土石流如何發生？

土石流如何發生？(How Landslides Get Slippery)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

利用電腦模擬土石流發生過程 (圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Landslide)

研究人員在美國奧勒岡州的山區建立水槽堆積沉積物，來測試土石流的發生，2010年12月5日，哥倫比亞史上最嚴重的暴雨導致土石流，摧毀了一個貧窮的社區，並造成超過145人死亡或失蹤。如今，研究人員找到一些線索，來瞭解多少的沉積物流動可造成這種怪物般的破壞。

雖然許多土石流都會突然迅速停止，但終究會影響超過一億立方公尺以上的土壤和岩石，足夠將美國路易斯安那州的超級巨蛋(Louisiana Superdome，室內體育館)填滿275次，且伴隨數十秒內可到達數百公尺的速度。從野外觀察和小規模的實驗中可看出，沉積物的水份因暴雨或融雪而飽和，導致土石流突然增強和加速，但各種規模之土石流或碎屑流的數據很難得到，所以，奧勒岡山區的水槽實驗可以幫助提供土石流的各種數據。

水槽有兩公尺寬、一個足球場長的設施，建在31度陡坡的山腰上。在八次實驗中，溫哥華美國地質調查所的水文地質學家Richard Iverson等人，傾倒6立方公尺(大約是一部小卡車的負載量)的濕砂、泥和礫石到水槽的頂端，在這個水槽的頂端已經堆滿了相同成分但部分飽和的沉積 物，這些混合物複製了典型的山坡沉積物，但為了保護實驗設備，因此材料中並不包括巨礫。

這個測試的目的是要模擬濕的沉積物，從山坡上暴跌滑落下來的情況，灑水系統讓研究人員可以控制水槽中沉積物每次測試時所含的水量，而在碎屑流的下方，裝置 定點感應器和高速攝影機，來監測土石流發生的過程。測試的開始很簡單，Iverson說道：「我們只是在閘門後堆積沉積物，然後讓它垮下來。」

在全部八個測試中的前三秒，都表現出相同的人造土石流現象，這些垮下來的沉積物在一開始下滑時就馬上加速，然後散開。若水槽中的沉積物較乾燥，那麼土石流很快就會停止。

但是，當水槽中沉積物的水份幾乎完全飽和時，土石流會爆炸性的增強，在某些例子裡，土石流停止前的強度是開始時的四倍。在這種情況下，感應器偵測到在一秒內，沉積物底的水壓，幾乎液化這些沉積物，並使摩擦力大幅下降。所以，即使是在漫流時，水槽沉積物的侵蝕能力突然增加。

許多科學家一直認為，「水」在土石流發生的過程中扮演重要的角色，但到目前為止還沒想出量化的方法，來提供確切的數據。

Iverson團隊發現的結果，是第一篇明確指出為何摩擦力在土石流發生時會減少的論文，也討論了小型的碎屑流是如何演變成巨大的土石流。

參考文獻：
http://news.sciencemag.org/scien … lippery.html?ref=hp