气象百科
article据美国地质调查局(USGS)的地质学家丹尼斯·杜穆谢尔(Denise Dumouchelle)介绍,只要条件适宜,流沙可以出现在任何地方。
上涨的地下水减小了沙粒之间的摩擦力,使得沙子开始“流动”,从而形成了流沙。
当一片散沙带的水分达到饱合时,普通沙子就会翻滚起来,从而形成流沙。如果被沙子捕获的水分无法从中脱离,就会形成液化土,液化土无法再承受重量。有两种方式可使沙子的翻滚程度增加,最终形成流沙。
流动的地下水——水流向上流动产生的力克服了重力,使得沙粒更易漂浮。
地面振动产生的力可以增加浅层地下水的压力,从而使沙子和淤泥沉积发生液化。液化的表面不再具有支撑能力,因此地面上的建筑物或其他物体会发生下沉或倒塌。
据新南威尔士地质调查局的拉里·巴伦(Larry Barron)博士介绍,振动会增加流动性,因此原来相当坚固的物质会变得柔软,并具有可流动性。
振动和水形成的障碍减小了沙粒之间的摩擦力,使得沙子变得像液体一样。为了弄明白流沙,您先要了解液化过程。据犹他州地质调查局介绍,土壤液化时,就变得和流沙一样失去了支撑力,并且表现得像粘性液体而不是固体。在地震过程中,液化会造成建筑物大幅度沉入地下。
虽然流沙可以发生在几乎任何有水的地方,但是在某些地方流沙出现得尤为频繁。最容易发生流沙的地方包括:河堤、海滩、湖岸线、地下泉附近、沼泽。
但是如果有足够的水分冲入其中,沙滩上的沙子很容易变成流沙。如果过量的水分流入沙地,会造成沙粒间的相互分离。沙粒分开会使地面变得松散,沙地上的任何重物都将陷到里面去。
流沙表面一旦受到干扰就会“液化”。
荷兰阿姆斯特丹大学的柏恩在一次前往伊朗的度假旅行之中,遇见过一位当地牧羊人。他指着流沙告诉柏恩,村里曾有骆驼陷下去后就立即消失。柏恩对此将信将疑,回国后就立即对此展开研究。他仔细观看和分析了数十部描述到流沙噬人场景的电影,发现这些电影对流沙的描述根本就是错误百出。后来,柏恩在实验室里将细沙、黏土和盐水混合在一起,重建一个微型室内流沙模型来进行研究。
经过反复实验,柏恩领导的科研人员发现,要把沙子变得像太妃糖一样黏需要好几天时间,但要让它失去黏性则很容易,只要在其表面施加适当的压力即可。一旦流沙表面受到运动干扰,就会迅速“液化”,表层的沙子会变得松松软软,浅层的沙子也会很快往下跑。这种迁徙运动使得在流沙上面运动的物体下沉,然而,随着下沉深度的增加,从上层经迁徙运动掉到下方底层的沙子和黏土逐渐聚合,便会创造出厚实的沉积层,使沙子的黏性快速增加,阻止了物体进一步下陷。
密度小于流沙的物体会浮在流沙之上。
研究还发现,当物体陷入流沙后,下陷速度要视物体本身的密度而定。流沙的密度一般是2克/毫升,而人的密度是1克/毫升。在这样的密度下,人类身体沉没于流沙之中不会有灭顶之灾,往往会沉到腰部就停止了。研究者还发现,即便是一些密度比流沙大很多的物体,也能浮于流沙之上。在实验中,研究人员将一个密度为2.7克/毫升的铝盆置于流沙的顶部,尽管其密度大于流沙,但由于受流沙浮力和沙面张力的影响,铝盆仍能平静地呆在流沙的表面。当科学家开始轻轻晃动这个铝制容器时,情况发生了变化,容器稍稍下陷了一点,当他们加大力度摇晃时,这个容器慢慢沉入沙底。
将脚从流沙中拔出来需要抬起一辆汽车的力量。
研究认为,陷入流沙的人一般都动不了,密度增加以后的沙子粘在掉进流沙里的人体下半部,对人体形成很大的压力,让人很难使出力来。即使大力士也很难一下子把受困者从流沙中拖出来。经研究人员计算,如果以每秒钟一厘米的速度拖出受困者的一只脚就需要约10万牛顿的力,大约和举起一部中型汽车的力量相等。所以除非有吊车帮忙,否则很难一下子把掉进流沙的人拉出来。研究还指出,照这种力量的计算,如果生拉硬扯,那么在流沙“放手”前,人的身体就已经被强大的力量扯断。此举所造成的危险远高于让他暂时停在流沙当中。
人体的密度是1g/cm3,因此人能够漂浮于水面上。流沙比水更致密,它的密度大约为2g/cm3 ——这说明您在流沙中比在水中更容易漂浮起来。关键是不要惊慌。大多数溺毙于流沙或类似液态物里的人,通常都是因为惊慌而胡乱摆动手脚才被吞没的。
如果流沙已经淹没了您的头部,而您又无法把头抬到沙面之上,那时人才可能会葬身流沙之中,不过很少会有这么深的流沙坑。更可能出现的情况是,如果您跌入流沙,您会浮上沙面。但是,流沙的沙水比并不固定,因此有些流沙的浮力没有这么大。
最糟糕的做法是在流沙里乱动,并胡乱摆动您的手脚。这只会让您在流沙坑里陷得更深。最佳对策是:缓慢移动身体,将自己置于沙面之上,再背朝下躺平就行了。您将会上浮到一个安全的位置。
根据《逆境生存手册》(The Worst-Case Scenario Survival Handbook)上所说,当您试图把腿从流沙中抽出时,您需要克服该动作之后产生的真空。这本书的作者建议您尽可能慢地移动身体以降低粘滞度。同时,尽量伸展胳膊和腿并弯下身体以增大表面积,这样做会使您能够浮起来。
虽然流沙仍然是许多俗套的冒险电影中的老套情节,但现实生活中的流沙并不可怕。只要您在遇到这种情况时保持冷静,最坏的结果也不过是鞋子里灌满潮湿的沙子而已。
在公元1692年时,牙买加的罗伊尔港口就曾发生过因地震导致土壤液化而形成流沙,最后造成三分之一的城市消失、两千人丧生的惨剧。看似平静的英国北部海、美丽而危险的阿拉斯加峡湾等地也曾发生过流沙陷人的故事。