作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2014-4-8 9:57:45
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一场出乎预料的泥石流
科学家深刻解析美最新地质灾害

美华盛顿州发生泥石流后的景象。图片来源:路透社
 
3月22日早上10点37分,美国华盛顿州西北方向的530号高速公路的一侧山体发生了滑坡,此时如果Richard Iverson恰好独自驾车途经该地,作为目击者的他应该会停车拍照。山体滑坡专家Iverson就职于华盛顿州温哥华市美国地质调查局(USGS),根据他的推算,这场山体滑坡将止步于北福克市斯蒂拉瓜密什河,而530号高速公路则位于500米之外的另一侧。然而,河流没能阻挡泥石流的脚步,它迅速地冲过河岸,超过1公里的高速路段和沿途周边地区被吞噬。
 
受泥石流袭击的Oso镇位于西雅图市北方,相距事发地点仅1个小时车程。在这场灾难中,有27人死亡,另有22人失踪。尽管媒体愤怒地抨击政府忽视了专家对泥石流的预测,但Iverson却认为这次爆发的泥石流有其特殊性,因为依照山体滑坡的规模判断,这次泥石流的移动距离至多不会超过200米,而结果却远远超过这一判断。Iverson说:“我没有想到会出现这种情况。遍阅对泥石流的记载,这次爆发的泥石流是极为罕见的。”
 
探究泥石流的成因在当前并不是最紧要的,如何确保救援小组的安全才是当务之急,当地流沙般的土壤条件加上持续降雨随时都能引发新一轮泥石流。USGS下属塔科马市华盛顿水科学中心地貌学家Chris Magirl说:“我们竭尽全力为救援队提供最紧急和专业的帮助。”Magirl与同事正面临着一项新的挑战:因泥石流堵塞了斯蒂拉瓜密什河,河水正在泥土筑成的“水坝”后积蓄。一旦破堤,汹涌的河水将越过1.3平方公里的大堤,向位于下游的Oso镇奔涌而去。
 
西雅图市崎岖的内陆地形极易受泥石流侵袭,而伐木业又加剧了风险。记录中最大规模的泥石流发生在1980年,圣海伦火山在那年爆发,并产生了25亿立方米的泥石流,这些泥石流沿着北福克图特尔河移动了23公里。Oso镇周围的土地是由超过100米厚的沙土和可以追溯到1.4万年前的冰水沉积物组成的,一遇湿润天气便极易坍塌,因此Oso镇附近经常爆发小规模泥石流。但是,这次爆发的泥石流却不同寻常。
 
USGS有一个关于泥石流的数据库,里面包含了碎屑含量、山坡高度以及移动距离的数据。近日,Iverson调阅了本次泥石流的数据后发现,估算的碎屑含量为800万立方米,预计冲出山脚后的移动距离为1130米。Iverson说:“相对于同等高度和碎屑含量的泥石流,本次泥石流的实际移动距离是正常水平的3倍。”按照通常的推算,这次泥石流虽然一样会堵塞河道,但顶多摧毁几座房屋而已。Iverson补充道:“实际情况远超专家的预计。”
 
Iverson怀疑是地质原因和天气原因共同促成了这次不同寻常的泥石流爆发。该地区曾于2006年爆发过泥石流,而本次泥石流的发源地就环绕在上次泥石流发源地和其他小型泥石流发源地的周围。Iverson认为,这些泥石流碎屑比普通的冰水沉积物更加具有“穿透性”。过去2个月的强降水浸透了土壤,湿润了由以前泥石流所带来的碎屑。当山体于3月22日发生坍塌时,这些碎屑会在掉落的过程中挤压土壤。Iverson说:“这很可能导致土壤中的水压急剧上升,减少沙粒之间的摩擦。”他认为,液化的土壤在山谷间就像水一样流动,甚至能对泥石流的另一侧产生影响,就像浴缸中左右激荡的水一样。
 
Iverson将发生在Oso镇的泥石流与1881年发生的规模相似、死亡人数达115人的瑞士埃尔姆市泥石流进行对比。埃尔姆泥石流的目击者也声称沙石碎屑像水一样流动。但Iverson说,Oso泥石流的流动速度是前者的3倍。
 
USGS地质学家Jonathan Godt认为Iverson的推断是有道理的,Godt补充道,Oso泥石流爆发时的平原非常潮湿,这同样会减少沙粒间的摩擦。Godt说:“你可以利用各种机理作出推断,然而需要谨慎地一一排除,直到找到真正的答案。”
 
随着救援工作的结束和重建工作的开展,科学家面临的最紧迫任务已经转变为尽可能及时探测有可能爆发的泥石流,为重建队伍提供预警。4月初,USGS科学家计划搭乘直升机,在山谷顶部架设名为“蜘蛛”的由三脚架固定的GPS工具,借此测量地面的位移。一旦“蜘蛛”探测到地面发生了位移,就预示着泥石流即将爆发,研究者最起码能有几分钟的应对时间。
 
与此同时,另一大不稳定因素就是受碎屑堵塞而蓄积的河水。3月底,USGS将数个计量器置于斯蒂拉瓜密什河中,用于测量上游和下游的堵塞物总量并监测水流。《科学》杂志披露,USGS和研究者计划在堵塞河道中放置浮标。据推算,被堵塞河道的河水深度最多可达10米,放置浮标能够丰富地形测量内容,还能帮助观察水线位置。
 
从一个在泥石流爆发前就安置在下游的计量器中读取的数据显示:泥石流爆发后的第二天,因碎屑堵塞而蓄积的水量达到200万立方米。但是在压力的作用下,河水在被堵塞后又自行冲开了一条渠道。新的计量数据显示,河水的蓄积量在3月29日达到顶峰后,其水位以每天接近1米的速度下降。USGS地质学家Ralph Haugerud说:“洪水的威胁似乎正在降低。”但是,艰苦的善后重建工作正如火如荼地进行,科学家仍必须高度警惕,不放过任何一处潜在危险。(段歆涔)
 
《中国科学报》 (2014-04-08 第3版 国际)
 
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