文與圖／陳慧慈

大家一定有將鹽放入水中的經驗。經過攪拌之後，固體狀的鹽會溶解而消失於無形，感覺上鹽已經變成水了。在大地震發生後，新聞經常會報導某些地區發生「土壤液化」，難道真的是指土壤變成了液體嗎？我相信大家都會說：「怎麼可能？」

來做個小遊戲。請準備好一個飯碗份量的乾砂，將三分之一碗的乾砂倒入紙杯後，拿著紙杯輕輕敲著桌面，你會發現杯內乾砂的高度變低了。這是因為乾砂內部有很多孔隙，當受到外來的振動時，小砂粒會產生移動而讓孔隙變少或變小，這種現象就是我們常說的「乾砂變緊密了」。

接著請再準備一個中碗。將飯碗剩下的乾砂全部倒入碗中，然後再倒入水，讓水面稍微高於砂的表面。以手指攪動後，放在桌上約十分鐘，再用手拿著面紙，將表面的水吸乾。這樣，乾砂就變成了「飽和砂」（圖一），也就是乾砂的孔隙都充滿了水（孔隙水）。然後小心地用雙手捧著中碗，並輕輕地左右來回振動。你會看到砂土表面好像液體一般來回晃動，且有水滲出來。停止搖動後，會看到有一層水聚集在表面（圖二）。

在這個遊戲中，我們並沒有看到小砂粒像鹽一樣在水中消失無形，但的確有一小段時間，砂子的表面會變得像液體一樣晃動，所以，研究者就以「土壤液化」來說明這一個現象。耶！你的懷疑是對的，土壤液化並不是指土壤變成液體。

最後一個遊戲就是將中碗的表面水倒掉，並放置約五天乾燥，我們稱這時的砂子為「不飽和砂」。請重複前面來回搖動的動作，這一次你會發現沒有「土壤液化」的現象了。

透過前面的遊戲所觀察到的現象，我們終於可以了解產生土壤液化的原因了。當飽和的砂土層因為地震波通過而振動時，小砂粒會有變緊密的傾向，但是因為孔隙中已經充滿了水，所以這個想變得緊密的傾向，會讓孔隙水的壓力（孔隙水壓）愈來愈大。當孔隙水壓大過小砂粒之間的黏著力時，小砂粒就會懸浮在水中，產生土壤液化；有時候孔隙水也會因為過大的水壓而流出土層呢！至於土壤液化對建築物會有什麼影響呢，我們下一次再談囉。