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地质灾害,真的只是灾害吗?

文章来源 :
2022-06-20 10:31

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地质灾害(Geologic Hazard / Geohazard)是指在自然或人为因素下引发的,对人类生命财产、环境造成损失的地质现象。广义的讲,崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝、地面塌陷、地面沉降、地震、火山喷发等,都属于地质灾害[1]。它常常造成大量的经济损失和人员伤亡,给我们带来惨痛的记忆。

但是,归根结底,地质“灾害”本质上只是地球上的一种自然现象。无论是地震、火山还是崩塌、滑坡、泥石流,本身都是地球积聚的能量释放的过程。它们的发生,不仅证明了地球的勃勃活力,同时,也会给人类带来“灾害”之外的“好处”。


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图1 地质活动,体现了地球的生机与活力。(图片来源:维基百科)


创造丰富多彩的自然景观

地质活动创造了地球上丰富多彩的自然景观,被我们视为“地质灾害”的火山、地震、崩滑流等就是创造地表景观的重要贡献者之一。海枯石烂,斗转星移,地球也是一个生命体,不断积蓄-释放着能量。在这一张一弛中,尽显大千世界,造化神奇。

而在我国的青藏地区,构造运动强烈,气候复杂多样,地形地貌丰富。多姿多彩的自然景观,在这里体现的最为明显。


火山,炽热奔放。地下深处按捺不住的熔岩,在大地上顶出一座山包,勃勃喷涌,带出地球内部的物质。滚滚浓烟,可以笼罩数公里的范围。火山灰富含养分,是植物生长的绝佳养料;火山活动结束后,火山口积蓄水源,可以形成美丽的火山口湖;地下源源不断的热量,创造出热气腾腾的温泉,如同仙境……火山作用创造了大量的自然景观:我国的长白山、五大连池、腾冲,日本的富士山,美国的夏威夷、黄石公园,这些鼎鼎大名的风景区,都离不开火山的作用。


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图2 火山勃勃喷涌,岩浆四溅,火山灰笼罩整片天空。


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图3 长白山天池,是火山喷发后形成的火山口湖。白雪皑皑,湖水与天空相映成趣。


青藏高原,被誉为“世界屋脊”,是地球上地壳最厚的区域。这里是亚欧板块和印度洋板块的交界,因为地壳厚,目前尚没有发现火山的痕迹,但是却存在着众多的断裂带。来自地球内部的能量沿着断裂带一路向上,在地表造就了大量的温泉。其中鼎鼎有名的,有平均海拔5000米以上的“西山温泉群”,和蕴含着丰富能量、建成了我国第一座地热电站的“羊八井温泉”,以及旅游疗养胜地“康布温泉”、“德仲温泉”等。


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图4 位于西藏当雄县羊八井温泉,雪山与温泉,相映成趣。

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图5 中国的温泉分布[2]。可以看出,在川藏、云贵、两广和台湾地区,温泉分布最多。


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图6 青藏318国道沿线路旁的一处热泉,翻滚沸腾。


崩滑流,汹涌澎湃。山体崩塌、滑坡,垮落的岩土体进入河流,阻碍了河水的流动,就形成了堰塞湖。有些堰塞湖,临近人类的生活区,河水不断涌入,却无法流出,一旦溃决,将导致灾难;但在人迹罕至的地区,在自然作用下,堰塞湖也会成为一片风景;泥石流,在山区一泻千里,携带大量泥土,在冲出山谷后沉积下来,成为冲积扇,有助于涵养水源[3];在崩塌的作用下,山峦可以形成高崖绝壁,陡峭直立,蔚为大观。

在青藏高原地区,崩滑流等地质运动成为自然风景的造就者,向我们不断地展示着大自然的鬼斧神工:


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图7 西藏然乌湖,就是一个由滑坡阻塞河流产生的堰塞湖。碧水如镜,白雪皑皑,天地山水,相映成趣。


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图8 1900年由泥石流堵江形成的易贡湖,在2000年溃决后形成一片美丽的湿地。


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图9 青海省三江源唐古拉山镇,沱沱河上的青藏铁路。


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图10 位于青藏高原的可可西里地区,长江的源头——楚玛尔河俯瞰,河水裹挟着沙石沉积,色彩斑斓,是自然的抽象艺术。

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图11 西藏东部昌都地区著名的神山——孜珠山。陡峭的山崖,即为岩体风化崩落而成。


产生丰富的资源

人类能够舒适地生活在地球上,发展出文明,得益于地球提供的丰富资源。而绝大多数资源的产生,都离不开地球的活动。以火山为例,它不仅是一种独特的景观,更会产生众多资源。火山型的金矿、铜矿等,不计其数。而很多珠宝的形成,如钻石,也离不开火山作用。即使是火山喷发过程中产生的火山灰,也可以成为植物生长的丰富养料,创造出万亩良田。

而青藏高原,在矿产资源上,更是得天独厚:亚欧板块和印度洋板块的碰撞,让这片区域地下生成了丰富的矿产资源,其中,铬铁矿储量居全国之冠,铜的远景储量居全国第二位; 锂、硼等11种矿产储量居全国前5位; 铅锌矿、金矿、石油、铁、锂、钾盐等显示出良好的勘查前景; 西藏地热能资源蕴藏量居全国第一位[4]。


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图12地质活动,为人类带来了丰富的矿产。


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图13 位于青海省的茶卡盐湖。盐湖不仅风景优美,也蕴藏着丰富的矿产资源。


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图14 淡粉色的喜马拉雅盐岩,晶莹剔透,宛如美玉。


帮助人类进行生产

在自然面前,人类是渺小的;在自然的力量面前,即使采用最先进的工具设备,人类的力量也显得微不足道。人类的伟大之处就在于,认识到了自身力量的有限性,而能够将自然的强大为己所用。我们建设水电站,用奔流不息的大江大河发出源源不断地电能;我们研究自然界的奥秘,发明出飞机、雷达、声呐等一系列工具;我们驯养动物,培育作物,在广袤地大地上建设起自己的栖身之所……而地质“灾害”中孕育的强大力量,也同样被我们所利用。


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图15 学会利用自然的力量,是人类的生存之道。在青藏高原,人们常常使用牦牛运送物资。


在采矿、采石、石材加工等活动中,崩塌、滑坡就大有可为。崩塌和滑坡,是岩体、山体发生破坏、垮落的过程。而采矿、采石等活动,同样是要把岩体切割、破碎,搬运后进行冶炼。在人类发明火药以前,这些都只能靠一锤一凿来实现。如果能够人为的对矿体进行处理,使之发生崩塌、滑坡,岂不省时省力?这样的作法,即使在火药已经广泛运用的今天,依然大有可为。


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图16 开采矿产时,可在矿体底部开挖沟槽,上部的矿体,很容易就会顺层滑下,大大提高了开采效率。(作者摄)


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图17利用岩石破坏的规律,巧妙地施力,使得岩石自己沿着软弱面破坏,从而实现矿石开采。


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图18 石匠只靠简单的工具,就能切割坚硬的岩石。在完整岩石上沿切割方向打孔,使岩石劈裂,断面光滑平整。


促进科学技术进步

为了预防地质灾害发生,减少地质灾害造成的损失,投入到相关研究的科学家、工程师不计其数。在与地质灾害“作斗争”的过程中,人类对地球的认识越来越深刻,取得了大量的科学技术成就。因此,某种程度上,地质灾害的发生促进了人类科学技术的进步。

以崩塌、滑坡、泥石流为例。它们的发生,往往是由于岩土体失去稳定,发生破坏而导致。为了防止这些灾害发生,减少灾害造成的损失,很多科学家和工程师们对岩土体的力学性质进行了大量研究,对岩土体的破坏规律的认识也越来越深刻。


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图19 通过岩土力学试验,探究岩土变形、破坏规律,增加了人类对自然的认识,并可以将研究成果利用于工程建设、灾害防治。(作者摄)


一方面,我们学会了如何阻止破坏。这可以应用于工程建设和工业生产中,如隧道、地下洞室的开挖,矿产的开采,防护工程的建设等,减少了施工事故的产生,大大增加了工程建筑的安全性。


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图20 位于西藏318国道派墨公路上的老虎嘴隧道,于2021年5月16日贯通。

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图21 施工难度最大的川藏铁路雅安-林芝段,全长1011公里中,隧道长度就有838公里。


另一方面,我们也了解了如何导致破坏。这可以应用于矿产、能源的开采中,使人类高效地进行资源的开发和利用。例如,随着深度的增加,地下的岩石承受着上部岩石的重量,其所受到的压力越来越大,因此其结构也更加致密,更难以被破坏。若想要进行矿产、能源的开采,就不得不攻克如何“破坏”的难题。这一技术,在地热能开发、页岩气开采中,具有广泛的应用前景。不论是地热能还是页岩气开采,都需要在地下的岩体中制造裂缝,而制造裂缝,就需要掌握使岩石产生特定破坏的技术。


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图22 地下深度每增加1000米,温度大约增加25℃,压力增加,岩石温度更高的同时也更加致密,制造裂隙就更加困难。(作者绘)


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图23 西藏羊八井地热电站,是我国第一座试验性地热电站。


无论是崩塌、滑坡、泥石流,还是火山喷发、地震等,都是地球积蓄的能量释放的过程,体现了地球的生命活力。一旦这些活动消失,地球将陷入一片死寂,人类也会失去美好的家园。我们无法阻止地质活动,但是,面对地质灾害,如果我们处理得当,不仅可以减少和避免损失,甚至可以对其进行利用。只要我们能够充分的掌握它的规律,就能化“灾害”于乌有,一起营造一个充满生机活力的地球。



注:未经标注的图片,均来自于图虫创意。


作者:孔佑兴,李志清,马凤山,赵海军,郭捷

单位:中国科学院地质与地球物理研究所

资助项目:第二次青藏高原综合科学考察研究项目(No. 2019QZKK0904)资助


参考资料

[1]维基百科:Geohazard

[2]廖志杰. 青藏高原及周边温泉和地热能[M ].北京. 高等教育出版社, 2019(5-11)

[3]维基百科:Alluvial fan

[4]袁博,李钟山,柳群义,赵敏,孙立楠,张亚龙.我国青藏高原矿产地储备战略思考[J].资源与产业,2015,17(05):30-34.DOI:10.13776/j.cnki.resourcesindustries.20150804.016.