為什麼炎熱的夏天也會發生岩崩？
如果你去約塞米蒂國家公園給攀岩運動員們一些提醒，最合適的建議恐怕就是讓他們在溫暖的晴天攀爬時注意一下安全吧。儘管從常識上來講，天氣乾燥時的岩石表面要比濕潤時更安全，但晴天時，岩石還存在一些潛在危險：峭壁上的岩片或岩塊會在毫無預警的情況下掉下來。每年，全世界會有很多起這樣的岩崩發生，然而引起岩崩的原因至今仍是個謎。近日，美國地質勘探局（United States Geological Survey）的地質工程師和地質學家們揭開了岩崩發生的秘密。
美國加利福尼亞周的約塞米蒂國家公園是岩崩的頻發地區，這裡至今已經發生了上千次岩崩。然而在所有岩崩中，有15%的情況不存在任何誘因，即沒有地震、強降水和凍融循環（岩體表面的冰霜融化成水滴，水分將沿著結構表面的孔隙向內部滲透；當溫度降到0℃以下時，其中的水分結成冰，產生膨脹，膨脹應力較大時，岩體出現裂縫）。事實上，有一些岩崩就發生在晴朗的夏天。
為了找出這15%的岩崩發生的原因，研究人員在一塊岩片的3個不同地點安裝了應變儀（測量機械零件、構件或試樣應變的儀器），以測量岩片長度上的整體變化。在2010年5月到2013年10月這段時間內，研究人員每隔5分鐘測量一下它的變形程度。該岩片長19米、寬4米、厚10厘米、重20噸，是一塊花崗岩的一層，頂部和底部與所在的岩石連接在一起。另外，研究人員用一種看起來像剪式千斤頂（一種起重設備，主要用於小噸位的汽車的頂起）的設備監測岩片和它所在岩石之間的距離。他們還分別測量了岩片和所在岩石之間的孔隙部位（大約有12厘米寬）的日照強度、空氣濕度和溫度，以及岩片向外2厘米距離處的空氣的濕度和溫度。在這42個月的時間內，研究人員用一種激光發射器，從距岩片30厘米的地方對岩片進行掃描，從而獲得了岩片運動的測量信息。
研究人員發現，岩片每天向外膨脹8毫米，然後再收縮回來。雖然濕度的變化沒有對岩片產生太大的影響，但溫度變化對岩片的影響很大。岩片的最大幅度膨脹一般發生在下午1點到4點之間，此時是一天中溫度最高的時候；而最小幅度的膨脹發生在上午7點到9點之間，此時通常是一天中溫度較低的時候。當溫度變化最大時（通常在春季和秋季，而不是夏季），岩片變形得最厲害。
研究人員認為，岩片每天的冷熱循環導致了它的膨脹和凸起。當岩片表面的溫度升高，它就會隨之膨脹，然而由於岩片的頂部和底部仍和岩石連在一起，因此它的中部就會凸起，而這種凸起又會反過來使岩片與岩石連接處的裂縫加大。日積月累下來，裂縫不斷加大，並最終導致岩片在某一個炎熱的夏日發生岩崩。
研究人員表示，約塞米蒂國家公園中這15%不存在任何誘因的岩崩，很可能就是熱應力導致的，它們均發生在一年中最熱的幾個月（7月到9月）或一天中最熱的時間段（當地正午12點到下午6點）。
一些地質學家表示，此前研究人員在對岩崩進行研究時，很大程度上忽略了熱應力（溫度改變時，物體由於外在約束以及內部各部分之間的相互約束，使其不能完全自由脹縮而產生的應力）對岩石產生的影響，而該項研究將現場測量與理論相結合，證明了熱應力的重要作用。
儘管研究人員沒有提出預測岩崩發生的方法，但他們發現了這些岩崩發生的誘因，因此可以提醒攀岩運動員和愛好者在溫暖的晴天里要更加註意安全。
相關文獻：
Rockfall triggering by cyclic thermal stressing of exfoliation fractures | Brian D. Collins, Greg M. Stock | doi:10.1038/ngeo2686 | Nature Geoscience | http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2686.html
（科學之家：譯審/編輯：MHJ）
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