流沙
形成
據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局(USGS)的地質(zhì)學家丹尼斯·杜穆謝爾(Denise Dumouchelle)介紹,只要條件適宜,流沙可以出現(xiàn)在任何地方。
上漲的地下水減小了沙粒之間的摩擦力,使得沙子開始“流動”,從而形成了流沙。
當一片散沙帶的水分達到飽合時,普通沙子就會翻滾起來,從而形成流沙。如果被沙子捕獲的水分無法從中脫離,就會形成液化土,液化土無法再承受重量。有兩種方式可使沙子的翻滾程度增加,最終形成流沙。
流動的地下水——水流向上流動產(chǎn)生的力克服了重力,使得沙粒更易漂浮。
地面振動產(chǎn)生的力可以增加淺層地下水的壓力,從而使沙子和淤泥沉積發(fā)生液化。液化的表面不再具有支撐能力,因此地面上的建筑物或其他物體會發(fā)生下沉或倒塌。
據(jù)新南威爾士地質(zhì)調(diào)查局的拉里·巴倫(Larry Barron)博士介紹,振動會增加流動性,因此原來相當堅固的物質(zhì)會變得柔軟,并具有可流動性。
振動和水形成的障礙減小了沙粒之間的摩擦力,使得沙子變得像液體一樣。為了弄明白流沙,您先要了解液化過程。據(jù)猶他州地質(zhì)調(diào)查局介紹,土壤液化時,就變得和流沙一樣失去了支撐力,并且表現(xiàn)得像粘性液體而不是固體。在地震過程中,液化會造成建筑物大幅度沉入地下。
雖然流沙可以發(fā)生在幾乎任何有水的地方,但是在某些地方流沙出現(xiàn)得尤為頻繁。最容易發(fā)生流沙的地方包括:河堤、海灘、湖岸線、地下泉附近、沼澤。
但是如果有足夠的水分沖入其中,沙灘上的沙子很容易變成流沙。如果過量的水分流入沙地,會造成沙粒間的相互分離。沙粒分開會使地面變得松散,沙地上的任何重物都將陷到里面去。
科學實驗
流沙表面一旦受到干擾就會“液化”。
荷蘭阿姆斯特丹大學的柏恩在一次前往伊朗的度假旅行之中,遇見過一位當?shù)啬裂蛉恕K钢魃掣嬖V柏恩,村里曾有駱駝陷下去后就立即消失。柏恩對此將信將疑,回國后就立即對此展開研究。他仔細觀看和分析了數(shù)十部描述到流沙噬人場景的電影,發(fā)現(xiàn)這些電影對流沙的描述根本就是錯誤百出。后來,柏恩在實驗室里將細沙、黏土和鹽水混合在一起,重建一個微型室內(nèi)流沙模型來進行研究。
經(jīng)過反復實驗,柏恩領(lǐng)導的科研人員發(fā)現(xiàn),要把沙子變得像太妃糖一樣黏需要好幾天時間,但要讓它失去黏性則很容易,只要在其表面施加適當?shù)膲毫纯?。一旦流沙表面受到運動干擾,就會迅速“液化”,表層的沙子會變得松松軟軟,淺層的沙子也會很快往下跑。這種遷徙運動使得在流沙上面運動的物體下沉,然而,隨著下沉深度的增加,從上層經(jīng)遷徙運動掉到下方底層的沙子和黏土逐漸聚合,便會創(chuàng)造出厚實的沉積層,使沙子的黏性快速增加,阻止了物體進一步下陷。
密度小于流沙的物體會浮在流沙之上。
研究還發(fā)現(xiàn),當物體陷入流沙后,下陷速度要視物體本身的密度而定。流沙的密度一般是2克/毫升,而人的密度是1克/毫升。在這樣的密度下,人類身體沉沒于流沙之中不會有滅頂之災,往往會沉到腰部就停止了。研究者還發(fā)現(xiàn),即便是一些密度比流沙大很多的物體,也能浮于流沙之上。在實驗中,研究人員將一個密度為2.7克/毫升的鋁盆置于流沙的頂部,盡管其密度大于流沙,但由于受流沙浮力和沙面張力的影響,鋁盆仍能平靜地呆在流沙的表面。當科學家開始輕輕晃動這個鋁制容器時,情況發(fā)生了變化,容器稍稍下陷了一點,當他們加大力度搖晃時,這個容器慢慢沉入沙底。
將腳從流沙中拔出來需要抬起一輛汽車的力量。
研究認為,陷入流沙的人一般都動不了,密度增加以后的沙子粘在掉進流沙里的人體下半部,對人體形成很大的壓力,讓人很難使出力來。即使大力士也很難一下子把受困者從流沙中拖出來。經(jīng)研究人員計算,如果以每秒鐘一厘米的速度拖出受困者的一只腳就需要約10萬牛頓的力,大約和舉起一部中型汽車的力量相等。所以除非有吊車幫忙,否則很難一下子把掉進流沙的人拉出來。研究還指出,照這種力量的計算,如果生拉硬扯,那么在流沙“放手”前,人的身體就已經(jīng)被強大的力量扯斷。此舉所造成的危險遠高于讓他暫時停在流沙當中。
自救
人體的密度是1g/cm3,因此人能夠漂浮于水面上。流沙比水更致密,它的密度大約為2g/cm3 ——這說明您在流沙中比在水中更容易漂浮起來。關(guān)鍵是不要驚慌。大多數(shù)溺斃于流沙或類似液態(tài)物里的人,通常都是因為驚慌而胡亂擺動手腳才被吞沒的。
如果流沙已經(jīng)淹沒了您的頭部,而您又無法把頭抬到沙面之上,那時人才可能會葬身流沙之中,不過很少會有這么深的流沙坑。更可能出現(xiàn)的情況是,如果您跌入流沙,您會浮上沙面。但是,流沙的沙水比并不固定,因此有些流沙的浮力沒有這么大。
最糟糕的做法是在流沙里亂動,并胡亂擺動您的手腳。這只會讓您在流沙坑里陷得更深。最佳對策是:緩慢移動身體,將自己置于沙面之上,再背朝下躺平就行了。您將會上浮到一個安全的位置。
根據(jù)《逆境生存手冊》(The Worst-Case Scenario Survival Handbook)上所說,當您試圖把腿從流沙中抽出時,您需要克服該動作之后產(chǎn)生的真空。這本書的作者建議您盡可能慢地移動身體以降低粘滯度。同時,盡量伸展胳膊和腿并彎下身體以增大表面積,這樣做會使您能夠浮起來。
雖然流沙仍然是許多俗套的冒險電影中的老套情節(jié),但現(xiàn)實生活中的流沙并不可怕。只要您在遇到這種情況時保持冷靜,最壞的結(jié)果也不過是鞋子里灌滿潮濕的沙子而已。
事件
在公元1692年時,牙買加的羅伊爾港口就曾發(fā)生過因地震導致土壤液化而形成流沙,最后造成三分之一的城市消失、兩千人喪生的慘劇??此破届o的英國北部海、美麗而危險的阿拉斯加峽灣等地也曾發(fā)生過流沙陷人的故事。
