可可西里的流沙密度比水大,人为什么还能沉下去?

可可西里的流沙密度比水大,人为什么还能沉下去?
可可西里的流沙密度比水大,人为什么还能沉下去?

可可西里的流沙密度比水大,人为什么还能沉下去?
流沙常常被视为能将人吸入无底洞的大怪物.
流沙是大自然所设计出的最巧妙机关,它可能藏在河滨海岸甚至邻家后院,静静地等待人们靠近,让人进退两难.在公元1692年时,牙买加的罗伊尔港口就曾发生过因地震导致土壤液化而形成流沙,最后造成三分之一的城市消失、两千人丧生的惨剧.看似平静的英国北部海、美丽而危险的阿拉斯加峡湾等地也曾发生过流沙陷人的故事.但是,大多数人往往都没见过流沙,更没有亲眼目睹别人掉进流沙或者亲身经历过.人们对于流沙的印象主要基于各种影片,在电影塑造的场景中,流沙是一个能把人吸入无底洞的大怪物.一旦人们身陷其中,往往不能自拔,同伴只能眼睁睁地看着受困者顷刻间被沙子吞噬.
流沙表面一旦受到干扰就会“液化”.
荷兰阿姆斯特丹大学的柏恩在一次前往伊朗的度假旅行之中,遇见过一位当地牧羊人.他指着流沙告诉柏恩,村里曾有骆驼陷下去后就立即消失.柏恩对此将信将疑,回国后就立即对此展开研究.他仔细观看和分析了数十部描述到流沙噬人场景的电影,发现这些电影对流沙的描述根本就是错误百出.后来,柏恩在实验室里将细沙、黏土和盐水混合在一起,重建一个微型室内流沙模型来进行研究.
经过反复实验,柏恩领导的科研人员发现,要把沙子变得像太妃糖一样黏需要好几天时间,但要让它失去黏性则很容易,只要在其表面施加适当的压力即可.一旦流沙表面受到运动干扰,就会迅速“液化”,表层的沙子会变得松松软软,浅层的沙子也会很快往下跑.这种迁徙运动使得在流沙上面运动的物体下沉,然而,随着下沉深度的增加,从上层经迁徙运动掉到下方底层的沙子和黏土逐渐聚合,便会创造出厚实的沉积层,使沙子的黏性快速增加,阻止了物体进一步下陷.
密度小于流沙的物体会浮在流沙之上.
研究还发现,当物体陷入流沙后,下陷速度要视物体本身的密度而定.流沙的密度一般是2克/毫升,而人的密度是1克/毫升.在这样的密度下,人类身体沉没于流沙之中不会有灭顶之灾,往往会沉到腰部就停止了.研究者还发现,即便是一些密度比流沙大很多的物体,也能浮于流沙之上.在实验中,研究人员将一个密度为2.7克/毫升的铝盆置于流沙的顶部,尽管其密度大于流沙,但由于受流沙浮力和沙面张力的影响,铝盆仍能平静地呆在流沙的表面.当科学家开始轻轻晃动这个铝制容器时,情况发生了变化,容器稍稍下陷了一点,当他们加大力度摇晃时,这个容器慢慢沉入沙底.
将脚从流沙中拔出来需要抬起一辆汽车的力量.
研究认为,陷入流沙的人一般都动不了,密度增加以后的沙子粘在掉进流沙里的人体下半部,对人体形成很大的压力,让人很难使出力来.即使大力士也很难一下子把受困者从流沙中拖出来.经研究人员计算,如果以每秒钟一厘米的速度拖出受困者的一只脚就需要约10万牛顿的力,大约和举起一部中型汽车的力量相等.所以除非有吊车帮忙,否则很难一下子把掉进流沙的人拉出来.研究还指出,照这种力量的计算,如果生拉硬扯,那么在流沙“放手”前,人的身体就已经被强大的力量扯断.此举所造成的危险远高于让他暂时停在流沙当中.
如何在流沙中进行自救
其实绝大多数流沙和一般沙的区别不大,并没有电影中描述的那么可怕,它原理上只是被渗入了水的沙子,由于沙粒间的摩擦力减小,形成了半液态、难以承重的沙水混合物.流沙通常发现于海岸附近,一般挺浅,很少有超过几英尺深的.柏恩表示,流沙只有一种状况会淹死人,那就是当头部先掉入沙中的时候,然而以这种方式掉入流沙的概率非常小.陷在流沙中的人仅感到胸部有些压力,呼吸较困难,并不会有什么生命危险.流沙附近上涨的潮水才是受困者最可怕的敌人.
不过,影片中对流沙的描述至少有一点是对的,那就是如果陷入流沙后,大力挣扎或是猛蹬双腿只会让人下陷得更快.人们误以为通过摇动能使身体周围的沙子松动,从而有利于肢体从流沙中拔出.科学家指出,其实不然,这种运动只能加速黏土的沉积,增强流沙的黏性,胡乱挣扎人只会越陷越深.
柏恩指出,逃脱流沙的方法还是有的,那就是受困者要轻柔地移动两脚,让水和沙尽量渗入挤出来的真空区域,这样就能缓解受困者身体所受的压力,同时让沙子慢慢变得松散.受困者还要努力让四肢尽量分开,因为只有身体接触沙子的表面积越大,得到的浮力就会越大.只要受困者有足够耐心、动作足够轻缓,就能慢慢地脱困.