朋友,你相信吗,蜗牛也会变成骏马?也可一跃十丈,如三国的刘备跨下的宝马“的卢”一跃过檀溪者。你可能会说,那是小说里讲的故事,事实上是没有的。要是这样说,我也只好承认,在自然界是没有这种蜗牛的。但在哲学上、特别是自然界里,这种“蜗牛”可是真实和普遍存在的。哲学上不是经常讲量变到质变,自然界不是也常有“不鸣则已,一鸣惊人;不飞则已,一飞冲天”的自然现象存在吗?如火箭升空,如岩浆喷发。更不要说我们前面已经谈过的雪崩、滑坡、泥石流和下面接着要谈的冰川跃迁、融冻土滑塌等等现象,都无不是由起始运动速度近为零,慢如蜗牛;而后由于快速地积累起足够的能量而很快变成一鸣惊人,一飞冲天和一崩彻底的骏马吗!怎样,这样会变成骏马的蜗牛不是到处都存在吗!我们并没有说谎。我们下面再来较详细地谈谈冰川跃迁(动)和融化冻土滑塌的运动。看看它们是怎样由蜗牛变成骏马的。冰川的运动,从冰川物理学的研究看来,如今已从单纯的力学平衡分析,开始转向两相流的运动学方向发展。从佩特逊最新研究看,他列出连续方程,运动方程和阐明应力与应变关系的本构方程。但是,就这样,由于方程组的复杂发性和数学上的困难,最终未能给出方程组的解,不管是解析解还是数值解。更不要说考虑能量方程的冰川动力学了。
冰川跃迁(动)是冰川运动的特殊型式。佩特森一直强调冰川跃迁不取决于外因,是由于冰川本身的某种不稳定性引起的,而不是任何外因引起的。事实是怎样的呢,又怎样来理解发生跃迁冰川本身的不稳定性和内因的作用呢?所谓不稳定性,在一般物理学上是指给于某种微小的扰动,如给予某一个力作用于物体上,让物体离开平衡位置,如果物体能恢复原来的平衡,就称物体所处的平衡是稳定的或随意的;反之,物体就所处的平衡就是不稳定的。所以跃迁冰川本身的不稳定性,应该指的是由于冰川地处斜坡,始终在重力作用下所产生的不稳定平衡环境。但是从书中所列在冰川跃迁的原因,多数是外因通过内因在起作用,而不仅仅是内因。因为我们可从冰川物理学书上看到,引起冰川跃迁有如下几大原因:
1.跃迁冰川常常发生在陡坎之下(照片44和45);这应该主要是外因而不是内因引起的吧。因为冰川运动过陡坎,由于冰川的冰是脆的,会产生断裂和下堕。即令冰面产生断裂和重力作用突然增大,这当然有利于冰川的快速滑动和跃迁了。
2.由多支小冰川汇集形成一条大冰川(图28):这要算内因也可以。但是,作为外因更合理。因为没有这么一个地形,几条冰川那能汇集到一块吗?冰川本身是没这么大能耐的。为了跃迁玩玩,大冰川叫周围的小冰川弟兄们,一块集合起来,行吗?由于这几条小冰川的加积汇集和相互挤压,碰并及拱起、破碎等运动,以及几条冰川底下融水的汇集,都是有利于大冰川的快速滑动和跃迁的。
3.跃迁往往发生在消融区:这一条可称基本上属于由内因的。因为冰川到尾部消融区,冰川上面裂缝多,冰底下融水丰富,只要积聚区供给足够的冰,跃迁就有条件了。但是,这也不能完全称作内因。因为如果是冬天,消融区也停上了消融,冰与其基岩冻结成一体,你想蠕移都困难,那谈得上跃迁!
4.发生地震:这应该纯粹是外因了吧。地震把冰川震松、震裂和震离床底基岩,这当然有利于冰川的速滑和跃迁了。
5.汇水、断层和地热作用带:这些基本上都只能算作外因的。因为外因才促使冰川底部水流潺潺,冰川变软和断裂,从而更易失去稳定。但是,我们也不能一味强调外因。因为如果没有冰川的脆性,可延展性和可融化性等等物理特性的存在,那么上述原因要让一条像冰川一样的平缓小山体产生快速滑动,及至于跃迁运动,那是完全不可能的。所以,正确的阐述,应该是以外因为主和外因通过内因起作用。
冰川物理上还说,冰川跃迁是一种定期和非定期性的冰川快速滑动,这是有道理的。因冰川运动取决于冰川所处的环境。当冰川把大量的冰和冰积石从积蓄区输送到消融区时,冰川达到某一高度或某一临界重量,冰川的跃迁也就发生了。没有这个环境条件,冰川就只有日暂消融的份了。对于冰川跃迁,目前只是有观察结果的描述,还未到作精细的力学分析,更不谈二相流运动和动力学的研究。当然,人们应有信心,对它进行深入研究的时间是一定会到来的。
下面我们再来看看融化冻土的滑塌、泥流和泥石流等的运动问题。正如前面已经提到,冻土作为一种物质材料,其受热、融化和盐化等作用下所产生的蠕变、沉陷、液化和冻涨等等运动,已经有了较深入的研究、但是作为一种二相或多相流体来讲,其力学、运动学和动力学研究,还处于起始阶段。而我们所以对融冻滑塌或融冻泥流、泥石流感兴趣,是因为它们与二相流(液固)体更接近一些,有瞬间强烈的滑动、滑塌和滑流运动。有蜗牛变成骏马的特性,而不仅仅是匹蜗牛。
其实,融冻滑塌和融冻土流、泥石流是滑坡的一种特例(照片46、47)。它是由于冻结坡面因局部受到外界因素影响,如铲去草皮、砍掉林木和人为取暖等局部受热情况,从而产生局部及浅层融化和在重力作用下而发生的运动。其下伏层还是冻土。因此,其运动的主因是热力和滑体解冻等水份作用引起的,它比起主要是由于坡角不稳定而滑坡垮塌不同。前者主要是在热力作用下,而后者主要是在重力作用下产生的。融冻滑塌和融冻土流的运动学研究,由于其发生的地域和规模很小,还没引起冻土科学研究者的特别重视,甚至在像原苏联那样具有广大的冻土带的冻土科学家,在讨论滑坡的专著中,也没有把它列为一个专门课题来进行研究,而只是在滑坡成因的重力作用中以复杂重力作用的一个特例,才列出融冻泥流这一项。但在扎留巴(捷)的小册子《滑坡及其防治》中,倒有专门的土流(Earthe flows)一小节。只不过由于中译者认为应按我国习惯译为泥石流而未受到人们更多的关注。但本人以为,还是译成土流或泥流为佳。因为它的主要成份是泥土,而非沙砾石。所以以一般的泥石流不同。泥石流一般是水多沙砾土石少,而土流或泥流是泥土多而水份少的流动。就照片47就可看到,在泥流的中部出现许多折叠状的流态,说明水份沿程损失,引起泥流的停滞和间隙流动。这也是一般泥石流所罕见的,不管是粘性泥石流还是稀性泥石流。