Античный фундамент: копать от обеда до материка
Вы когда-нибудь задумывались, какой внешний фактор нанес наибольший вред дошедшим до нас памятникам античной архитектуры? Что их, собственно, разрушило? Только не нужно говорить, что виною всему время — Парфенон, например, по-настоящему серьезно пострадал всего пару веков назад от взрыва расположенного в нем порохового склада…
Если вынести за скобки беспощадное время, пороховые склады, а также вандализм и мародерство неблагодарных потомков, то выяснится: большинство древнегреческих шедевров пали жертвой землетрясений.
Нельзя сказать, что греки не учитывали фактора сейсмической опасности. Напротив, учитывали, да еще как! Каменные пазы и шипы, металлические скобы и пироны для крепления кладки — результат этого учета. Да и сами конструктивные особенности древнегреческой архитектуры таковы, что теоретически эти здания должны были бы стоять вечно: в большинстве таких построек фактически отсутствует сила бокового распора, камень же несет нагрузку, составляющую лишь небольшую часть его прочного сопротивления. Увы, эти же архитектурные особенности таили в себе и опасность: венчающие колонны фризы, карнизы, архитравы поднимали центр тяжести строения вверх, делая здание уязвимым перед землетрясением.
Фундамент Эрехтейона в афинском Акрополе увенчан крепидой — ступенчатым основанием здания
Впрочем, если в кладке стен и установке колонн греки достигли пределов совершенства на доступном им технологическом уровне, то с фундаментами их успехи были гораздо скромнее.
Помягче и пошире
Предположим, нам предстоит возвести акрополь в одном из древнегреческих городов. Какие трудности нас ожидают на стадии подготовки фундамента?
Во-первых, почва гористой местности — либо скудная и тяжелая, либо неустойчивая наносная. Во-вторых, если слой почвы неприлично тощий или вообще отсутствует, строить придется непосредственно на скале, поэтому нужно сгладить поверхность. В первом случае необходим фундаментный ров, во втором — много дней работы каменотесов.
Античный фундамент обычно чуть шире стен, и при этом в основание статусных сооружений (дворцов, храмов, общественных зданий) греки предпочитали класть камни более мягкой породы, нежели те, из которых возводилось здание. В мраморных Афинах это известняк из Пирея, в Пергаме — трахитовый туф, в то время как стены построек состоят из трахита.
Пергамский алтарь, находящийся в качестве музейного экспоната в Берлине
Использовались и более простые материалы: бут, лава, конгломерат, глина, уголь, твердый песок и т. п. Например, стены Ольвии (IV–III вв. до н. э.) возведены на субструкциях из слоев золы и глины, отдельные участки афинских Длинных стен — на таких же субструкциях из известки и крупного песка. Крепостная стена опоясывает полис, «длинная стена» — полис, морской порт и связывающую их дорогу. Это километры кладки, нуждающейся в удешевлении: не храм и не дворец, нужно быть скромнее, бюджет у полиса не резиновый.
Что касается частных домов, то их фундаменты были гораздо менее глубокими, чем у общественных сооружений. Но и здесь, и там камень, как правило, обтесывался чрезвычайно грубо и укладывался рядами без металлических скреп, скрупулезной обработки швов, раствора и прочих премудростей.
Останки фундаментов частных домов античной эпохи в Пантикапее (Крым)
Однако иногда при постройке храмов не мелочились — слагали основания из каменных плит шире самого фундамента, в том числе из брака каменоломен и каменотесных мастерских. Расположенная над землей часть фундамента тщательно отесывалась и укладывалась по уровню, скрадывая неровности фундаментной кладки. При хорошей отделке на этих верхних плитах (эпейтинтериях) можно было сразу осуществлять кладку стен и установку колонн либо возводить ступенчатое основание (крепиду).
Изредка верхний слой фундамента соединялся скрепами и шипами с нижним слоем стен (храм Артемиды в Магнезии, Артемисий на Самофракии и др.). Однако касалось это только храмов, превышающих стандартные размеры, ведь ни на крепостную стену, ни тем более на «длинную» не напасешься скоб, скрепов и пиронов, а для жилья это непозволительная роскошь.
Храм Артемиды Левкофриены в Магнезии (Турция) был настолько велик по античным меркам (67×40 м), что знаменитому архитектору Гермогену пришлось применять механическое соединение фундамента и нижней части стены
Подчеркнем две основные особенности древнегреческих фундаментов. Прежде всего, греки были практичны: фундаменты обычно возводились несплошными и поддерживали лишь стены и отдельные опоры. Расчет эллинских строителей основывался на том, что давление стенок рва и тяжесть стен предохранят кладку фундамента от расползания. Отсюда греческая привычка укладывать твердое на мягкое, а узкое — на широкое, заодно используя курватуру (намеренную легкую вогнутость) оснований.
Ямы для храмов
Свойственная архитекторам уверенность, будто древние греки не халтурили и выкладывали фундамент по камушку, базируется на трактате Витрувия, рекомендовавшего «копать канаву до материка, если можно до него дойти, да и в самом материке, на глубину, соответствующую объему возводимой постройки, и выводить по всему дну самую основательную кладку». Как уже догадался читатель, греки если и были настолько педантичны, то лишь при строительстве культовых сооружений. «Копать до материка» при возведении не то что частной халупы, но и даже крепостной стены никто не собирался.
А если до материка вообще не докопаться? В этом случае (наносные или болотистые почвы) Витрувий рекомендует «это место выкопать, опорожнить и забить ольховыми, или масличными, или дубовыми обожженными сваями и вбить их машинами как можно теснее, а промежутки между ними завалить углем, после чего выложить как можно более основательный фундамент». Обобщая греческий принцип «узкое на широком», Витрувий предписывает выводить на поверхность земли под колоннами стереобаты («стены наполовину толще будущих колонн»), несущие тяжесть. Промежутки между стереобатами следует «связать сводами или же укрепить, плотно утромбовав землю, так чтобы стены были расперты». Как видим, эллинские инновации обобщили, довели до ума и стандартизировали для массового воспроизведения римляне.
Получается, что фундамент покоится под каждой стеной и под каждым рядом колонн, а промежутки между этими рядами фундаментной кладки засыпаны землей или щебнем. В эллинистическую эпоху, ближе к временам Витрувия, появилась альтернативная структура фундамента, в которой ряды его стенок, пересекаясь под прямым углом, образуют сеть. Таков, например, фундамент знаменитого Пергамского алтаря — почти равносторонний прямоугольник 36,8×34,2 м, внешний контур которого образуют массивные стены толщиной в 3 м, а внутри сплетаются в сеть параллельные фундаментные стенки, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга и ориентированные либо с севера на юг (толщина 0,5 м), либо с запада на восток (толщина 1 м).
Фундамент Пергамского алтаря
Продолговатые ячейки сетчатого фундамента засыпаются землей, камнями, золой и мусором. Основание Пергамского алтаря сложено из грубо отесанных квадров мягкого трахитового туфа, без раствора и механических соединений.
Схема фундамента Пергамского алтаря
А вот мраморный храм Афины в Трое — хорошая иллюстрация воспетой Витрувием технологии работы с наносными грунтами. Поскольку Троя стоит в буквальном смысле на слое мусора глубиной 13 м, накопившемся от деятельности многих поколений троянцев, и до материка докопаться практически невозможно, строители ограничились рвами (глубиной 9 м, шириной 2,6–3,6 м), образующими вытянутый прямоугольник с двумя добавочными короткими поперечными линиями. Ров укрепили вертикальными деревянными распорками, а затем до высоты 3,7 м засыпали песком. Для каждого слоя брался песок различных пород, тщательно поливался и утрамбовывался. Только после этого на верхнем слое укладывали фундаментные стенки из квадров, засыпая пустое пространство между ними мелкой забуткой.
Схема фундамента храма Афины в Трое
…Парадокс: хотя при работе с фундаментами греки не демонстрировали ни особого полета фантазии, ни мощи инженерной мысли и руководствовались вполне приземленными доводами (поменьше возни и затрат, побольше устойчивости), от большинства их построек сохранились только фундаменты. Видимо, это скрытое послание современным строителям: красота хрупка, красоте нужна надежная опора.
Источник
Глава 1. Литосфера
В.В. Братков, Н.И. Овдиенко
Геоэкология
Учебное пособие. – М., 2005.
Глава 1. Литосфера
1.2. Природные системы литосферы
1.2.2. Тектонические структуры литосферы
Тектонические структуры могут быть разной величины — от микроструктур, изучаемых с помощью микроскопа, до самых крупных структур, занимающих громадные площади и уходящих корнями в мантию. Рассмотрим наиболее крупные и широко распространённые тектонические структуры.
Древние платформы (кратоны) — обширные участки земной коры, обладающие сравнительно малой подвижностью, с равнинным или платообразным рельефом, могут иметь двухъярусное строение. По своему строению древние платформы подразделяются на следующие структуры.
Щиты представляют собой выходы кристаллического основания древней платформы на дневную поверхность. Они формировались в период архейского и протерозойского (байкальского) орогенеза и имеют глубокое основание, иногда доходящее до мантии. Примеры: Балтийский, Алданский, Канадский щиты и др.
Плиты древних платформ — участки платформ с двухъярусным строением: в глубине залегает древний кристаллический фундамент, а верхний ярус представляет собой платформенный чехол обычно со спокойным залеганием слоёв преимущественно осадочных пород, недислоцированных и неметаморфизованных (слой чехла может достигать 8–10 км). Пример: Русская плита Восточно-Европейской платформы. В пределах плит древних платформ выделяются синеклизы и антеклизы.
Синеклиза — это крупная часть плиты, в которой залегание пород чехла образует очень пологую блюдцеобразную структуру, отличающуюся полнотой стратиграфического разреза и увеличением мощности отложений к центру. Примеры: Московская, Вилюйская, Тунгусская синеклизы и др.
Антеклиза — это крупная часть плиты, в которой залегание пород чехла представляет очень пологое куполовидное строение, мощность слоёв уменьшается к центру, возможна неполнота стратиграфического разреза. Примеры: Белорусская, Воронежская, Волго-Уральская антеклизы на Восточно-Европейской платформе. Обычно рельеф синеклиз бывает несколько пониженный по сравнению с рельефом антеклиз.
Молодые (эпипалеозойские и мезозойские) платформы (кратоны) имеют кристаллический фундамент более молодой, чем у древних платформ. По сравнению с древними платформами характеризуются большей тектонической активностью. Участки молодых платформ подвержены не столько эпейрогеническим движениям, сколько разрывным нарушениям и дифференцированным поднятиям или опусканиям отдельных глыб. Примеры: Скифская, Туранская, Западно-Сибирская платформы. Молодые платформы подразделяются на следующие структуры.
Выступы кристаллического фундамента платформы представляют собой одноярусные структуры со скоростью тектонических поднятий, несколько превышающей скорость денудации, в рельефе часто представлены горстами.
Плиты молодой платформы представляют собой двухъярусные структуры, где кристаллический фундамент перекрыт осадочным чехлом. Могут образовывать обширные плоские равнины (например, плита Западно-Сибирской платформы) или небольшие понижения в рельефе (грабены и другие структуры) между поднятиями выступов фундамента молодой платформы.
Геосинклинальные пояса (или остаточные геосинклинали) — обширные высокоподвижные, сейсмически и тектонически активные, линейно вытянутые пояса земной коры. Располагаются либо между древними материковыми платформами, либо между материковой платформой и ложем океана. Например, Андийский, Средиземноморский геосинклинальные пояса и др. Характеризуются повышенной скоростью, большим размахом и контрастностью тектонических движений, интенсивной складчатостью, надвигами и шарьяжами, напряжёнными и разнообразными магматическими процессами, явлениями регионального метаморфизма и эндогенного оруденения. Геосинклинальные пояса могут включать в себя следующие структуры.
Антиклинории — крупные, протяжённостью в десятки и сотни километров, сложно построенные участки земной коры. Представляют удлинённый комплекс складок слоёв земной коры. Характеризуются наибольшей приподнятостью рельефа в центральной части, нередко внедрением крупных интрузивных тел, развитием на крыльях склонов надвиговых нарушений. Примеры: антиклинорий Большого Кавказа, Гималайский антиклинорий и др.
Синклинории — сложные складчатые структуры общего синклинального строения, могут разделять антиклинории в крупных молодых горных системах. Пример: Калифорнийская долина и др.
Срединные массивы — относительно устойчивые участки земной коры в геосинклинальных поясах, разделяющих отдельные геосинклинальные системы или антиклинории, от которых отличаются меньшей подвижностью и более древним (вплоть до докембрийского) возрастом. Представляют собой микроконтиненты (обломки древних материков), отторгнутые при заложении геосинклинальных поясов. Примеры: Малоазиатский, Индосинийский срединные массивы и др.
Краевые (передовые, предгорные) прогибы — линейно вытянутые, асимметричные, протяжённые (свыше 1000 км) прогибы в зоне, пограничной между платформой и геосинклинальным горным сооружением, заполнены преимущественно молассовым крупнообломочным материалом. В рельефе выражены цепочкой впадин, разделённых поперечными поднятиями. С краевыми прогибами связано накопление угленосных и соленосных толщ, а также формирование структур, благоприятных для накопления нефти и газа. Примеры: Паданский, Предкарпатский, Северо-Кавказский краевые прогибы и др.
Источник
Континентальные платформы
Общая характеристика. Континентальные платформы (кратоны) представляют собой ядра материков, имеют изометричную или полигональную форму и занимают большую часть их площади – порядка миллионов кв. км. Они слагаются типичной континентальной корой мощностью от 35 до 65 км. Мощность литосферы в их пределах достигает 150-200 км, а по некоторым данным до 400 км.
Значительные площади платформ перекрыты неметаморфизованным осадочным чехлом толщиной до3-5 км, а в прогибах или экзогональных впадинах – до 20-25 км (например, Прикаспийская, Печорская впадина). В состав чехла могут входить покровы платобазальтов и изредка более кислых вулканитов.
Платформы характеризуются равнинным рельефом – то низменным, то плоскогорным. Некоторые их части могут быть покрыты мелким эпиконтинентальным морем типа современных Балтийского, Белого, Азовского. Для платформ характерны низкая скорость вертикальных движений, слабая сейсмичность, отсутствие или редкие проявления вулканической деятельности, пониженный тепловой поток. Это наиболее устойчивые и спокойные части континентов.
Платформы подразделяются по возрасту кратонизации на две группы:
1) Древние, с докембрийским или раннедокембрийским фундаментом, занимающим не менее 40% площади материков. К их числу относятся Северо-Американская, Восточно-Европейская (или Русская), Сибирская, Китайская (Китайско-Корейская и Южно-Китайская), Южно-Американская, Африканская (или Африкано-Аравийская), Индостанская, Австралийская, Антарктическая (рис. 7.13).
2) молодые (около 5% площади материков), располагающиеся либо по периферии материков (Средне- и Западно-Европейские, Восточно-Австралийская, Пантагонская), либо между древними платформами (Западно-Сибирская). Молодые платформы иногда подразделяются на два типа: ограждённые (Западно-Сибирская, Северо-Германская, Парижский «бассейн») и неограждённые (Туранская, Скифская).
В зависимости от возраста завершающей складчатости фундамента молодые платформы или их части подразделяются на эпикаледонские, эпигерцинские, эпикиммерийские. Так, Западно-Сибирская и Восточно-Австралийская платформы являются частично эпикаледонскими, частично эпигерцинскими, а платформенная арктическая окраина Восточной Сибири – эпикиммерийской.
Молодые платформы покрыты более мощным осадочным чехлом, чем древние. И по этой причине их часто именуют просто плитами (Западно-Сибирская, Скифско-Туранская). Выступы фундамента в молодых платформах являются исключением (Казахский щит между Западно-Сибирской и Туранской плитами). В отдельных участках молодых и реже древних платформ, где мощность осадков доходит до 15-20 км (Прикаспийская, Северо- и Южно-Баренцевоморская, Печорская, Мексиканская впадина), кора имеет небольшую мощность, а скоростям продольных волн вообще предполагается наличие «базальтовых окон», как возможных реликтов несубдуцированной океанической коры. Осадочные чехлы молодых платформ в отличие от чехлов древних платформ более дислоцированы.
Внутреннее строение фундамента древних платформ. Фундамент древних платформ выполнен в основном архейскими и нижне-, раннепротерозойскими образованиями, имеет очень сложное (блоковое, поясовое, террейновое и др.) строение и историю геологического развития. Главными структурными элементами архейских образований являются гранит-зеленокаменные области (ГЗО) и гранулито-гнейсовые пояса (ГГП), слагающие блоки в сотни км в поперечнике.
Гранит-зеленокаменные области (например, Карельская ГЗО Балтийского щита) сложены серыми гнейсами, мигматитами с реликтами амфиболитов и разнообразными гранитоидами, среди которых выделяются линейные, извилистые или сложные по морфологии структуры – зеленокаменные пояса (ЗКП) архейского и протерозойского возраста, шириной до десятков и первых сотен км и протяжённостью до многих сотен и даже тысяч км (рис. 7.14). Они сложены, в основном, слабометаморфизованными вулканогенными и, частично, осадочными породами. Мощность толщ ЗКП может достигать 10-15 км. Морфология структуры ЗКП вторичная, а внутреннее строение – от достаточно простого до сложного (например, сложноскладчатого или чешуйчато-надвигового). Их происхождение и строение до сих пор являются предметом бурных научных дискуссий.
Гранулито-гнейсовые пояса обычно разделяют или окаймляют гранит-зеленокаменные области. Сложены они разнообразными гранулитами и гнейсами, претерпевшими многократные структурно-метаморфические преобразования – складчатость, надвиги и т.д. Внутренняя структура часто осложнена гранитогнейсовыми куполами и крупными плутонами габбро-анортозитов.
Кроме вышеуказанных крупных структур выделяются меньшие по размеру структуры, сложенные протоплатформенными, палеорифтогенными, протоавлакогенными образованиями. Возраст слагающих эти структуры пород, в основном палеопротерозойский.
Структурные элементы поверхности фундамента (щиты, плиты, авлакогены, палеорифты и т.д.) платформ. Платформы подразделяются, прежде всего, на крупные площади выходов на поверхность фундамента – щиты и на не менее крупные площади, покрытые чехлом, — плиты. Границы между ними проводятся обычно по границе распространения осадочного чехла.
Щит – наиболее крупная положительная структура платформ, сложенная кристаллическими породами фундамента платформ со спорадически встречающимися отложениями плитного комплекса и чехла, и с тенденцией к воздыманию. Щиты, в основном, присущи древним платформам (Балтийский, Украинский щиты на Восточно-Европейской платформе), в молодых – они в виде редкого исключения (Казахский щит Западно-Сибирской плиты).
Плита – крупная отрицательная тектоническая структура платформ с тенденцией к опусканию, характеризующаяся наличием чехла, сложенного осадочными породами платформенной стадии развития мощностью до 10-15 и даже 25 км. Они всегда осложнены многочисленными и разнообразными структурами меньших размеров. По характеру тектонических движений выделяются подвижные (с большим размахом тектонических движений) и устойчивые (со слабым прогибанием, например, с-з часть Русской плиты) плиты.
Плиты древних платформ сложены образованиям трёх структурно-вещественных комплксов – породами кристаллического фундамента, промежуточным (доплитным комплексом) и породами чехла.
В пределах щитов и фундамента плит присутствуют образования всех выше рассмотренных структур – ГЗО, ГГП, ЗКП, палеорифтов, палеоавлакогенов и т.д.
Структурные элементы осадочного чехла плит (синеклизы, антеклизы и т.д.) платформ. В пределах плит различают структурные элементы второго порядка (антеклизы, синеклизы, авлакогены) и более мелкие (валы, синклинали, антиклинали, флексуры, сундучные складки, глиняные и соляные диапиры – купола и валы, структурные носы и т.д.).
Синеклизы (например, Московская Русской плиты) – плоские впадины фундамента до многих сотен км в поперечнике, а мощность осадков в них 3-5 км и иногда до10-15 и даже 20-25 км. Особый тип синеклиз — это трапповые синеклизы (Тунгусская, на Сибирской платформе, Деканская Индостана и др.). В их разрезе залегает мощная платобазальтовая формация площадью до 1 млн. кв. км, с ассоциирующим дайково-силловым комплексом основных магматитов.
Антеклизы (например, Воронежская Русской плиты)– крупные и пологие погребённые поднятия фундамента в сотни км в поперечнике. Мощность осадков в их сводовых частях не превышает 1-2 км, а в разрезе чехла обычно присутствуют многочисленные несогласия (переывы), мелководные и даже континентальные отложения.
Авлакогены (например, Днепровско-Донецкий Русской плиты) – чётко-линейные грабен-прогибы, протягивающиеся намногие сотни км при ширине в десятки, иногда более сотни км, ограниченные разломами и выполненные мощными толщами осадков, иногда с вулканитами, среди которых присутствуют базальтоиды повышенной щелочности. Глубина залегания фундамента нередко достигает 10-12 км. Некоторые авлакогены со временем перерождались в синеклизы, а другие в условиях сжатия были превращены либо в простые одиночные валы (Вятский вал), либо – в сложные валы или интракратонные складчатые зоны сложного строения с надвиговыми структурами (Кельтиберийская зона в Испании).
Стадии развития платформ. Поверхность фундамента платформ отвечает большей частью срезанной денудацией поверхности складчатого пояса (орогена). Платформенный режим устанавливается по прошествии многих десятков и даже сотен млн. лет, после того как территория пройдёт ещё две подготовительные стадии в своём развитии – стадию кратонизации и авлакогенную стадию (по А.А.Богданову).
Стадия кратонизации – на большей части древних платформ отвечает по времени первой половине позднего протерозоя, т.е. раннему рифею. Предполагается, что на этой стадии все современные древние платформы ещё находились в составе единого суперконтинента Пангеи I, возникшей в конце палеопротерозоя. Поверхность суперконтинента испытывала общее поднятие, накопление в некоторых участках в основном континентальных осадков, широкое развитие субаэральных покровов кислых вулканитов, нередко повышенной щелочности, калиевого метасоматоза, формирование крупных расслоенных плутонов, габбро-анортозитов и гранитов-рапакиви. Все эти процессы в конечном счёте привели к изотропизации платформенного фундамента.
Авлакогенная стадия – период начала распада суперконтинента и обособления отдельных платформ, характеризующаяся господством условий растяжения и образованием многочисленных рифтов и целых рифтовых систем, например (рис. 7.15), в большинстве своём затем перекрытых чехлом и превращённых в авлакогены. Этот период на большинстве древних платформ соответствует среднему и позднему рифею и может захватывать даже ранний венд.
На молодых платформах, где доплитный этап сильно сокращён по времени, стадия кратонизации не выражена, а авлакогенная проявлена образованием рифтов, непосредственно наложенных на отмирающие орогены. Эти рифты называются тафрогенными, а стадия развития – тафрогенной.
Переход к плитной стадии (собственно платформенному этапу) совершился на древних платформах северных материков в конце кембрия, а южных – в ордовике. Он выразился в замещении авлакогенов прогибами, с расширением их до синеклиз с последующим затоплении морем промежуточных поднятий и образованием сплошного платформенного чехла. На молодых платформах плитная стадия началась в средней юре и плитный чехол на них отвечает одному (на эпигерцинских платформах) или двум (на эпикаледонских платформах) циклам чехла древних платформ.
Осадочные формации плитного чехла отличаются от формаций подвижных поясов отсутствием или слабым развитием глубоководных и грубообломочных континентальных осадков. На условия их формирования и фациальный состав значительно влияла климатические условия и характер подвижности участков фундамента.
Платформенный магматизм в ряде древних платформ представлен разновозрастными трапповыми ассоциациями (дайки, силлы, покровы), связанными с определёнными стадиями – с распадом Пангеии в рифее и венде, с распадом Гондваны в поздней перми, поздней юре и раннем мелу и даже в начале палеогена.
Менее распространена щелочно-базальтовая ассоциация, представленная эффузивной и интрузивной формацией, главным образом трахибазальтами с широким набором дифференциатов – от ультраосновных до кислых. Интрузивная формация выражена кольцевыми плутонами ультраосновных и щелочных пород до нефелиновых сиенитов, щелочных гранитов и карбонатитов (Хибинский, Ловозерский массив и т.д.).
Достаточно широко распространена и кимберлитовая интрузивная формация, знаменитая своей алмазоносностью, представленная в виде трубок и даек вдоль разломов и особенно в узлах их пересечения. Основные районы развития её – Сибирская платформа, Южная и Западная Африка. Проявлена она и на Балтийском щите – в Финляндии и на Кольском полуострове (Ермаковское поле трубок взрыва).
Источник