隱形殺手：慢滑坡

江澤珍/編譯

隱形殺手：慢滑坡

江澤珍/編譯

加州的泥漿溪谷在經(jīng)過兩年的慢慢傾斜后，在2017年的5月份崩塌，破壞了部分的加州一號(hào)公路

● 為什么山坡在經(jīng)過多年的緩慢移動(dòng)后，會(huì)在頃刻之間突然加速，造成致命的傷害？

秘魯南部的薩班卡亞火山爆發(fā)，摧毀了當(dāng)?shù)氐拇罅恐参铩斂?。從火山噴出的煙云時(shí)常會(huì)沖到下面的小鎮(zhèn)，但讓當(dāng)?shù)鼐用窈ε碌牟⒉皇沁@座火山，真正讓他們害怕的是腳下的土地。

瑪卡地區(qū)周圍的土地已經(jīng)持續(xù)移動(dòng)了30年。這塊6 000萬(wàn)立方米的土地，相當(dāng)于兩萬(wàn)個(gè)游泳池，正悄悄帶著部分的小鎮(zhèn)移動(dòng)至谷底。

這種慢滑坡的影響是清晰可見的：最近幾年，它摧毀了地區(qū)的主要公路，威脅著社區(qū)主要的收入來源——農(nóng)田。這些慢滑坡的未來很難判斷：它們是保持這種速度慢慢移動(dòng)還是會(huì)突然加速、危害生命呢？法國(guó)地球科學(xué)研究所的地學(xué)科學(xué)家帕斯卡·拉克魯瓦（Pascal Lacroix）說：“（滑坡）就像達(dá)摩克利斯之劍一樣懸在小鎮(zhèn)的上方?！?/p>

瑪卡地區(qū)并不是唯一遭受慢滑坡侵害的地區(qū)。對(duì)于世界上所有的山區(qū)來說，山體滑坡都是一個(gè)最大的威脅，每年造成數(shù)千人死亡。其中很多的滑坡，就如8月的塞拉利昂毀滅性的山體滑坡，又快又強(qiáng)烈。而其他的滑坡，就像瑪卡地區(qū)的一樣，非常緩慢，每年只會(huì)滑幾厘米到幾米。

慢滑坡很少會(huì)造成死亡，但是會(huì)造成房屋和基礎(chǔ)設(shè)施的破壞。雖然它們會(huì)在幾個(gè)月或者幾年內(nèi)慢慢移動(dòng)，但也可以突然加速，造成致命的后果。

意大利阿爾卑斯山有一個(gè)瓦依昂壩，那里的山體在經(jīng)過至少3年的慢滑坡之后，在1963年突然加速，造成了2 500人死亡。2014年，華盛頓州奧索鎮(zhèn)的山體突然滑坡，導(dǎo)致43人死亡。就在山體滑坡發(fā)生的幾個(gè)星期前，一些居民說看到土地有慢慢移動(dòng)的跡象。加州的泥漿溪谷在經(jīng)過兩年的慢滑坡后，在2017年的5月突然加速，破壞了半公里的加州一號(hào)公路。

這種加速或許是正常的。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局山體滑坡災(zāi)害項(xiàng)目的威廉·舒爾茨（William Schulz）說：“我們幾乎可以確定，所有突然加速滑坡的山體剛開始的速度都是緩慢的，只不過是沒人注意到罷了?！?/p>

現(xiàn)在，地質(zhì)學(xué)家開始注意了。近些年，他們開始利用改進(jìn)的傳感器、雷達(dá)成像、激光測(cè)距等先進(jìn)技術(shù)去研究這些慢移動(dòng)的自然災(zāi)害。在歐洲宇航局兩顆哨兵-2號(hào)衛(wèi)星的幫助下，科學(xué)家可以確定更多的慢滑坡。兩顆哨兵-2號(hào)衛(wèi)星能夠每隔5天拍攝一張地球上相同地區(qū)的照片，通過觀察這些照片，科學(xué)家就能更好地觀察那些新區(qū)域的移動(dòng)，發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的預(yù)警信號(hào)。

科學(xué)家的最終目的就是想發(fā)現(xiàn)一套規(guī)律，預(yù)測(cè)出這些慢滑坡何時(shí)會(huì)突然加速崩塌。英國(guó)謝菲爾德大學(xué)的戴夫·帕特里（Dave Petley）說：“對(duì)我們地質(zhì)學(xué)家來說，最重要的問題就是一個(gè)慢滑坡在什么情況下會(huì)變成一個(gè)致命的滑坡。我想現(xiàn)在的技術(shù)會(huì)給予我們更多的見解?！?/p>

慢動(dòng)作中的科學(xué)

科羅拉多西南部的圣胡安山脈是慢滑坡中最引人注目的一個(gè)。斜坡上有大量的植被覆蓋，而下面卻是大量的黃土和巨石。該坡有一塊非常活躍的區(qū)域，已經(jīng)滑落了4千米?？茖W(xué)家花了一個(gè)多世紀(jì)研究這片2 000萬(wàn)立方米的斜坡。在這片區(qū)域，每隔幾米就會(huì)有監(jiān)控儀器、傳感器等設(shè)備。

地形、植被缺失以及其他因素可以使許多區(qū)域易受山體滑坡的攻擊，降雨和地震是其中常見的因素

該滑坡非常敏感。雖然在過去的300年里，它移動(dòng)的速度較為穩(wěn)定，但是在遇到降雪、降雨、空氣壓力的改變時(shí)，它會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的變化。

水是影響泥土移動(dòng)的一個(gè)大因素。干涉合成孔徑雷達(dá)（InSAR）是主要的收集數(shù)據(jù)的設(shè)備，它能對(duì)比不同時(shí)間拍攝的地面雷達(dá)圖像來判斷地面是否變形。當(dāng)科學(xué)家觀測(cè)斜坡的移動(dòng)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)1/4毫米的降雨量就能在幾小時(shí)內(nèi)加快山體滑坡的速度。地面水量出現(xiàn)些許的變化就能引起巨變。

舒爾茨說：“該滑坡是一個(gè)又大又復(fù)雜的滑坡，它對(duì)細(xì)微降雨量都有這么大的反應(yīng)，因此也解釋了為什么那些又小又普通的山體滑坡會(huì)更敏感?！币粋€(gè)小的滑坡一般不會(huì)出現(xiàn)幾何結(jié)構(gòu)與地質(zhì)的不規(guī)則，因此它的移動(dòng)就會(huì)較為明顯，很容易被人發(fā)現(xiàn)。

地質(zhì)學(xué)家正在研究降雨后導(dǎo)致滑坡速度加快的決定性因素。其中主要的因素有山體滑坡的形狀、土質(zhì)的粗糙度、山下的形成狀況、山體和山坡的比例以及山坡的傾斜度。

加州鰻魚河流域?qū)ι襟w慢滑坡研究的影響也很大。在那里，研究人員發(fā)現(xiàn)了近200個(gè)慢滑坡，現(xiàn)在InSAR監(jiān)控了其中的10個(gè)滑坡。這些滑坡所處的地質(zhì)環(huán)境與氣候都相似，只不過是大小和形狀不一樣罷了。

在鰻魚河流域，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)并不是所有的滑坡都會(huì)對(duì)降雨立馬產(chǎn)生反應(yīng)：有時(shí)降雨要持續(xù)幾周甚至幾個(gè)月，滑坡才會(huì)出現(xiàn)變化。他們發(fā)現(xiàn)，與幾何結(jié)構(gòu)和氣候相比，滑坡的泥土組成成分對(duì)滑坡的影響更大。美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的亞歷山大·漢德沃格（Alexander Handwerger）說：“一般來說，細(xì)小顆粒的黏土對(duì)雨水的反應(yīng)會(huì)比有裂縫的粗顆粒黏土的反應(yīng)要小?！?/p>

但是就算集齊應(yīng)有的數(shù)據(jù)，要做出預(yù)測(cè)還是很有挑戰(zhàn)性。幾十年來，地質(zhì)學(xué)家一直在收集數(shù)據(jù)，以便更好地量化滑坡移動(dòng)與降雨量的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度之間的相關(guān)關(guān)系。舒爾茨說：“但是地質(zhì)材料和水文狀況是千差萬(wàn)別的，目前科學(xué)家離精準(zhǔn)預(yù)測(cè)還有一定的差距?！倍遥诤芏鄧?guó)家，滑坡移動(dòng)還受到其他現(xiàn)象的嚴(yán)重影響，比如地震。

地震的影響

在科爾卡大峽谷，地震是一個(gè)無法避免的災(zāi)害，一年之中會(huì)經(jīng)歷幾次。小鎮(zhèn)周圍的山坡會(huì)被震出一條條的裂縫，在綠色的耕作梯田襯托下尤為明顯。自從1990年開始，這個(gè)小鎮(zhèn)發(fā)生過12次大地震。其中最具毀滅性的是1991年的那次5.4級(jí)的地震，摧毀了村莊的西部，造成14人死亡，小鎮(zhèn)中心的圣安娜教堂坍塌。

從那時(shí)開始，居民們發(fā)現(xiàn)，郊區(qū)的土地在移動(dòng)。擔(dān)心的人越來越多之后，秘魯?shù)牡厍蛭锢硌芯克?001至2004年期間，安裝了3顆暫時(shí)的GPS來監(jiān)測(cè)土地移動(dòng)。他們發(fā)現(xiàn)，安裝了GPS之后，土地繼續(xù)移動(dòng)，在農(nóng)田里出現(xiàn)了狹長(zhǎng)的裂縫，并且每年這道裂縫會(huì)擴(kuò)大，把澆灌莊稼的水吸走。由于農(nóng)作物產(chǎn)量低，在過去的10年，鎮(zhèn)里將近1/3的人口都離開了小鎮(zhèn)。

2011年，秘魯?shù)牟傻V和冶金地質(zhì)研究所的科學(xué)家與拉克魯瓦一起去科爾卡大峽谷設(shè)置永久的GPS裝置。2013年，該地區(qū)發(fā)生了6級(jí)地震，震中距離瑪卡地區(qū)不足20公里。GPS裝置記錄下了地震發(fā)生前后山體移動(dòng)的變化。在發(fā)生地震之前，瑪卡地區(qū)的山坡還是比較穩(wěn)定的，但是數(shù)據(jù)顯示：在地震過后它移動(dòng)了2厘米，之后的5個(gè)星期又移動(dòng)了6厘米，這種少而又不規(guī)則的變化在沒有降雨之前持續(xù)了一段時(shí)間。

2016年的8月，該地區(qū)發(fā)生了5.4級(jí)地震，研究人員觀察到了更奇怪的現(xiàn)象。拉克魯瓦在檢查數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，他們又看到了3年之前那場(chǎng)地震相似的規(guī)律：在地震發(fā)生時(shí)和發(fā)生后的幾周，瑪卡地區(qū)的山體滑坡又加速了。這次，他發(fā)現(xiàn)雨季出現(xiàn)后，泥土和碎片比3年以前移動(dòng)得更快了。

拉克魯瓦對(duì)所發(fā)生的事情做了一個(gè)大致的模型。當(dāng)?shù)卣鸩ㄒu擊滑坡時(shí)，它們可以激發(fā)震后的持續(xù)移動(dòng)。他說：“在瑪卡地區(qū)的山坡，移動(dòng)最終會(huì)慢下來，因?yàn)樾逼律系哪Σ猎黾恿?，摩擦也是慢滑坡的原因之一。然而?duì)其他的斜坡來說，初始的移動(dòng)會(huì)減少摩擦，這樣滑坡的速度會(huì)加快。而兩者差異的原因可歸因于內(nèi)部因素（泥土的質(zhì)地等）和外部因素（溫度、壓力和重力等）?！?/p>

在經(jīng)過地震或降雨的激發(fā)后，沒有足夠摩擦力的滑坡會(huì)加快自身的山體滑坡的速度。而在瑪卡地區(qū)，泥土開始移動(dòng)的時(shí)候，摩擦?xí)儚?qiáng)，從而減緩了它的滑坡速度。

但這種摩擦活動(dòng)可以被地震削弱。地震可以稀松山坡泥土的材質(zhì)，因?yàn)榈卣鹉苷鸪龈嗟牧芽p讓水滲進(jìn)去。拉克魯瓦認(rèn)為，2016年的地震首先加快了瑪卡地區(qū)的滑坡移動(dòng)速度，而之后的降雨改變了泥土的質(zhì)量，降低了其摩擦力，從而導(dǎo)致滑坡速度的再次加快。他說：“哪怕就算很小的地震都能產(chǎn)生巨大的效果?！?/p>

訪談

《自然》開了一個(gè)專欄介紹山體滑坡。該刊記者問舒爾茨，研究山體滑坡的工作是什么樣的，他說研究山體滑坡不太像一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的工作。

舒爾茨：我要去到山體滑坡的現(xiàn)場(chǎng)，通常要進(jìn)到山體里面去探測(cè)地質(zhì)，例如檢測(cè)內(nèi)部磁場(chǎng)等因素。有時(shí)山體移動(dòng)的很活躍，所以我會(huì)很擔(dān)心它再次坍塌。

《自然》：進(jìn)入山體還是很危險(xiǎn)啊，那么現(xiàn)在你們工作的重心是什么呢？

舒爾茨：現(xiàn)在我們研究的主要方向是如何更好的預(yù)測(cè)慢滑坡崩塌。泥土的質(zhì)地相當(dāng)復(fù)雜，它們?cè)诓煌臅r(shí)間、不同的狀況下都會(huì)發(fā)生變化。我們要了解什么樣質(zhì)地的泥土在遇到降雨后會(huì)加快滑坡的速度，這樣在日后能做出更好的預(yù)測(cè)。

《自然》：過去的幾年或者幾十年，我們測(cè)量山體滑坡的技術(shù)有哪些？

舒爾茨：我們有非常便宜的傳感器、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算器，還有遠(yuǎn)程傳感器，這些在過去幾十年都是非常重要的設(shè)備。無論是現(xiàn)場(chǎng)還是遠(yuǎn)程的雷達(dá)數(shù)據(jù)對(duì)我們理解山體滑坡都有很大幫助。

影響的因素

通過研究各種不同的因素（降雨、幾何結(jié)構(gòu)、地震等），科學(xué)家逐漸掌握了滑坡開始、加速或停止的原因。

美國(guó)地質(zhì)勘探局的水文學(xué)者理查德·艾弗森（Richard Iverson）說：“從某種程度上來說，每一個(gè)案例都是獨(dú)特的。每個(gè)地方的地質(zhì)都不一樣，一些細(xì)微的差異會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)象上非常大的不同?！笔鏍柎耐膺@種看法，但他強(qiáng)調(diào)：就算滑坡之間地理位置相差很遠(yuǎn)也有可能具有相同的性質(zhì)和現(xiàn)象。通過大規(guī)模的數(shù)據(jù)收集，科學(xué)家可以掌握環(huán)境和滑坡速度之間隱藏的規(guī)律。

正因?yàn)橹皵?shù)據(jù)的收集，加州拉龔吉達(dá)的上百個(gè)居民得到了解救。他們社區(qū)的山坡在1995年慢慢移動(dòng)了好幾個(gè)月，之后在下暴雨時(shí)突然加速導(dǎo)致崩塌。好在縣里官員分析了從標(biāo)準(zhǔn)調(diào)查儀器上搜集的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了斜坡即將坍塌，及時(shí)警告居民們撤離。

如今，類似于哨兵-2衛(wèi)星的遠(yuǎn)程傳感器可以進(jìn)行擴(kuò)大研究，監(jiān)控那些在陸地上不方便實(shí)施監(jiān)控的區(qū)域。拉克魯瓦說：“監(jiān)控所有慢滑坡是不可能的，因此遠(yuǎn)程傳感數(shù)據(jù)將是未來監(jiān)控的趨勢(shì)?！?/p>

利用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)，拉克魯瓦和同事們發(fā)現(xiàn)，距離瑪卡地區(qū)6公里，有個(gè)叫馬德里加爾的村莊，村莊旁有個(gè)山坡，其在雨季中的表現(xiàn)和瑪卡地區(qū)的山坡相似?，斂ǖ貐^(qū)山體移動(dòng)影響了當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的生長(zhǎng)。但這里的山體移動(dòng)，會(huì)堵住流到村里的水流，形成一個(gè)水壩。拉克魯瓦說：“如果水壩壞了，就會(huì)導(dǎo)致洪水?！?/p>

意識(shí)到這一點(diǎn)后，在5月份的時(shí)候，該團(tuán)隊(duì)在馬德里加爾的山坡安裝了第一個(gè)監(jiān)控儀器。他們花了一個(gè)星期建造了紅磚瓦房（一米高左右），保護(hù)GPS儀器不被偷或遭到天氣的危害。

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：岳 峰]