#時事中的知識 #爆紅影片學科學
【挪威滑波房屋崩入海,意外背後意外豐富的科學】Quick Clay 奇譚
「這異象是蝦餃,難道是 2020 年在正常發揮?」 ← 近日大家看到這短片時,涼了半截的心中,或許是這樣 murmur 的。
*若你未看過,留言區有影片傳送門
但身為一個科宅,第一念頭是「咦?很不合理耶」,一眼目測影片中滑落的坡度實在沒多陡。必定要有一層很潤滑、很古溜的物質存在,那會是什麼呢。
難道是永凍土在夏天融化了ㄇ?嗯,只是亂猜測亂引用網友的話的話就和總是在囫圇搶快的台灣記者差不多了。我想學到些原本不知道的事,在知識中添加幾塊硬磚頭,就要用正確的方式使用 google。第一訣:若非必要,先不要用中文搜尋XD。
首先釐清影片基本資訊,人事時地物:事件發生在今年六月三號,攝影者是眼睜睜看自己家消失在海裡的苦主 Jan Egil Bakkeby 先生,他家位在北極圈內的挪威北部 Alta 市一帶。所幸無人傷亡,但有隻狗狗落水又游了上岸。
過了不久我就意外在 @Trust My Science 這個法語的科普粉專意外看到了關鍵字:Quick clay(d’argile rapide)。
喔喔喔.....這是啥。感覺和「流沙 quick sand」或「水銀 quick silver」 有關係呢。Quick clay 的中文是翻譯成【流黏土,或是超敏黏土】。但如果只查到名字就滿足的話,就會像費曼先生的爸爸曾經嗆聲的:「你可以把一種鳥在世界上各種語言的名稱背下來,卻仍然對它的習性一無所知。」所以,知曉了名字,再以名為索引去進一步了解它的一些特質是一定要的啦。
正是因為查到與學到的結果很奇妙,所以現在才會在這邊滿心激動的發文 XD
插入一個又是最早從 Vsauce 得到的冷知識,前述三物名稱中的 quick 意思都不是說那玩意很「快」。在古英語的用法裡 quick 的意思是活跳跳不安定的。出自欽定詹姆士王版聖經有 the quick and the dead(生者和死者)這個熟語——經文的上下文是說耶穌基督是一切生者與死者之審判 [提後 4:1]。
首先我學到 quick clay 和崩塌災害的最重點是:這種超敏感的黏土是高緯度的特產,其他地方是沒有的。是由冰河輾壓陸地,使岩石風化後形成的固體微粒,流入海中沉降而成。所以這種黏土與這種災害只常見於挪威、瑞典、俄羅斯、阿拉斯加、加拿大等國。
* 是的!其實很常見XD 不是啥末日異像。近年來各種異象似乎變多,自然是因為人手一機錄影增加,和對於爆紅影片渴求的媒體平台的普及,讓大家目擊率上升了。讓普通的事情變得奇特,奇特的事情變得普通。就這麼單純 XD
定義中黏土是顆粒直徑小於 0.002 毫米的土壤固體組成。也就是說,尺上的最小格子中可以讓超過五百顆的黏土微粒排排站。而粒徑由大到小是礫 → 沙 → 粉沙(silt)→ 最小顆的黏土(clay)。
關於流黏土/超敏黏土的第二個重點是,它們必須原本是海積黏土(marine clay)也就是在很鹹很鹹的海水中形成的黏土。而要脫胎換骨,變得很敏感、不穩定的必要條件是「要再從海裡,升回到陸地上來」!
這就很奇妙了,海底怎麼會變陸地呢。況且冰河最盛時期的海平面反而是比今天低的喔(水都凍在兩極了),怎麼會冰河退卻、海平面上升,反而卻有陸地從海裡浮上來呢?
最妙的就是這現象:稱為「冰期後反彈」(Post-glacial rebound),陸地會反彈上升是因為兩極冰蓋的那些水實在太重,曾經把陸地壓得都沉降了,當冰冠終於溶化後,這些陸地板塊才慢吞吞的,基於浮力的原理而慢慢升回去。許多沉海的陸地緩慢的浮起,使得前述極圈內的國家的領土,其實一直都在偷偷的變大!(然而俄國還是沒有比 #冥王星 大。)
海積黏土遇上冰期後反彈,離開了海,接下來它們繼續變化,主要是由陸地上的淡水逐漸洗去原本海水中的鹽分。這裡的鹽份是廣義的,包括鐵、鋁、鎂、鈣、鉀、鈉等正離子。要專業名詞的話,這叫淋溶作用(leaching)。淋溶除了由降雨來溶以外,有時也會由地區性的豐沛的、自流性的地下水穿過黏土層把鹽分帶走的方式在進行著。
話說黏土其實有很多種組成,它們的通性是都由矽和鋁的氧化物所組成,而且都是由地球特色最多的水去攻擊(水解)一大塊岩石——角閃石、長石或雲母等礦物,化學作用所形成的分子碎片,也就是「風化」的產物。#所以若是沒有水就是妨礙風化
離題一下,所以當 NASA 送機器探測器到火星,探勘到黏土礦物的時候才會興奮異常!黏土乃是水:大量的水曾經存在的證據是也。
黏土的另一個和生活最相關性質是「離子交換」,其實就是前兩段說由淡水去把鹽份(陽離子)淋溶出來的同一件事,一種離子換另一種。而和生活的關係是......呃,有一種黏土叫 smectite 綠土,如果大家不幸腹瀉不止去看醫生,醫生八成會開給你一包無味道的粉末止瀉藥 Smecta ← 此處無業配。也就是說,有時候「吃土」能藉由離子交換的特性,調節紊亂的腸胃滲透壓,吸附毒性物質,進而達到止瀉的效果。有些黏土的離子交換性質高,有些低一點,但都有一定的交換能力。
等一下喔,原來大家都知道的黏土,除了會黏可捏之外還有那麼多學(ㄒㄧㄠˊ)問存在。對啊,若不是對於奇怪的話題亂調查,我也不會知道這些事的——或說,若無相關脈絡,那些精妙的知識對我來說沒有太大意義,但即使是一則冷知識的脈絡,知識就自動凝聚形成一則小劇場了。冷的好!
所以到底為何失去了鹽分就可以把海積黏土轉變為 Quick clay,造成挪威、加拿大等國家動不動就有土地滑到海裡去呢?
* 先前有次這樣被好好拍攝下來的 Quick clay 大型滑波事件是 1978 年挪威 Rissa 發生的,留言區我放一個惠我良多的科普紀錄片的超連結。
話說身為台灣人,仙草、愛玉、豆花、洋菜凍這些夏日冰品大家肯定都非常常吃......欸不是,怎麼忽然從黏土講到各種凍咧。理由是,很奇妙的上述各種凍會從液態凝聚成固態,和黏土遇到海水裡的鹽就會沉降,原理其實有點像。也就是鈣、鎂這些陽離子扮演了「橋接」的角色,讓本是一團散沙、彼此看不順眼的分子能夠穩定且和睦的相處。
當然更詳細的機制是牽涉到電性中和、擴散電雙層(diffused double layer)、凡德瓦力(van der Waals interaction)這些更精妙的部分......但我覺得大家都能理解的是鹹豆漿。也就是陽離子促成的凝絮作用(flocculation)。和生物化學實驗的鹽析效應也類似。但我現在忽然極度得想吃布丁。
→→ 加鹽就會穩定,遇到淡水就會不穩定。極度簡而言之是這樣。
有陽離子,而且是越高價數的陽離子例如 Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 越是有架橋的功能。所以愛玉子要用含有鈣離子的硬水洗,才會讓「膠」(其實是多醣類)凝聚,用含有極少離子的 RO 水是無法凝成愛玉的。
其實還有一個微奇妙的要件,植物腐化後形成的腐植質(humus)因為酸性和其多酚成分,也會干擾、把黏土中的陽離子拽走,進一步不穩定化。所以經常 Quick clay 取出來會是黑黝黝的。
於是最後的最後,被淋溶而失去那些鹽份:使黏土微粒彼此達到和諧穩定的關鍵被消滅之後,一層超不穩定的 Quick clay 就形成了,電子顯微鏡下這種黏土結構完全就像是一大片「紙牌屋」,橫七豎八的片狀黏土的中間空無一物,空隙中由空氣或水充填,只要遭受擾動就會由一部份崩塌迅速惡化到全體崩塌。一觸即潰。所以這種崩塌常常是海邊先塌一小塊,然後崩潰的前緣逆向往岸上傳遞。
而最奇葩的特性是(還有啊?! 對還有),流黏土如其名,它崩塌之後就會完全液化成汁。黏滯性暴跌到原土壤的一百萬分之一......那什麼概念呢,蜂蜜和水的黏滯性差別是一萬倍,就是那個一倍半(對數尺度)的降低。崩潰了的流黏土的顆粒不只不再團結,甚至會彼此排斥,由於都帶有些微的負電,就摩擦力甚小 → 最完美的成災要素齊聚了。
查到這,我終於弄清楚影片中那神秘的超級古溜、潤滑了一大片土地讓它滑進海裡的物質的真面目了。流黏土它基本上是液態的潤滑劑,所以即使只有一丁丁的坡度都一發不可收拾。甚至在前述挪威 1978 年發生那次,地面的坡度只有不到 3 度!
至於避免的方法就是土壤普查。而因為流黏土通常不是位在地表,而是在表土的下方分布成層,所以要透過鑽探取樣鑽鑽看。而就像台灣在推行土壤液化潛勢圖,加拿大、瑞典、挪威等國也在不斷進行著流黏土地區普查的工作。
這和全球暖化到底有沒有關係啊......嗯,不知道。我們知道地下水會進一步使流黏土不穩定化,而永凍層的逐漸融化會不會改變、加重這過程,就有待科學調查了。偶速科宅,偶棉下回再見~~
參考資料:
Landslides| Quick clay - NGI (挪威大地工程學會)
https://www.ngi.no/eng/Services/Technical-expertise/Landslides/Quick-clay
The Quick Clay Landslide in Rissa, Norway - ISSMGE (國際土壤力學與大地工程學會)
https://www.issmge.org/uploads/publications/1/35/1981_03_0080.pdf
Quick clay in Sweden - K.Rankka et al. (2004) 【文件大請注意】
https://www.swedgeo.se/globalassets/publikationer/rapporter/pdf/sgi-r65.pdf
同時也有1部Youtube影片,追蹤數超過30萬的網紅The News Lens 關鍵評論網,也在其Youtube影片中提到,自從美濃大地震之後,許多民眾開始關心自己家是否也是土壤液化的高風險區,經濟部中央地質調查所「土壤液化潛勢區查詢系統」3月14日開放查詢,到底土壤液化會造成什麼災害,家住在高潛勢區又該怎麼辦呢?更詳細內容請看圖文版:http://www.thenewslens.com/post/297120/ ▶︎【...
土壤液化原理 在 島內散步Walk in Taiwan Facebook 的最讚貼文
【台北境內為何都是土壤液化潛勢區?】
近日許多人都在關心自己的家是否位在土壤液化潛勢區上,防災型都更也頓時成為火熱的話題。而若我們打開內政部圖資雲平台(http://goo.gl/c5q6ZG) ,便能發現整個台北盆地幾乎都包含在土壤液化潛勢區內。為什麼會這樣呢?
回溯台北盆地的誕生,可以知道過去台北是一處大湖泊,而後沖積面積不斷擴大,大湖才逐漸轉變為大河。河川再受到潮汐影響、沈積物增加及人為的拓墾等因素,河岸線逐漸的委縮。露出的土地尚屬十分年輕的新生地,加上近年台北降雨漸增及禁抽地下水,使得地下水位接近地表,因此地震來臨時,容易成為土壤液化現象的潛勢區。
雖然家位在土壤液化潛勢區無須過度恐慌,但未來要如何與土地共生的「防災型都更」勢必成為下一個討論的焦點。許多人把防災的想像建構在蓋出結構體更強的建築上,但我們認為比起建築體的強化,更應該先談如何尊重自然。
台北是一個由河流發展出來的城市,由於人口不斷的擴張,才與河爭地,開發出大片的居住空間。雖然現在看似安居樂業,但大雨或地震一來,誰都沒辦法保證災難是否還會在發生。若我們再不去了解城市發展的原理,探索原有水文脈絡,並從根本去思考防災的話,那麼就算再過五年十年,這座城市依然不會變得更加宜居。
(圖為《乾隆臺灣輿圖》,可以看出台北早期的水文脈絡)
《延伸導覽》
3月26日(六)1400-1600 《士林:漳州人的家園夢》 蔡文賓
http://goo.gl/A8Edrk
3月27日(日)1400-1600 《汐止的潮起與潮落》 劉昭輝
http://goo.gl/lZ4gpr
4月09日(六)1300-1600 《走在十四張的小徑裡》 夏聖禮
http://goo.gl/wEZAaJ
4月10日(日)1400-1700 《加蚋仔親水生活空間》 高傳棋
http://goo.gl/N4FPkE
4月16日(六)0900-1200 《從新莊出發,先民開墾的第一步》鄭勝吉
http://goo.gl/JWZrz0
4月24日(日)0900-1200 《返「黑鄉」,品讀南港老街》 李泰昌
http://goo.gl/pnEM5J
4月30日(六)1400-1600 《內湖庄老故事》 劉昭輝
http://goo.gl/5QgYs2
==========================================
《我們的家,從河處來》3-4月場次表
活動網頁:http://www.taipei-walkingtour.tw/#!river/c18gm
官方網站:http://www.taipei-walkingtour.tw/
==========================================
3月20日(日)1400-1630 《北投溫泉湯の町散策》 楊燁
3月26日(六)1400-1600 《士林:漳州人的家園夢》 蔡文賓
3月27日(日)1400-1600 《汐止的潮起與潮落》 劉昭輝
4月09日(六)1300-1600 《走在十四張的小徑裡》 夏聖禮
4月10日(日)1400-1700 《加蚋仔親水生活空間》 高傳棋
4月16日(六)0900-1200 《從新莊出發,先民開墾的第一步》鄭勝吉
4月17日(日)1345-1645 《去猴硐 不看貓》 梁蔭民 壺穴
4月24日(日)0900-1200 《返「黑鄉」,品讀南港老街》 李泰昌
4月24日(日)1400-1630 《新北投溫泉物語》 楊燁
4月30日(六)1400-1600 《內湖庄老故事》 劉昭輝
5月....(未完待續)
==========================================
更精彩的5-6月份場次加快腳步籌備中!盡請期待!
土壤液化原理 在 The News Lens Video 關鍵評論網影音 Facebook 的精選貼文
⚑#土壤液化專區⚑
經濟部「土壤液化潛勢區查詢系統」今天中午正式上線,你家有「中標」嗎?影音團隊製作一系列內容讓你『嘸免驚』!
☞【動畫篇】一次搞懂土壤液化是什麼:http://goo.gl/yTRo5K
☞【新屋健檢篇】你家抗震嗎?:http://goo.gl/oDXYo6
☞【老屋健檢篇】 我家安全嗎?:http://goo.gl/pgVp4g
☞【謠言破除篇】你要做的是財產保障:http://goo.gl/boJO6n
☞【防震篇】搞懂建築「抗震」原理:http://goo.gl/xUBUUe
-
更多TNL影音團隊內容→
http://www.thenewslens.com/topic/videos/
訂閱我們的YouTube頻道→
https://www.youtube.com/user/thenewslens
#土壤液化 #高潛勢區 #地震
土壤液化原理 在 The News Lens 關鍵評論網 Youtube 的最讚貼文
自從美濃大地震之後,許多民眾開始關心自己家是否也是土壤液化的高風險區,經濟部中央地質調查所「土壤液化潛勢區查詢系統」3月14日開放查詢,到底土壤液化會造成什麼災害,家住在高潛勢區又該怎麼辦呢?更詳細內容請看圖文版:http://www.thenewslens.com/post/297120/
▶︎【老屋健檢】 我家安全嗎?專家:小心!這種裂縫有立即性風險
http://www.thenewslens.com/post/295184/
▶︎【新屋健檢】你家抗震嗎?專家:頂樓加蓋、任意拆牆都要小心
http://www.thenewslens.com/post/295401/
▶︎土壤液化會害死很多人?專家:不如做房屋財產保障
http://www.thenewslens.com/post/296176/
▶︎如何防震、隔震、減震?一次搞懂建築「抗震」原理
http://www.thenewslens.com/post/293795/
-
更多優質影音好內容,按讚加入關鍵評論網影音FB粉絲團!!https://goo.gl/KTbczv
![post-title](https://i.ytimg.com/vi/DExe4cGJjfA/hqdefault.jpg?sqp=-oaymwEbCKgBEF5IVfKriqkDDggBFQAAiEIYAXABwAEG&rs=AOn4CLAKR2FlEU7xD9ptFr1BTAqNjNKefA)