在秘魯南部的小村莊馬卡，爆發性的薩班卡亞火山巍峨聳立。火山經常噴出縷縷煙霧，有時還會向鎮上降下火山灰。但是，讓馬卡居民夜不能寐的地質威脅並非來自15公里外的薩班卡亞火山，而是就在他們的腳下。
大約30年來，馬卡周圍的地面一直在退縮。大約6000萬立方米的泥土——相當於2萬多個奧運會游泳池——正在緩慢滑向谷底，並將小鎮的一部分也帶走了。
這種緩慢移動的山體滑坡的影響顯而易見：近年來，它摧毀了該地區主要道路的一部分，並撕裂了農田，威脅著社群的主要收入來源。不清楚的是山體滑坡的未來：它是會像往常一樣蹣跚而行，還是會急劇加速，從而可能危及生命。“這就像懸在小鎮上空的達摩克利斯之劍，”法國格勒諾布林地球科學研究所的地球科學家帕斯卡爾·拉克魯瓦說。
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在某些方面，馬卡並非獨一無二。山體滑坡是世界所有山區的主要威脅，每年造成數千人死亡。許多山體滑坡，例如上週獅子山破壞性的攝政山體滑坡，來勢洶洶，勢不可擋。其他山體滑坡，例如威脅馬卡的那個，則緩慢發生，山坡每年滑動幾釐米到幾米。
這些緩慢移動的山體滑坡很少奪走生命，但會對房屋和基礎設施造成嚴重破壞。儘管它們可能會緩慢移動數月或數年，但它們也可能意外加速，有時會造成致命的後果。
例如，義大利阿爾卑斯山的瓦伊昂特山體滑坡至少緩慢移動了 3 年，然後在 1963 年加速並造成多達 2500 人死亡。最近，華盛頓州的 2014 年奧索山體滑坡 造成 43 人死亡。據報道，在事發前幾周，一些居民看到上方土地的緩慢蠕動。在緩慢移動兩年後，加利福尼亞州大蘇爾的泥溪山體滑坡在今年 5 月迅速摧毀了該州著名 1 號公路半公里的路段。
這種加速可能很常見。美國地質調查局 (USGS) 科羅拉多州戈爾登市山體滑坡災害計劃的威廉·舒爾茨說，幾乎可以肯定的是，每一次快速山體滑坡都是從緩慢山體滑坡開始的。“只是沒有人注意到。”
現在，地質學家們正在注意到。近年來，他們開始利用改進的感測器技術，以及雷達成像和雷射測距技術的進步，來研究這些緩慢移動的自然災害。在歐洲航天局的兩顆 Sentinel-2 衛星的幫助下，他們準備識別出更多緩慢移動的山體滑坡，其中第二顆衛星於 3 月發射。這些天空之眼可以在五天內拍攝同一地球部分的圖片，使科學家能夠發現新的運動區域並對其進行監測，以瞭解可能預示危險滑坡的變化。
最終，科學家們希望對這些遲緩的山體滑坡有足夠的瞭解，從而能夠預測它們何時可能加速。“對於我們地質學家來說，真正的一個重要問題是，在什麼情況下，緩慢移動的山體滑坡會變成災難性的山體滑坡，”英國謝菲爾德大學的自然災害專家戴夫·佩特利說。“我認為技術正在為我們提供我們長期以來努力獲得的見解。”
慢動作科學
在科羅拉多州西南部的聖胡安山脈中，世界上研究最充分的緩慢山體滑坡很難被忽視。一片凝結的黃色土壤和巨石，頂部是傾斜的樹木，在森林覆蓋的山坡中突兀而出。它被稱為斯魯姆古利翁滑坡，有一個活躍區，像蛇一樣蜿蜒近 4 公里下山坡。一個多世紀以來，科學家們一直在研究這堆 2000 萬立方米的亂石堆，當地定居者將其命名為“slumgullion”，這是一種大雜燴式的燉菜。在某些地方，如果不小心絆倒野外計算機、感測器或散佈在其表面的許多其他儀器之一，就很難走幾米遠。
斯魯姆古利翁是一個敏感的野獸。儘管在過去的 300 年裡，它一直相當穩定地緩慢移動，但它的速度每天都在發生巨大變化，以響應融雪、降雨甚至氣壓的漲落。
這裡和其他地方的泥土的主要推動力是水。研究人員可以從他們使用干涉合成孔徑雷達 (InSAR) 從俯瞰斯魯姆古利翁的地面收集的資料中清楚地看到這一點。InSAR 比較不同時間拍攝的陸地雷達影像，以確定其表面變形的程度。當科學家們使用它來跟蹤滑坡的運動時，他們發現僅僅四分之一毫米的降雨就會導致地面在短短幾個小時內加速五倍。地下水壓力的微小變化足以引發這種變化。
舒爾茨說，像斯魯姆古利翁這樣的大型複雜山體滑坡會對最少量的降雨做出反應，這一事實有助於解釋為什麼更常見、更小的滑坡會更加敏感。兩米深的滑坡——不到斯魯姆古利翁深度的五分之一——可以迅速開始滑動，因為降雨可以迅速 destabilize 其全部體積。而且，由於它很淺，因此可能很少有幾何和地質上的不規則性會阻礙運動。
地質學家們正在瞭解到，許多因素決定了山體滑坡在下雨時是否會快速移動。重要的影響因素包括滑坡底面或底座的形狀、粗糙度和成分；底座與側面的比例；以及滑坡的深度，尤其是相對於地下水位的深度。
事實證明，在梳理幾何形狀和其他因素的影響方面，加利福尼亞州北部的鰻魚河盆地是一個特別有用的地點。在那裡，研究人員繪製了大約 200 個緩慢移動的山體滑坡的地圖，目前正在使用 InSAR 監測其中大約 10 個。這些滑坡都位於幾乎相同的地質環境和氣候中；只有它們的大小和形狀不同。
在鰻魚河，科學家們瞭解到，並非每個山體滑坡都對降雨有觸發式的快速反應：可能要下雨數週或數月才會發生移動。該團隊發現，這些山體滑坡的細粒成分，而不是幾何形狀或氣候，在決定其行為方面起著最大的作用。“一般來說，富含粘土物質的細粒土壤的反應較慢，而粗粒土壤或具有大裂縫或裂隙的岩石的反應較快，”美國宇航局噴氣推進實驗室的地球科學家亞歷山大·漢德沃格說，該實驗室位於加利福尼亞州帕薩迪納。
但是，將所有這些資訊彙總在一起以進行預測將是一個挑戰。幾十年來，地質學家一直在收集資料，以更好地量化山體滑坡運動與降雨的持續時間和強度之間的相關性。但舒爾茨說，地質材料和水文條件是無限可變的，預測滑坡所需的精度仍然超出科學家的能力範圍。更重要的是，在許多國家，山體滑坡運動也受到另一種現象的嚴重影響，而這種現象的影響尚未得到如此深入的研究：地震。
方程中的地震
地震震動是馬卡所在的科爾卡山谷的真實寫照。每年都會發生幾次地震，城鎮周圍的山丘上佈滿了棕褐色的陡坡——這是塌方的明顯跡象——在精心雕刻的綠色梯田背景下顯得格外突出。自 1990 年以來，該鎮遭受了十多次大地震的襲擊。最近記憶中最具破壞性的一次地震發生在 1991 年，當時一次淺層 5.4 級地震摧毀了村莊的西部。它造成 14 人死亡，並震倒了該鎮中心地標——一座名為聖安娜的小白教堂——的一半。
那時，村民們已經注意到鎮郊的土地正在移動。隨著擔憂加劇，秘魯利馬地球物理研究所於 2001 年至 2004 年間安裝了三個臨時全球定位系統 (GPS) 裝置來監測運動。自那以後，這片土地繼續前進，在農田中造成裂縫，裂縫每年都在擴大，並帶走用於農作物的用水。由於無法保持土地的生產力，過去十年中，該鎮近三分之一的人口已經離開。
2011 年，來自秘魯阿雷基帕礦業和冶金地質研究所 (INGEMMET) 的科學家，以及拉克魯瓦和他在法國的同事，開始透過安裝永久性 GPS 儀器來加強監測。感測器及時到位，捕捉到了 2013 年旱季發生的一次 6 級地震的影響，震中距馬卡不到 20 公里。馬卡山體滑坡通常在一年中的那個時候是靜止的，但感測器顯示，在地震期間它移動了 2 釐米，然後在接下來的 5 周內又移動了 6 釐米——對於雨季來說這是一個很小的量，但在沒有降雨的時候卻是異常的。
研究人員在 2016 年 8 月觀察到了更奇怪的行為，當時該地區發生了一次 5.4 級地震。拉克魯瓦檢查資料後發現，它們與三年前的發現相呼應：地震衝擊加速了馬卡山體滑坡在地震期間和隨後幾周的運動。然而，這一次，他觀察到，當雨季來臨並引發進一步運動時，泥土和碎屑的移動速度比往常快得多。
拉克魯瓦建立了一個關於發生情況的粗略模型。當地震波衝擊斜坡時，它們會引發運動，這種運動會在最初的衝擊之後持續很長時間。他說，就馬卡山體滑坡而言，由於滑動過程中摩擦力的增加，這種運動最終會減慢——這種行為也被提出用來描述地質斷層上的蠕變。然而，對於其他滑坡，最初的運動可能會減少摩擦力，從而幫助滑坡加速。差異歸結為內部因素（例如地球的材料特性）和外部因素（包括溫度、壓力和重力）。
沒有足夠制動力的山體滑坡可能會在地震或降雨引發其運動後災難性地加速。然而，對於馬卡來說，一旦泥土開始滑動，摩擦力就會變得更強，並起到減速的作用。
但是，這種制動活動可能會受到地震的破壞。地面震動會使山體滑坡的物質鬆動並削弱它。地震衝擊還會在其主體上開啟孔洞和裂縫，為水滲入土壤提供更多通道。拉克魯瓦認為，2016 年的地震破壞使馬卡山體滑坡在下一次降雨來臨時更容易加速移動。進一步的破壞可能會導致更災難性的加速。“即使是小地震也可能產生巨大的影響，”他說。
整體圖景
透過將各種因素——降雨、幾何形狀、地震等等——拼湊到一起，科學家們開始瞭解是什麼導致山體滑坡開始、加速或停止。但是，觀察結果可以在多大程度上轉化為不同的地點呢？
“在某種程度上，每個案例都是獨一無二的，”美國地質調查局卡斯卡德火山觀測站位於華盛頓州溫哥華的水文學家理查德·艾弗森說。“不同地方的材料差異很大，其中一些細微的差異確實會對行為產生影響。”舒爾茨對此表示贊同，但他強調，即使是相隔遙遠的山體滑坡，也可能具有共同的特性和行為。透過研究範圍廣泛的山體滑坡，科學家們可以找到將環境觸發因素與運動聯絡起來的潛在規律。
加利福尼亞州拉孔奇塔的數百名居民可以證明這一點。在 1995 年大雨過後，他們社群後面的山坡最終加速之前，已經移動了幾個月。然而，縣官員和顧問已經能夠使用標準測量儀器的資料來檢測到斜坡即將發生破壞，並警告居民撤離。
現在，遠端感測器，例如 Sentinel-2 衛星，可以幫助將山體滑坡的研究和監測擴充套件到地面上難以或成本高昂的區域。“為所有緩慢移動的山體滑坡安裝儀器是不可能的，因此遙感資料確實是監測整個地區的未來，”拉克魯瓦說。
拉克魯瓦和他的同事已經在使用此類資料，發現馬卡以北 6 公里的馬德里加爾村莊附近有一個山體滑坡，其行為與雨季期間的馬卡滑坡非常相似。與馬卡一樣，這種運動正在影響當地人的耕作能力。但是，如果滑坡加速，可能會阻擋流經山谷的河流，形成堰塞湖。“如果堰塞湖潰決，可能會造成洪水，”拉克魯瓦說。
意識到這種可能性，國際團隊於 5 月在馬德里加爾山體滑坡上安裝了第一臺儀器，以監測其行為。建造用於保護 GPS 儀器免受盜竊和天氣破壞的紅磚外殼——大約一米高——花了將近一週的時間。感測器位於已支援作物生長近 2000 年的農田上，是永久和穩定的真實寫照。但在它下面，地面正在緩慢蠕動。
本文經許可轉載，並於 2017 年 8 月 23 日首次發表。