全部 自然 健康 生物 人文 日报 科研干货 文献云
为什么炎热的夏天也会发生岩崩?
来源 : 科学之家   发布时间 : 2016-04-15 15:01

图片说明:2010年10月,美国约塞米蒂谷的岩石发生岩崩。 图片来源:Tom Evan


如果你去约塞米蒂国家公园给攀岩运动员们一些提醒,最合适的建议恐怕就是让他们在温暖的晴天攀爬时注意一下安全吧。尽管从常识上来讲,天气干燥时的岩石表面要比湿润时更安全,但晴天时,岩石还存在一些潜在危险:峭壁上的岩片或岩块会在毫无预警的情况下掉下来。每年,全世界会有很多起这样的岩崩发生,然而引起岩崩的原因至今仍是个谜。近日,美国地质勘探局(United States Geological Survey)的地质工程师和地质学家们揭开了岩崩发生的秘密。

美国加利福尼亚周的约塞米蒂国家公园是岩崩的频发地区,这里至今已经发生了上千次岩崩。然而在所有岩崩中,有15%的情况不存在任何诱因,即没有地震、强降水和冻融循环(岩体表面的冰霜融化成水滴,水分将沿着结构表面的孔隙向内部渗透;当温度降到0℃以下时,其中的水分结成冰,产生膨胀,膨胀应力较大时,岩体出现裂缝)。事实上,有一些岩崩就发生在晴朗的夏天。

为了找出这15%的岩崩发生的原因,研究人员在一块岩片的3个不同地点安装了应变仪(测量机械零件、构件或试样应变的仪器),以测量岩片长度上的整体变化。在2010年5月到2013年10月这段时间内,研究人员每隔5分钟测量一下它的变形程度。该岩片长19米、宽4米、厚10厘米、重20吨,是一块花岗岩的一层,顶部和底部与所在的岩石连接在一起。另外,研究人员用一种看起来像剪式千斤顶(一种起重设备,主要用于小吨位的汽车的顶起)的设备监测岩片和它所在岩石之间的距离。他们还分别测量了岩片和所在岩石之间的孔隙部位(大约有12厘米宽)的日照强度、空气湿度和温度,以及岩片向外2厘米距离处的空气的湿度和温度。在这42个月的时间内,研究人员用一种激光发射器,从距岩片30厘米的地方对岩片进行扫描,从而获得了岩片运动的测量信息。

研究人员发现,岩片每天向外膨胀8毫米,然后再收缩回来。虽然湿度的变化没有对岩片产生太大的影响,但温度变化对岩片的影响很大。岩片的最大幅度膨胀一般发生在下午1点到4点之间,此时是一天中温度最高的时候;而最小幅度的膨胀发生在上午7点到9点之间,此时通常是一天中温度较低的时候。当温度变化最大时(通常在春季和秋季,而不是夏季),岩片变形得最厉害。

研究人员认为,岩片每天的冷热循环导致了它的膨胀和凸起。当岩片表面的温度升高,它就会随之膨胀,然而由于岩片的顶部和底部仍和岩石连在一起,因此它的中部就会凸起,而这种凸起又会反过来使岩片与岩石连接处的裂缝加大。日积月累下来,裂缝不断加大,并最终导致岩片在某一个炎热的夏日发生岩崩。

研究人员表示,约塞米蒂国家公园中这15%不存在任何诱因的岩崩,很可能就是热应力导致的,它们均发生在一年中最热的几个月(7月到9月)或一天中最热的时间段(当地正午12点到下午6点)。

一些地质学家表示,此前研究人员在对岩崩进行研究时,很大程度上忽略了热应力(温度改变时,物体由于外在约束以及内部各部分之间的相互约束,使其不能完全自由胀缩而产生的应力)对岩石产生的影响,而该项研究将现场测量与理论相结合,证明了热应力的重要作用。

尽管研究人员没有提出预测岩崩发生的方法,但他们发现了这些岩崩发生的诱因,因此可以提醒攀岩运动员和爱好者在温暖的晴天里要更加注意安全。(科学之家:译审/编辑:MHJ)

关注科学之家微信公众号:科学HOME (长按复制) 收取新鲜科学资讯。投稿请点击
下载APP 收藏
相关阅读
地质学 气候
点击进入 [ 自然 ] 频道 >
推荐文章
在读女博士生养孩子历险记:双重压力下,文章发了Nature
文科博士们,没有打通这五关的心态千万别读博
女博士的内心独白:在实验不顺后悔读博时 我遇到了Mr Right