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小地震,大災難 熱門指數 : 4433
作者: 阿樹
中文名稱: 小地震,大災難   | 第二版 | 第一版 |
關鍵字: 地震,地震前兆,地震規模,震度,

  (引言)大地震固然可怕,但小地震卻也不容忽視,因為,災禍總在趁人不注意的時候降臨……

    地球透過地震告訴我們它不斷地在運動,山高水深並非亙古不變。幸好,大地震不是天天發生,但只有大地震會引起災難嗎?或許一些不尋常的小地震也可能是災難的前奏曲?人類又從過去的地震中學到了什麼?

(小標)規模大小≠災情程度
  去年和前年紐西蘭遭逢了兩起大地震,分別發生於2010年9月3日,規模7.0,以及發生於2011年2月22日,規模6.3的地震。以科學觀點來看,規模越大,能量釋放越多,不過2010年規模7.0的地震災情僅兩人受傷,但2011年的地震卻造成180人死亡、超過10萬棟建築毀損,為1931年以來紐西蘭災情最慘重的地震。造成災情慘重的原因有三項:距離都市較近、地震發生的深度較淺、以及都市的土質鬆散容易發生劇烈搖晃,使得規模僅僅6.3的地震卻造成嚴重傷害和損失。(圖一)
圖一:紅色星號為震央,黑色圓點為基督城,左方為震度等值圖,右方為地表加速度等值圖。可以發現2011年2月的地震,在基督城造成強烈的震度,因而災情較為慘重。(資料來自美國地質調查所USGS)
    2011年在美國維吉尼亞州發生規模5.7的地震,震驚了美國東岸(圖二),規模5.7的地震不大,但或許是這地區過去不若西岸的地震頻仍,使得居民對於地表的晃動更加敏感緊張;除此之外,地質的狀況也影響了地震的振動,這個地區為古老而堅硬的變質岩組成,在這般堅硬完整的岩層,地震波傳遞時能量損耗得少,因而傳遞的更遠、影響範圍更大。對於地震的危害,我們無法以一概全,不同的地區,有不同的地震特性。
圖二:2004年與2011年的地震造成人們感到地表振動的情形,黃色星星為震央,紅色與綠色小點為美國地質調查所(USGS)對兩起地震,收集了人們的所在地區與感受到地表搖晃的資訊繪製而成的圖。(圖片來自USGS)
    地震的「量化」,在早期難以科學方法界定,後來科學家用「規模」來描述地震的大小,代表的是地震能量釋放的多寡,規模越大的地震,其釋放出的能量也越大。「震度」則是代表地震時,人們感受到振動程度或者是物體受振動破壞的程度,並以加速度值來畫分。即使兩起地震規模相同,也會因發生地點深度之別而有不同的震度分布與影響,估算地震的災害時,震度或是加速度值,更具科學與防災的意義。
圖三:震度階與相對應的人們感受、地震災害的示意(圖片來自國家地震工程研究中心)。
    即使311地震這樣的世紀強震,也不能排除震前「小地震」的重要性,東京大學地震研究所助理教授加藤愛太郎(Aitaro Kato)等人,分析311地震主震之前的地震活動,發現了一些蜘絲馬跡,在主震的破裂區域發現了微震的「遷徒」活動(圖四),從2月份時緩慢移動了一次,接著在兩天前規模7.9的前震發生之後,又發現了一次遷徒現象,加藤的研究團隊認為這有可能是一種前兆訊息,並發表於2012年1月的<科學>期刊。和主震一口氣滑移數十公尺、發生強烈的搖晃不同,微震代表的是「慢」滑移的活動,唯有儀器才能偵測到。
  世界上許多地震監測機構,每天都會偵測到不少無感地震,規模多半在2~4之間,你問我為何要監測這些地震?以國內的中央氣象局為例,地震前兆的研究觀測甚至包括了地下水、電離層、GPS地殼變形等等,如果沒有這些看似亂槍打鳥的觀測(當然每一種觀測都有其理論背景),或許連上述日本科學家的「慢滑移」研究也無法完成。

(小標)地震難以捉摸,研究仍需努力
  百年來的地震觀測研究,一般認為,大地震會發生在較年輕的隱沒板塊,由於密度較低、不易隱沒而造成板塊隱沒時累積了巨大的力量,抑或是發生在板塊移動速率快速的地區。例如智利沿岸的納茲卡板塊,向東隱沒至南美板塊之下,在1906年,發生了史上最大的地震,規模達9.5。除了統計百年來的地震資料,古老的岩層中也能發現地震地錄,加上由地震的發生時間與次數、地震特性的分析、板塊活動的監測等等,學者用以推算發生大地震的周期與機率。
  然而,包括2004年的南亞海嘯、2011年的日本311地震,都完全在人們的「意料之外」。2004年印尼地震發生在蘇門答臘的北邊,位於歐亞板塊與印澳板塊的隱沒系統,這個地區在過去未曾發生大地震,且板塊相對運動的速率緩慢。日本的學者專家們多數認為日本地區地震威脅最大的是位於本州南邊的東海、東南海、南海區段,政府在此密集的設立地震測站。然而包含311地震之內過去30年來引起傷亡的大地震,大多不在這個區域內,這也告訴我們,地震是一種極為複雜的自然現象,至今還沒有一種地震預測或評估的方式仍準確預知。或許,地震預測的成功仍遙遙無期,現階段而言,良好防災的心理素質,甚至比任何的研究還有效。
圖四:日本311地震震前的「慢滑移」事件,分別在2月份與3月9日之後,微震的分布傳播分別以每日5公里與每日20公里的速度向南傳播。修改自Kato, et. al., 2012)
圖五:日本未來30年內震度概率分布,請注意等值圖非線性分布,概率大於30%的部分皆為紅色(修改自地震調查推進本部網頁公開資料)
    科學家研究地震已逾百年,地震預測仍無法實際運用。不過,將地震的知識比喻成巨幅拼圖,目前研究僅僅是拼圖的一小塊,或許我們要再拼上數十年、數百年,但過程中的每片拼圖,都是一個重要的片段,為的就是成就這片偉大的願景。


相關文獻網頁與延伸閱讀:
A. Kato, K. Obara, T. Igarashi, H. Tsuruoka, S. Nakagawa, N. Hirata, Propagation of Slow Slip Leading Up to the 2011 Mw 9.0 Tohoku-Oki Earthquake, Science, vol335, 705(2012)
J. W. Horton and R. A. Williams, The 2011 Virginia Earthquake: What Are Scientists Learning? Eos, Vol. 93, No. 33, 14 August 2012
Steve Mirsky, Shaky Ground: Can Seismologists Be Charged with a Crime for Not Predicting Deadly Quakes? Scientific American, Sep 2, 2010
國家地震工程研究中心http://www.ncree.org/ZH/Home.aspx
交通部中央氣象局http://www.cwb.gov.tw/V7/index.htm
美國地質調查所,地震災害http://earthquake.usgs.gov/
 
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