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地質災害,真的隻是災害嗎?

地質災害(Geologic Hazard / Geohazard)是指在自然或人為因素下引發的,對人類生命财産、環境造成損失的地質現象。廣義的講,崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫、地面塌陷、地面沉降、地震、火山噴發等,都屬于地質災害。它常常造成大量的經濟損失和人員傷亡,給我們帶來慘痛的記憶。

但是,歸根結底,地質“災害”本質上隻是地球上的一種自然現象。無論是地震、火山還是崩塌、滑坡、泥石流,本身都是地球積聚的能量釋放的過程。它們的發生,不僅證明了地球的勃勃活力,同時,也會給人類帶來“災害”之外的“好處”。

圖1 地質活動,展現了地球的生機與活力。

(圖檔來源:維基百科)

創造豐富多彩的自然景觀

地質活動創造了地球上豐富多彩的自然景觀,被我們視為“地質災害”的火山、地震、崩滑流等就是創造地表景觀的重要貢獻者之一。海枯石爛,鬥轉星移,地球也是一個生命體,不斷積蓄-釋放着能量。在這一張一弛中,盡顯大千世界,造化神奇。

火山,熾熱奔放。地下深處按捺不住的熔岩,在大地上頂出一座山包,勃勃噴湧,帶出地球内部的物質。滾滾濃煙,可以籠罩數公裡的範圍。火山灰富含養分,是植物生長的絕佳養料;火山活動結束後,火山口積蓄水源,可以形成美麗的火山口湖;地下源源不斷的熱量,創造出熱氣騰騰的溫泉,如同仙境……火山作用創造了大量的自然景觀:大陸的長白山、五大連池、騰沖,日本的富士山,美國的夏威夷、黃石公園,這些鼎鼎大名的風景區,都離不開火山的作用。

圖2 火山勃勃噴湧,岩漿四濺,火山灰籠罩整片天空。

圖3 長白山天池,是火山噴發後形成的火山口湖,白雪皚皚,湖水與天空相映成趣。

圖4 日本富士山,是一座休眠火山,是日本精神文化的象征。

圖5 火山把地下的熱量帶到地表,形成了大量溫泉,熱氣騰騰,如同仙境。

崩滑流,洶湧澎湃。山體崩塌、滑坡,垮落的岩土體進入河流,阻礙了河水的流動,就形成了堰塞湖。有些堰塞湖,臨近人類的生活區,河水不斷湧入,卻無法流出,一旦潰決,将導緻災難;但在人迹罕至的地區,在自然作用下,堰塞湖也會成為一片風景;泥石流,在山區一瀉千裡,攜帶大量泥土,在沖出山谷後沉積下來,成為沖積扇,有助于涵養水源;在崩塌的作用下,可以形成高崖絕壁,陡峭直立,蔚為大觀。

圖6 西藏然烏湖,就是一個由滑坡阻塞河流産生的堰塞湖。碧水如鏡,白雪皚皚,天地山水,相映成趣。

圖7 1900年由泥石流堵江形成的易貢湖,在2000年潰決後形成一片美麗的濕地。

圖8 中國新疆塔克拉瑪幹沙漠南部橫跨昆侖山脈和阿爾金山脈之間的一個龐大的沖積扇。沙漠中很多綠洲,都在沖積扇上。(圖檔來源:維基百科)

圖9、10 位于英吉利海峽的七姐妹懸崖(Seven Sisters, Sussex),是海水侵蝕岩壁,岩壁崩塌所形成。

産生豐富的資源

人類能夠舒适地生活在地球上,發展出文明,得益于地球提供的豐富資源。而絕大多數資源的産生,都離不開地球的活動。以火山為例,它不僅是一種獨特的景觀,更會産生衆多資源。火山型的金礦、銅礦等,不計其數。而很多珠寶的形成,如鑽石,也離不開火山作用。即使是火山噴發過程中産生的火山灰,也可以成為植物生長的豐富養料,創造出萬畝良田。

圖11 火山等地質活動,為人類帶來了豐富的礦産。

圖12 火山噴發、河流泥沙沉積等,會創造出大片肥沃的土地。圖中為河南駐馬店市的稻田畫。

幫助人類進行生産

在自然面前,人類是渺小的;在自然的力量面前,即使采用最先進的工具裝置,人類的力量也顯得微不足道。人類的偉大之處就在于,認識到了自身力量的有限性,而能夠将自然的強大為己所用。我們建設水電站,用奔流不息的大江大河發出源源不斷的電能;我們研究自然界的奧秘,發明出飛機、雷達、聲呐等一系列工具;我們馴養動物,培育作物,在廣袤的大地上建設起自己的栖身之所……而地質“災害”中孕育的強大力量,也同樣被我們所利用。

圖13 學會利用自然的力量,是人類的生存之道。

在采礦、采石、石材加工等活動中,崩塌、滑坡就大有可為。崩塌和滑坡,是岩體、山體發生破壞、垮落的過程。而采礦、采石等活動,同樣是要把岩體切割、破碎,搬運後進行冶煉。在人類發明火藥以前,這些都隻能靠一錘一鑿來實作。如果能夠人為地對礦體進行處理,使之發生崩塌、滑坡,豈不省時省力?這樣的作法,即使在火藥已經廣泛運用的今天,依然大有可為。

圖14 開采礦産時,可在礦體底部開挖溝槽,上部的礦體,很容易就會順層滑下,大大提高了開采效率。(作者攝)

圖15 位于意大利的大理石采石場。礦場的石塊被切割的整整齊齊。這并非如“菜刀切肉”一樣的切割,而是利用岩石破壞的規律,巧妙地施力,使得岩石自己沿着軟弱面破壞的結果。

圖16 古代的石匠,隻靠簡單的工具,就能切割堅硬的岩石。在完整岩石上沿切割方向打孔,使岩石劈裂,斷面光滑平整。

2013年4月10日,美國猶他州的賓漢姆露天礦場發生了北美有曆史紀錄以來最大的非火山活動原因山體滑坡,大約6500-7000萬立方米的泥土和岩石在一瞬間傾瀉而下。山體滑坡如此猛烈,以至于連地震台網都檢測到了滑坡時的巨響。所幸,研究人員根據滑坡前的山體運動預測到了此次滑坡,提前撤離了礦場所有的從業人員。事故除了造成一些裝置和建築損壞之外,并沒有造成人員傷亡。盡管這是一場“災害”,但換一個角度想,滑坡替礦場采集了大量礦石,節省了人力物力,倒也不失為一件美事。由此可見,隻要發現及時、處理得當,我們是可以将地質災害“化幹戈為玉帛”的。

圖17 礦場滑坡航拍圖檔。從圖檔中可以看出,滑坡區域長達數公裡,寬五百米以上。(圖檔來源:NASA)

圖18 礦場滑坡全貌。(圖檔來源:https://www.upr.org/utah-news/2013-04-12/kennecott-mining-to-continue-after-slide-in-bingham-mine)

促進科學技術進步

為了預防地質災害發生,減少地質災害造成的損失,投入到相關研究的科學家、工程師不計其數。在與地質災害“作鬥争”的過程中,人類對地球的認識越來越深刻,取得了大量的科學技術成就。是以,某種程度上,地質災害的發生促進了人類科學技術的進步。

以崩塌、滑坡、泥石流為例。它們的發生,往往是由于岩土體失去穩定,發生破壞而導緻。為了防止這些災害發生,減少災害造成的損失,很多科學家和工程師們對岩土體的力學性質進行了大量研究,對岩土體的破壞規律的認識也越來越深刻。

圖19 通過岩石力學試驗,探究岩石變形、破壞規律,增加了人類對自然的認識,并可以将研究成果利用于工程建設、災害防治。(作者攝)

一方面,我們學會了如何阻止破壞。這可以應用于工程建設和工業生産中,如隧道、地下洞室的開挖,礦産的開采,防護工程的建設等,減少了施工事故的産生,大大增加了工程建築的安全性。

圖20 金碧輝煌的莫斯科地鐵。如今,地下軌道交通已經成為城市不可或缺的一部分。

圖21 銅陵有色金屬集團,礦井下的礦工正在工作。随着工程技術的不斷進步,礦井工作的安全性已大大提高。

另一方面,我們也了解了如何導緻破壞。這可以應用于礦産、能源的開采中,使人類高效地進行資源的開發和利用。例如,随着深度的增加,地下的岩石承受着上部岩石的重量,其所受到的壓力越來越大,是以其結構也更加緻密,更難以被破壞。若想要進行礦産、能源的開采,就不得不攻克如何“破壞”的難題。這一技術,在地熱能開發、頁岩氣開采中,具有廣泛的應用前景。

圖22 地下深度每增加1000米,溫度大約增加25℃,壓力增加,岩石溫度更高的同時也更加緻密,制造裂隙就更加困難。(作者繪)

圖23 要在地下數千米緻密的頁岩層中制造裂隙,開采頁岩油氣,是一個挑戰。

無論是崩塌、滑坡、泥石流,還是火山噴發、地震等,都是地球積蓄的能量釋放的過程,展現了地球的生命活力。一旦這些活動消失,地球将陷入一片死寂,人類也會失去美好的家園。我們無法阻止地質活動,但是,面對地質災害,如果我們處理得當,不僅可以減少和避免損失,甚至可以對其進行利用。隻要我們能夠充分地掌握它的規律,就能化“災害”于烏有,一起營造一個充滿生機活力的地球。

注:未經标注的圖檔,均來自于圖蟲創意。

參考資料

1、維基百科:Geohazard

2、維基百科:Alluvial fan

3、維基百科:Seven Sisters, Sussex

4、Kennecott Mining to Continue after Slide in Bingham Mine:https://www.upr.org/utah-news/2013-04-12/kennecott-mining-to-continue-after-slide-in-bingham-mine

美編 | 馬睿澤

校對 | 劉強