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【挪威滑波房屋崩入海，意外背後意外豐富的科學】Quick Clay 奇譚

「這異象是蝦餃，難道是 2020 年在正常發揮？」 ← 近日大家看到這短片時，涼了半截的心中，或許是這樣 murmur 的。

＊若你未看過，留言區有影片傳送門
　
但身為一個科宅，第一念頭是「咦？很不合理耶」，一眼目測影片中滑落的坡度實在沒多陡。必定要有一層很潤滑、很古溜的物質存在，那會是什麼呢。
　
難道是永凍土在夏天融化了ㄇ？嗯，只是亂猜測亂引用網友的話的話就和總是在囫圇搶快的台灣記者差不多了。我想學到些原本不知道的事，在知識中添加幾塊硬磚頭，就要用正確的方式使用 google。第一訣：若非必要，先不要用中文搜尋XD。
　
首先釐清影片基本資訊，人事時地物：事件發生在今年六月三號，攝影者是眼睜睜看自己家消失在海裡的苦主 Jan Egil Bakkeby 先生，他家位在北極圈內的挪威北部 Alta 市一帶。所幸無人傷亡，但有隻狗狗落水又游了上岸。
　
過了不久我就意外在 @Trust My Science 這個法語的科普粉專意外看到了關鍵字：Quick clay（d’argile rapide）。
　
喔喔喔.....這是啥。感覺和「流沙 quick sand」或「水銀 quick silver」 有關係呢。Quick clay 的中文是翻譯成【流黏土，或是超敏黏土】。但如果只查到名字就滿足的話，就會像費曼先生的爸爸曾經嗆聲的：「你可以把一種鳥在世界上各種語言的名稱背下來，卻仍然對它的習性一無所知。」所以，知曉了名字，再以名為索引去進一步了解它的一些特質是一定要的啦。
　
正是因為查到與學到的結果很奇妙，所以現在才會在這邊滿心激動的發文 XD
　
插入一個又是最早從 Vsauce 得到的冷知識，前述三物名稱中的 quick 意思都不是說那玩意很「快」。在古英語的用法裡 quick 的意思是活跳跳不安定的。出自欽定詹姆士王版聖經有 the quick and the dead（生者和死者）這個熟語——經文的上下文是說耶穌基督是一切生者與死者之審判 [提後 4:1]。
　
首先我學到 quick clay 和崩塌災害的最重點是：這種超敏感的黏土是高緯度的特產，其他地方是沒有的。是由冰河輾壓陸地，使岩石風化後形成的固體微粒，流入海中沉降而成。所以這種黏土與這種災害只常見於挪威、瑞典、俄羅斯、阿拉斯加、加拿大等國。
　
* 是的！其實很常見XD 不是啥末日異像。近年來各種異象似乎變多，自然是因為人手一機錄影增加，和對於爆紅影片渴求的媒體平台的普及，讓大家目擊率上升了。讓普通的事情變得奇特，奇特的事情變得普通。就這麼單純 XD
　
定義中黏土是顆粒直徑小於 0.002 毫米的土壤固體組成。也就是說，尺上的最小格子中可以讓超過五百顆的黏土微粒排排站。而粒徑由大到小是礫 → 沙 → 粉沙（silt）→ 最小顆的黏土（clay）。
　
關於流黏土／超敏黏土的第二個重點是，它們必須原本是海積黏土（marine clay）也就是在很鹹很鹹的海水中形成的黏土。而要脫胎換骨，變得很敏感、不穩定的必要條件是「要再從海裡，升回到陸地上來」！
　
這就很奇妙了，海底怎麼會變陸地呢。況且冰河最盛時期的海平面反而是比今天低的喔（水都凍在兩極了），怎麼會冰河退卻、海平面上升，反而卻有陸地從海裡浮上來呢？
　
最妙的就是這現象：稱為「冰期後反彈」（Post-glacial rebound），陸地會反彈上升是因為兩極冰蓋的那些水實在太重，曾經把陸地壓得都沉降了，當冰冠終於溶化後，這些陸地板塊才慢吞吞的，基於浮力的原理而慢慢升回去。許多沉海的陸地緩慢的浮起，使得前述極圈內的國家的領土，其實一直都在偷偷的變大！（然而俄國還是沒有比 #冥王星 大。）
　
海積黏土遇上冰期後反彈，離開了海，接下來它們繼續變化，主要是由陸地上的淡水逐漸洗去原本海水中的鹽分。這裡的鹽份是廣義的，包括鐵、鋁、鎂、鈣、鉀、鈉等正離子。要專業名詞的話，這叫淋溶作用（leaching）。淋溶除了由降雨來溶以外，有時也會由地區性的豐沛的、自流性的地下水穿過黏土層把鹽分帶走的方式在進行著。
　
話說黏土其實有很多種組成，它們的通性是都由矽和鋁的氧化物所組成，而且都是由地球特色最多的水去攻擊（水解）一大塊岩石——角閃石、長石或雲母等礦物，化學作用所形成的分子碎片，也就是「風化」的產物。#所以若是沒有水就是妨礙風化
　
離題一下，所以當 NASA 送機器探測器到火星，探勘到黏土礦物的時候才會興奮異常！黏土乃是水：大量的水曾經存在的證據是也。
　
黏土的另一個和生活最相關性質是「離子交換」，其實就是前兩段說由淡水去把鹽份（陽離子）淋溶出來的同一件事，一種離子換另一種。而和生活的關係是......呃，有一種黏土叫 smectite 綠土，如果大家不幸腹瀉不止去看醫生，醫生八成會開給你一包無味道的粉末止瀉藥 Smecta ← 此處無業配。也就是說，有時候「吃土」能藉由離子交換的特性，調節紊亂的腸胃滲透壓，吸附毒性物質，進而達到止瀉的效果。有些黏土的離子交換性質高，有些低一點，但都有一定的交換能力。
　
等一下喔，原來大家都知道的黏土，除了會黏可捏之外還有那麼多學（ㄒㄧㄠˊ）問存在。對啊，若不是對於奇怪的話題亂調查，我也不會知道這些事的——或說，若無相關脈絡，那些精妙的知識對我來說沒有太大意義，但即使是一則冷知識的脈絡，知識就自動凝聚形成一則小劇場了。冷的好！
　
所以到底為何失去了鹽分就可以把海積黏土轉變為 Quick clay，造成挪威、加拿大等國家動不動就有土地滑到海裡去呢？
　
* 先前有次這樣被好好拍攝下來的 Quick clay 大型滑波事件是 1978 年挪威 Rissa 發生的，留言區我放一個惠我良多的科普紀錄片的超連結。
　
話說身為台灣人，仙草、愛玉、豆花、洋菜凍這些夏日冰品大家肯定都非常常吃......欸不是，怎麼忽然從黏土講到各種凍咧。理由是，很奇妙的上述各種凍會從液態凝聚成固態，和黏土遇到海水裡的鹽就會沉降，原理其實有點像。也就是鈣、鎂這些陽離子扮演了「橋接」的角色，讓本是一團散沙、彼此看不順眼的分子能夠穩定且和睦的相處。
　
當然更詳細的機制是牽涉到電性中和、擴散電雙層（diffused double layer）、凡德瓦力（van der Waals interaction）這些更精妙的部分......但我覺得大家都能理解的是鹹豆漿。也就是陽離子促成的凝絮作用（flocculation）。和生物化學實驗的鹽析效應也類似。但我現在忽然極度得想吃布丁。
　
→→ 加鹽就會穩定，遇到淡水就會不穩定。極度簡而言之是這樣。
　
有陽離子，而且是越高價數的陽離子例如 Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 越是有架橋的功能。所以愛玉子要用含有鈣離子的硬水洗，才會讓「膠」（其實是多醣類）凝聚，用含有極少離子的 RO 水是無法凝成愛玉的。
　
其實還有一個微奇妙的要件，植物腐化後形成的腐植質（humus）因為酸性和其多酚成分，也會干擾、把黏土中的陽離子拽走，進一步不穩定化。所以經常 Quick clay 取出來會是黑黝黝的。
　
於是最後的最後，被淋溶而失去那些鹽份：使黏土微粒彼此達到和諧穩定的關鍵被消滅之後，一層超不穩定的 Quick clay 就形成了，電子顯微鏡下這種黏土結構完全就像是一大片「紙牌屋」，橫七豎八的片狀黏土的中間空無一物，空隙中由空氣或水充填，只要遭受擾動就會由一部份崩塌迅速惡化到全體崩塌。一觸即潰。所以這種崩塌常常是海邊先塌一小塊，然後崩潰的前緣逆向往岸上傳遞。
　
而最奇葩的特性是（還有啊?! 對還有），流黏土如其名，它崩塌之後就會完全液化成汁。黏滯性暴跌到原土壤的一百萬分之一......那什麼概念呢，蜂蜜和水的黏滯性差別是一萬倍，就是那個一倍半（對數尺度）的降低。崩潰了的流黏土的顆粒不只不再團結，甚至會彼此排斥，由於都帶有些微的負電，就摩擦力甚小 → 最完美的成災要素齊聚了。
　
查到這，我終於弄清楚影片中那神秘的超級古溜、潤滑了一大片土地讓它滑進海裡的物質的真面目了。流黏土它基本上是液態的潤滑劑，所以即使只有一丁丁的坡度都一發不可收拾。甚至在前述挪威 1978 年發生那次，地面的坡度只有不到 3 度！
　
至於避免的方法就是土壤普查。而因為流黏土通常不是位在地表，而是在表土的下方分布成層，所以要透過鑽探取樣鑽鑽看。而就像台灣在推行土壤液化潛勢圖，加拿大、瑞典、挪威等國也在不斷進行著流黏土地區普查的工作。
　
這和全球暖化到底有沒有關係啊......嗯，不知道。我們知道地下水會進一步使流黏土不穩定化，而永凍層的逐漸融化會不會改變、加重這過程，就有待科學調查了。偶速科宅，偶棉下回再見～～
　
參考資料：
Landslides| Quick clay - NGI (挪威大地工程學會)
https://www.ngi.no/eng/Services/Technical-expertise/Landslides/Quick-clay
　
The Quick Clay Landslide in Rissa, Norway - ISSMGE (國際土壤力學與大地工程學會)
https://www.issmge.org/uploads/publications/1/35/1981_03_0080.pdf
　
Quick clay in Sweden - K.Rankka et al. (2004) 【文件大請注意】
https://www.swedgeo.se/globalassets/publikationer/rapporter/pdf/sgi-r65.pdf

台大地質科學系陳文山教授：從地質安全看3核電廠是否延役!! (01/21/2019 蘋果日報)

"..... 鄰近核一的山腳斷層在選址當下，未被列為活動斷層，其延役的討論，必須誠實面對地質新事證。

這幾年台電在金山外海調查，除了山腳斷層之外，還有一條新發現的活動斷層稱為ST-II斷層，斷層長度37公里，僅距離核二廠3公里，一旦發生地震時產生的最大地表加速度必定遠遠超過0.4G。

核電廠不是一般建築物，任何安全性設計都必須以發生最大災害的可能結果作為最嚴格的標準。而台電也承認，若在數十年前選址時，知道這些活動斷層的存在與風險，必然不敢讓核電廠位處現在這些地點。如果都已認知到當時選址之不適當，那還適合在40年執照到期後，再延長使用20年嗎？

雖然，「以核養綠」公投案通過廢除《電業法》第95條第1項，似乎現在或未來的執政者都可以讓核電廠延役。但地質條件不會因為人民或政府的決定而有所改變。核一、二、三延役的討論，誠實面對這些地質新事證，真的是我們無可迴避的責任。....."

文：陳文山／台灣大學地質科學系教授

2018年「以核養綠」公投案通過後，核一、二、三廠延役的可能性即不斷被提出討論，經濟部也啟動2個月的能源政策檢討，評估3座老舊核電廠延役的可能。但攸關核一、二、三安全的地質問題卻鮮少獲得應有的重視與討論。

核一、二、三廠分別在1971年、1975年及1975年核准，數十年來，全球核電廠發生的重大核安事故，除了人為因素，最主要的因素就是來自地質問題。尤其斷層引發大地震與海嘯，所以選址過程的活動斷層調查是至為關鍵問題，因此美國核安委員會曾訂定「活動斷層5哩內不適合有核電廠」的規定。

目前地質界對於當時選址調查的相關文獻所知甚少，其中最重要且唯一的活動斷層調查報告，由美國地質學家柏尼刺，於1973年1至2月為核電廠地質安全進行全台活動斷層調查，在1975年發表台灣第一張活動斷層分布圖，鄰近核一與核二廠的山腳斷層及核三廠的恆春斷層在選址當下，都未被列為活動斷層。

921地震之後，台灣活動斷層才進行全面實質調查，經過3次修定，最近於2010年公告的活動斷層共33條，攸關核一、二、三安全的山腳斷層與恆春斷層已列為第二類活動斷層。

2011年日本福島核電廠因地震引發海嘯導致嚴重核能事故，各國紛紛重新檢討核電安全問題，地質安全更是被關注的重要議題。前立委田秋堇於當年在立法院提案通過，對核一、二、三廠進行地質總體檢，台電開始針對山腳與恆春斷層，及鄰近核電廠海域的活動斷層進行調查。

結果顯示，山腳與恆春斷層於1000多年來曾有活動的證據，依活動斷層定義，這2條原屬於第二類活動斷層都應修訂為第一類。

調查資料更顯示，這2條活動斷層都延伸到外海，山腳斷層長度從35公里延長到至少100公里（已超過引發921地震的車籠埔斷層長度）恆春斷層從16公里延長至55公里。由於斷層長度是計算地震造成最大地表加速度的最主要條件，也是計算核電廠耐震係數的依據，此發現相當大撼動了運轉中3座核電廠原有的安全評估。

此外，並確定山腳斷層距離核一廠7公里、核二廠5公里，恆春斷層通過核三廠大門內，距離核島區不到1公里。這些地質新事證在建廠前皆未被納為核電廠耐震係數PGV的評估當中（PGV是地震時廠址的最大地表加速度），導致3座核電廠耐震係數僅為0.3G、0.4G、0.4G（1G為1倍的重力加速度）；其中核一廠耐震係數僅為0.3G，還低於目前大部分縣市建築物的耐震係數為0.33G。

而近年台電所做的耐震強化，也僅是針對台電自己定義的「停機路徑」，做相當小規模的局部補強，並無根本性地解決新發現的地質風險。而2007年日本中越沖地震，新潟縣柏崎刈羽核電廠受損，停止運轉21個月進行結構強化。

曾有核能專家聲稱台灣核電廠的耐震係數都比美國還高，確實如此；但美國60座核電廠中，有58座是考量地質風險後，選在距離活動斷層與地震區域百公里之外，是屬於地震災害潛勢低至非常低的區域。

不僅如此，這幾年台電在金山外海調查，除了山腳斷層之外，還有一條新發現的活動斷層稱為ST-II斷層，斷層長度37公里，僅距離核二廠3公里，一旦發生地震時產生的最大地表加速度必定遠遠超過0.4G。

核電廠不是一般建築物，任何安全性設計都必須以發生最大災害的可能結果作為最嚴格的標準。而台電也承認，若在數十年前選址時，知道這些活動斷層的存在與風險，必然不敢讓核電廠位處現在這些地點。如果都已認知到當時選址之不適當，那還適合在40年執照到期後，再延長使用20年嗎？

雖然，「以核養綠」公投案通過廢除《電業法》第95條第1項，似乎現在或未來的執政者都可以讓核電廠延役。但地質條件不會因為人民或政府的決定而有所改變。核一、二、三延役的討論，誠實面對這些地質新事證，真的是我們無可迴避的責任。

完整內容請見：
https://tw.appledaily.com/new/realtime/20190121/1504149/

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【大家會想要知道社區附近有哪些爆炸的致災因子嗎？】

依據內政部提報「爆炸災害防救業務計畫」，
#統計自80至104年底為止重大爆炸災害案件，
#有6成發生在工廠作業場所，
都顯示著除了天然災害以外，
政府不能忽視人為因素的潛藏災害，
人民更有知的權利，
因為知道風險才能做好防災、救災準備！

依法內政部應針對風災、火災及爆炸災害辦理「災害潛勢、危險度、境況模擬與風險評出之調查分析，及適時公布其結果。」
也就是說，
政府有責任告訴人民，
人民的生活周遭究竟會有那些致災因子，
有多高的風險程度。

但是，內政部卻於104年修訂辦法，
將火災及爆炸災害改成，「得」不公開災害潛勢資料。
修正理由為，
「火災及爆炸災害屬於人為災害、不具特定災害區域及發生潛勢，難以分析潛勢區域。」
令人不解，
就人為災害而言，輻射核災、毒性化學物質等都有可能是人為因素致災，卻同樣必須製作潛勢資料分析，並適時公開。
但為何火災、爆炸災害不用？

然而，
依據「爆炸災害防救業務計畫」(p.9)應變機制之建立，
第3點內政部應依潛勢資料公開辦法建置爆炸災害潛勢資料庫，
國防部、經濟部、交通部、農委會、衛福部、環保署、勞動部、地方政府等應配合提供資料。
顯然，該資料庫有各機關應管制爆炸致災因子清單，
究竟內政部是有資料未辦理災害潛勢調查分析？
還是有調查分析卻不公布？
不公布的考量又是什麼？

查了2011年一份關於潛勢資料庫建置先期規劃報告，
#評估爆炸災害潛勢資料庫公開的影響─#易影響房價地價。
大家也認同這種說法嗎？
房價或地價會比社區知情權，建立防災意識更重要嗎？

或許科學定義上，
災害潛勢圖有分析嚴謹性，
這可以再討論公開爆炸潛勢資料的內容要有多細，
但不應成為政府卸責的藉口。

#淑芬已要求內政部消防署立即檢討辦理如下：
#1應檢討修正風災震災火災及爆炸災害潛勢資料公開辦法。
#2內政部消防署應依災害防救業務計畫，
#將既有各機關申報資料以圖資化公開，#以方便民眾閱讀資訊。