掉進無底沼澤，真的會整個人沉下去嗎？
― 身體會在腰部附近浮起停住。危險的不是下沉本身
電影裡，被困住的人不斷往下陷，最後只剩一隻手露在外面，然後消失不見。但用物理來想，這種事幾乎不會發生。因為沙和水混在一起的重量，約是人體的2倍。身體會在腰部附近浮起停住。儘管如此，在潮間帶或河口的泥濘中動彈不得的事故確實存在。真正的危險不是下沉，而是拔不出來。
走在退潮後的潮間帶上，突然一隻腳陷了下去。想拔出來時，那隻腳卻文風不動，就像被人抓住腳踝一樣。
慌張之下用另一隻腳撐地，結果那隻腳也跟著陷下去。周圍看起來，明明和剛才走過的沙地一模一樣。
沙地為什麼會突然變成「走不動的地面」？又會陷到多深呢？
目前已知的，是這兩件事
會浮起來的東西，是停在比自己更重的液體上。沙和水混合後的重量，約是水的2倍。所以人的身體會在浸入約一半的地方浮起停住。
從下方滲出水的沙地，只是沙粒鬆鬆地堆積而成。一踩就會崩塌變成類似液體的狀態，接著沙粒下沉並壓實，把腳緊緊裹住。
把這兩點合在一起看，就能清楚知道電影場景哪裡出錯了。接下來依序說明。
為什麼會在腰部附近停住？
泡進浴缸時，會覺得身體變輕了。這是因為排開的水有多重，就會有多大的力把身體往上推。這股向上推的力叫做浮力。
人體的重量，幾乎和水差不多。只要吸氣讓肺裡有空氣，就會比水稍微輕一點。所以在泳池裡放鬆力氣，勉強能浮起來。
但沙和水混合後的重量卻重得多。沙粒本身的重量約是水的2.6倍，縫隙裡又填滿了水。加起來，大約是水的2倍。
也就是說，人等於是進入了一種比自己重2倍的液體中。只需要排開一半體積的量就能達到平衡，所以會在浸入體積約一半的地方停住。以站立的姿勢來說，腿加上腰部大約就是體積的一半。估算下來大約會停在腰部到胸口下方一帶（見圖1右側）。
那為什麼會拔不出來？
真正的危險從這裡開始。真實的流沙，是形成在下方有水滲出的沙地上。那是沙粒鬆鬆堆積、縫隙很多的狀態。
一踩上去，沙粒的堆積方式會瞬間崩塌。失去支撐的沙會變得像液體一樣鬆軟，腳因此陷得更深。但接下來，沙粒會往下沉並緊緊壓實。水被擠往上方，腳的周圍只剩下壓實的沙。
這種壓實的沙，已經不容易再移動了。而且把腳往上拔的瞬間，腳底下方會形成一個空隙。沙無法流進那個空隙，於是那裡的壓力會下降。接著上方的大氣壓就會把身體往下壓。愈想快速拔出，這股吸附的力量就愈強。有估算指出，光是腳底面積承受的力就接近2000牛頓，換算成重量相當於200公斤。
看起來無底，是因為水混濁看不到底。實際上是有沙或泥層的，深度是有限的。不只沼澤，潮間帶、河口、有湧泉的沙灘、火山泥地，都可能出現同樣的狀態。
太白粉加水調成的糊，快速用力壓會變硬，慢慢壓則會陷下去。流沙正好相反，一攪動就會變鬆軟。同樣是「粉加水」，粒子大小與縫隙多寡不同，表現就完全相反。
那該怎麼辦才好？
- 不要慌張硬拔愈用力猛拔，吸附力愈強。先停下動作，調整呼吸。
- 把身體往後倒，讓背部或手貼在較大的面積上接觸面積愈大愈不容易下沉。可以分散原本集中在腳上的力。
- 左右搖動腳踝，讓水滲進去，一點一點慢慢拔出水繞流進去後沙會變鬆軟。每次動作要小，慢慢花時間進行。
即使不會整個人沉沒，若動彈不得又遇上漲潮，水位上升仍有溺水的危險。在潮間帶活動前，請先確認潮汐時間再進去。發現有人動彈不得時，不要自己貿然下水營救，請撥打119報案。原則上請不要靠近泥濘地帶，也不要跳入水面。如果距離夠近，可以丟出會浮的物品（保冷箱、寶特瓶、木板）讓對方抓住，等待救援。千萬不要認定自己一定能靠自身力量脫困。
總結
沙和水混合後，重量約是人體的2倍。所以身體會在腰部附近浮起停住，整個人沉沒的情況幾乎不會發生。取而代之的是，壓實的沙和吸附力會讓腳無法離開。決定生死的，不是下沉的深度，而是能不能冷靜下來、花時間慢慢處理。
不會沉沒，但拔不出來。
所以不是要著急，而是要讓水繞流進去。
因粒子與水的關係使地面瞬間改變的現象，在遭遇強烈搖晃時也會發生。建議一併閱讀土壤液化，為什麼地面會變得像「水」一樣？與沙子乾燥時會鬆散崩塌，弄濕後為什麼會變硬？，就能看出沙子「變硬／變鬆」的分界條件。
- 準備兩個相同的杯子，一個只裝水，另一個裝入八分滿的沙後再注水。用手掂一掂比較，會發現沙的那杯明顯較重。
- 把手指慢慢插進裝沙的杯子，再慢慢拔出來。接著從相同深度快速拔出來試試看。應該會覺得快速拔出時比較費力。
- 把太白粉加同樣份量的水調成糊狀，也用手指試試不同速度。和流沙相反，動作愈快會變得愈硬。
請不要在戶外的泥濘地帶嘗試。用廚房裡的杯子就足夠確認了。
想了解更多的人 ― 用語、算式、與教科書的關聯從國中理化到大學專業科目，會明確標示是哪個程度的內容
- 國中國中理化課程所學範圍
- 高中高中「基礎物理」所學範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不會教、屬於大學專業科目（地盤工程學、流變學）的內容
- 研究連大學都還沒當作「定論」教授、研究人員正在探究中的內容
國中用語：這個現象是有名字的
- 浮力：在液體或氣體中的物體，會被向上推回相當於其排開重量的力。決定下沉深度的正是這股力。
- 孔隙水壓：存在於沙粒縫隙中的水所具有的壓力。這股壓力愈高，沙粒之間互相擠壓的力就愈弱。
- 膨脹效應（dilatancy）：粒子與水混合物，其軟硬程度會隨移動速度改變的性質。太白粉水就是典型的例子。
國中高中用算式確認：身體會沉到哪裡
本文主題是「會沉到多深」。因此，我們試著從浮力的算式直接算出下沉深度。
| 用符號表示 | V沉 ÷ V ＝ ρ體 ÷ ρ沙 |
| 用文字表示 | 沉入的體積 ÷ 身體全部的體積 ＝ 身體的密度 ÷ 流沙的密度 |
| 算式的來源 | 浮力（排開的流沙重量）與體重之間的平衡。就是阿基米德原理本身。 |
| V沉 | 浸入液體部分的體積（立方公尺） |
| V | 身體全部的體積（立方公尺） |
| ρ體 | 身體的密度（每立方公尺多少公斤） |
| ρ沙 | 沙與水混合物的密度（單位相同） |
| 沙粒本身的密度 | 每立方公尺 約2650公斤 |
| 水的密度 | 每立方公尺 1000公斤 |
| 鬆散堆積沙的縫隙比例 | 約為 0.4（剩下的 0.6 是沙粒本身） |
| 人體的密度 | 每立方公尺 約1000公斤（肺裡有空氣時稍輕） |
| 身高 | 170公分 |
| 沙粒部分的重量 | 2650 × 0.6 ＝ 1590 |
| 縫隙中水的重量 | 1000 × 0.4 ＝ 400 |
| 每立方公尺流沙的重量 | 1590 ＋ 400 ＝ 1990 |
| 沉入體積的比例 | 1000 ÷ 1990 ≒ 0.50 |
| 依身高換算的深度參考值 | 170 × 0.50 ＝ 85 |
從下方算起85公分，也就是腰部附近。因為腿比軀幹細，實際水面可能會再高一些。無論如何，都算不出整個人沉沒的結果。
| 大氣壓 | 約101000帕（以此事實數值計算） |
| 腳底面積 | 約0.02平方公尺 |
| 吸附力上限 | 101000 × 0.02 ＝ 2020 |
| 換算成重量 | 2020 ÷ 9.8 ≒ 206 |
單位是牛頓，換算成重量約為206公斤。這是上限的估算值，但可以看出，光靠拔出單腳的力量是遠遠不夠的。這就是為什麼「快速拔出」反而更不利。重點不是著急，而是讓水繞流進去，消除壓力差。
高中高中＋支撐沙子的，是沙粒之間的相互擠壓
高中沙堆不會崩塌而能立住，是因為沙粒之間互相擠壓產生摩擦力。若縫隙中的水壓升高，這種擠壓就會變弱，摩擦力也隨之變小。
高中＋這種「沙粒實際相互擠壓的力量」稱為有效應力。根據太沙基（Terzaghi）的有效應力原理，整體應力減去孔隙水壓，就是有效應力。在下方有水湧出的沙地，孔隙水壓偏高，有效應力會趨近於零。這正是流沙的本質，也能用和強烈搖晃造成的土壤液化相同的原理來解釋。
大學作為「硬度隨時間改變的物質」來處理
流沙的軟硬程度，會隨著施力的速度而改變。這類物質的行為屬於流變學（rheology）研究的範疇，可以用具有降伏應力的賓漢流體（Bingham fluid）等模型來表示。流沙一方面會因微小的力而瞬間變軟（剪切引起的液化），另一方面之後沙粒會下沉並緊密堆積，使阻力急遽增加。2005年的一項測量報告指出，拔出一隻腳所需的力，可能達到相當於抬起一輛汽車的程度。這與快速變形時反而變硬的膨脹效應，方向正好相反。
📖 算式推導與更深入的內容：阿基米德原理（維基百科日文版） ／ 膨脹效應（維基百科日文版）
研究目前尚未完全明朗的部分
- 崩塌的臨界點在哪裡。 需要多大的力，鬆散堆積的結構才會瞬間崩壞？這會因沙粒的形狀與大小分布而異，目前對各個現場的預測仍相當困難。
- 混入黏土後會如何變化。 潮間帶的泥中含有細小的黏土，會使粒子之間互相黏附。這種黏附會讓拔出難度增加多少，依測量方式不同，結果也不一致。
- 能否事先辨別危險地點。 由於外觀和周圍沒有差異，目前正在研究如何從地表偵測出地底細微的湧水現象。
也就是說，本文的內容也是「目前已知範圍內的說明」。文中數值都是以典型的沙為假設所得的參考值，會因現場沙或泥的性質而有所不同。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理化・力與壓力／密度 | 停在腰部的原因、浮力的說明 |
| 高中 | 基礎物理・力的平衡與浮力 | 「用算式確認」的⓪與② |
| 高中＋ | 物理・壓力／地球科學基礎・地盤 | 有效應力與孔隙水壓的段落 |
| 大學 | 地盤工程學・流變學 | 賓漢流體、剪切引起的液化 |
| 研究 | 粉體物理學・海岸地形學 | 崩塌的臨界點、黏土的影響 |
| ― | 與生活的關聯 | 在潮間帶、河口的行動、確認潮汐 |
- A. Khaldoun 等人「Liquefaction of quicksand under stress」Nature 第437卷 第635頁（2005年）
- 阿基米德原理（維基百科日文版，アルキメデスの原理）
- 石原研而『土質力學』（土質力学）丸善出版 ― 有效應力與孔隙水壓、沙土液化章節
- 日本海上保安廳（海上保安庁）「海上保安報告」（海上保安レポート）― 潮間帶・淺灘事故案例與注意事項
※本文為大眾科學解說文章。文中數值僅為理解原理所用的參考、概算，並不代表特定地點或情況是安全的。若進入泥濘地帶或潮間帶，或遇到事故時，請遵從消防、海上保安機關、地方政府等單位的指示。