image: Powerful floodwaters carried landslide debris down the Min River, leaving boulders perched atop what remains of this bridge.
Credit: Gen Li et al.
（加州圣巴巴拉）— 2008年5月12日，7.9级的汶川地震震撼了中国中部。地震破坏性的震动从龙门山的山腰传出，沿着青藏高原东缘扩散。
这场灾难造成逾6.9万人遇难，其中近三分之一被认为死于地质灾害，例如从龙门山山坡上倾泻而下的6万多处山体滑坡。
经过十余年的努力，科学家们终于揭示了这些滑坡泥石的归宿。对震中下游一座水库的调查揭示了区域主要河流搬运这些沉积物的方式与速度，以及其对河道本身造成的影响。研究结果发表于《自然》杂志，表明特大地震引发的灾害可能在地面平息之后依然持续多年。更重要的是，这一研究为地球科学的一个根本问题提供了线索：地震是如何造山的？
震动使山体松动
汶川地震将大量岩石和土壤冲入当地溪流与河流。研究人员关注的是这些物质被河流带走的总量，即沉积物流量。过去的案例研究表明，这种流量分为两类：悬浮在水中的细颗粒沉积物，称为悬移质；以及沿河床滚动或跳跃前行的粗颗粒物质（砾石至巨石），称为推移质（bedload）。
“在我们的研究之前，人们主要关注粒径非常细的沉积物，”论文第一作者、加州大学圣巴巴拉分校地球科学系助理教授Gen Li说。悬移质流量的测量相对简单，只需采集河水样本即可，这是政府机构的日常工作之一。
科学家们早已发现，地震后悬移质流量会增加。但这只是部分事实。
长期以来，人们知道地震后河流携带的推移质会填满河道，引发洪水。科学界普遍认为，地震释放的沉积物脉冲是罪魁祸首。推移质增加会抬高河床，使河道变浅，从而使河道更易泛滥。不幸的是，直接测量推移质流量一直非常困难。
灾难中的机缘
2001年，四川省电力公司开始修建紫坪铺大坝。到2006年，大坝开始拦截流经龙门山部分地区的岷江。该水库位于汶川地震震中下游20公里处。偶然间，它成了地质学家们的完美沉积物捕捉器。
Li和团队与中国的水文部门合作，开始监测进入水库的沉积物。政府机构每天监测悬移质流量，但科学家们还需要更多数据来确定推移质流量。
这项看似简单的工作，实际上需要长达十多年的野外观测。研究团队几天都待在船上，用声呐扫描水库底，通过多次测量的变化计算出沉积物随着时间推移而形成的总累积量。
接下来，只需用总沉积物流量减去悬移质流量，即可得到推移质流量。
惊人的结果
研究团队发现，汶川地震后岷江的总沉积物流量增长了6倍，而推移质流量更是增加了20倍。这意味着，地震后河流中约65%的沉积物是推移质，而在同等规模的山地河流中，这一比例通常只有20%左右。
这一结果并未让论文合著者、南加州大学地球科学与环境研究教授乔什·韦斯特感到意外。他早已预测大地震后推移质运输会非常显著。
但团队关注的不仅是推移质流量，他们还想知道岷江需要多久才能清除地震释放的沉积物脉冲。结果显示，这一高流量状态至少持续了十年——直至他们发表论文前最后一次实地观测时依然如此。
“事实上，我们迄今收集的数据还没有显示总沉积物流量回落到地震前的普通水平。”韦斯特说。
这一发现对自然灾害管理具有重大意义。“通常我们认为地震的影响最多只会持续几年，”Li说，“但这些数据表明并非如此。”大型地震引发的灾害链条可能远超人们预期，甚至持续数十年。
地质灾害的“长尾效应”
这篇论文中的发现有助于研究人员和政府部门认识大地震后的灾害链效应：一次事件引发一连串后续过程，进而放大最初的危害。“地震触发的滑坡就是一个典型例子。”韦斯特说。
“在制定防灾策略时，人们往往把灾害视为离散事件。” 韦斯特继续说。在防灾策略中，资源往往都被集中分配给事前准备和紧急事后应对。“然而，这种短视忽视了后续的长期风险。”
例如，在原地按原有方式重建是不明智的，因为风险不仅没有降低，反而因地形改变而增加。被淤积的河道已无法承受原来其或许可以承受的十年一遇洪水。韦斯特的团队正继续研究由地震及其他类似事件引发的连锁灾害，和一个不断壮大的研究群体共同应对这一重大挑战。
从小线索看大问题
理解地震后的沉积物运输，对于回答地质学中的根本问题同样重要。比如，地震是如何造山的？
理论上，地震会抬升山体，使山脉增长。但本篇论文指出，地震也会通过滑坡侵蚀山体。那么，哪一方占优势？答案取决于具体情况。
在此前的一项研究中，Li通过细致比对2008年5月前后龙门山的卫星图像，测量了汶川地震引发的滑坡数量。在那篇论文中，他计算出汶川地震共搬运了约3立方公里的物质。“这大约相当于全球所有河流一年沉积物流量的一半。”他说。
在同一篇论文中，Li利用法国地质与矿业研究局科学家公布的卫星观测数据，计算了汶川地震抬升的岩石总体积。他发现，山体基部增加的物质量与山坡被侵蚀的物质量大致相当。科学家们再次面临抬升与侵蚀孰占优势的问题。
不过，李根之前的分析只揭示了故事的上半部分。他解释说，地震后山体是增高还是降低，取决于河流搬运滑坡泥石的速度。而他们的新调查显示，十年间岷江已带走了其中10%的物质。
“这一速度能持续十年本身就令人惊讶，”韦斯特说。不过，他补充道，很难据此推测未来的情况，因为未来几十年流域将不断演变。这一问题仍是悬而未决。
在地质构造活跃、地震频发的山地，地震引发的滑坡是这些山脉侵蚀的重要组成部分。然而，全球范围内，山脉抬升与侵蚀的平衡受多种因素影响。水与冰、河流与冰川，甚至动植物都可能导致侵蚀。地震的影响也很微妙，震级、岩石成分以及流域的动态状况都会影响结果。
Li已开始研究这些细节。他对2008年地震后岷江推移质比例为何如此之高感到好奇。他解释说，并非所有位于地震活跃区的山地河流都表现出如此高的推移质比例。例如，尼泊尔喜马拉雅地区的河流在2015年戈尔卡地震后似乎并没有出现如此高的推移质通量。
回答这个问题需要研究滑坡物质本身的组成。诸如山体岩石类型等细节，会极大影响滑坡数量与泥石规模、沉积物的搬运方式以及向下游输送的速度。Li的团队正致力于将粒径数据与先进的模型结合起来，以描述颗粒在流域中下行时的运动特性。
在科学研究中，答案总会引出新的问题。尽管作者们的目光已转向解决一批新的疑问，但他们对迄今的成果颇感自豪。正如韦斯特所说：“能够量化过去难以测量的现象，并且这一成果对从灾害研究到理解地貌长期演化都具有广泛意义，这令人非常欣慰。”
Journal
Nature