在秘鲁南部的小村庄马卡，爆发性的萨班卡亚火山巍峨耸立。火山经常喷出缕缕烟雾，有时还会向镇上降下火山灰。但是，让马卡居民夜不能寐的地质威胁并非来自15公里外的萨班卡亚火山，而是就在他们的脚下。
大约30年来，马卡周围的地面一直在退缩。大约6000万立方米的泥土——相当于2万多个奥运会游泳池——正在缓慢滑向谷底，并将小镇的一部分也带走了。
这种缓慢移动的山体滑坡的影响显而易见：近年来，它摧毁了该地区主要道路的一部分，并撕裂了农田，威胁着社区的主要收入来源。不清楚的是山体滑坡的未来：它是会像往常一样蹒跚而行，还是会急剧加速，从而可能危及生命。“这就像悬在小镇上空的达摩克利斯之剑，”法国格勒诺布尔地球科学研究所的地球科学家帕斯卡尔·拉克鲁瓦说。
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在某些方面，马卡并非独一无二。山体滑坡是世界所有山区的主要威胁，每年造成数千人死亡。许多山体滑坡，例如上周塞拉利昂破坏性的摄政山体滑坡，来势汹汹，势不可挡。其他山体滑坡，例如威胁马卡的那个，则缓慢发生，山坡每年滑动几厘米到几米。
这些缓慢移动的山体滑坡很少夺走生命，但会对房屋和基础设施造成严重破坏。尽管它们可能会缓慢移动数月或数年，但它们也可能意外加速，有时会造成致命的后果。
例如，意大利阿尔卑斯山的瓦伊昂特山体滑坡至少缓慢移动了 3 年，然后在 1963 年加速并造成多达 2500 人死亡。最近，华盛顿州的 2014 年奥索山体滑坡 造成 43 人死亡。据报道，在事发前几周，一些居民看到上方土地的缓慢蠕动。在缓慢移动两年后，加利福尼亚州大苏尔的泥溪山体滑坡在今年 5 月迅速摧毁了该州著名 1 号公路半公里的路段。
这种加速可能很常见。美国地质调查局 (USGS) 科罗拉多州戈尔登市山体滑坡灾害计划的威廉·舒尔茨说，几乎可以肯定的是，每一次快速山体滑坡都是从缓慢山体滑坡开始的。“只是没有人注意到。”
现在，地质学家们正在注意到。近年来，他们开始利用改进的传感器技术，以及雷达成像和激光测距技术的进步，来研究这些缓慢移动的自然灾害。在欧洲航天局的两颗 Sentinel-2 卫星的帮助下，他们准备识别出更多缓慢移动的山体滑坡，其中第二颗卫星于 3 月发射。这些天空之眼可以在五天内拍摄同一地球部分的图片，使科学家能够发现新的运动区域并对其进行监测，以了解可能预示危险滑坡的变化。
最终，科学家们希望对这些迟缓的山体滑坡有足够的了解，从而能够预测它们何时可能加速。“对于我们地质学家来说，真正的一个重要问题是，在什么情况下，缓慢移动的山体滑坡会变成灾难性的山体滑坡，”英国谢菲尔德大学的自然灾害专家戴夫·佩特利说。“我认为技术正在为我们提供我们长期以来努力获得的见解。”
慢动作科学
在科罗拉多州西南部的圣胡安山脉中，世界上研究最充分的缓慢山体滑坡很难被忽视。一片凝结的黄色土壤和巨石，顶部是倾斜的树木，在森林覆盖的山坡中突兀而出。它被称为斯鲁姆古利翁滑坡，有一个活跃区，像蛇一样蜿蜒近 4 公里下山坡。一个多世纪以来，科学家们一直在研究这堆 2000 万立方米的乱石堆，当地定居者将其命名为“slumgullion”，这是一种大杂烩式的炖菜。在某些地方，如果不小心绊倒野外计算机、传感器或散布在其表面的许多其他仪器之一，就很难走几米远。
斯鲁姆古利翁是一个敏感的野兽。尽管在过去的 300 年里，它一直相当稳定地缓慢移动，但它的速度每天都在发生巨大变化，以响应融雪、降雨甚至气压的涨落。
这里和其他地方的泥土的主要推动力是水。研究人员可以从他们使用干涉合成孔径雷达 (InSAR) 从俯瞰斯鲁姆古利翁的地面收集的数据中清楚地看到这一点。InSAR 比较不同时间拍摄的陆地雷达图像，以确定其表面变形的程度。当科学家们使用它来跟踪滑坡的运动时，他们发现仅仅四分之一毫米的降雨就会导致地面在短短几个小时内加速五倍。地下水压力的微小变化足以引发这种变化。
舒尔茨说，像斯鲁姆古利翁这样的大型复杂山体滑坡会对最少量的降雨做出反应，这一事实有助于解释为什么更常见、更小的滑坡会更加敏感。两米深的滑坡——不到斯鲁姆古利翁深度的五分之一——可以迅速开始滑动，因为降雨可以迅速 destabilize 其全部体积。而且，由于它很浅，因此可能很少有几何和地质上的不规则性会阻碍运动。
地质学家们正在了解到，许多因素决定了山体滑坡在下雨时是否会快速移动。重要的影响因素包括滑坡底面或底座的形状、粗糙度和成分；底座与侧面的比例；以及滑坡的深度，尤其是相对于地下水位的深度。
事实证明，在梳理几何形状和其他因素的影响方面，加利福尼亚州北部的鳗鱼河盆地是一个特别有用的地点。在那里，研究人员绘制了大约 200 个缓慢移动的山体滑坡的地图，目前正在使用 InSAR 监测其中大约 10 个。这些滑坡都位于几乎相同的地质环境和气候中；只有它们的大小和形状不同。
在鳗鱼河，科学家们了解到，并非每个山体滑坡都对降雨有触发式的快速反应：可能要下雨数周或数月才会发生移动。该团队发现，这些山体滑坡的细粒成分，而不是几何形状或气候，在决定其行为方面起着最大的作用。“一般来说，富含粘土物质的细粒土壤的反应较慢，而粗粒土壤或具有大裂缝或裂隙的岩石的反应较快，”美国宇航局喷气推进实验室的地球科学家亚历山大·汉德沃格说，该实验室位于加利福尼亚州帕萨迪纳。
但是，将所有这些信息汇总在一起以进行预测将是一个挑战。几十年来，地质学家一直在收集数据，以更好地量化山体滑坡运动与降雨的持续时间和强度之间的相关性。但舒尔茨说，地质材料和水文条件是无限可变的，预测滑坡所需的精度仍然超出科学家的能力范围。更重要的是，在许多国家，山体滑坡运动也受到另一种现象的严重影响，而这种现象的影响尚未得到如此深入的研究：地震。
方程中的地震
地震震动是马卡所在的科尔卡山谷的真实写照。每年都会发生几次地震，城镇周围的山丘上布满了棕褐色的陡坡——这是塌方的明显迹象——在精心雕刻的绿色梯田背景下显得格外突出。自 1990 年以来，该镇遭受了十多次大地震的袭击。最近记忆中最具破坏性的一次地震发生在 1991 年，当时一次浅层 5.4 级地震摧毁了村庄的西部。它造成 14 人死亡，并震倒了该镇中心地标——一座名为圣安娜的小白教堂——的一半。
那时，村民们已经注意到镇郊的土地正在移动。随着担忧加剧，秘鲁利马地球物理研究所于 2001 年至 2004 年间安装了三个临时全球定位系统 (GPS) 装置来监测运动。自那以后，这片土地继续前进，在农田中造成裂缝，裂缝每年都在扩大，并带走用于农作物的用水。由于无法保持土地的生产力，过去十年中，该镇近三分之一的人口已经离开。
2011 年，来自秘鲁阿雷基帕矿业和冶金地质研究所 (INGEMMET) 的科学家，以及拉克鲁瓦和他在法国的同事，开始通过安装永久性 GPS 仪器来加强监测。传感器及时到位，捕捉到了 2013 年旱季发生的一次 6 级地震的影响，震中距马卡不到 20 公里。马卡山体滑坡通常在一年中的那个时候是静止的，但传感器显示，在地震期间它移动了 2 厘米，然后在接下来的 5 周内又移动了 6 厘米——对于雨季来说这是一个很小的量，但在没有降雨的时候却是异常的。
研究人员在 2016 年 8 月观察到了更奇怪的行为，当时该地区发生了一次 5.4 级地震。拉克鲁瓦检查数据后发现，它们与三年前的发现相呼应：地震冲击加速了马卡山体滑坡在地震期间和随后几周的运动。然而，这一次，他观察到，当雨季来临并引发进一步运动时，泥土和碎屑的移动速度比往常快得多。
拉克鲁瓦建立了一个关于发生情况的粗略模型。当地震波冲击斜坡时，它们会引发运动，这种运动会在最初的冲击之后持续很长时间。他说，就马卡山体滑坡而言，由于滑动过程中摩擦力的增加，这种运动最终会减慢——这种行为也被提出用来描述地质断层上的蠕变。然而，对于其他滑坡，最初的运动可能会减少摩擦力，从而帮助滑坡加速。差异归结为内部因素（例如地球的材料特性）和外部因素（包括温度、压力和重力）。
没有足够制动力的山体滑坡可能会在地震或降雨引发其运动后灾难性地加速。然而，对于马卡来说，一旦泥土开始滑动，摩擦力就会变得更强，并起到减速的作用。
但是，这种制动活动可能会受到地震的破坏。地面震动会使山体滑坡的物质松动并削弱它。地震冲击还会在其主体上打开孔洞和裂缝，为水渗入土壤提供更多通道。拉克鲁瓦认为，2016 年的地震破坏使马卡山体滑坡在下一次降雨来临时更容易加速移动。进一步的破坏可能会导致更灾难性的加速。“即使是小地震也可能产生巨大的影响，”他说。
整体图景
通过将各种因素——降雨、几何形状、地震等等——拼凑到一起，科学家们开始了解是什么导致山体滑坡开始、加速或停止。但是，观察结果可以在多大程度上转化为不同的地点呢？
“在某种程度上，每个案例都是独一无二的，”美国地质调查局卡斯卡德火山观测站位于华盛顿州温哥华的水文学家理查德·艾弗森说。“不同地方的材料差异很大，其中一些细微的差异确实会对行为产生影响。”舒尔茨对此表示赞同，但他强调，即使是相隔遥远的山体滑坡，也可能具有共同的特性和行为。通过研究范围广泛的山体滑坡，科学家们可以找到将环境触发因素与运动联系起来的潜在规律。
加利福尼亚州拉孔奇塔的数百名居民可以证明这一点。在 1995 年大雨过后，他们社区后面的山坡最终加速之前，已经移动了几个月。然而，县官员和顾问已经能够使用标准测量仪器的数据来检测到斜坡即将发生破坏，并警告居民撤离。
现在，远程传感器，例如 Sentinel-2 卫星，可以帮助将山体滑坡的研究和监测扩展到地面上难以或成本高昂的区域。“为所有缓慢移动的山体滑坡安装仪器是不可能的，因此遥感数据确实是监测整个地区的未来，”拉克鲁瓦说。
拉克鲁瓦和他的同事已经在使用此类数据，发现马卡以北 6 公里的马德里加尔村庄附近有一个山体滑坡，其行为与雨季期间的马卡滑坡非常相似。与马卡一样，这种运动正在影响当地人的耕作能力。但是，如果滑坡加速，可能会阻挡流经山谷的河流，形成堰塞湖。“如果堰塞湖溃决，可能会造成洪水，”拉克鲁瓦说。
意识到这种可能性，国际团队于 5 月在马德里加尔山体滑坡上安装了第一台仪器，以监测其行为。建造用于保护 GPS 仪器免受盗窃和天气破坏的红砖外壳——大约一米高——花了将近一周的时间。传感器位于已支持作物生长近 2000 年的农田上，是永久和稳定的真实写照。但在它下面，地面正在缓慢蠕动。
本文经许可转载，并于 2017 年 8 月 23 日首次发表。