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那些海嘯教我們的事

據日本放送協會(NHK)電視臺消息,2013年7月9日,從日本關東地區延伸至北海道太平洋海域,監測地震和海嘯的大規模海底監測網建設工程正式開工,由於311震源附近的日本海溝,仍有發生規模8左右地震的潛勢,因此監測設備的設置刻不容緩。

311地震重創日本東北,是許多科學家始料未及的事,在過去的研究中,普遍不認為日本東北會發生如此嚴重的地震,但這是科學家錯了嗎?過去的資料無法作為海嘯的參考嗎?透過最新的古海嘯研究,我們能對海嘯有更好的認識。

海嘯的沉積物傳輸方式,會留在地表的低漥處,因而留下沉積記錄。(圖片來源:維基共享資源,作者Mikenorton)

研究古海嘯的方法

對於古海嘯的研究,有以下幾種方式:海嘯沉積物(岩心或是野外的露頭)、海嘯石(tsunami boulder)、文獻記錄。其中,前兩者為直接的科學證據,如果能比到實際上發生成因的資訊,譬如古地震、火山爆發、海底山崩等資料,就能夠確定整個海嘯的起源、機制和影響規模。雖然文獻的記錄會因為過去的科學仍未發達有失客觀,不過用以找尋近期的海嘯線索與防災上會有一定的幫助。

古籍探秘

從過去文獻可得知台灣周邊的古海嘯資訊,包括有許多當時的官方、非官方文件,可以作為參考;如發生於1867年12月18日在基隆的地震與海嘯事件:「淡水廳志/卷十四/祥異考:貨十一月,地大震,雞籠頭,金包里沿海山崩地裂,海水暴漲,屋宇傾壞,溺數百人。」另外在海關總稅務署、北華捷報等商業與報紙亦有記載在台灣的東北角發生海嘯的災情,而日據時期日本的學者剛本要八郎來台做研究,除了發現了廣為人知的「北投石」,也撰寫了「同治年間に於ける金包里附近の地変」的文獻,被認為是探討與1867年海嘯有關的山崩事件。可惜的是,目前在科學上還難以蒐集到這次海嘯的科學證據,在去年底中央地質調查所與許多海嘯專家在基隆和平島的探坑中發現疑似古海嘯的沉積物,然而現地的沉積構造資訊複雜,海嘯的規模有多大、科學家仍未有定論。

圖中是日本沖繩縣的海嘯石,於1771年被海嘯帶上岸。(圖片來自flickr用戶Okinawa Soba,保有部分權利)

海嘯沉積物

古海嘯的沉積物與平時的沉積物相差甚遠,觀察方式也不同,第一種就是從地層中找尋海嘯的特殊「沉積相」,地質學家運用沉積相了解該地層過去的環境。發生海嘯的地區,多半在沿岸的陸地,而海嘯發生時,會有許多的海底沉積物一口氣被帶到陸上,並且會摧毀當時沿岸陸地上的一切,而如果海岸附近存在著瀉湖或池塘等低漥地區,就能捕獲海嘯的沉積物。日本的學者平川一臣(Hirakawa Kazuomi),利用沉積物分析北海道經歷過的海嘯,藉由6千年的沉積物歷史中,發現了超過20次的海嘯記錄。分析規模後發現,如同311東北地震造成的巨大海嘯,大約是每千年發生1次。

海嘯石

海嘯石則是另一種不同的海嘯沉積物,在強烈的海嘯過後,往往在沙灘上留下海嘯石,不過,在強烈的風暴或颱風過後,岸邊也會留有許多的巨型石頭。日本東北大學的後藤和久(Goto Kazuhisa)助理教授與日本地質調查所的地質學家宍倉正展(Shishikura Masanobu),皆指出如何分辨海嘯石與風暴石的不同,第一是尺寸的差異:大海嘯的能量之大,可以輕易的搬動2公尺級以上的石頭,而風暴造成的海嘯,尺寸較小,經過多次的分析颱風前後海岸的變遷,發現大於1.5公尺以上的巨岩多半紋風不動,故比此大的岩塊多半是海嘯帶來的,而經由古地磁、珊瑚化石等定年的方式,可以得知海嘯石源頭的年代,有助於分析海嘯的次數與波帶動岩石的方式。而澳洲學者James Goff在紐西蘭進行的研究成果,指出除了海嘯石,海岸附近的砂丘亦會有特殊的分布的方式,就如同海嘯石的特徵一般。

如何運用古海嘯紀錄防範未然

地質學家宍倉正展在「2013年古海嘯研討會」中提到,311東北地震前的百年以來,只有規模7到8的地震,即使發生在西元869年的貞觀地震,也不及這次的事件。過去科學家多以過去的地震與海嘯的紀錄來進行防災與工程的規畫,311地震過後,一般民眾認為我們太低估了海嘯災害的潛勢和威力;然而,無限上綱地增加防災的規模也不是最好的方式,因此古海嘯的研究十分重要,盡可能的探究過往海嘯威脅,並結合科學研究以提出適當的因應之道。在2011年之後,日本重新的評估東海、東南海、南海連動型巨大地震的可能性,提出最大可能會發生規模9.1地震的可能性,以儘早提出因應之道。

有台灣的古海嘯研究嗎?

新加坡的學者Adam D. Switzer提出了台灣附近可能出現的海嘯威脅,也特別提到,海嘯不一定是發生地震,而發生地震也未必會引發海嘯。像是鄰近的菲律賓巴布亞火山爆發時若造成海底山崩,也可能會引發海嘯威脅南台灣,而台灣的西南外海的海底地形由大陸棚轉為大陸斜坡,因此由南方來的海嘯波,勢必會造成重大威脅。

台灣大學講座教授太田陽子教授,在台灣進行了數年的研究,發現了許多地方有海嘯的沉積物,如前述的和平島、福隆與台東成功,也在綠島、蘭嶼等地發現了海嘯石的蹤跡,尺寸達4到5公尺,代表台灣仍不能忽視海嘯的威脅。

歷史的記錄並不是唯一的參考,但由於對於地震與海嘯的認識有限,因此不斷的開發新的地質或文獻資料,有助於對海嘯災害的評估;地球的歷史之長,遠超過人類的文明,既然無法預知未來,我們仍可盡最大的努力來鑑往知來。

(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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。