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無所遁形的核子試爆

記得過去帶活動或是上課時,談到地震的成因,開頭總是會講述,除了斷層錯動、隕石撞擊產生的天然地震,發生巨大爆炸的時候,也會產生地震波;因此,地球上最大型的人工震源,可以說是核彈爆炸。而全球最早系統化地震觀測網,為1960年代美國海岸與大地測量局建立的世界地震觀測網(World-Wide Standirdized Seismographic Network, WWSSN),最初的目的與用途,為冷戰時期監測全世界各地的核子試爆。

然而地震網的設置,同時也促進了觀測地震學的蓬勃發展,時至今日,包括台灣的許多先進國家,都擁有自己的地震觀測網,而前述全球的地震觀測網,由美國地震研究機構聯合會(Incorporated Research Institutions for Seismology, IRIS)維護,運用高品質的寬頻地震站,持續觀測全球的地震活動。

 

全世界的地震活動那麼多,如何能分辨核爆與天然地震,並進行定位呢?我們先從地震的不同成因來看,地球上大多數的天然地震的成因,主要是由於地殼構造的變動產生的,講白一點就是地底下的斷層受到應力作用發生錯動時,同時產生地震波,而地震波裡其實蘊含了整個錯動或破裂過程的訊號(左圖),也因而有P波和S波之分(詳細介紹請見氣象局地震百問)

核子試爆有分高空、地上、地下、水下等不同方式,這次北朝鮮的核子試爆在地底下進行,當然,我們從航照或衛星可能看不出什麼端倪,然而,在地底下發生核爆時,爆炸的衝擊會向外四散(右圖),形成明顯的P波,然而由於不會發生S波與表面波,理論上波形是有很顯著不同的,下圖就是爆破和典型天然地震的差異,橫軸為時間,縱軸為地表運動的速度。

所以波形就像是地震的指紋一般,而且甚至能一眼看出波形的差異,天然地震主要釋放能量在於中間段的S波與後面的表面波部分,而爆炸的波形則會明顯的集中在一開始的瞬間,我們從中國鄰近北朝鮮的一個IRIS牡丹江(MDJ)地震站觀測到的波形來看,日本氣象廳在第二份觀測報告中,除了本次(2013/2/12)的波形記錄,也提出了過去兩次確定是核子試爆的波形,並再加上一次在試爆場域(X標記)附近的天然地震(十字標記)記錄,即使是一般大眾,也不難分辨這樣的波形差異,不過,日本氣象廳仍保守的說,「這可能不是一般的天然地震」。

把今年試爆與過去兩次試爆所觀察到的波形一疊合比較,不得了!如果說試爆地點相去不遠的話,振幅、地震規模一次比一次大,換句話說,就是指核爆的規模也變得比前兩次更大了。

至於定位,無論是日本氣象廳的定位結果(下圖),或是IRIS的結果,都相去不遠,誤差都是十幾公里左右,至少可以確定是在北朝鮮境內,和前兩次試爆同地一區域。而除了地震觀測網,全面禁止核試條約組織(CTBTO)也運用不少方式來監測核子試爆,因為試爆除了會在地下,地表上與水下也有可能進行,CTBTO運用水下聽音計、聲波、輻射塵觀測來監測全球的核子試爆,形成一個嚴密的監控網,因此核子試爆無論以何種形式,都很難「偷偷來」的。

作者部落格:地球故事書

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關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。