本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
一段展示后果的视频,关于发生在南蒂罗尔的岩崩,提醒我们即使是小的物质移动也可能造成灾难性的,甚至是致命的影响。
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非常大型的岩崩是罕见但非常危险的事件,可能会对整个人类聚居地产生灾难性的影响。1963 年发生了此类最大灾难之一,当时一场岩崩滑入 瓦伊昂 的人工湖,引发了洪水,摧毁了多个村庄,造成 2000 人死亡。为了防止类似的灾难,了解可能导致如此大规模岩崩的因素非常重要。早期的解释只涉及地震,但自 19 世纪中期以来,气候变化也被认为是可能增加灾难性岩崩发生的重要因素。
根据这个假设,温度波动会增加岩石表面的风化速率,岩石变得严重开裂和断裂。在气候更加潮湿的时期,水会通过这些裂缝渗入岩石。水起润滑剂的作用,导致巨大的岩块滑落 - 发生岩崩。
为了验证这个假设,有必要将岩崩的发生与过去的气候变化进行比较。在阿尔卑斯山,关于降雨或温度的书面记录大约有 250 年的历史,在同一时期,只发生了少数大型滑坡 - 比如 1806 年,一场岩崩摧毁了瑞士 戈尔道 村,造成 500 人死亡。
为了改进这个有限的数据库,地质学家重建了过去 10000 年的气候,并对尽可能多的化石岩崩进行了年代测定。
阿尔卑斯山的气候可以用多种方法重建:可以利用阿尔卑斯湖泊中沉积的沉积物的化学成分和化石含量来估算这些沉积物形成期间的降雨量。冰川的波动,从保存下来的冰碛中推断出来,用于重建同一时间跨度内的温度波动。
为了对 50 年前的化石岩崩进行年代测定,唯一适用的方法是放射性碳定年法,该方法测量岩崩掩埋的有机残留物中缓慢衰变的元素碳-14的浓度。用这种方法研究的第一个灾难性滑坡之一是蒂罗尔的科费尔斯岩崩,其中一块木头的年代测定为 9800 多年前。然而,这样的发现很少见,并且许多化石岩崩的年龄至今无法测量。
最近开发的一种年代测定方法显着增加了可测定年代的旧岩崩沉积物的数量。阿尔卑斯山的许多岩崩发生在以碳酸盐岩为特征的地区,如石灰石(由矿物方解石组成)或白云岩(由矿物白云石组成)。这两种矿物都由元素钙和镁以及微量的放射性元素铀组成,它们溶于水。当岩崩发生时,地表碎屑会被降雨迅速溶解。然后,饱和的水渗入地下,在那里沉积部分溶解的元素,在岩崩碎屑的空腔内形成新一代矿物。在地质学中,这种新形成的矿物被称为“胶结物”,并且这种新形成的胶结物的年龄几乎与岩崩事件的年龄相同。
图 1.在奇尔甘特岩崩(蒂罗尔)处的一块巨大的白云岩巨石。请注意巨石底部较小的卵石,它们被岩崩发生后形成的胶结物固定在一起。
掺入胶结物中的放射性铀缓慢衰变,形成子元素钍。与放射性碳定年法类似,通过测量这两种元素的浓度,并了解铀转化为钍的速率,可以计算出胶结物的形成年龄,从而计算出岩崩的年龄。
使用这种方法,可以测定位于奥地利蒂罗尔地区各种不明年龄的灾难性岩崩的年代,例如费恩帕斯山口或奇尔甘特山的岩崩。这两个化石岩崩的年代都被测定为 4000 到 3000 年之间。
2008 年,普拉格及其合作者回顾了中阿尔卑斯山这些和其他大型化石滑坡和泥石流的可用年龄。他们发现,在亚北方期 - 4200 到 3000 年前之间的一段时间 - 似乎确实存在事件的聚集。
从瑞士格尔岑湖中沉积的研究沉积物以及阿尔卑斯冰川的重建波动中,我们还了解到,亚北方期的特点是气候潮湿,温度波动剧烈。
图 2. 蒂罗尔及其周边地区化石滑坡的时间分布与气候变化(湿度和温度)的比较,请注意大约 4000 年前的事件聚集(修改自PRAGER 等人,2008 年)。
然而,作者也指出,可用数据仍然有限,并且滑坡的发生存在显着的区域差异,可能与降雨或温度的局部变化有关。
随着使用新旧年代测定方法不断增长的数据库,滑坡如何由这些环境因素触发,以及灾难性事件的发生如何受气候变化控制,将变得更加清晰。
参考文献
OSTERMANN, M.;SANDERS, D.;PRAGER, C. & KRAMERS, J. (2007):费恩帕斯岩崩(奥地利)“巨石控制”流星环境中的文石和方解石胶结:对灾难性物质移动的放射性测年影响。Facies 53(2):189-208
PRAGER, C.;ZANGERL, C.;PATZELT, G. & BRANDNER, R. (2008):蒂罗尔(奥地利)及其周边地区化石滑坡的年龄分布。 Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 8: 377-407
SANDERS, D.;OSTERMANN, M.;BRANDNER, R. & PRAGER, C. (2010):灾难性岩崩沉积物的流星成岩作用:成岩作用和意义。Sedimentary Geology 223: 150-161