一、蛇蟠岛在什么地方？

1. 在去浙江省杭州市的火车上小木与小小的对话

小木：我叫小木，她叫小小。我们都是西安市的小学生。我们从来没有离开过西安市，更不用说跟着我们的高老师到浙江省三门县的蛇蟠岛去旅游，还学知识了。我们高兴极了，真像做了梦一般！你呢？小小！

小小：我也是，十分高兴！另外，高老师到蛇蟠岛还有什么重要的事吗？

小木：听我妈妈说，高老师为了到蛇蟠岛与蛇蟠岛景区的老师们探讨合作课题的科学问题，并顺便从岛上取些岩样回西安做试验。但这些我们都不懂！

小小：等我们长大了就慢慢懂了。高老师这次出差愿意带我们两个小学生一起去，真的好高兴。我们一定要听话呀！

小木：对！不仅要听话，而且还要尽量帮高老师做点什么事吧！

2. 这时高老师走过来小木和小小与高老师的对话

小木：高老师，谢谢您带我们这两位小朋友走那么远的路，到蛇蟠岛。

小小：是呀！我们真的很高兴呀！

高老师：别客气！带你出来，不仅玩，而且要你们好好学周游一下我们伟大祖国的大好河山！

小木：高铁开了那么长时间了还来到了浙江省杭州市！我们国家真是地大物博，了不起呀！

小小：我们长达了，好好学点本事，保卫祖国，建设祖国！

高老师：说的真对！你们一定得“好好学习，天天向上”呀！

小木：请高老师放心，我们一定会的！

3. 蛇蟠岛在什么地方？

小木：我们还要问一下高老师，我们要去的蛇蟠岛在什么地方呀？

高老师拿出一张地图（见图1）给小木和小小后，问你们看得懂地图吗？

小小：让我们看看，这是一张浙江省地图，另外，根据图中右下角标有三门县标识的，我们要去的三门县蛇蟠岛在这里！高老师，我们记得对吗？

图1 浙江省三门县蛇蟠岛的位置

注：其中，为蛇蟠岛大型古地下采石场洞室群

高老师：完全对！但这张图仅告诉我们蛇盘岛的位置，但它的形状是什么样的呢？

小小：我也很好奇，蛇蟠岛的形状是长的还是圆的？

小木：我也想知道它的形状，不会像条蛇吧？长长的，弯曲的？

高老师：不会的，请你们看第二张图（见图2）。

图2 位于三门县东西三门湾中的蛇蟠岛（来自Google，有修改）

小小：我看见了它在这里！小木，它的形状可不像你刚才说的长长的，弯曲的，像条蛇。

小木：是！高老师那是为什么呀？

高老师：答：让我们来看看古人是怎么说的？

清代光绪《宁海县志》[1]说过：“蛇盘山，在县东南海中，四周皆水，相顾盘屈如两蛇。”

小木：老师能否进一步用我们俩听懂的话再说一遍？

高老师：当然可以！上述“蛇盘山”就是指蛇蟠岛。它在东南海中，“四周皆水。”这句话你们一定都能听懂吧？

小木：对！那么下一句呢？“相顾盘屈如两蛇。”

高老师：是指在蛇蟠岛上有两座山，即位于岛东南面的现在称为蛇蟠山的较大的山和位于岛的西面的小蛇山（见图3）[2]。远看这两座山都像一条蛇盘起来的蛇。这里还应说，现在当地居民已把蛇盘岛改名为蛇蟠岛了。

图3 蛇蟠岛的景区和村庄分布图**[2]****（来自Google，有修改）**

小小：我还有一个有趣的问题：上午我们乘车从杭州过来即蛇蟠岛上时，好像没有经过岛与大陆之间的水域，而图2中却明确地显示了蛇蟠岛与大陆之间有一道水沟的。这是怎么回事呢？

高老师：小小，你好细心呀！我们上午过来时，岛与大陆之间确实是连载一起的。为了回答这一疑问，让我们再看看参考文献[3]所示的这本科普书是怎么说的。书的第2.1节第2段中明确地指出“自上世纪60年代以来，经人工围垦，”蛇蟠岛与大陆也于1978年连在一起了。

4.岛上的行政村分布

小木：还有一个问题，图3中所示的黄泥洞村、山前村、山后村和小蛇村是蛇蟠岛上的四个行政村吗？

高老师：说的对！另外，岛上还有一个蛇蟠岛乡政府呢！

小小：至此，还有一个小问题，但说起来有点害怕，即蛇蟠岛上的蛇多吗？

高老师：这个问题，不仅你这位小朋友提出来，在游客中有少数大人也提过。据我了解，有蛇，但很少！尤其在游路上，由于游人很多，即使有蛇，它们也跑别处去了。所以在蛇蟠岛上旅游，应注意遵守景区管理部门出的一些规定，就不会出现蛇伤人事件！

至于蛇蟠岛名字的“蛇”字，我们也在前面介绍情况时解释过了，想必理解！

小小：明白了！多谢！

小木：图3中除显示了四个行政村和乡政府的位置处，其它名字都是岛上主要景区的名字吗？

高老师：对！在蛇蟠岛国家矿山公园中主要有野人洞、狮子洞、清风洞、海盗村、滑泥公园等五个主要景区。其中滑泥公园位于图3中玲珑山南向的海滩一带，但图中来注明滑泥公园的名字。

小木：那么图3中所标的潜龙洞、大坑山和孝头呢？

高老师：它们也都是有特别之美，值得观赏，但目前尚未开发对外开放！

小木：那么多景区！

高老师：你要知道蛇蟠岛是一个“千洞之岛”，旅游资源确实丰富。

4. 关于民族英雄文天祥的故事

小小：高老师，在我们离开西安到杭州的前一晚上，就爸爸同我说：高老师要带你去浙江省三门县的蛇蟠岛去看我国大好河山的美景，并可学到许多知识，这是大好事，我们也支持你去。路上一定好好听话呀！另外，我虽然没有去过哪里，但我听说过在我们国家南宋末年有一位民族英雄到过那儿。他叫文天祥是朝廷的一位丞相。在最困难的时期，他誓死不降外侵之敌，抵抗到底！你去那里，也要看看他到过的地方，学习他的民族英雄气质！你回来要讲给我听，好吗？所以高老师，请你转详细地告诉我们他在这里的事迹，让我们学习他。可以吗？

高老师：让然可以！在南宋末年，由于元兵的入侵，使国家陷入战乱困境。当时担任南宋王朝右丞相的文天祥在保卫战失败后随船漂泊在三门湾乱礁洋一带。他面对一片海天胜境，想起了以往的九死一生的情境，并肩负着匡负社稷的重任，而有感而发，写了一首《乱礁洋》五言诗：[4]

海山仙子国，邂逅寄孤蓬。

万象画图里，千崖玉界中。

风摇春浪软，礁激暮潮雄。

云气东南密，龙腾上碧空。

令人敬佩的是，文天祥在这首诗中所表达的不是困惑、失望和愁云密布，而是把这一片描写为“海山仙子国”和“万象画图里，千崖玉界中”。另外，他在这首诗中还抒发了战胜蒙古侵略者的雄心壮志，“礁激暮潮雄”和“云气东南密，龙腾上碧空”。

另外，关于诗名乱礁洋的位置，据分析它位于蛇蟠洋的附近，而蛇蟠洋正是上文的图2的右下部分有一处标有“三门湾”及以东的海洋中。

文天祥，是一位多么了不起的民族英雄啊！你们俩太小，还不能深刻领略他的英雄气概，但你们记下了，今天你们亲眼看见在这里文天祥来过的地方和在他写过这首豪迈诗句的海洋，以后慢慢学吧！

小小：我们一定会记住高老师的教导的！回家后，我也会向我爸爸汇报的。

二、在鲨鱼湾景区学到的一些科学知识

1. 鲨鱼湾景区在什么地方？

小木：高老师我们这次出游和学科学只是的目的地是鲨鱼湾景区。请问它在蛇蟠岛的什么位置。

高老师：鲨鱼湾景区是图3所示的海盗村景区的一部分。它位于海盗村景区的入口处所对着的院子里。它的立体部分就在院子的东南方。

小小：那它在得什么样啊？

高老师：绕过眼前的海盗石雕像，我们就看到了海盗湾的主要景象了。从图4（a）~（d）等4张照片就可以看出它的概况了！

（a）

（b）

（c）

（d）

图4 鲨鱼湾景区的景象

小小：啊？有许多山洞，真神奇！

2. 分布在景区里的主要是什么岩石？

高老师：当你们这些初次来蛇蟠岛，且从未见过这些山洞的小朋友们来说，一定会感到神奇的！

小木：真是这么回事！那么请问高老师，鲨鱼湾景区中主要分布的是什么岩石呀？

高老师：凝灰岩！

小小：我们一看到这些山洞及它们周围的岩石，觉得有一种红红的颜色。高老师，你能否进一步告诉我们，其他地方也有凝灰岩吗？它们的颜色也都是红色的吗？

高老师：地球很大，地球表面有很多地方都有凝灰岩。例如离这里不远的浙江省温岭市的长屿洞天[5]、天台县的黑洞[6-7]-、仙居县的飞凤岩[8]等景区所分布的主要岩石也都是凝灰岩。你们的爸爸妈妈带你们到这些景区旅游过吗？

小木：没有，但除了天台黑洞外，其他两个景区都听他们说过。

高老师：等你们长大了，都去看看这些神奇的景区吧！

小小：我们都盼望着去看看！

小木：世界上有那么多凝灰岩，那它们又是如何产生的呢？

高老师：是火山喷发所产生的大量火山灰，经成岩而产生的！

小木：这么神奇！

高老师：你们细看，以下两幅中央台发的两张照片（图5和图6）也许就明白了！

小木：关于凝灰岩是火山灰形成的问题。明白些了，但似懂非懂。等以后一定会搞清的。

图****5 2017年1月29日夏威夷基拉韦厄火山喷发[9]

图****6 2017年3月21日秘鲁南部火山喷发[10]

小小：我也是！

高老师：说得好！一定会！

小小：我还有一个很吸引我的有趣问题：刚才我还问了，这里凝灰岩是红的，其它地方凝灰岩的颜色也都是红的吗？

高老师：我正想回答这个问题。首先，我想纠正一下，这里的岩石的颜色是红的，但更确切地说，它们是赭红色的。

小小、小木：对！

高老师：至于其它地方的凝灰岩，倒如刚才所说的长屿洞天景区、天台黑洞景区和仙居县飞凤岩景区的凝灰岩，都是灰白色的！

小小：真奇怪，是灰白色的！我们没有去看过，它们的凝灰岩是灰白色的！高老师，你手机上有这些岩石的照片吗？

高老师：还真有！作为例子，我这里有一张有关以前古人曾采用很有可能来自温岭市长屿洞天大型古地下工程（或称大型古洞）的石板制作而成的古石窗的照片。（图7）让我们来看看它是什么颜色！另外，对于图7还需作以下两点说明：第一，这一灰白色的长方形古石窗的四周所设的略高于石窗窗向的4块石条则是用产自蛇蟠岛本地的赭红色的凝灰岩；第二，它所刻的图案是“一根藤石鹿窗”。这头梅花鹿在一株梅花树玩耍，真的很美。至于“一根藤”，是指鹿周围所刻的采用垂直方条和水平方条按一定规律搭配起来左右对称、上下对称的“藤条”。实际上“一根藤”是一种由古代石匠持续下来的石雕工艺！图8则采用来自蛇蟠岛本地某一古地下菜市场的呈赭红色的凝灰岩石板制作的古石窗的照片。

图7 一扇采用很可能采自长屿洞天古洞的灰白色凝灰岩石板制作的古石窗

图8 一扇采用来自蛇蟠岛本地古洞的赭红色凝灰岩石板制作的古石窗

至于图8所示的由蛇蟠岛所采的呈赭红色的凝灰岩所制作的古石窗，名为“如意卷草窗”。如细看整个窗面，可以发现窗的中央刻有一块“如意”，象征着吉祥和财富，四周绕着它的周围则是左右对称，弯曲自如的“草丛”，很具美感，这代表古代工匠高超艺术想象力和雕刻水平。[11,12]

小木：高老师你讲的真好！让我们又学到了一些关于古石窗的知识了，多谢老师！

高老师：如果我们通过图7石窗的灰白色凝灰岩与图8石窗的赭红色凝灰岩的近距离对比，或通过图7石窗的灰白色凝灰岩与设于它四周的赭红色石条的近距离对比，两者的颜色差异可以分级十分的明显的了。

小小：高老师，如果从石村角度看，这里见到的赭红色凝灰岩与灰白色的凝灰岩相比，那种颜色凝灰岩更受老百姓的欢迎呢？

高老师：那当然是这种赭红色凝灰岩了，这是因为我国老百姓是喜爱红色的，也正因为如此，岛上的这总赭红色凝灰岩也就被人们称为“蛇蟠石”了！

小小：真棒！那我能否进一步问一下，为什么蛇蟠石呈赭红色呢？高老师，让我们来看看这本由杨俊健、张中俭、郑子琦、杨志法合写的《蛇蟠岛野人洞景区的科普百问》（中国科学技术出版社，2023）[3]书就可以了，因为在书中第一6节中已有答案；“凝灰岩的颜色通常取决于岩石中所含的染色物质，当岩石中含有足够多的铁质，并以呈红色的三氧化二铁（Fe2O3）出现时，该种岩石就呈以红色为主的颜色了。”

这里还应指出，岩石中铁的含量可用全铁含量表示。为此专著[2]通过对蛇蟠石岩样进行的全铁化学分析（XRF），结果表明蛇蟠石的全铁含量（Fe2O3）高达1.50%，如表1所示。

表1 表2.1由全岩化学分析（XRF）得出的岩样的主量元素（学位：wt%）****[2]

|| ||

由于蛇蟠石的全铁含量达1.50%，所以在“蛇蟠石中的含铁矿物因蚀变而发生分解后，它的铁离子可被氧化而形成转变的呈红色的铁的氧化物或氢氧化物（如赤铁矿或褐铁矿）。结果，蛇蟠石就呈现出所看到的赭红色了”。[3]

小木：尽管上面高老师所揭示的蛇蟠石为什么呈赭红色的原因的文字中含有很多化学方面的词汇，我和小小都很难完全听懂和理解，但也已经大致听明白了。多谢高老师！

高老师：别客气，还有问题吗？

小小：刚在我们位于广场西北角的石栏杆的后面向前望去看到一个奇景，即一艘自备一门火炮的“红帆船”，是真的吗？可看上去都不像真的，为什么呢？

高老师：你带我们去你去过的位置去看那条“红帆船”吧！

小木：高老师，小小，你们顺着我的手指所指的方向看过去，这是一艘特别有意思的“红帆船”（见图9）；你们看，

图9 一艘以一块岩体断裂面为“帆”的“红帆船”

它是以一块紫红色的直立岩面为“帆”，加以一根支撑“帆”的黑色木头为桅杆立在一块像船一样的蛇蟠石，构成了一艘带炮前行的军队“红帆船”。高老师，小小，你们看这多有意思呀！

小小：真好玩！

高老师：在艺术上，它的构思确实有独到之处，值得点赞！但今天我还想再问你们一个地质方面的问题：这块被当“红帆”的岩石为什么比它周围的蛇蟠石的赭红色还要“红”呢？

小小：不知道！

高老师：想想看！

小木：如果按照刚才你教我们“为何分析蛇蟠石呈赭红色”的思路来分析，那么可以想象出，这块“红帆石”的全铁含量比周围的蛇蟠石1.50%全铁含量（见表1）还多！对吗？

小小：对的！

高老师：真不错！你们把刚才说的知识都学会，并记住了！值得点赞！实际上，据对位于野人洞景区的一条直立断层面样品进行全岩化学分析，得出了它的全铁含量在重量上达到了1.92%。这比邻近的呈赭红色的蛇蟠石的全铁含量1.5%（见表1）多了0.42%。作为参考，似乎揭示了看作为“红帆”的岩石为什么比一般蛇蟠石更红的原因。

三、为什么游客只能站在鲨鱼湾前广场栏杆后观赏鲨鱼湾景区的古洞？

小木：高老师，我们到目前为止，我们在鲨鱼湾景区外隔着几米宽的绿水，立在景区广场的石栏杆之前观看鲨鱼湾的古洞等美景，为何不在几米宽的绿水中搭座桥或筑条路让游客进入鲨鱼湾各景点赏景呢？

小小：对！为什么呀？

1.原来游路的分布

高老师：实际上这里原来在广场与鲨鱼湾景区主洞之间有一条长8米的路相同的两路的两侧就是绿色的湖水（请见图4（d）和图10）。实际上，在这条路的那一头，是与分布在洞前和洞内的三条游路相接：一条向左，一条向右，一条向前入洞，可供游客选择。

高老师，原因有二：第一，为了在旅游条件下有效防治上述三条游路上方发生落石地质灾害，安全第一；第二，站在广场石栏杆之前，游客可以很好的观赏即鲨鱼湾的各个景观。

图10 沟通广场和鲨鱼湾景区之前的一段游路

小木：以前没有听说过落石地质灾害这句话。能否先解释一下什么是“落石地质灾害”这一概念？

小小：我也从未听过这个吓人的词汇，看来很重要！我们一定认真听你讲解，好好学习其中的科学道理！

2.为什么要改游路呢？

高老师：对于落石地质灾害一词，我先说一下灾害的意思。大家都知道，灾害是指可给人类带来伤亡或财物等的损失的事件，如火灾等。至于地质灾害，则是指那些可造成人类伤亡和财物等损失，且与地质现象密切相关的灾害，如地震、滑坡、泥石流、崩塌、落石等灾害。当然，如果远离人类活动区的地方发生了不对人类生命财产等造成任何损失的滑坡等，那就只能称之为地质现象了。

小小：明白一些了！照此说来，落石地质灾害。就是指与落石有关的地质灾害了，对吗？

高老师：对！

小小：那能否进一步解释一下什么是落石呢？

高老师：顾名思义，落石就是落下来的石块，英文称为Rock fall。

小小：那在旅游区当落石很小（例如它只有2~4厘米见方的小石块）时也会伤人吗？

高老师：那决定它下落的距离。如果它从很低的地方（例如从10厘米的地方落下砸在你的手心上），且当你有思想准备时肯定伤不到你的。但当它从10米高的位置落下不幸砸在你头部时，那么肯定会非死即伤了。

小小：会吗？例如如前面所说的分布在鲨鱼湾的洞前和洞内的三条游路。当游人在有路上行走时会被落石砸着吗？

高老师：到目前为止还没有人被砸着，但存着这种风险。

小小：有科学依据吗？

高老师：有！你们俩听说过在安全领域中十分有名的墨菲定律吗？

小小：没有！小木，你呢？

小木：也没有听说过！高老师，请你也给我们讲讲什么是墨菲定律吧！

高老师：好！墨菲定律大致可以这样表达：如果一个事件（包括某段游路上方的某一块岩块），只要它具备发生（即落下）的条件，那么它或早或晚将发生。对于上述岩块来说，只要它具备了落下的条件，那么它早晚会落下并砸在下方的游路上。如果这时这段游路上刚好无人，那就是发生了一次并不重要的落石现象而已，如果碰巧此时有人在这里经过，那么就很有可能被不幸砸中，非死即伤了。这就发生了与落石有关的落石地质灾害了。

3.落石伤人的理论根据分析

小小：高老师，您刚才告诉我们，一块小石块落石不幸砸着人后，能否伤人不仅取决于石块大小，而且还取决于“它下落的距离”。能否进一步说明一下，这是什么道理呢？

高老师：可以！一下将向你们简述下相关原理：在力学中有一个自由落体运动速度V的计算公式，即

（1）

式中，g为重力加速度（为常数：9.8米/秒2）；x为从发生自由落体运动时的起始处到地面的垂直距离。

根据上述公式我们可以求解当落石发生自由落体运动时，由它的起始处到地面的垂直距离X（米）瞬间的速度V**1（米/秒）。

小小：问题是我和小木还在小学读书，从来未学过这么复杂的公式。怎么办呢？

高老师：没事！当你们看到式（1）时，不必考虑该式的原理和推导过程，只要记住我们由上述X（米），就可很快计算出它的速度V（米/秒）就可以了。

另外，从式（1）出发，我们就可以进一步求得出这块落石到垂直距离为X的地面时的冲量I，请参见式（2）

（2）

其中是石块到达地面那一瞬间的速度（米/秒）；m则为岩块的质量，它的单位为千克重。

对于式（2）还需作以下说明：我们对它还作了如下假定，即认为石块砸着地面后石块的速度因地面所阻挡而变成零了。

在由式（2）取得岩块的冲量I的计算值后，就可进而由式（3）计算它的冲力F了。

（3）

其中为岩块砸中地面两者发生碰撞的持续时间。通常可假定为0.25秒。

你们只要计算得到质量为m的落石砸在地面上的力F就可以了。当然，由于大家对落石的重量喜欢用公斤表示，所以求得的冲力F也可换算成公斤数，以便于与落石原重量进行比较；看着在上述计算的条件下，冲力比落石的重量大了多少倍！通过上述比较，你一定会发现，落石的垂直距离越大，冲力比落石重量所大的倍数越大，这意味着越危险！你们对以上的主要道理能听明白吗？

小木、小小：听明白了；第一，作自由落体运动的落石的重量越大，它砸在地面上的冲力越大；第二，落石落下的垂直距离越大，它砸在地面上的冲力也越大。对吗？

高老师：对！

4.鲨鱼湾景区原游路落石地质灾害的风险分析

高老师：在前面我们已经提到，原先从景区前广场有一条通向鲨鱼湾景区的8米长的游路在景区那一头与洞前和洞内的三条游路相接（见图4（d））。现在我们来仔细观察这三条游路的正上方有无岩体？如有，则在这些岩体中发生岩块落下的危险性又怎么样？

小木：应当仔细看一下，它们侧底有无落下的可能性；如岩体很完整，都连成一片，那么发生岩块落石的可能性很小很小，较为安全游人在它的下方行走时基本上不会被落石砸中的。关于这一分析，小小，你说对吗？

小小：你说的对！反之，如果游路正上方的岩体很破碎，被裂缝分割为一小块一小块的。那么这些岩块发生落石现象的可能性就很大了。这就是说，行走在这些破碎岩体下方游路上的游人不幸被砸中的可能性就很大了。小木，你同意我的分析吗？

小木：你的分析，我赞同！高老师，我们两人的上面分析，对吗？

高老师：我觉得你们的分析很对！我同意！我这里正好有3张有关上述得游路上方岩体的照片（即下述的图11~图13），我们一起来看这些岩体是完整的且连成一片的，还是很破碎的？

小木、小小：好！

高老师：第一张照片是一位于那段通向洞内的游路上方的岩体照片（图11），细细看来，这段游路上方的岩体是相当破碎的。具体的可以看出以下三点：第一，

图11 位于鲨鱼湾洞内游路上方岩体的破碎程度

洞内拱顶岩体已裂成大小不一的块体；第二，洞顶上方有一个“半洞”（见图12）。它是由于“炸岩”而失去了“顶洞”的前半部而形成的。[13]

图12 位于鲨鱼湾右洞被炸了前部后的半个“顶洞”

小小：好好的一个古洞为什么要炸毁半个顶洞呢？

高老师：关于这个问题，我也问过郑子琦老师。郑老师回答说在1997年，为了抗击那场特大海潮而把包括这座山在内的一片山体连同它们的洞体一起炸毁成石，以加固岛上海堤。虽然那场事关岛上居民的生命财产的保卫战，取得了胜利，但确实也毁了蛇蟠岛上的青山和幽洞！

小木：在当时，也是没有办法之事，毕竟岛上居民的生命和财产的安全第一！

高老师：说得对！再加上上述半个“顶洞”位于山顶，更易风化，所以它更破碎。因此，它更容易形成落石。另外，还有第三个问题，即存在着多个接近水平的平板下底面。由于这些平板的下底面并无任何支撑（见图12），所以平板很容易折断并形成落石！

小木：高老师能否在位于图12所示的“半洞”附近取以发生落石高风险点来量测以下的垂直高度X（见式（1）），来估计一小块落石砸在地面之时将产生多大冲力呢？

高老师：当然可以！可分以下3个步骤进行：

第一步，取点并量测落石到地面的垂直距离X。因为郑老师已测，见图13，所以我们不需要量测了；

小木、小小：感谢郑老师！量测的结果是多少？

图13 鲨鱼湾“半洞”的某平板底面的垂直距离量测

高老师：郑老师对图13所示部位的垂直距离量测距离为12.323米。

小木：谢谢郑老师！高老师，能否在假定一块重约1公斤的小岩块在此处发生自由落体运动，按式（1）~式（3）计算得到它砸在地面时的冲力是多少呢？

高老师：当然可以！我们接着在上述第一步之后进行第二个步骤运作，即按式（1）计算它落下，到地面那一瞬间的速度V，为15.541米/秒。

小小：第三步式根据式（2）计算它的冲量，并根据式（3）进而计算它的冲力，对吗？

高老师：完全正确。但我们不必逐一列出它的冲量，而是其按给出有关它砸在地面上的冲力的结果，为：

（4）

小小：啊？他砸在地面上时所产生的冲力达到6.343Kg，竟是原重量1Kg的6.343倍，多可怕呀！

高老师：确实如此！在旅游条件下，如果它不幸砸着游客那就是带来死亡的落石地质灾害了！

小木：那我们能估算不幸砸着游客身上的事件吗？

高老师：很可怕！但仍有必要开展这方面估算，因为只有这样，才能进一步认识落石地质灾害的危险性有多大，进而探求有关的防治方法！

小木：对！但如何开展这方面的研究呢？

高老师：不妨参考中国地质大学（北京）张精依的硕士论文，并取该文的如下假定：“以落石不幸砸中游人为例，假定游人的平均身高为1.6m。”[14]

小小：还是考虑了游客带着小孩来旅游这一情况，对吗？

高老师：应该是这样考虑到。

小小：高老师请问我们下一步应如何分析呢？

高老师：按照我们看到的资料，蛇蟠岛旅游公司的郑老师在鲨鱼湾景区原游路上共选了三个可能发生落石灾害的有代表性的点，对它们到地面的垂直距离进行了量测：其中图13所示的1号测点是位于鲨鱼湾景区主洞游路段中的一点；另外，图14和图15则所示的2号测点和3号测点，它们都位于左游路段上。

图14 位于“方国珍廷对”石刻附近的2号测点

图15 位于“王者座椅”石雕附近的第3个测点

应当说明，从图14和图15还可以看出：由于这两处测点所在的围岩也将因为1997年的采石爆破和风化而形成也很破碎的岩体，所以它们发生落石的可能性也很大！

至于图14和图15的图下说明词“方国珍廷对”和“王者座椅”问题，将在下一节即“第4节”中补述。

小木：好！多谢高老师！下一步是否根据图13~图15所给出的直达地面的垂直高度X减去游客身高的平均值1.6米，以取得新的垂直高度的数据，对吗？

高老师：对！上述3个量测点在有关假定条件下所分析的具体数据请见表2：

表2 3个可能发生自由落体现象的测点处的有关可能伤人的岩块冲力值的分析

|| ||

*：位于“方国珍廷对”石刻附近

**：位于“王者座椅”石雕附近

小小：高老师，表2的数据，可以说明什么问题呢？

高老师：在前面我们曾经假定，发生落石现象的岩块的重量都是1公斤重，而表2所列的针对第1~3号测点的落石在离地面约1.6米处不幸砸游人的话，它们所产生的冲力分别为5.917公斤、5.387公斤和5.444公斤。如与落石的原重量1公斤相比，则分别是5.917、5.387和5.444倍。显然！在旅游条件下这些落石如果发生，并不幸的砸着游人，则将是灾难性的！

小木：太可怕了！那除了上述3个测点外，左游路、中游路和右游路。其它点位上也都如此危险吗？

高老师：尽管上面仅以3个测点的分析为例，但可以认为基本上是这样的。主要原因是：第一，左游路、中游路和右游路之间的距离很短，它们的岩层的特点即其工程地质条件都基本上相同；第二，各游路上方岩体都受到了上述1997年因修筑海堤采石而爆破的严重影响；第三，风化程度接近；第四，各段游路的特点基本上相同。因此在这3条游路上进行旅游活动都存在着相当大的发生落石灾害的风险的。

四、关于鲨鱼湾景区有路上落石灾害防治方法的研究

1.必须重视落石灾害防治方法的研究

小小、小木：那怎么办呢？有解决方法吗？

高老师：有，有两类方法可供选择，一是根据鲨鱼湾景区的实际情况。在游路规划时，采取避开落实灾害风险区的方法（可简称为避开风险区法）[15,16]。二是仍采用原有游路，但需要采用工程措施方法。而供他发发生落实灾害。的风险大幅度降低，达到零风险的水平。当然，由于这是游旅游景区，游客是为了观赏其风光独特和优美环境而来的，所以除了确保游路安全以外，还必须满足游人的观赏需求，你们说对吗？

小木、小小：很对！那怎么办呢？面对着这么多的落石危险问题，我们应怎么办呢？

2.关于避开风险区方法的思路和优势

在鲨鱼湾景区，为了避免上方落石，甚至崩塌不幸伤人，最好的方法是让游人退到广场上站在离他的观赏点最近的栏杆后观赏原游路的后面的各个景点，游人可以像在游路上行走一样，不断的调整他的位置以达到离各景点上最近的距离的目的。为探讨方便，我们将之简称为“避”字法吧！还应说明从石栏杆到鲨鱼湾的距离，除观看图9所示的“红帆船”较远外，其它的约为10米上下。

小木：好！那这种被称为“避”字法的方法，又有哪些优势呢？

高老师：至少有四点：第一，在鲨鱼湾景区可彻底防治（落石包括崩塌）地质灾害。因为鲨鱼湾景区的上述入洞本游路及左、右游路上方的落石是不可能砸到8米以外的游人所站在的广场石栏杆之后的游人的。简言之，该方案发生落石伤人的风险为零；

小小：这一点我们能理解，那么第二个优势呢？

高老师：第二点优势是：“合适距离才最美”的理念的分析，认为可满足大部分游客在鲨鱼湾的观景要求。站在栏杆之后的游人们，既可看到鲨鱼湾景区所在的绿色山体的清晰形状，也可以看清楚各具体景点的情景，如：上述图14检测的“方国珍廷对”石刻（见图16）。

图16 关于著名书法家明庐的“方国珍廷对”书法的石刻

小木：请问方国珍是谁呀？

高老师：他是元末明初农民起义军的首领，是离蛇蟠岛所在地三门县不远的黄岩县人。

小小：听说，这里和黄岩县都属于台州府，所以蛇蟠岛与方国珍老家黄岩很近，对吗？

高老师：说的对！海上作战是方国珍起义军的强项，而当时元军的海上部队很弱，所以当时元军从浙江运输来回京上能走陆路，但陆路又被一支强大的朱元璋起义军所封锁。你们可以想象，靠南方粮食养活的元代景象的军队和百姓当时又面临着什么困难？

小木：我想当时北京一定大乱，饿死的人无数！

高老师：是啊！当时元军已无战斗力，一接即溃了。这样，朱元璋不对很快就取得了胜利，元朝的统治被推翻，明朝就在建立了。当上明朝皇帝的朱元璋在封功臣时，想起了方国珍在海上切断元朝海上运粮的水路，功劳很大，故召他进京面圣。

小小：什么叫面圣呢？

高老师：就是皇帝的接见。

小小：接见是都说了什么呀？

高老师：这就是这幅石刻所记的廷对了。让我们看看图16怎么说的吧：

小小：我们看不懂这古文，所以还得麻烦高老师进一步解释一下方国珍见到朱元璋后是怎么说的！

高老师：好！大概是说：以前元朝统治者无道，我们老百姓只好乘着船木筏逃到海上生活；而现在元朝残酷统治者已灭，我也穿着官服来朝廷拜见皇上了，朱元璋听后很高兴。

小小：明白了！谢谢高老师！

高老师：现在让我们回到原来讨论的问题上吧！从图16还可以做出这样的判断，站在石栏杆后的大多数游人都是可以清楚地看到这副石刻图地。你们说对吗？

小小：对！

高老师：好！让我们再看看鲨鱼湾地另一个景点“王者座椅”吧！

请见图17所示的这一“王者座椅”吧！它位于上述方国珍廷对石刻画（图16）很近。据分析，“王者座椅”这一归“王者”所用的“王椅”，是专门供鲨鱼头子所坐的“椅子”，显得十分豪华！

图17 归海盗头子所用的精美的“王椅”

高老师：你们看得清吗？

小木、小小：看得清！

高老师：好！让我们再来看看鲨鱼湾景区的主景吧！

小木：好！现在我们已回到离鲨鱼湾景区的主洞最近的石栏杆后面了。呀？洞内有许多鱼的石刻呀！

高老师：对！你们看这里所看到的地方正是我们第1个测点所测得洞上（见图13）。它的左侧有两排“锯齿状的石雕”。为了看得更清楚一些，把图13中的一些无关的东西都“移”去了，变成了以“锯齿状石雕”为中心的图18了。你们看，在“锯齿状石雕”图中雕的是什么呀？

小木：鲨鱼牙齿，对吗？

高老师：对！你是怎么猜中的？

小木：两个理由：第一，您看在“锯齿状石雕”下面还有条小鲨鱼。我是受它们的启发而往鲨鱼身上想的；第二，也只有大鲨鱼才有如此恐怖的牙齿呀！

高老师：你说的真对！但这条大鲨鱼的身体呢，在哪里呢？

小木：看不到！我也不知道为什么没有身子！

高老师：这是抽象派的艺术作品。雕刻者为了突出大鲨鱼的恐怖牙齿而采用写意的手法雕刻出来的！

小小：涨知识了！那他张着巨嘴想干什么呢？

高老师：这条大鲨鱼想干什么？要回答这个问题，请大家看一下这张照片中位于“巨嘴”的右上方可有一大群鱼！

小小：它想吃了它们？

高老师：对，不是一条一条地嘴，而是一口吞下一群鱼！

小木：难怪它把嘴张的那么大！

小小：那鱼群就不会跑吗？

高老师：往哪里跑呀，你没有看见在这一大群鱼的上方还雕刻着另一条弯着身体的大鲨鱼吗？它也正要张嘴，露出牙扑向鱼群！

小小：这群鱼真的很可怜呀！

小木：没想到即在海洋世界里除了美景外，还有这么残酷、恐怖的场面呀！谢谢高老师的讲解！

高老师：在图18中，除了上述恐怖的一幕以外，在它的右下角还有一艘隐在黑洞中需细看才能隐约可见的古代战船及一位半露着身子的船员。你们看见了吗？

小小：这是战船吗？

小木：我想，是的！如果是一条普通渔船，那它为什么不现身广阔的洋面上，而是隐在黑洞中呢？

小小：我猜，他也许是方国珍的战船，它等着北上的元兵的载粮船呢！高老师，我们猜对了吗？

高老师：我也不知道答案，大家都可以去猜吧！

小木：真好玩！

高老师：我们的问题是站在石栏杆这边就可把鲨鱼湾主洞的主要景象也看清楚了。

另外，我们在前面还提到了“红帆船”画面（见图9），它到我们所立的石栏杆之前的距离是远大于上述10多米范围的观景距离的（见图4（c）），但从该点上看“红帆船”时可让我们充分欣赏到它确像一条中立有“红帆”的大船。相反。如可靠的很近，那么他反而不像“红帆船”了，很有可能是一块直立的载红色的大石块和在立在它面前的一根黑色木头了。这说明，观景不是越近越好，也不是越远越好，而是当在合适的距离观景时将是最美的，也即上述所提出的“合适距离才最美”的观点。

小小：我还听我父亲说过诗人黄颖曾提过“距离产生美”这句话，很有道理的。请问“何时距离才最美”和“距离产生美”这两句话一样吗？

高老师：百度中说过“距离产生美”出自著名现代诗人黄颖，这是黄颖对解决在旅游中如何观景的问题的重要贡献，值得充分肯定。但我们认为仅说“距离产生美”尚不够，还应进一步指出合适距离所产生的美才是最美的。因此，这句话应是距离产生美的后续组成部分，更实用一些；

小小：明白了，那么上述“避开风险区法”的第三个优势呢？请老师讲解！

高老师：好！该法的第3个优势是最大限度了保护的绿色环保和二氧化碳的减排了！

小木：没听错吧！怎么与环境保护和二氧化碳减排有关呢？

高老师：你们没有听错，这一“避开风险区法”的最重要的优势之一就是有利于鲨鱼湾的绿色环境的保护并可在一定程度上实现了减排的目标。

小小、小木：真有意思！高老师能否请进一步作较详细的介绍？

高老师：好！在第四节一开始的地方我们除了提出解决鲨鱼湾景区落实灾害防治的第一种方法（即避开风险区法）外，还提出了为原有游路“采用工程措施”方法。

小木：请问高老师，具体的工程措施是指什么？

高老师：从工程加固的角度看，在旅游条件下为防治鲨鱼湾景区的左、中、右三条游路上方落石和崩塌引发的地质灾害问题，最好的方法是采用对游路上方被破坏岩体采用锚喷结构，即也可在喷层内再加设钢筋网，以提高锚喷加固效果。对于这种工程加固方法，只要精心设计和施工，其防治效果是可以达到的。但它如与上述第一种方法（即“避开风险区”法）相比工程加固法却存在着以下三大问题：

第一，在对上述三条游路上方的破碎掩体采用锚喷加固效果虽然也很好，但此法在实施过程中将消耗很多水泥、钢筋等加固材料，而这些加固材料在工厂加工中将需要采用煤炭对之加热，并因此而向大气层中排放了大量的二氧化碳！

第二，对于景区而言，大幅度地破坏了景观的问题，是难以接受的；由于大面积的混凝土喷层覆盖了游路上方的岩面，让游客满目水泥，与来鲨鱼湾观景的目的相违背；

第三，工程加固的人力和物力需要大量资金的投入，相比之下，工程加固方法的上述三大问题也正是上述避开风险区法的优势了。

小小：高老师，您说的对，我们都听明白了，学到了很多知识！

小木：您说的真好！

高老师：接着上面所说的避开风险区法的第3个优势是，由于游人都是站在原来就已有的是栏杆后观景的，所以几乎不需要再使用钢筋水泥来做新的防灾措施，也即不再需要排除二氧化碳，可很好地保护了景区地绿色环境；当然，也不再需要投入新的工程加固地资金了。此外，还需进一步提出，对于上述从石栏杆通向鲨鱼湾景区地左、中、右三条游路的这条路（见图4和图10）来说，再避开风险区法中也不是处于废弃状态，它还可以摆放一排盆花以供游人观赏。对此，还应说明，蛇蟠岛四季的美丽的花草是各不相同的，各有各的美！至于鲨鱼湾景区中左、右两条原游路也可以考虑种植较低矮的灌木丛或开花的绿草地，也可为景区再增加一抹亮丽！当然，为了保护进入景区种植者和浇水者入洞的安全，还建议为所种的植物而设置遥控的喷灌浇水设备。

小木：高老师，你考虑的真周到！

小小：多谢了老师！

参考文献

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[2] 杨志法，张中俭，张路青，祝介旺，蛇蟠岛大型古地下工程洞室群科学技术问题研究。北京科学出版社，2014.

[3] 杨俊健，张中俭，郑子琦，杨志法，蛇蟠岛野人洞景区的科普百问，浙江三门蛇蟠岛国家矿山公园科普丛书。北京中国科学技术出版社，2023（出版中）.

[4] 文天祥（1236年6月6日-1283年1月9日），指南录，宋朝.

[5] 祝介旺，李丽慧，傅燕，田洪水，罗巧慧，陶晨晓，牟会宠，杨志法.温岭大型古地下采石场长屿硐天凌霄硐洞室群工程地质条件评价[J].工程地质学报,2014,22(04):772-778.

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[8] 杨志法，郭改梅，张路青，仙居飞凤岩大型古地下工程洞窟群科学技术问题研究，北京：科学出版社，2012.

[9] 中央电视台CCTV-13新闻频道.

[10] 中央电视台CCTV-2财经频道.

来源: 陕西省科普作家协会