桩基础施工技术
一、沉入桩施工
沉入桩所用的基桩主要为预制的钢筋混凝土桩和预应力混凝土桩。断面形式常用的有实心方桩和空心管桩两种。管桩(包括普通的和预应力的)一般由工厂以离心成型法制 成。沉入桩的施工方法主要有:锤击沉桩、振动沉桩、射水沉桩以及静力压桩等。这里介 绍锤击沉桩的施工方法。

锤击沉桩一般适用于中密砂类土、黏土。由于锤击沉桩依靠桩锤的冲击能量将桩打入土中,因此一般桩径不能太大(不大于0.6m),入土深度在40m左右,否则对沉桩设备要 求较高。沉桩设备是桩基施工的质量的关键,应根据土质、工程量、桩的种类、规格、尺寸、施工期限、现场水电供应等条件选择。

2. 施工要点

(1) 沉桩前,应对桩架、桩锤、动力机械等主要设备部件进行检査;开锤前应再次检查桩锤、桩帽或送桩与桩的中轴线是否一致;锤击沉桩开始时,应严格控制各种桩锤的 动能;用坠锤和单动气锤时,提锤高度不宜超过0.50m;用双动气锤时,可少开气阀降低 气压和进气量,以减少每分钟的锤击数;用柴油机锤时,可控制供油量以减少锤击能量; 如桩尖已沉入到设计标高,但沉入度仍达不到要求时,应继续下沉至达到要求的沉入度为止。沉桩时,如遇到沉入度突然发生急剧变化;桩身突然发生倾斜、移位;桩不下沉,桩 锤有严重的回弹;桩顶破碎或桩身开裂、变形;桩侧地面有严重隆起等现象时,应立即停止锤击,查明原因,采取措施后方可继续施工。

(2) 沉桩过程中应注意:桩帽与桩周围应有5 - 10mm间隙,以便锤击时桩在桩帽内可作微小的自由转动,避免桩身产生超过许可的扭转应力;打桩机的导向杆应予固定,以便施打时稳定桩身;导向杆设置应保证桩锤上、下活动自由;预制桩顶面应附有适合桩帽大小的桩垫,其厚度视桩垫材料、桩长及桩尖所受抗力大小决定;桩垫破碎后应及时更换;选用的桩帽,应将锤的冲击力均匀分布于桩顶面。

3. 锤击沉桩的停锤控制标准

(1) 设计桩尖标高处为硬塑黏土、碎石土、中密以上的砂土或风化岩等土层时,根据贯人度变化并对照地质资料,确认桩尖已沉入该土层,贯入度达到控制贯入度。

(2) 当贯入度已达到控制贯人度,而桩尖标高未到达设计标高时,应继续锤入0.10m 左右(或锤击30 ~ 50次),如无异常变化即可停锤;若桩尖标高比设计标高高得多时,应 报有关部门研究确定。

(3) 设计桩尖标高处为一般黏土或其他松软土层时,应以标高控制,贯入度作为校核。当桩尖已达设计标高,而贯入度仍较大时,应继续锤击,使其接近控制贯入度。

(4) 在同一桩基中,各桩的最终贯入度应大致接近,而沉入深度不宜相差过大,避免基础产生不均匀沉降。如因土质变化太大,致使各桩贯入度或沉桩深度相差过大时,应报有关部门研究,另行制订停锤标准。对于特殊设计的桩,当桩尖标高比设计标高高或低时(如拱桥的桥台桩等),应按设计要求处理。

从沉桩开始时起,应严格控制桩位及竖桩的竖直度或斜桩的倾斜度。在沉桩过程中, 不得采用顶、拉桩头或桩身办法来纠偏,以防桩身开裂并增加桩身附加弯矩。

二、钻孔灌注桩施工

1. 钻孔灌注桩的特点
钻孔灌注桩桩长可以根据持力土层的起伏面变化,并按使用期间可能出现的最不利内力组合配置钢筋,钢筋用量较少,便于施工,故应用较为普遍。

2. 钻孔灌注桩施工的主要工序
钻孔前应先布置施工平台。当场地为浅水时,宜采用筑岛法施工。筑岛面积应按钻孔方法、机具大小等要求决定,高度应高于最高施工水位0.5 ~ 1.0m。当场地为深水时,可采用钢管桩施工平台、双壁钢围堰平台等固定式平台,也可采用浮式施工平台。平台须牢靠稳定,能承受工作时所有静、动荷载。

钻孔灌注桩施工的主要工序有:埋设护筒、制备泥浆、钻孔、清底、钢筋笼制作与吊装以及灌注水下混凝土等。

1) 埋设护筒
护筒能稳定孔壁、防止坍孔,还有隔离地表水、保护孔口地面、固定桩孔位置和起到钻头导向作用等。

护筒要求坚固耐用,不漏水,其内径宜比桩径大20 ~ 40cm。 一般常用钢护筒,在陆上与深水中均能使用。

护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0 ~ 2.0m。当钻孔内有承压水时,应高于稳定后的 承压水位2.0m以上;当处于潮水影响地区时,应高出最高施工水位1.5 ~ 2.0m,并应釆取 稳定护筒内水头的措施。

护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定,一般情况埋置深度宜为 2~4m,特殊情况应加深以保证钻孔和灌注混凝土的顺利进行。有冲刷影响的河床,应沉入 局部冲刷线以下不小于1.0~1.5m,护筒连接处要求筒内无突出物,应耐拉、压,不漏水。

旱地、筑岛处护筒可采用挖坑埋设法,护筒底部和四周所填黏质土必须分层夯实。水域护筒设置,应严格注意平面位置、竖向倾斜、倾斜角(指斜桩)和两节护筒的连接质量均需符合要求。沉入时可采用压重、振动、锤击并辅以筒内除土的办法。

护筒中心竖直线应与桩中心线重合,除设计另有规定外,平面允许误差为50mm,竖直线倾斜不大于1%,干处可实测定位,水域可依靠导向架定位。

2) 泥浆制备
钻孔泥浆由水、黏土(或膨润土)和添加剂按适当配合比配制而成,通过泥浆搅拌机或人工调和,贮存在泥浆池内,再用泥浆泵输入钻孔内。钻孔泥浆具有浮悬钻渣、冷却钻头、润滑钻具,增大静水压力,并在孔壁形成泥皮,隔断孔内外渗流,防止塌孔的作用。

钻孔泥浆的性能指标可根据钻孔方法,地质情况具体选用。对大直径或超长钻孔灌注桩,泥浆的选择应根据钻孔的工程地质情况、孔位、钻机性能、泥浆材料条件等确定。在地质复杂,覆盖层较厚,护筒下沉不到岩层的情况下,宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆。

3) 钻孔

根据井孔中土(钻渣)的取岀方法不同,常用的方法有:螺旋钻孔、正循环回转钻孔、反循环回转钻孔、潜水钻机钻孔、冲抓钻孔、冲击钻孔、旋挖钻机钻孔。

(1) 正循环回转钻孔:系利用钻具旋转切削土体钻进,泥浆泵将泥浆压进泥浆笼 头,通过钻杆中心从钻头喷入钻孔内,泥浆挟带钻渣沿钻孔上升,从护筒顶部排浆孔排出 至沉淀池,钻渣在此沉淀而泥浆流入泥浆池循环使用。其特点是钻进与排渣同时连续进 行,在适用的土层中钻进速度较快,但需设置泥浆槽、沉淀池等,施工占地较多,且机具设备较复杂。

(2) 反循环回转钻孔:与正循环法不同的是,泥浆输入钻孔内,然后泥浆挟带钻渣从钻头的钻杆下口吸进,通过钻杆中心排出至沉淀池内。其钻进与排渣效率较高,但接长 钻杆时装卸麻烦,钻渣容易堵塞管路。另外,因泥浆是从上向下流动,孔壁坍塌的可能性 较正循环法的大,为此需用较高质量的泥浆。

(3) 冲击钻孔:冲击钻成孔灌注桩适用于黄土、黏性土或粉质黏土和人工杂填土层,特别适合于在有孤石的砂砾石层、漂石层、硬土层、岩层中使用。施工中应根据现场 地质状况,合理的选择冲击钻。冲击钻成孔一个最重要的关键点,就是泥浆护壁,护壁泥浆含沙量一定要小。泥浆的浓度可以根据试验测定或经验判断,泥浆太浓钻孔速度慢,泥浆太轻护壁容易坍塌。

开始钻进宜慢不宜快,因为护筒刃脚周围岩层要密实有个过程,需反复冲击挤压,因 为这个位置最容易穿孔。施工中注意垂直度校正,2~3m后立即校正,钻孔太深且偏差太 大只有回填重来。岩层一般是倾斜,与钻机接触面位置垂直,此处位置通过回填卵石反复冲钻,直到岩层平整,然后再继续钻进,防止卡钻、孔位倾(斜等。

施工过程中护筒及时跟进,护筒内的水头一定要保持,随时检查控制泥浆指标,不可马虎。随时检查钻机、钢丝绳等,防止掉钻;每天根据钻渣判断地质情况,做好地质柱状 图标识;钻至设计位置后通知监理一起验收,共同确定孔底地质与设计是否一致;钻孔整 个过程控制应严谨,防止刃脚穿孔、塌孔、偏孔、十字孔、卡钻、埋钻、吊钻事故发生。

(4) 旋挖钻机钻孔:旋挖钻机是一种高度集成的桩基施工机械,采用一体化设计、 履带式360。回转底盘及桅杆式钻杆,一般为全液压系统。旋挖钻机采用桶式钻斗,钻机就 位后,调整钻杆垂直度,注入调制好的泥浆,然后进行钻孔。当钻斗下降到预定深度后, 旋转钻斗并施加压力,将土挤入钻斗内,仪表自动显示桶满时,钻斗底部关闭,提升钻斗 将土卸于堆放地点。钻进施工过程中应保证泥浆面始终不得低于护筒底部,保证孔壁稳定性。通过钻斗的旋转、削土、提升、卸土和泥浆撑护孔壁,反复循环直至成孔。

旋挖钻机特殊的桶型钻斗直接取土出渣,不需接长钻杆,钻孔时孔口注浆以保持孔内泥浆高度即可,因而能大大缩短成孔时间,提高施工效率。由于带有自动垂直度控制和自 动回位控制,成孔垂直度和孔位等能得到保证。桶钻取土上提过程中对孔壁扰动较小,桶 钻周边设有溢浆孔,溢出泥浆可起到护壁作用。

旋挖钻机一般适用黏土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土及含有部分卵石、碎石的地层。对于具有大扭矩动力头和自动内锁式伸缩钻杆的钻机,可适用微风化岩层的钻孔 施工。

4)成孔检査与清孔

钻孔的直径、深度和孔形直接关系到成桩质量,是钻孔桩成败的关键。为此,除了钻孔过程中严谨操作、密切观测监督外,在钻孔达到设计要求深度后,应采用适当器具对孔 深、孔径和孔的倾斜度进行检验,符合设计及规范要求后,方可清孔。

(1) 清孔的方法:有抽浆法、换浆法、掏渣法、喷射清孔法以及用砂浆置换钻渣清孔法等,应根据设计要求、钻孔方法、机具设备和土质条件决定。其中抽浆法清孔较为彻底, 适用于各种钻孔方法的灌注桩。对孔壁易坍塌的钻孔,清孔时操作要细心,防止塌孔。

(2) 清孔的质量要求:对摩擦桩,孔底沉淀厚度应符合设计规定,设计未规定时, 对于直径小于1.5m的桩,≤200mm;对桩径大于1.5m或桩长大于40m或土质较差的桩, ≤300mm;对支承桩,孔底沉淀厚度不大于设计规定,设计未规定时,≤50mm。清孔后的泥浆指标,相对密度为1.03 ~ 1.10,黏度为17~20Pa s,含砂率小于2%,胶体率大于98%。
在吊入钢筋骨架后,灌注水下混凝土之前,应再次检査孔内的泥浆指标和孔底沉淀厚度;如超过规定,应进行第二次清孔,符合要求后方可灌注水下混凝土。不得用加深钻孔深度的方式代替清孔。

5) 钢筋笼制作与吊装

灌注桩钢筋骨架的制作、运输与安装应符合下列规定:
(1) 制作时应采取必要措施,保证骨架的刚度,主筋的接头应错开布置。大直径长 桩的钢筋骨架宜在胎架上分段制作并编号,安装时应按编号顺序连接。

(2) 应在骨架外侧设置控制混凝土保护层厚度的垫块,垫块的间距在竖向不应大于2m,在横向圆周不应少于4处。

(3) 钢筋骨架在运输过程中,应采取适当的措施防止其变形。骨架的顶端应设置吊环。骨架入孔一般用吊机,或采用钻机钻架、灌注塔架等,起吊应按骨架节段的编号入孔。

(4) 安装钢筋骨架时,应将其吊挂在孔口的钢护筒上,或在孔口地面上设置扩大受力面积的装置进行吊挂,不得直接将钢筋骨架支承在孔底。

6) 灌注水下混凝土

灌注水下混凝土的搅拌机能力,应能满足桩孔在规定时间内灌注完毕。灌注时间不得长于首批混凝土初凝时间。若估计灌注时间长于首批混凝土初凝时间,则应掺入缓凝剂。

水下灌注混凝土的泵送机具宜采用混凝土泵,距离稍远的宜采用混凝土搅拌运输车。 采用普通汽车运输时,运输容器应严密坚实,不漏浆、不吸水,便于装卸,混凝土不应离析。

水下混凝土一般用钢导管灌注,导管内径为200 ~ 350mm,视桩径大小而定。导管使用前应进行水密承压和接头抗拉试验,严禁采用压气试压。进行水密试验的水压不应小于孔内水深1.3倍的压力,也不应小于导管壁和焊缝可能承受灌注混凝土时最大内压力P的 1.3 倍。

导管应自下而上顺序编号,单节导管作好标示尺度,导管吊装设备能力应充分满足施工要求。导管应定时进行水密试验,以确保桩基施工质量。

灌注水下混凝土时,混凝土拌合物运至灌注地点时,应检查其均匀性和坍落度等,如不符合要求,应进行第二次拌合,二次拌合后仍不符合要求时,不得使用。首批混凝土的数量应能满足导管首次埋置深度(,1.0m)和填充导管底部的需要。首批混凝土拌合物下落后,混凝土应连续灌注,导管的埋置深度宜控制在2 ~ 6m。在灌注过程中,特别是潮汐地区和有承压力地下水地区,应注意保持孔内水头;应经常测探井孔内混凝土面的位置, 及时地调整导管埋深。
为防止钢筋骨架上浮,当灌注的混凝土顶面距钢筋骨架底部1m左右时,应降低混凝土的灌注速度。当混凝土拌合物上升到骨架底口4m以上时,提升导管,使其底口高于骨架底部2m以上,即可恢复正常灌注速度。灌注的桩顶标高应比设计高出一定高度,一般不小于0.5m,以保证混凝土强度,多余部分接桩前必须凿除,桩头应无松散层。

【判了!假“ATM机”案一审宣判——#雷山依法审结一起信用卡诈骗案件# 】李某是雷山县西江镇某村村民,2019年7月5日当夜23时,正准备就寝的李某突然收到了一条手机短信,显示自己3000多元存款被取走,但是存放这笔钱的银行卡却好端端的放在自己的上衣口袋里。满怀疑窦的他只好拨打某银行客服电话,经过查询,这笔钱是在境外被取走的。3000多元钱看上去不多,但却是自己一家四口近半年的生活费,突发这样的情况,李某顿时吓得浑身冷汗。“赶快报警吧!”李某的妻子建议道。

警察上门之后,经过沟通引导,李某回忆起一件两周前的往事——2019年6月19日下午,在西江千户苗寨景区打临时工的李某收到老板转来的务工费,于是,他欣喜地拿着银行卡到西江镇营上村西街的小吃街一台某银行“ATM机”上插卡取钱。他先是输入密码,然后输入金额,“ATM机”上却显示“对不起、抱歉!”的提示,并将卡弹出。他当时也没有太在意,毕竟,眼前这台“ATM机”与其它相比,并没有什么特别不对劲的地方。但经过与民警的交流分析,李某越发觉得自己的银行卡被盗刷,与那一次取款经历有关,而所有的疑点,都指向了那台不太对劲的“ATM机”。

“从天而降”的“ATM机”

2019年夏天,雷山县公安局接到张某的报案以及西江千户苗寨景区西街附近群众的反映,附近一台某银行“ATM机”不太正常,在上面经过读取的银行卡,卡里的存款会被取走,并且取款的地点是在境外。在与某银行联系确认后,某银行表示,他们根本就没有在此处安设过“ATM机”。

民警立即赶往现场,发现这台“ATM机”从外观上几乎看不出任何问题。但是走近细查,却在“ATM机”左侧发现了一处异常的针孔摄像头。正常“ATM机”的工作界面,显示屏上会有七八个服务选项供给客户选择,而这台“ATM机”却只有一个“非金融服务”选项,公安民警通过对自动取款机进行拆解,发现机器上有一台路由器和一台手机。这台仿佛从天而降的“ATM机”,向民警和当地群众指出一个事实——假银行、假“ATM机”,这是一起罕见的犯罪行为!

当时办案的民警并不知道,正当他们透过针孔摄像头凝视向黑暗深渊之时,针孔摄像头那边的犯罪分子也正在黑暗深渊中凝视着民警的一举一动。

当时,所有在场的人都在惊叹,贵州山区一个平静的苗寨中,竟然发生这样一起奇葩案件,而这起案件的背后,一定藏有一只罪恶的黑手。民警意识到,这将是一场与犯罪分子在智商上的较量,一场正义与邪恶势不两立的对抗。而当地群众则时刻关注着案情的发展。

经过公关机关侦破,犯罪嫌疑人陈某落网,关某自首。很快,另一名犯罪嫌疑人常某也落网。经过审查,雷山县人民检察院向雷山县人民法院提起公诉。

雷山县人民法院高度重视本案,组织精兵强将对案件进行审理。通过反复研判、抽丝剥茧,一个堪比“好莱坞”大片般的高智商、跨境作案犯罪行为,被慢慢铺陈开来。

瞒天过海——被告人披露犯罪始末

2019年,陈某与关某结识,并且存在业务上的往来。由于陈某对计算机比较了解,认为可以通过银行监管漏洞“找钱花”,计划是制造一个假“ATM机”来套取钱财,要完成这一项工程,无疑需要人手。

这时,陈某想到了常某,两人曾经因为共同诈骗,被判处了相应刑罚,算是犯罪道路上的“战友”。陈某通过国外聊天软件联系到常某,在得知陈某的想法之后,常某表示愿意加入进来,正式成为了犯罪“铁三角”中的一员。

三人很快达成初步分工,关某负责出钱,陈某负责出技术,常某负责具体实施。经过讨论,三人将对象群体放到了景区游客身上。

“犯罪分子选择将假‘ATM机’设在西江千户苗寨景区,主要是因为近几年贵州旅游成为热门,这让犯罪分子看到了可趁之机。”承办人吴法官如是说:“第一,游客来自天南地北,不了解当地情况,容易上当受骗;第二,游客来旅游时必然需要花钱,使用‘ATM机’的概率极高;第三,从游客通过使用假‘ATM机’导致信息泄露,到银行卡被盗刷期间存在一段时间差,即使发现钱莫名其妙被取走,也很难立即找到原因,这也为公安机关破案增加了难度。”

三名犯罪分子首先盯上了贵州铜仁梵净山景区。通过在景区里里外外“考察”了几天,发现梵净山景区虽然游客往来量大,但却没有适合安装“ATM机”的地方。正当三人心灰意冷之时,偶然见到一辆从梵净山直达雷山西江千户苗寨的旅游大巴。由于近几年西江千户苗寨名气很大,三人决定到西江考察一下。于是,三人从铜仁地区江口县来到了黔东南州雷山县,盯准了雷山县西江镇营上村西街。

“由于国内审查严格,犯罪分子从一开始就将在境外作为他们实施盗刷取款的地点。”案件承办人吴法官披露:“所以在2019年4月11日至14日期间,犯罪分子决定开始实施犯罪时,就已经安排关某前往印度尼西亚、柬埔寨进行取款试验。”

于是乎,租赁门面、特殊装修、制作假“ATM”机、盗取受害人银行卡信息、到境外盗取赃款……三人在犯罪的道路上越走越远,在罪恶的泥潭中越陷越深。

经过公安机关侦查,共有14名受害人银行卡被盗刷,犯罪金额达到33万余元,受害人多为外地游客。

认罪认罚,三名被告人一审宣判

雷山县人民法院法官通过庭审,查明了基本的犯罪事实。被告人关某自首,表示认罪认罚,并主动退赃人民币5万元;随后被告人常某也表示认罪认罚,并主动退赃人民币5万元。但是,在犯罪行为过程中主要负责技术的被告人陈某拒不认罪,导致犯罪相关细节无法查清。

经过承办法官剥丝抽茧般仔细审理,反复推敲本案各项细节,逐步梳理清楚整起案件的逻辑关系,从而精准掌握了案件犯罪事实和基本细节。通过法官耐心引导劝诫,终于攻破被告人陈某的心理防线,最终陈某当庭表示认罪认罚,并如实供述了自己的罪行。

经过审理,雷山县人民法院认为,根据《中华人民共和国刑法》第一百九十六条以及最高人民法院、最高人民检察院《关于办理妨害信用卡管理刑事案件具体应用法律若干问题的解释》第五条规定,窃取、收买、骗取或者以其他非法方式获取他人信用卡信息资料,并通过互联网、通讯终端等使用的属于“冒用他人信用卡”的行为,构成信用卡诈骗罪。

本案涉及金额巨大,被告人利用当地发展旅游之机,在景区犯案,盗取银行卡信息并通过科技手段跨境作案,在当地乃至全国都造成较大负面影响。

在三名被告人都在庭审过程中认罪认罚后,雷山县人民法院根据被告人犯罪事实、性质、情节和对于社会的危害程度,以及被告人认罪悔罪态度,退赃表现等对被告人判处有期徒刑,并处罚金。同时,对被告人骗取赃款进行继续追缴,对被告人常某、关某退赃的人民币10万元向受害人进行退还。 (雷山县人民法院)#黔东南身边事#

近年来,大连理工大学唐春安教授提出了一个全新的地球演化与全球变暖假说——“地球大龟裂”,也称“锅盖理论”,引起了很多人的关注。虽然这是个假说,有些看法还和主流观点相悖,但科学正是通过大胆猜想和探索而不断前进的。
板块构造假说已经提出五六十年,并被地球科学界基本不加怀疑地接受。但是,板块构造假说并不是一个有关地球演化历史全周期的理论。它所描述的板块,只是魏格纳大陆漂移后形成的格局,只有近2亿年的历史。在太古代地球演化的早期,地球处于液态演化阶段,没有岩石圈。当时的地球表面只有可以随意流淌的熔岩。没有大陆,没有海洋,没有生命。地球演化过程不仅涉及板块形成、漂移和俯冲,还涉及地壳形成、海洋诞生、火山与溢流事件、生物演化与灭绝、雪球事件与冰河期及全球变暖等诸多重大地质事件。地球为什么时而冷若冰霜、时而热如炼狱?它们之间究竟有没有内在联系?板块构造理论并不能很好地回答。

地球形成固态地壳 好比火锅被盖上了锅盖

对于地球系统的演化而言,由于地球系统属于内能外泄型的巨型宏观开放系统(以地球形成初期原有的热能和半衰期可达数十亿年的放射性元素衰变热为主,伴随有太阳能的输入和地球辐射热的输出),任何地质作用过程都是地球内能耗散的过程(即熵增加)。

地球从形成初期的熔融液态演化到具有岩石圈的固态地球,其中最重要的标志,就是地球的液态表面因冷却发生相变,形成了固态地壳。这一过程好比逐渐变冷的火锅被盖上了锅盖。锅盖效应,导致地球像高压锅反复喷气一样(即锅内温度、压力会周期波动)产生温度的周期性变化。地球诞生、成长和消亡的全生命周期中,地壳的形成、裂解、聚合,曾多次像锅盖一样封闭地球。这种岩石圈封闭地球的作用必然引起地球内部升温,从而产生高温、高压的积累。经过漫长地质年代的间歇期,以地球内部放射性衰变为主的热积累,必然造成岩石圈的逐渐膨胀,从而引起地壳应力增加,直至地壳破裂,造成地球内部的熔岩灾难性地爆发,并以猛烈的形式向太空释放热量,成为地球变冷的本质原因之一。

只要地球不断膨胀 就逃脱不了以龟裂形式胀裂

龟裂现象随处可见。池塘干裂、陶瓷冷缩等等,都会因为表面层产生拉应力而形成龟裂。龟裂也会在不同尺度上发生。如6亿年前的细胞分裂、孩童玩耍的泥团,甚至地球表面的洋中脊裂谷系。

龟裂是一个力学系统以能量最小、路径最短原理形成多边形裂纹的临界自组织现象。球壳破裂行为的研究,可能对于解释板块构造和大陆裂解有重要的指导意义。当人们重构冈瓦那大陆在2亿年前裂解初期的块体边界分布时,发现由2万多公里长的裂缝所组成的多边形块体令人称奇的规则。不仅如此,当分析劳伦古陆从劳亚古大陆分裂的情况时,人们也发现了类似的“几何多边形”现象。

运用数值计算方法,可以模拟球壳在内部温度上升过程中膨胀并产生表面龟裂的现象。根据模拟结果可以推测,地壳在温度膨胀(特别是熔融扩容)作用下的力学状态,完全能够满足产生地壳龟裂的力学要求。只要有关地球内部放射性衰变产热的假说成立,地球在内部温度作用下膨胀的事实就不可否认。那么,只要地球不断膨胀,就终将逃脱不了以龟裂形式胀裂的命运。这一发现的重要科学价值在于,它为地球演化历史中可能出现全球尺度或超大陆尺度的地壳裂解找到了一种理论解释,从而可能为全球尺度的冰期、地球变暖乃至生物大灭绝等灾害事件,提供了一种新的驱动机制解。

地球破裂造成的热平衡波动 致冰河期形成

根据地球大龟裂假说,可以发现地球大破裂具有两种制冷效应。第一种是大龟裂诱发大规模火山喷发或玄武岩溢流,从而造成大量释放热量。根据能量守恒原理,地球内部逐渐积累的热量不能补充因地壳快速破裂而损失的热能,地壳变冷势在必然。第二种制冷机制,涉及大龟裂造成地壳底部大规模降压。这种大规模降压可能产生大规模降压熔融。而熔融是一个吸热过程,降压熔融过程中的吸热,必然导致周围地壳降温。降温的高低,则与地壳破裂的程度有关。

因此,根据地球大龟裂假说,冰河期的形成可能与地球自身破裂所造成的热平衡的波动有关,是地球大龟裂的必然结果。资料表明,新元古代冰期就是发生在罗迪尼亚超大陆裂解之时或之后。有学者认为超大陆裂解是形成这次冰期的直接原因之一。

生物大灭绝事件 可能与地球大龟裂有关

对于地质历史上出现的多次大规模灭绝事件的原因,学界一直众说纷纭。其中一次最著名的灭绝事件导致了恐龙的消亡。较为主流的观点认为,大约6500万年前一颗小行星撞击了地球,导致了这场浩劫。但是波士顿大学的马修·杰克森和他的同事们提出了另一种观点,他们认为当时大量的岩浆通过裂隙喷出地表,从而抹去了地球上无数的生命。如印度的德干玄武岩区形成的时间,恰好与恐龙灭绝的时间相符。地球大龟裂造成地球演化过程中的热-冷转换,必然间歇性地打断生物演化的进程,造成可能的全球性生命浩劫。

越来越多的证据表明,地质历史上出现的许多大灭绝,似乎都和规模巨大的岩浆喷发活动同时出现。大约2.5亿年前,地球上海洋生命的95%、陆地生命的70%惨遭厄运,科学界称之为“二叠纪末大灭绝”。有关这次灭绝的原因,我国学者金玉玕等早在2000年就在《科学》杂志撰文,认为大规模岩浆喷涌活动是这次大灭绝的元凶。他们发现,大灭绝在不到50万年的时间里发生,并与西伯利亚玄武岩溢流事件的时间吻合。加拿大卡尔加里大学研究人员的研究成果也再次证实了这个答案。他们认为,造成二叠纪末大灭绝的原因,就是大规模的火山爆发导致海量的碳燃烧,由此产生的有毒烟雾云对全球陆地和海洋产生了巨大而广泛的影响。

如果地球大龟裂假说所推论的温度周期模型正确,那么,不仅可以容易地推定生物灭绝事件与地球大龟裂造成的岩浆活动有关,而且可以推定,在生物的演化进程与温度周期之间,也应该存在密切的联系,这为从地球热周期活动出发研究生物进化与灭绝的规律提供了新的思路。

大陆漂移与停滞 应该与温度周期相关

地质学家张祖还先生早就计算过,如果没有其他放热机制干预,只要经过几亿年的积累,地球内部的放射性衰变热就可使整个地壳达到熔化程度。因此,即使通过地球破裂可以释放热量,但在地球出现极端高温时,部分薄壳发生熔融是可能的。

断定14亿至13亿年及2亿年左右,地球曾经出现过薄壳熔融是地球大龟裂模型中的一个大胆推测,并认为这是大陆可以产生漂移的基本前提。尽管目前还难以找到令人信服的证据来证明这一点,但通过对地球演化过程中地层锆含量分布的分析,对于14亿到13亿年间和2亿年左右地层锆石含量分布极少的事实,只有大胆地假设地球一定处在罕见的极端高温时期,才能更好地理解。这两个“罕见的极端高温”阶段,很可能出现过部分薄壳熔融。如果这个命题成立,那么,魏格纳的大陆漂移问题就迎刃而解了。

根据地球大龟裂模型中的温度周期假设,既然地球进入高温期可能出现局部熔融,进入寒冷期则会出现再次凝固。那么,大陆漂移的速度应该与温度周期相关。当地球进入高温期时,岩熔活动活跃,大陆可以裂解、漂移。而当地球进入寒冷期时,岩熔活动停滞,大陆的漂移也可能出现停滞。这一推断与美国华盛顿哥伦比亚特区卡内基研究所的两名研究人员西尔韦和贝恩在《科学》杂志报告的成果是一致的。他们经过研究发现,大陆并不是一直在运动,板块构造运动曾有过全部停止的时刻。他们通过调查铌、钍和氦的两种同位素在古岩石中的分布情况,这些元素都是地球内部温度随着时间流逝而逐渐冷却的可靠指标。这一冷却过程很可能意味着板块构造活动的相应减缓或停止。

特别观点

地球变暖或并非二氧化碳所致

近年来,许多气候学家都将大气变暖的原因,归咎于人类活动产生的二氧化碳等温室气体。然而,纵观地球演化的历史,曾多次出现与地球高温周期相对应的碳循环,因果并未定论,至少不是人类活动所致。

资料表明,造成气候变暖的温室气体效应中,二氧化碳的比例只占0.117%,而水蒸气的比例则高达95%,是二氧化碳的800多倍。因此,有人认为,综合考虑水蒸气凝结相变辐射和大气中水蒸气的热容量,二氧化碳的大气温室效应完全可以忽略不计。基于这一分析,我们完全有理由怀疑全球气候变暖的原因是人为二氧化碳排放的增大所致。

如果上述结论正确,那么全球变暖一定另有原因。根据北京石花洞石笋重建的温度记录,在两汉、隋-盛唐、宋-元和现代几个温暖时期,特别是从15世纪小冰期以来,北京地区温度就一直波动上升。《科学》杂志发表的全球多个采样点500年来全球温度变化的样品分析数据也表明,早在工业革命以前,全球气温就已经从小冰期返回并不断上升,说明除了工业“温室效应”这个原因之外,更为重要的原因则是自然背景的地球内部的热量积累。这种地球内部的热量积累,波及到地表,就是人们所感受到的全球气候变暖。

地球内部变暖诱发冰盖底部融化现象,可能说明南极冰盖融化是地球变暖而非气候变暖的重要证据。在南极大陆厚达数千米的冰层覆盖之下,目前已经探明至少有200多个地下淡水湖泊,包括最近俄罗斯科学家在南极钻探发现的世界第三大淡水湖——东方湖。这些千米冰盖之下的淡水湖,可能是地球内部变暖的重要证据,即冰川的消融首先从接触地面的冰盖底部开始,因为来自地球深处的增温,首先是通过地层与冰盖的接触面进入冰盖的。

事实上,地质科学家已经发现,南极西部冰原不仅处在一个火山活动带,而且在南极西部冰盖下,存在着一个比美国科罗拉多大峡谷更长、更深的巨型峡谷。正是这条大峡谷,将地壳中的热量源源输送到冰盖底部,造成冰盖底部融化。这可能是南极西部冰原融化的最主要原因。

格林兰冰原因岩石圈变薄而引起冰盖底部融化并向海洋注水的例子,也可以成为地球内部变暖的证据。


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