological features of the Baltic Region and Adjacent Areas: imprint on glacial-postglacial development // Regional geology and metallogeny. – 2013. – No. 53. – Pp. 90–104. – URL: http://www.vsegei.ru/ru/public/reggeology_met/content/2013/53/53_10.pdf (06.02.2020).

18. Amantov A., Amantova M., Fjeldskaar W. Late-Post-Glacial Tilt of the Lake Ladoga – Gulf of Finland Region and Rheology Models // Geophysical Research Abstracts. – doi: 10.13140/RG.2.2.20123.77608

19. Brotchie J. F., Silvester R. On crustal flexure // Journal of Geophysical Research. – 1969. – Vol. 74. – Pp. 5240–5252.

20. Cathles L. M. The Viscosity of the Earth’s Mantle. – Princeton: Princeton Univ. Press, 1975. – 386 p.

21. Cathles L. M. Interpretation of postglacial isostatic adjustment phenomena in terms of mantle rheology // Earth Rheology, Isostasy and Eustasy / N.-A. Mörner (ed.). – London: John Wiley and Sons, 1980. – Pp. 11–45.

22. Farrell W. E. Deformation of the Earth by surface loads // Reviews of Geophysics and Space Physics. – 1972. – Vol. 10, No. 3. – Pp. 761–797.

23. Fjeldskaar W. Elastic and isostatic subsidence of the Blåsjø artificial lake, Southern Norway // Terra Nova. – 1990. – Vol. 2, Iss. 4. – Pp. 377–381.

24. Fjeldskaar W., Cathles L. The present rate of uplift of Fennoscandia implies a low-viscosity asthenosphere // Terra Nova. – 1991. – Vol. 3. – Pp. 393–400.

25. Fjeldskaar W. Viscosity and thickness of the asthenosphere detected from the Fennoscandian uplift // Earth and Planetary Science Letters. – 1994. – Vol. 126. – Pp. 399–410.

26. Fjeldskaar W. The flexural rigidity of Fennoscandia inferred from the post-glacial uplift // Tectonics. – 1997. – Vol. 16. – Pp. 596–608.

27. Fjeldskaar W., Amantov A. Tilted Norwegian post-glacial shorelines require a low viscosity asthenosphere and a weak lithosphere / Regional geology and metallogeny. – 2017. – No. 70. – Pp. 48–59.

28. Freeden W., Michel V. Multiscale Potential Theory (With Applications to Geoscience). – Boston: Birkhӓuser, 2004. – 509 p.

29. Ji S., Sun S., Wang Q., Marcotte D. Lamé parameters of common rocks in the Earth’s crust and upper mantle // Journal of Geophysical Research. – 2010. – Vol. 115, B06314. – doi: 10.1029/2009JB007134

30. Kachuck S. B., Cathles L. M. Benchmarked computation of time-domain viscoelastic Love numbers for adiabatic mantles // Geophysical Journal International. – 2019. – Vol. 218, Iss. 3. – Pp. 2136–2149. – https://doi.org/10.1093/gji/ggz276

31. Kaufmann G., Amelung F. Reservoir-induced deformation and continental rheology in vicinity of Lake Mead, Nevada // Journal of Geophysical Research. – 2000. – Vol. 105, B7. – Pp. 16341–16358.

32. Kierulf H. P. A GPS velocity field for Fennoscandia and a consistent comparison to glacial isostatic adjustment models / Ed. by H. P. Kierulf, H. Steffen, M. J. R. Simpson, M. Lidberg, P. Wu, H. Wang // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2014. – Vol. 119, No. 8. – Pp. 6613–6629. – doi: 10.1002/2013JB010889

33. Longwell C. R. Geologic setting of Lake Mead // Comprehensive Survey of Sedimentation in Lake Mead, 1948–49 / Ed. by O. Smith, C. P. Vetter, C. B. Cummings. – Washington, 1960. – Pp. 11–20.

34. McKenzie D. A note on estimating Te from Bouguer coherence // GEM – International Journal on Geomathematics. – 2016. – Vol. 7 (1). – Pp. 103–116. – URL: https://link.springer.com/journal/13137/7/1 (06.02.2020).

35. Melini D., Gegout P., Spada G. et al. REAR – a regional ElAstic Rebound calculator. 2014. User manual for version 1.0– URL: http://hpc.rm.ingv.it/rear/REAR-v1.0-User-Guide.pdf (19.10.2019).

36. Nerem R. S. Climate-change-driven accelerated sea-level rise detected in the altimeter era / Ed. by R. S. Nerem, B. D. Beckley, J. T. Fasullo, B. D. Hamlington, D. Masters, G. T. Mitchum // PNAS. – 2018. – Vol. 115, No. 9. – Pp. 2022–2025. – doi: 10.1073/pnas.1717312115

37. Peltier W. R., Argus D. F., Drummond R. Space geodesy constrains ice age terminal deglaciation: The global ICE-6G_C (VM5a) model // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. – 2015. – No. 120. – Pp. 450–487. – doi: 10.1002/2014JB011176

38. Pérez-Gussinyé M., Watts A. B. The long-term strength of Europe and its implications for plate-forming processes // Nature. – 2005. – Vol. 436. – Pp. 381–384. – doi: 10.1038/nature03854

39. Poutanen M. Global periodic effects in GPS time series / Ed. by M. Poutanen, M. Ollikainen, H. Koivula, M. Bilker, J. Jokela, H. Virtanen // Proceedings of the workshop: the state of GPS vertical positioning precision: Separation of Earth processes by space geodesy (April 2–4, 2003, Luxembourg). – Luxembourg, 2004. – Vol. 23. – Pp. 137–142.

40. Puura V. Latest events affecting the Precambrian basement, Gulf of Finland and surrounding areas / Ed. by V. Puura, A. Amantov, S. Tikhomirov, I. Laitakari // Geological Survey of Finland. – 1996. – Special Paper 21. – Pp. 115–125.

41. Richards M. A., Lenardic A. The Cathles parameter (Ct): A geodynamic definition of the asthenosphere and implications for the nature of plate tectonics // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. – 2018. – Vol. 19. – Pp. 4858–4875. – https://doi.org/10.1029/2018GC007664

42. Steffen H., Wu P. Glacial isostatic adjustment in Fennoscandia – a review of data and modelling // Journal of Geodynamics. – 2011. – Vol. 52, No. 3–4. – Pp. 169–204.

43. Santos S. M., Cabral J. J. S. P., Filho I. D. S. P. Monitoring of soil subsidence in urban and coastal areas due to groundwater overexploitation using GPS // Natural Hazards. – 2012. – Vol. 64. – Pp. 421–439. – https://doi.org/10.1007/s11069-012-0247-9

44. Zhang Y. Q. Characterization of land subsidence induced by groundwater withdrawals in the plain of Beijing city, China / Ed. by Y. Q. Zhang, H. L. Gong, Z. Q. Gu, R. Wang, X. J. Li, W. J. Zhao // Hydrogeology Journal. – 2014. – Vol. 22. – Pp. 397–409. – doi: 10.1007/s10040-013-1069-x