地震的時候，街道有時會出現一種奇怪的現象—— 路面不停地上升隆起然後下降，仿佛在波動起伏的混凝土下方，有一頭巨大的野獸正在大口呼吸著 。
這些看似在呼吸的地面，其實是 土壤液化 的結果。
這種現象在中國、墨西哥、日本等地發生地震時都曾出現過。 去年12月，中國甘肅發生了6.2級地震，地震波及了旁邊的青海，在當地觸發了土壤液化，嚴重的滑坡泥流掩埋了大量房屋，造成多人失聯 。
地震前後，青海中川鄉的滑坡-泥流區域對比。
圖片來源：成都理工地災防治國家重點實驗室
土壤液化，簡單說來就是 在強烈的地震作用下，地表附近松散、浸水的土壤從固態變成了液態，開始像液體一樣流動 。
液化的結果是土壤失去了承載能力，變得類似流體，因此街道、地基等任何土壤表面的東西都會受到影響， 建築物、橋梁和基礎設施可能出現沈降、開裂、傾斜甚至倒塌，或引發山體滑坡 。因此，許多國家和地區的建築規範都要求工程師在設計的過程中考慮土壤液化的影響。
1964年日本新瀉地震引起了嚴重的土壤液化，造成許多房屋倒塌。另外，石油管道因為地震破損，石油被土壤液化釋放的地下水以及地震引起的海嘯帶到海面，隨後被點燃，火勢還蔓延到周圍地區，火災持續了12天。圖片來源：wikipedia
並非每次地震都有
其實， 當你在海灘玩耍的時候，你就能觀察、體驗到小規模的土壤液化 。當你的腳踩上濕潤的沙子時，就會產生震動沙子的微型地震波，當腳下沙子發生液化時，沙子內的水壓會增加，水就會從你的腳下湧出來。而隨著你腳下的地面從固體變成液體，你的腳也慢慢陷入沙子中。
如果沙子在斜坡上，液化部份會流下山坡，直到水排幹，沙子再次沈澱到位。同樣地， 建築物如果建在容易液化的土壤上，在地震期間它們不僅容易下沈或傾斜，如果周圍有斜坡，建築物還會滑下坡，比如滑向附近的河流 。
好在並非每一次地震都會出現這種嚇人的場景， 地震期間的土壤液化通常需要具備一定的條件 。
圖片來源：NHK WORLD
首先，在發生土壤液化的地區， 土壤通常是松散的、沒有黏性的 。其次， 土壤環境中還含有飽和水分，這些水一般難以從這裏排出 。在這種情況下，水填滿了土壤顆粒之間的空隙，這使得土壤顆粒之間的接觸變弱，土壤整體的強度降低。
你可以想象一個裝滿沙子和水的容器。當你搖動它時，沙子顆粒會相互遠離，水會充滿沙子的間隙，使得混合物更像液體而不是固體。
圖片來源：QuakeCoRE NZ
除此之外， 土壤液化的產生也需要較大的地震強度 。幾乎所有大地震都會出現某種程度的土壤液化。
如果你在輕微震動的時候站在城市街道上，很可能就不會看到這種現象。因為若要地面出現松動，通常需要一個很大的力，然後水壓才會被充分增大，液體進而被分布到土壤中。強震的震動使得土壤顆粒發生重排，導致顆粒之間的接觸變得更加緊密，孔隙水的壓力增加，土壤的強度進一步被削弱，從而出現液化。
圖片來源：NHK WORLD
過去難以解釋的例外
不過，過去人們也發現， 有些土壤液化事件並不符合上述這些情況 —— 在遠離地震震央的低能量密度條件下，以及在土壤能夠排水的情況，土壤液化的現象仍會出現 。例如在2010年，紐西蘭南島坎特伯里區發生了7.1級地震，但在距離震央較遠的地區，仍然發生了許多土壤液化。
在2010年的地震央，紐西蘭受損的建築物和基礎設施大部份是由於土壤液化造成的。圖片來源：Brett Maurer
對此，去年9月的一項研究或授權以解釋這個現象。研究發現，強度不大的地震震動仍然可以在排水條件下觸發間質流體流動。
在排水的條件下，地震的震動促進了土壤內間隙流體的流動，形成了壓力梯度，即在土壤中孔隙水的壓力會在不同位置產生差異，形成從高壓力到低壓力的梯度 ，流體會從較高壓力區域流向較低壓力區域。這個壓力梯度對土壤顆粒產生作用力，削弱了顆粒之間的接觸，進而降低土壤的強度。
在紐西蘭的基督城，地震引起的土壤液化導致汽車陷入。圖片來源：nzraw.co.nz
除了地震，現如今， 填海造地和人工島嶼建設正在不斷增加，這些地區發生土壤液化的風險都很高 。因此，深入了解土壤液化，對保障人們的生命財產安全有著重要意義。
