4.崩坏作用

4.1什么是崩坏作用

1970年5月31日，秘鲁安第斯小镇Yungay发生地震。地面震动还打破了一块800米宽的冰板，这块冰从Nevado Huascaran山顶的冰川末端脱落。当它沿着山腰下落3.7公里时，冰崩解成一团狂暴的冰块。在靠近山脚的地方，大部分碎屑进入山谷，变成了一团翻滚的云，有10层楼那么高，沿途撕裂了岩石和土壤。摩擦加热将冰转化为水，与松散的岩石和灰尘混合变成5000万立方米的泥浆。它有时漂浮在压缩空气的气垫上，在不到4分钟的时间内移动14.5公里。

在靠近山谷口的地方，一些碎屑落了下来，但有一部分飞到了山谷的两侧，在Yungay附近的山脊上空盘旋。废墟掩埋了小镇和里面的每个人。今天，只有一片草地覆盖在曾经热闹的地方。

1970年5月在秘鲁Yungay的山体滑坡灾害

我们通常认为我们脚下的土地是陆地，是我们建立生活的坚实基础。但像Yungay这样的大灾难证明事实并非如此。地球表面的大部分地方都有不稳定的斜坡，这意味着上边的物质，包括岩石、风化层(土壤、松散沉积物)、雪或冰，如果受到扰动，可能会开始向下移动。地质学家将重力驱动的这些物质从高海拔向低海拔下落的翻滚、流动或滑动称为崩坏作用。崩坏作用作为泥沙输移的第一步，在岩石循环中起着至关重要的作用，是改变坡度形状的最快速手段。但是，与地震、火山爆发、风暴和洪水一样，崩坏作用是一种自然灾害，是一种环境特征，会对景观和人类社会造成破坏。崩坏作用日益成为社会的威胁，因为随着世界人口的增长，城市已经扩大到包括不稳定的山坡地区。

4.1.1蠕变和融冻泥流(Creep, Solifluction)

山坡上的树木、墙壁和墓碑可能是倾斜的，这就是蠕变的可见后果，风化层沿着斜坡的逐渐运动。当斜坡上的风化层因冻融、湿润和干燥或变冷而交替膨胀和收缩时，就会发生蠕变。

为了了解蠕变过程是如何进行的，让我们关注一下季节性冻结和融化的后果。在冬季，当表层土中的水结冰时，表层土就会膨胀，颗粒就会沿着垂直于斜坡的方向向外移动。在春季解冻期间，当水再次变为液体时，重力使颗粒垂直下沉，因此它们有效地沿斜坡向下移动。肉眼不可察的换面蠕变可以从坡上树干的弯曲看出。

土壤蠕动会导致墙壁弯曲和开裂，建筑物地基下沉，树木弯曲，电线杆和墓碑倾斜

在北极或高海拔地区，夏季的一段温暖期可能会导致最高海拔1-3米的永久冻土层解冻。由于融水无法下沉到下面仍是固体的永久冻土层中，融化的土层变得潮湿而脆弱，并以重叠的片状缓慢地向下倾斜。地质学家将这种蠕变称为融冻泥流。

冻土带山坡上的融冻泥流

4.1.2滑坡(Slumping)

地质学家将相对缓慢的崩坏作用称为滑坡，在此期间移动的岩石或风化层保持一定的连贯性(这意味着它没有完全破裂)，并沿着凹勺状的表面滑动。移动物体本身称为滑塌块体，其移动的表面为破坏面，移动的过程为滑塌。破坏面上露头的边缘形成陡壁。在某些情况下，一个滑塌块体的上端会分裂成一系列离散的片段，每个片段都由一个小的破坏面与相邻的片段分开。这些块倾向于绕水平轴旋转，因此它们的表面倾斜朝向头崖。下端可划分为离散的重叠切片或破裂成一片混乱。滑坡的大小不一，跨度从几米到几十公里，移动速度从每天毫米到每分钟几十米。

滑塌的山坡；下沉将沉积物倾倒进了哥斯达黎加的这条河；犹他州的一条高速公路沿线开始出现滑坡

4.1.3泥流、泥石流、火山泥流(Mudflow, Debris flow, Lahars)

在巴西的热带气候中，基岩经历了强烈的化学风化作用，慢慢地转变成一种厚厚的、富含粘土的风化层，当大雨来的时候，这种风化层就会被水饱和。在斜坡陡峭的地方，饱和的风化层，含水高达30%，可以转变成泥浆，沿坡下流，称为泥流。如果泥流还携带着漂浮在泥土中的鹅卵石和大圆石，地质学家将其称为泥石流。泥流或泥石流开始时可能是滑坡，但由于它们的含水量高，它们不能保持一致。

泥流和泥石流的例子

泥流或泥石流的传播速度为每小时20~80公里，取决于水的含量和坡度，高含水量和陡坡度有利于快速移动。泥流和泥石流的粘性比清水大得多，所以它们可以携带大块的岩石和巨大的树木，以及房屋和汽车。它们通常沿着河道向下运移，在斜坡的底部，它们可能伸展成一个宽阔的扇形。

当泥流或泥石流沿着火山附近的河谷溢出时，它们由火山灰、较粗的火山碎屑和水的混合物组成。这些水可能来自被火山热融化的雪或冰，也可能来自大雨，这种被称为火山泥流(lahars)。火山泥流通常沿着河谷，以超过35公里每小时的速度从火山出发，行驶数十公里。事实上，在1877年厄瓜多尔安第斯山脉的一座火山爆发后，火山泥流到达了距火山320公里的太平洋地区。

当火山泥流在荒野出现时，它们会摧毁森林，用淤泥掩埋大地。当它们发生在人口稠密的地区，就会带来灾难。因为火山泥流可以被雨水激活，而不仅仅是融水，所以在火山碎屑大爆发后的很多年里，火山泥流都是危险的。

火山泥流及其危害

4.1.4岩滑和岩崩(Rockslides, Rockfalls)

20世纪60年代初，工程师们在意大利阿尔卑斯山脉的Monte Toc北侧建造了一座横跨河流的新大坝，用来建水储库发电。Vaiont大坝是个工程奇迹，一道高达260米的混凝土墙位于河谷之上。不幸的是，大坝的建造者没有意识到由Monte Toc构成的危害。Monte Toc面对水库的一侧之下为灰岩层和软弱页岩层，所有这些层均平行于山体表面。页岩层形成了破坏面。当水库被填满时，山体开始破裂并发出隆隆声，大块的岩石滑落到水储库中。当地居民开始称Monte Toc为行走的山(la montagna che cammina)。

1963年10月9日，经过几天的降雨，更多裂缝形成，Monte Toc开始隆隆作响，工程师们降低了水库的水位。他们认为潮湿的地面可能会稍微塌进水库，造成轻微的后果。不幸的是，工程师们低估了这个问题。那天晚上十点半，一大块岩石从山上脱落，以每小时110公里的速度沿着一个脆弱的页岩层滑到落山的一边。一些岩屑冲到水储库对面的岩壁上，比原来的水库高出260米，一些岩屑留在水储库中，排空了1.15亿立方米的水。水从坝顶溅起，然后冲下山谷。当水墙过去后，Longarone和它的一千五百名居民什么也没有留下。尽管大坝至今仍屹立不倒，但它只留下了废墟，而且从未提供过电力

滑坡前后对比

地质学家将这种从非垂直的斜坡上突然滑落的岩石称为“岩滑”，如果岩体主要由风化层组成，那么这就是“岩屑滑动”(debris slide)。如果岩石或岩屑在其部分行程中垂直自由下落，这种运动也可以称为“岩崩”，它会在斜坡上留下疤痕，并在斜坡底部形成岩石碎片的堆积。

连续的岩崩使砂岩悬崖的底部布满了大石头；岩崩暴露出来的新鲜岩石颜色较浅

当基岩或风化层从斜坡上脱离，然后在破坏面迅速滑下斜坡时，就会发生岩滑。当悬崖上的岩石沿着一个连接处断裂并从悬崖上滑落时，就会发生岩崩。当它们向下撞击其他岩石时，就会碎成更小的碎片。如果碎片随着时间的推移积累在悬崖底部，就形成了乱石坡。岩屑和所有的颗粒状碎片一样，往往会堆积起来，形成尽可能陡峭的斜坡而不会坍塌。这个斜面的角度称为休止角，对于大多数干燥、松散(松散)的材料，如干砂，其值在30度到37度之间。在由不规则形状的颗粒组成的碎片处，可以形成陡峭的休止角，最高可达45度。

休止角是一堆松散沉积物能保持稳定的最陡坡度，取决于堆中颗粒的形状和大小

岩滑和岩崩的移动速度可达每小时300公里，这取决于斜坡的陡度和移动的距离。当一个气垫被位于它们下面时，岩块会像气垫船一样移动。巨大而快速的岩崩或岩崩推动了它们前面的空气，产生了一股短时间的飓风般的强风。例如，1996年Yosemite National Park的一次岩崩，风吹倒了2000多棵树。

岩滑和岩崩，就像滑坡和任何其他形式的崩坏作用一样，会以不同的规模发生。最小的事件可能只涉及到几颗鹅卵石，而最大的事件可能涉及整个山坡。即使是更小的坠落也可能是危险的，特别是在高速公路上，碎片可能会滚到路面或汽车上。因此，高速公路工作人员在高速公路的悬崖边竖起了“落石”标志。

不同种类的崩坏作用可以改变景观

4.1.5雪崩(Avalanches)

1999年冬天，一个不寻常的天气系统掠过奥地利阿尔卑斯山，气温变暖，雪开始融化。但是后来天气又变冷了，融化的雪冻成了坚硬的冰壳。寒流带来了一场暴风雪，当新雪的重量足够大时，冰壳就成了破坏面，1.8亿公斤的雪开始从山上滑下来。当它加速时，它变成了一场雪崩，一场夹杂着空气的湍流云，以290公里每小时的速度冲下斜坡。在斜坡底部，雪崩淹没了一个滑雪胜地，压碎并带走了建筑物、汽车和树木，造成30多人死亡。搜寻人员和经过特殊训练的狗花了很多天时间才找到被埋在5到20米厚的积雪下的幸存者和受害者。

是什么引发了雪崩？当风吹的山顶一侧堆积起的雪，雪檐突然垮塌，掉到下面的山坡上。另一种情况则是在中等坡度上的一大片雪沿着结冰的破坏面脱离。根据温度的不同，雪崩的表现也不同。湿雪崩发生在较高温度下，作为固体和液态水的混合移动相对缓慢，而干雪崩发生在较低温度下，作为一团粉末迅速下滑。

1999年奥地利阿尔卑斯山雪崩的余波；阿拉斯加的干雪崩是一团狂暴的云

4.1.6水下崩坏作用(Submarine Mass Wasting)

到目前为止，我们关注的都是发生在陆地表面的崩坏作用，但崩坏作用也发生在水下。地质学家根据质量在移动时是否保持一致或分解来区分三种类型的海底崩坏作用。在海底滑坡中，半孤立块体沿破坏面向下滑动。在海底泥石流中，移动的物体分解成一种泥浆，其中含有悬浮在泥基质中的卵石和大圆石。在浊流中，移动的沉积物在水中分散，形成一团悬浮沉积物的湍流云，像水下雪崩一样冲下斜坡。

浊度流的实验室模型

海底阴影地形图显示，与热点火山和活动板块边界接壤的海底斜坡被许多巨大的滑坡所环绕，因为地震经常撞击这些地区，使大量的物质处于运动状态。海底滑坡迅速移动海底的一大片区域，它可以引发与地震引起的海啸一样具有破坏性的海啸。

加利福尼亚海岸海底滑坡的数字水深模型

经过数百万年的无数次滑坡所产生的碎片已经极大地改变了夏威夷群岛侧翼岛屿的地形。被动边缘海岸也无法幸免于滑坡。大约8000年前，宽100公里的Storegga从挪威西部的大西洋被动边缘表面滑落，引发的海啸冲毁了北海海岸周围石器时代的村庄。滑坡产生的碎屑在水下移动了600多公里。

夏威夷Oahu附近滑坡的数字水深模型