印尼地震海啸灾害遇难人数上升至 2073 人,失踪或达5000人以上,为什么这次灾难损失如此惨重?

截至当地时间11日13时,印尼中苏拉威西省强震和海啸已造成2073人死亡、10679受伤、680人失踪。人员搜救行动已于当日停止。民间自行搜救仍在继续…
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多图、多视频预警。

首先向本次地震、海啸、土壤液化滑坡的死难者致哀。

在本次系列自然灾害事件中,国内媒体对海啸的报道铺天盖地,在知乎上也多有讨论(详见印尼 7.5 级地震引发海啸已致 832 死 30 万人至今音讯全无 ,为什么会如此严重?),这里不做深入讨论。

但是,国内媒体却对本次灾害中发生的另一起重要地质灾害提及不多,也没有在社交网络引起广泛的讨论:发生在贝托波(Petobo)和巴拉罗亚(Balaroa)的严重砂土液化及液化物流灾害,如以下视频所示:

卫星图显示大地流动吞噬房屋https://www.zhihu.com/video/1034765290156048384

一开始看到有人在微信传播以上的视频,我以为是假的——合成的迹象太过明显。但后来真正搜索了一番新闻才知道,这事是真的,并且在外媒引起了广泛讨论。

Petobo地区的受灾前后对比图,卫片底图引自CNN新闻【1】
Balaroa地区的受灾前后对比图,卫片底图引自CNN新闻【1】

通过图片可见,两个村庄所在的地表遭受严重破坏,植被和房屋严重损毁,新鲜的土壤暴露出来,其中可见建筑物的废墟及残骸。仔细观察上图Balaroa的灾前影像,可以看到当地一座清真寺的金色球顶,而在灾后图里,金顶的残骸位于原址的东北方向220米。Petobo缺乏显著地标建筑,无法用卫星图推测移动距离。

谷歌地球更新了最新的灾区影像,根据之前的定位,清真寺金顶移动了220米

本次7.5级地震所产生的砂土液化区域,正好位于民房众多的核心社区。原本坚固稳定的地表在瞬间转变成粘稠的流体,并发生快速流动。可以想象,这种高密度的粘稠流体对于所有地上设施具有难以想象的恐怖毁伤能力。而一些视频则恰好拍摄到随着砂土流高速运动并逐渐分崩离析的房屋,如以下是一段现场拍的视频:

(提示,视频声音嘈杂,请注意音量!)

砂土液化流现场拍摄的实景https://www.zhihu.com/video/1034849095109808128

以上视频中,57秒出现的红顶房屋快速漂移,目测其漂动的速率大于人奔跑速率;而视频的最后部分,拍摄者本身所在的房屋也跟着地面开始漂移。

以下是一组灾区的照片和视频截图,帮助大家直观认识本次砂土液化灾害的恐怖

液化区的边缘,与流动方向相反,砂土块体向流动方向倾倒,我个人将它称为“逆铲式倒伏区”
地下水从砂土中逃逸后,在地表流淌出清晰的水道系统,该区域我个人称为“剧烈流动区”
砂土流动逐渐停止的位置,大量房屋残骸堆积在一起,土地经过剧烈流动后也变得面目全非
砂土流动逐渐停止的位置,大量房屋残骸堆积在一起

在卫星地图上简单标注以上三个区域,得到以下效果:


砂土液化是一类常出现在大地震之后的地质灾害,经常关注地震信息的朋友应该不会特别陌生。在互联网上有两张非常出名的地震后砂土液化照片,如下所示——液化的砂土失去了承载地表重物的能力,楼房或汽车陷入地下。

砂土液化的产生需要两个要素:疏松的砂土堆积物和很高(近饱和)的含水量,振动或者扰动是最常见的触发条件。在稳定状态下,地表重物的压力和砂土自身的压力可以使砂粒彼此相互接触,形成坚实的地表;在颗粒之间的孔隙里则充填了水,是为孔隙水。在振动的条件下,砂土颗粒之间的接触丧失,负载物和地层自身的重力产生的巨大压迫会让原本稳定的地下水(孔隙水)发生(向压力较小方向的/向上的)流动——这一过程可以形成的称为排水或泄水

砂土颗粒的接触丧失后,地下水接管了局势:想怎么流就怎么流

这样一来,原本稳定的沉积物层就转化为裹挟着砂土颗粒的流动物质。

从稳定砂土沉积物转变为液化砂土的内在变化,底图出处【2】

伴随着脚底涌出越来越多的水,那个站在河滩上扭来扭去的孩子就渐渐陷了进去。

用魔鬼的步伐试探液化砂土的两百多斤重的蓝孩子
用魔鬼的步伐试探砂土液化的两百多斤重的铝孩子

上图二人如果继续在危险的边缘试探,就会慢慢陷进去,这也是与我们日常生活体验距离最近的砂土液化,相信很多像我一样的熊孩子都这样作过死:陷到大腿根,最后被小伙伴们拖出来……


然而,本次灾害中,砂土液化只是第一步。如果只是单纯的、发生在平地上的砂土液化,也仅仅会像新泄或基督城那样,陷掉一些车辆、房屋和地面设施。但在帕鲁,情况有所不同——

事发地是一个河谷,两个村庄分处于河谷两侧的斜坡地区。

两个液化区的平均坡度为3.6%和2.2%

于是,我们可以利用一些地质知识来分析整个灾害的过程:

首先,地震造成了两处村庄的砂土发生液化,从坚实的沉积物转化为致密的流体,更确切的说,是非牛顿流体;

然后,在重力的驱动下,合适的坡降使流体顺坡而下(如2-3度的缓坡即可),转化为液化沉积物流在沉积学的范畴里,这是一种重力流;在液化沉积物流中,沉积物的强度为零,所有地表设置尽数全毁(参考资料,4)。

第三步,流动过程中,孔隙中的水会迅速逃逸至压力小的部位。在本次灾害中,快速流动的沉积物流表面往往还有飞溅的泥水,这就是从地层里逃逸出来的孔隙水:它们在地表重新汇聚,流淌,并最终在砂土上雕琢出清晰的水道(如前前前前……图所示),也在现场留下随处可见的小水洼。

第四步,随着谷底坡度变小,流动区最终终止于靠近谷底的某处孔隙水的大量排出最终使沉积物停止流动砂土颗粒重新彼此接触——短时间的、局部区域的强烈液化流。


土壤液化在地震中是常见灾害,注意,是非常常见的灾害。

对于帕鲁来说,河谷的环境使地表堆积了厚层的松散沉积物,而当地多雨的气候也必然使地下水趋于饱和、水位很高。这两个原因让土壤液化现象难以避免,正如这一现象在世界其他地区也时有发生一样。

帕鲁地区今年9月的天气情况,降水频发。引自【3】

例如,根据一项地质研究,我国台湾省的台北盆地也是一个具有很高土壤液化风险的地区——地震多发、沉积盆地的地表由松散沉积物构成、多雨环境使地下水饱和且水位很高。这三大要素使台北市和新北市都面临很大的土壤液化风险。

台湾省台北市周边砂土液化潜势图,引自【4】

在帕鲁,除了具有形成砂土液化的合适条件外,额外的地形坡度放大了砂土液化的破坏力,从仅仅造成地面设施沉降受损的原地砂土液化,摇身一变成为顺坡流动、毁灭一切的液化沉积物流。

这或许可以算是2018年第二恐怖的重力流型地质灾害。

第一恐怖的重力流型地质灾害,是6月发生在危地马拉Fuego火山的火山碎屑物流(详见6)。


水火均无情,地球真危险,还请各自保重。


参考资料及更多阅读:

【1】Before, after images show villages wiped away in deadly Indonesian earthquake, tsunami

【2】Soil liquefaction | geology

【3】Weather in Palu in September 2019 - Average temperature in september

【4】朱筱敏. 沉积岩石学[M]. 石油工业出版社, 2008.

【5】李兆焱, 袁晓铭. 2016年台湾高雄地震场地效应及砂土液化破坏概述[J]. 地震工程与工程振动, 2016, 01(3):001-7.

【6】云舞空城:火山喷发是如何致人死亡的?

【我还以为是今天突发,就感觉人真的不值钱,不是说印尼的不值,而是印尼这样的发展中国家就是世界的主体。然后世界上如果随便挑一个人大概率就是在这样的国家,然后真的不值钱,就地就埋了……感觉就像一群蚂蚁少了一只蚂蚁那样淡定,就像什么都没发生过,一切继续。】