山火与环形地质裂带的奥秘

作者：陆玲

 

地质裂带对山火的影响

 

M：我想，在裂带岩层上的植被比别处更容易发生山火，至少有几个因素吧。可从山火构成的基本要素来看。山火形成，需要燃烧物和火种；山火发展快，无非具备了某些助燃因素。

G：恩。燃烧物和火种起码要有的。

 

——来自地质裂带的燃烧物

M：裂带里和裂带外都有更多的燃烧物。

在地球表面一般的环形山脉都是裂带，较大的裂带中一般有溶洞，溶洞一般都有可通向山体外的出口，如果把裂带里的溶洞理解为“脉管”的话，它的出口可为“气穴”了。

同一座山，在岩层土壤等条件接近的条件下，这些地方的植物一般都比较繁茂——因为，它是山体气脉管道和外部的水气、负离子和其他矿物元素密集进出的地方。裂带气穴附近的植物多，说明可燃物质也多，对么？

其次，很多裂带岩层里储藏着有机矿物，比如：煤矿、石油和天然气。[注2]

特别是可燃气体，它通过裂带很容易被输送到各个裂口。我们看到很多山火燃烧的场面，非常震撼，假如只有植物燃烧是不可能形成如此规模的火势和烟云的，它们燃烧持续的时间特别长，总是难以扑灭。[图7]

 

 

G：OH MY GOD！好像火山爆发！

M：说对了！“构造性山火”的形成机制，跟火山爆发基本相同。但火山和山火裂带构造有一些差异。火山一般在一个环形地质裂带上再复合一个“天坑”——另一个陨击构造中心区的气穴。因而，其能量释放的形态、对地面植被影响等存有一定的差异。其实，有不少森林大火也是火山引起的。

你再看看这些图。[图8]

 

——来自地质裂带的雷电

M：自然山火的火种，主要来自雷电。地质裂带也存在雷电形成的基本条件。

G：什么？雷电不是从天上来么？

M：它来自地下。

它的运动特别迅速，很不规则，电光闪在天幕上，又常常造成对地面影响。这样很容易被人认为雷电来自天空了。

闪电起源于地下，来自裂带。它们是裂带里粒子流被内部空气强烈地压缩、导致强烈释放与裂带外粒子场摩擦形成的。你看看闪电过程在天幕上形成的图案就能发现它们的形态虽然各种各样，但跟山脉裂隙是大体类似的。大部分是枝状的（也有球状、碟状的旋转体）。粒子流离开裂带后的运动路线不太规则，有的攀上高空，有的仍在地面运动，有的从高空倒转下来，等等。这些都是多个粒子云团流动相互作用的结果。

 

雷电来自地下，还可以通过火山伴随雷电过程；雷区总是固定在某些地方；

此外，雷电发生时，一阵阵释放能量的脉冲节律，使我们知道它需要空气压缩的特殊条件，在完全开放的地表空间这是难以具备的。

 

[图9]

 

G：这些雷电，壮观！

M：因为，闪电可形成自然火种已被大量事实证明。我提到自然火种的来源，是顺便说说其形成机制而已，这样就比较容易明白，为什么许多山火多处火种，都会“自动”分布在同一个环形裂带上了。

G：是不是，自燃的山火都是闪电形成火种的？

M：一般可以这样理解，绝对就不敢说。不过，我想补充一点，有一部分火种可直接由闪电形成，有的则是间接的。闪电形成火种后，还可以通过地质裂带内部和外部的燃烧物沿着环形裂带迅速蔓延。

 

这里还有几张图，你能看到更多的火圈——山火环形分布。

[图10]

G：哦，多么奇特的火圈！

 

——来自地质裂带的“助燃剂”

M：河河，更奇特的是，地质裂带的“助燃剂”和助燃机制。

如果山脉里的溶洞是连通的，而有多个裂口通向地面，这好比地下隧道的通风口，对么？它就依据空气对流的原理带动与之相关的气体运动。除非气穴吐出的是惰性气体，或者空气反吸。否则，不仅可因为洞内大量的电离子集中喷发引发雷电形成火种，大量的空气从裂带里喷出来，更增大了风力，直接起到助燃的作用。

G：哦，这样，一个火头先形成，后面的火头就沿着裂带形成、蔓延了。很像有的农村用木柴烧饭生炉子，火被点燃了，给它吹点风，火就更旺。

M：对！空气可以助燃，跟植物一起燃烧火势就更大了。所以在裂带气穴附近的山火真的很难对付。

 [图11]

 

——来自地质裂带的“怪风”

M：来自山火火场的报道经常提到，消防人员遇到的山火风力特别大，风向多变，甚至出现旋转风，他们虽然经过特殊训练也常难以判断……

G：很危险的。

M：有的牺牲正是这样酿成的！

灭火危险，牺牲难免。但在掌握了裂带构造点及其空气运动规律以后，这样的牺牲将能大为减少吧。你看看，总体风向没变、局部的地势也没有变，但山火的局部风向总是多变。那么，原因该在地里吧？

G：恩。

M：风是空气流动产生的，空气流动主要在不同区间空气密度、温度动态平衡的过程发生。在火场，空气热胀冷缩可导致气流运变化和运动，特别是裂带内外出现温差和空气压力差变化的时候，这种运动就更加明显和剧烈。

 

山火运动方向多变从裂带来看，主要有两个原因。

（1）裂带外的形态比较容易判断，但岩层内部构造复杂性以往没有被注意。

比如，有的山洞垂直是圆柱形的，有的侧向延伸到里面的大隧道里，是的是旋转形的……从不同洞口出来的气流形态难免不一样。

（2）裂带里出来的气流还可能因为各种因素导致变化。

根据对相互关联裂带构造的推理，这跟山火在地面逐步蔓延和被扑救“水弹”降温时导致各个地段温度变化形成的构造性温差、使地下裂带里的气流受到热力和压力差的影响也有关。空气总是高压（高温）处与向低压（低温）处的对向运动，最后融合平衡了才“静止”的。

所以，在布局灭火时，对风向转变的趋势要有更多的预见和保持警惕。

 

G：OH MY GOD。裂带像没有气阀的大煤气炉？

M：是的，希腊山火火场，好比有一条条管道伸进了地中海的岩层里，假如一个直径30公里多的环形地质构造、其裂带总长度便接近100公里，况且它可能还跟其他地质裂带复合、相连。在相关构造岩层里，储藏着煤矿、石油、天然气、有硫、磷矿等易燃矿物是很平常的。[注3]

不过，这些裂带里的溶洞不是完全封闭的，它跟天然气田里的可燃物浓度比，稀少多了，平常人的鼻子闻不到特殊的气味，往往容易被人忽略。

 

G：对付这种构造性山火真的很难了？

M：确实难。在对常规的森林防火方法总结提高的基础上，针对地质裂带与山火的发生发展规律，还是可以找到比较有效的防火和灭火办法的。