2013年3月7日

与喀斯特地貌共存（有时甚至死亡）

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。

上周，地面裂开吞没了杰夫·布什。通常，我不会使用这个短语：人们总是这样说，即使地面根本没有这样做。但在这种情况下，它很贴切。一个人走进他的卧室。他脚下的土地塌陷，并把他吞噬，他死了。

我们喜欢理解这些事件。发生在杰夫·布什身上的事情是随机且罕见的，但我们脚下土地塌陷的事实却太常见了。仅在美国，超过五分之一的地区是喀斯特地貌区，那里可能会发生沉陷，而且经常发生。如果我们放大到佛罗里达州，我们会注意到一些非常引人注目的事情：几乎所有地区都容易发生沉陷。

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什么是喀斯特地貌？简单来说，它是岩石经过长时间溶解后形成的。它充满了洞穴和沉陷坑、溶蚀谷和地下河流。在基岩主要由石灰岩、白云岩或石膏组成的地方非常常见。甚至在大理石和盐（是的，盐）是主要成分的地方也可能发生。任何可以被弱碳酸溶解的东西都可能变成喀斯特地貌区。什么是弱碳酸？简单来说就是与二氧化碳混合的水。您可以在装饰建筑物外露区域的古老石灰石雕像中观察到它的作用。例如，这个滴水嘴兽曾经有一张不那么融化的脸：对人类无害的酸雨却对石灰石中的方解石造成了严重的破坏。

现在想象一下这种情况在大范围景观上大规模发生，您就大致了解了喀斯特地貌的成因。然后请记住，几乎整个佛罗里达州都是石灰岩，容易发生溶解。

我们看到的佛罗里达州只是一个巨大的碳酸盐台地的一部分，它历经数百万年发展而成。当在盘古大陆时期，那块将成为佛罗里达州基底的变质岩从原始非洲裂开时，随着幼年大西洋的诞生，盆地形成了。这就是佛罗里达台地开始形成的地方：在充满珊瑚礁和具有碳酸钙骨骼的藻类的浅而温暖的海域中，它们在阳光下快乐地生活，产生碳酸钙碎片，这些碎片随着它们的死亡而逐渐积累起来。这种情况持续了很久，一直持续到古近纪，即恐龙灭绝后的地质年代。在墨西哥湾水域之下，环绕佛罗里达台地的悬崖高达近 1,828 米（6,000 英尺）。那巨大的碳酸盐体可能深达 6,096 米（20,000 英尺）以上。这是一个巨大的潜在喀斯特地貌。

在古近纪的数百万年中，阿巴拉契亚山脉在板块移动时偶尔发生的造山运动中隆起，从山上侵蚀下来的物质被沿岸流和河流冲刷下来。这些沉积物包括石英砂，它们成为了佛罗里达州著名的海滩，以及形成石灰岩基岩相对薄覆盖层的粉砂和粘土。

数百万年来，石灰岩一直受到微酸性的地下水和雨水的溶解作用。它布满了洞穴、裂缝、地下通道和其他空洞部分。这意味着沉陷坑。

沉陷坑有各种形状、大小和形成机制，但在杰夫·布什卧室下方出现的那个最有可能是一个覆盖层塌陷型沉陷坑。想象一下一个洞穴，石灰岩中的一个空隙，随着弱酸性水逐渐侵蚀石头而生长了一段时间。重力作用于空洞空间：塌陷是自然的。洞顶变得太弱而无法支撑，然后塌陷。有时，如果上覆土壤厚 9-61 米（30-200 英尺），并且主要由粘土组成，地面不会立即裂开。坚固的粘土桥接了裂缝。但它只有那么坚固，而且事情会发生。也许它变得太湿了，或者，奇怪的是，太干燥了——当它干燥时，它会崩解。然后它就会塌陷下来，连同其上生长的或建造的任何东西，都在几分钟或几小时内发生。

这就是我们在喀斯特地区必须与之共存的：坚实的土地可能不像我们想象的那么坚实，并且可能会在几乎没有警告的情况下坍塌，吞噬房屋、车辆、农作物，以及在极少数情况下，吞噬人类。

我们可以减轻危害。我们知道一些导致沉陷坑形成的原因。过度抽取地下水是一个常见原因：干扰排水和地表水是另一个原因。钻井、脱水地基、建造建筑物；管道或化粪池泄漏、排水沟、池塘中地表水的蓄积——所有这些都可能导致沉陷坑。因此，务必注意并非常小心。在某个地区被开发之前，地质学家应该进行彻底的检查，并且他们的评估应该被认真对待。地下水位不应被抽到低于某个最低深度（取决于地区），以保持支撑上覆土地的浮力支撑。如果您居住在喀斯特地区，请注意以下警告信号

地面下沉导致栅栏柱、地基和树木出现新的裸露部分。
栅栏柱、树木或其他物体倾斜、下垂或倾斜；门窗无法正常关闭。
积水——在以前没有积水的地方形成小雨水坑。
小的圆形植被区域枯萎，因为通常支撑该区域植被的水分正在排入下方正在形成的沉陷坑中。
在沉陷坑发展的早期阶段，附近水井中的水变得浑浊。
墙壁、地板和路面出现结构性裂缝；地面出现裂缝。
池塘或小溪突然干涸。
短时间内地面出现小的锥形孔洞。

（无耻地摘自西南佛罗里达州水资源管理区关于沉陷坑的小册子和那本小巧但极其有用的书与喀斯特地貌共存，如果您居住在喀斯特地区，您应该自己购买这两本书。）

有些方法可以修复沉陷坑，使其不再继续扩大并威胁其他建筑物，但如果您的 property 上有沉陷坑，请不要尝试自行填补。请聘请专业人员。

我真希望我能告诉您沉陷坑是一种罕见的自然现象，但随着我们侵占喀斯特地区并在没有适当注意的情况下对其进行破坏，它们将变得更加频繁。随着区域的建设，它们将更多地影响人们，就像人们设法加速的任何其他自然过程一样。这意味着我们将不得不了解它们，并努力减轻它们的影响。有一些与喀斯特地貌共存的方法，永远不会完美，但总比在不了解其挑战的情况下闯入要好。

希望通过适当的注意和谨慎，以及一点点运气，我们可以防止地面在没有警告的情况下吞噬人类。

资源

佛罗里达州环境保护部地质主题：沉陷坑。

西南佛罗里达州水资源管理区：沉陷坑。

地图等：佛罗里达州沉陷坑地图。

Veni, George 等人 (2001): 与喀斯特地貌共存：脆弱的基础。一本关于喀斯特地区地质和水文学的优秀书籍，并对危害缓解提出了合理的建议。它以清晰简洁的语言写成，技术术语也得到了清晰的解释。我向任何居住在喀斯特地区的人推荐它。

您可以如何帮助

希尔斯伯勒县消防员慈善救济基金 - 沉陷坑事件。使用“捐赠”按钮，在评论中写上“Sinkhole Incident”。

新闻报道

一声巨响，然后一片寂静：沉陷坑吞噬了佛罗里达州男子。

佛罗里达州沉陷坑太危险，救援人员无法搜寻失踪男子。

沉陷坑吞噬男子的佛罗里达州房屋的所有墙壁都被夷为平地。