2013年3月7日

與喀斯特地貌共存（有時甚至死亡）

本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點。

上週，地面裂開吞沒了傑夫·布什。通常，我不會使用這個短語：人們總是這樣說，即使地面根本沒有這樣做。但在這種情況下，它很貼切。一個人走進他的臥室。他腳下的土地塌陷，並把他吞噬，他死了。

我們喜歡理解這些事件。發生在傑夫·布什身上的事情是隨機且罕見的，但我們腳下土地塌陷的事實卻太常見了。僅在美國，超過五分之一的地區是喀斯特地貌區，那裡可能會發生沉陷，而且經常發生。如果我們放大到佛羅里達州，我們會注意到一些非常引人注目的事情：幾乎所有地區都容易發生沉陷。

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什麼是喀斯特地貌？簡單來說，它是岩石經過長時間溶解後形成的。它充滿了洞穴和沉陷坑、溶蝕谷和地下河流。在基岩主要由石灰岩、白雲岩或石膏組成的地方非常常見。甚至在大理石和鹽（是的，鹽）是主要成分的地方也可能發生。任何可以被弱碳酸溶解的東西都可能變成喀斯特地貌區。什麼是弱碳酸？簡單來說就是與二氧化碳混合的水。您可以在裝飾建築物外露區域的古老石灰石雕像中觀察到它的作用。例如，這個滴水嘴獸曾經有一張不那麼融化的臉：對人類無害的酸雨卻對石灰石中的方解石造成了嚴重的破壞。

現在想象一下這種情況在大範圍景觀上大規模發生，您就大致瞭解了喀斯特地貌的成因。然後請記住，幾乎整個佛羅里達州都是石灰岩，容易發生溶解。

我們看到的佛羅里達州只是一個巨大的碳酸鹽臺地的一部分，它歷經數百萬年發展而成。當在盤古大陸時期，那塊將成為佛羅里達州基底的變質岩從原始非洲裂開時，隨著幼年大西洋的誕生，盆地形成了。這就是佛羅里達臺地開始形成的地方：在充滿珊瑚礁和具有碳酸鈣骨骼的藻類的淺而溫暖的海域中，它們在陽光下快樂地生活，產生碳酸鈣碎片，這些碎片隨著它們的死亡而逐漸積累起來。這種情況持續了很久，一直持續到古近紀，即恐龍滅絕後的地質年代。在墨西哥灣水域之下，環繞佛羅里達臺地的懸崖高達近 1,828 米（6,000 英尺）。那巨大的碳酸鹽體可能深達 6,096 米（20,000 英尺）以上。這是一個巨大的潛在喀斯特地貌。

在古近紀的數百萬年中，阿巴拉契亞山脈在板塊移動時偶爾發生的造山運動中隆起，從山上侵蝕下來的物質被沿岸流和河流沖刷下來。這些沉積物包括石英砂，它們成為了佛羅里達州著名的海灘，以及形成石灰岩基岩相對薄覆蓋層的粉砂和粘土。

數百萬年來，石灰岩一直受到微酸性的地下水和雨水的溶解作用。它佈滿了洞穴、裂縫、地下通道和其他空洞部分。這意味著沉陷坑。

沉陷坑有各種形狀、大小和形成機制，但在傑夫·布什臥室下方出現的那個最有可能是一個覆蓋層塌陷型沉陷坑。想象一下一個洞穴，石灰岩中的一個空隙，隨著弱酸性水逐漸侵蝕石頭而生長了一段時間。重力作用於空洞空間：塌陷是自然的。洞頂變得太弱而無法支撐，然後塌陷。有時，如果上覆土壤厚 9-61 米（30-200 英尺），並且主要由粘土組成，地面不會立即裂開。堅固的粘土橋接了裂縫。但它只有那麼堅固，而且事情會發生。也許它變得太溼了，或者，奇怪的是，太乾燥了——當它乾燥時，它會崩解。然後它就會塌陷下來，連同其上生長的或建造的任何東西，都在幾分鐘或幾小時內發生。

這就是我們在喀斯特地區必須與之共存的：堅實的土地可能不像我們想象的那麼堅實，並且可能會在幾乎沒有警告的情況下坍塌，吞噬房屋、車輛、農作物，以及在極少數情況下，吞噬人類。

我們可以減輕危害。我們知道一些導致沉陷坑形成的原因。過度抽取地下水是一個常見原因：干擾排水和地表水是另一個原因。鑽井、脫水地基、建造建築物；管道或化糞池洩漏、排水溝、池塘中地表水的蓄積——所有這些都可能導致沉陷坑。因此，務必注意並非常小心。在某個地區被開發之前，地質學家應該進行徹底的檢查，並且他們的評估應該被認真對待。地下水位不應被抽到低於某個最低深度（取決於地區），以保持支撐上覆土地的浮力支撐。如果您居住在喀斯特地區，請注意以下警告訊號

地面下沉導致柵欄柱、地基和樹木出現新的裸露部分。
柵欄柱、樹木或其他物體傾斜、下垂或傾斜；門窗無法正常關閉。
積水——在以前沒有積水的地方形成小雨水坑。
小的圓形植被區域枯萎，因為通常支撐該區域植被的水分正在排入下方正在形成的沉陷坑中。
在沉陷坑發展的早期階段，附近水井中的水變得渾濁。
牆壁、地板和路面出現結構性裂縫；地面出現裂縫。
池塘或小溪突然乾涸。
短時間內地面出現小的錐形孔洞。

（無恥地摘自西南佛羅里達州水資源管理區關於沉陷坑的小冊子和那本小巧但極其有用的書與喀斯特地貌共存，如果您居住在喀斯特地區，您應該自己購買這兩本書。）

有些方法可以修復沉陷坑，使其不再繼續擴大並威脅其他建築物，但如果您的 property 上有沉陷坑，請不要嘗試自行填補。請聘請專業人員。

我真希望我能告訴您沉陷坑是一種罕見的自然現象，但隨著我們侵佔喀斯特地區並在沒有適當注意的情況下對其進行破壞，它們將變得更加頻繁。隨著區域的建設，它們將更多地影響人們，就像人們設法加速的任何其他自然過程一樣。這意味著我們將不得不瞭解它們，並努力減輕它們的影響。有一些與喀斯特地貌共存的方法，永遠不會完美，但總比在不瞭解其挑戰的情況下闖入要好。

希望透過適當的注意和謹慎，以及一點點運氣，我們可以防止地面在沒有警告的情況下吞噬人類。

資源

佛羅里達州環境保護部地質主題：沉陷坑。

西南佛羅里達州水資源管理區：沉陷坑。

地圖等：佛羅里達州沉陷坑地圖。

Veni, George 等人 (2001): 與喀斯特地貌共存：脆弱的基礎。一本關於喀斯特地區地質和水文學的優秀書籍，並對危害緩解提出了合理的建議。它以清晰簡潔的語言寫成，技術術語也得到了清晰的解釋。我向任何居住在喀斯特地區的人推薦它。

您可以如何幫助

希爾斯伯勒縣消防員慈善救濟基金 - 沉陷坑事件。使用“捐贈”按鈕，在評論中寫上“Sinkhole Incident”。

新聞報道

一聲巨響，然後一片寂靜：沉陷坑吞噬了佛羅里達州男子。

佛羅里達州沉陷坑太危險，救援人員無法搜尋失蹤男子。

沉陷坑吞噬男子的佛羅里達州房屋的所有牆壁都被夷為平地。