科学家阐明山坡缓慢移动多年后为何突然加速
时间:2017-12-07

  科学家解释为什么山坡上的突然运动缓慢移动多年后加速 - 科学网

  从秘鲁南部的玛卡小村庄,你可以看到崛起的喷发火山Sabanchau。烟雾频繁的涌出山体,火山灰不时大量涌入这座小镇。然而,玛卡居民的恶梦的地质威胁不是在15公里以外的Sapankanya火山,而是在它的脚下。

  大约30年来,玛卡附近的土地已经被撤回。大约6000万立方米的泥浆相当于2万多个奥运游泳池悄悄溜到了谷底,半个小镇也在动。

  这种缓慢滑坡的影响是显而易见的:近年来,它已经摧毁了该地区的主要通道的一部分,并导致农田分散,威胁到当地社区的主要收入来源。目前尚不清楚的是山体滑坡的未来:它会继续像以前一样动摇,还是会突然加速,可能会危及生命?它就像悬在镇上的达摩克利斯之剑。法国格勒诺布尔地球科学研究所的地质学家帕斯卡·拉克鲁瓦说。

  在某些方面,马卡尔的情况并不是该地区独有的。山体滑坡是世界上所有山区的主要威胁,每年造成数千人死亡。许多山体滑坡,如塞拉利昂最近的毁灭性山体滑坡,迅速而激烈地出现。其他山体滑坡,如威胁马卡人的山体滑坡,缓慢移动,山体每年滑动几厘米到几米。

  影响滑坡运动的因素很多

  地质学家了解到,许多因素决定了滑坡在降雨期间是否会迅速移动。重要的因素包括滑坡下面或基础的形状,粗糙度和组成;基础与侧面的比例;滑坡的深度,特别是与地下水位相比的深度。

  了解几何和其他因素特别有用的是加州南部的厄尔盆地。在那里,研究人员描绘了大约200个缓慢运动的滑坡,目前正在使用合成孔径雷达干涉仪监测10个山体滑坡。这些滑坡位于几乎相同的地质环境和气候条件下,但大小和形状各不相同。

  在铱河上,科学家们明白,并不是所有的山体滑坡都会对降雨做出突然的反应:在滑坡发生之前,降雨可能持续数周或数月。研究人员还发现,滑坡的细粒度组成,而不是几何形状或气候,对确定他们的行为影响最大。一般情况下,含粘土物质的细粒土反应较慢,粗粒土或裂隙较大的岩石反应较快。美国宇航局喷气推进实验室地球科学家Alexander Handwerger说。

  然而,把所有这些信息联合起来做出预测是一个很大的挑战。几十年来,地质学家一直在收集数据,以更好地量化滑坡运动与降雨持续时间和强度之间的联系。然而,美国地质勘探局滑坡灾害项目的威廉·舒尔茨(William Schulz)表示,地质材料和水文条件是无限的,预测滑坡所需的准确性仍然是科学家们难以捉摸的,更重要的是,在许多国家,山体滑坡运动也受到严重影响另一个现象,但地震的影响还没有被充分研究。

  传感器捕捉地震的影响

  2011年,秘鲁矿冶研究所的科学家们与来自法国的Lacroix和他的同事一起,开始安装永久性的GPS设备并加速监视,传感器准确地捕捉到了6级地震的影响, 2013年在距离马卡不到20公里的情况下,每年的这个时候,马卡人的滑坡通常是静止的,但是传感器显示在地震中移动了2厘米,在接下来的5周移动了6厘米。对于雨季来说,这个数字非常大,但是在没有降雨的情况下是异常的。

  研究人员在2016年8月发现更奇怪的行为。当时,该地区发生5.4级地震。通过检查数据,Lacroix发现它们与三年前的发现一致:地震震动加速了马卡地震期间以及随后几周的山体滑坡。不过,这次他又观察到,当雨季来临时,山体滑坡进一步发生移动,泥土和泥石流在这一年的这个时候比平常要快得多。

  拉克鲁瓦将会碰巧融入粗糙的模型。由于地震波冲击斜坡,它们会在原始振动发生后触发持续很长时间的运动。拉克鲁瓦说,例如在玛卡山体滑坡,由于滑动过程中摩擦力的增加,这种运动最终会减慢。这种行为也被用来描述沿地质断层的蠕动。但是,对于其他山体滑坡,初始运动会减少摩擦,从而有助于加速滑坡。这种差异是由于内部因素,如土壤材料特性和外部因素,包括温度,压力和重力。

  在地震或降雨引发滑坡后,没有足够制动的滑坡会发生灾难性的加速。然而,对于玛卡人来说,一旦土壤开始滑动,摩擦力就会变强,导致它减速。

  但是,这种制动行为可能会被地震破坏。地震会使滑坡土壤松动,使其变得脆弱。地震波也会在土壤中产生洞穴和裂缝,为降水渗透到土壤提供更多的途径。据Lacroix报道,2016年的地震使得玛卡地块在降雨过后更容易移动。进一步的伤害会带来灾难性的加速。即使是小地震也可能产生很大的影响。

  遥感数据扩大了研究范围

  通过结合降水,几何,地震等不同部分,科学家们开始明白是什么原因导致山体滑坡开始,加速或停止。但是,这些意见在多大程度上适用于不同的地方呢?

  在某种程度上,每种情况都是独特的。美国地质调查局天文台水文学家理查德·艾弗森(Richard Iverson)说,土壤资料在各地都不一样,其中一些微妙的差异对滑坡运动确实有不同的影响。

  舒尔茨同意,但同时强调,即使山体滑坡也有共同的属性和行为。通过对它们进行广泛的研究,科学家可以找到将环境触发因素与滑坡流动性相关联的潜在规则。

  居住在加州Lacenkirche的数百居民可以证明这一点。经过几个月的时间,在社区后面的山坡上移动,最终在1995年暴雨加速。县里的官员和顾问使用标准调查工具的数据,发现斜坡随时可能滑落,并向居民撤离发出警告。

  如今,哨兵2卫星等遥感器可以帮助扩大研究范围,并将对山体滑坡的监测扩大到难以研究的地区或在当地进行研究的昂贵地区。在监测设备上安装所有缓慢的山体滑坡是不可能的,因此遥感数据将成为监测滑坡运动的出路。 Lacroix说。 (宗华编)

  “中国科学”(2017年9月12日第3版)