0

1
0

文字

分享

0
1
0

大屯火山是有岩漿庫的活火山,我們該擔心嗎?

阿樹_96
・2017/02/22 ・3735字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 546 ・八年級
小油坑為大屯火山群後期火山作用較顯著的噴氣口,主要噴出物為水蒸氣和硫氣,應為地下的餘熱和火山氣體所致,不代表岩漿庫的活動。圖/pixabay

「大屯火山是不是活火山?」

這個問題近年來經常躍上新聞版面,最主要的原因不外乎兩個:其一就是隨著科學證據發現而起舞,其二就是鄰近地區發生地震或發生某些令人容易聯想的事物(譬如類似地嗚聲響)。火山相關新聞出現時,報導經常會引用網友說:「塊陶啊!」「天龍國不適合住人啊!」但講了這麼久,到底每次研究證據代表什麼科學意義,似乎甚少人討論,甚至大家也搞糊塗火山定義,我們要怎麼看待這些事物,來看這「給非懶人的懶人包」吧!

該怎麼定義「活火山」?

活火山有「時間經驗」定義和「活躍岩漿庫跡象」的現象定義這兩種[1]。時間上的定義是該火山 1 萬年內有噴發紀錄就算是活火山;現象定義則是需要有科學證據證明有「活躍岩漿庫」存在。

活火山的時間經驗定義,看起來並不太科學,因為時間間隔和近期會不會噴發是兩回事,但要將一個火山歸類成活火山的結果卻是一翻兩瞪眼。就目前火山群中崩積的火山灰相關研究結果,認為目前最近一次噴發的紀錄約在五千至六千年前左右[2][3],起碼就這標準早就可以把大屯火山列為活火山了!

圖中11的位置即為岩漿庫。圖/Sémhur, FAL, wikimedia commons.

那如果有「現象證據」的雙重認證會更好嗎?雖然現象證據「很科學」,但其實這種地下的東西怎麼樣都只能算間接資料。火山噴發周期短則數年數十年,長則數千年,也就是說即使證明了「有岩漿庫」也不等於「這個岩漿庫快要導致噴發」。即便是量化的科學證據,也因地質作用的時間尺度漫長,而有了不確定的感覺。因此即使這座活火山具備雙重認證,只能說增加信賴度,而非「鐵證如山」。

為什麼科學家急著證明大屯火山「是活的」?

或許很多人聽過活火山、死火山、休火山等分類,就筆者所知休火山在科學上很少人用了;至於活火山、死火山的時間定義,如同前述,就是類似操作型定義,和會不會噴發是二碼子事。所以有些火山學家也有這種想法:

只要是有威脅性的火山,就該先研究它、了解它,不要因為時間定義上的分類而有所限制。

研究大屯火山的主要目的並不是在證明些什麼,而是有另一層意義:認識越透徹,就越能安心的住在它旁邊。說實在話,世界上比大屯火山群活躍的地區比比皆是,很多活躍的火山更是引起世界上的注意(如美國地質調查所 USGS 的十年火山觀測計畫),而大屯火山並非是世界上受人關注的火山。

但對我們而言,台灣本島就這麼一座活火山,而且還在最大都會區、主要行政區內,不遠處還有兩座核電廠、一座停工的核電廠,若我們不了解這座火山,造成的後果可能很可怕啊!這就好像你知道有很多人在盯著你完成一項重要的期中報告,你卻不知道繳交期限(可能明天會跟你說後天交、也可能明年才會告訴你何時交)。這時你唯一能做的,就是把報告盡善盡美的寫好,即使隨時被通知要繳交,都能交出最佳的報告

大屯火山彙中的七星山。圖/peellden 創用 CC 姓名標示-相同方式分享 3.0,wikimedia commons

所以作業要怎麼做到最好呢?一方面我們需要持續監控,以達到「就算快要爆發也能事前知道」。這個工作在國內主要由地質學者和大屯火山觀測站的專家負責,至於做些什麼監測,請參見先前拜訪觀測站後寫的這篇文章[4]。

但是,短期的監測是相對消極地去面對火山問題,因為監測不會讓我們更了解「火山裡面長怎麼樣」,所以還需要額外花時間和心力,用不同方式探究鄰近地層與地下構造,才能達到全面防治火山災害的最終目的。

大屯火山證實有岩漿庫,新聞沒有說的研究重點

2017 年 2 月 20 日許多媒體報導中央研究院研究員林正洪團隊,首度證實大屯火山有岩漿庫,這樣的新聞引發了各界的討論。阿樹的想法是:這是一則「乍看新聞很可怕,但細看門道很重要」的研究成果。

為什麼這麼說呢?過往許多火山的地震研究,會從淺部的火山地震活動中,根據地震波特性挑出可能是岩漿活動的地震,來研究火山的岩漿庫大小或是活動性。不過這系列報導相關研究[5]卻是從「跟火山無直接關係的地震」來搜尋岩漿庫。

台灣北部是個隱沒帶的延伸,有許多隱沒作用伴隨的地震,我們稱它為班尼奧夫帶,而這個地震帶可深達數百公里。以此研究來說,它用了發生在超過 200 公里深的地震,來為大屯火山群「照超音波」。

大屯火山周邊那些為了監測而設置的地震站,以及以往所記錄到的數據在這時候就派上了用場了。從幾個火山深處的地震波傳到地表的資料來看,有某些地方的 P 波明顯「晚到了」,而有些 S 波則「明顯減弱甚至不見」,這些測站還都在一起。在排除震源本身的效應後,研究團隊推測這些震波極有可能是「經過了某個東西」而減速。

很早之前,學者就知道地震波中的 P 波通過軟流圈和外地核都會減速,而 S 波更是因為無法通過外地核得知外核為液態[6]。如果大屯火山下有岩漿庫的話,地震波經過完全變成岩漿的部分,S 波確實有可能會大幅減弱而消失的,作者進一步分析波速的變化與分布,並且也比對了震央與岩漿庫較遠的深層地震,進而提出岩漿庫的模型。

筆者不熟此領域,不確定這方法之前是否有其他研究者使用過,但確定的是使用這個方法研究大屯火山算是頭一遭。不過這個研究結果,也只是支持大屯火山「很可能有岩漿庫」的證據,僅此而已。

前文也強調過「有岩漿庫」並不等於「這個岩漿庫快要導致噴發」。如果想要知道「噴發時會怎麼樣?」「什麼時候會噴?」很抱歉,這個研究無法回答這問題。其實就連大屯火山下岩漿庫的確切大小,可能也因資料不足,而僅能作出範圍的推估,無法得知真實的尺寸,以及是否有增加、減少的趨勢。

我們該怎麼看待大屯火山研究?

圖/GIPHY

但話說回來,大家最在意的不外乎是「火山何時要噴發?」、「火山噴發時怎麼逃?」這樣的問題,我前面寫的那堆科學觀點似乎沒什麼幫助?不過如果上述兩個問題換個方法問,答案就會有意義了:

我們要怎麼樣掌握火山動態和噴發情況?

多數情況火山要噴發會有前兆,如果大屯火山是個有噴發可能的活火山,只要我們持續投注觀測,起碼有很大的機會預警。上述的岩漿庫研究算是初步的結果,需要更多的地震觀測站與觀測資料,來讓我們更了解岩漿庫大小、熔融狀況等等。畢竟要能更準確模擬火山噴發情況,就要先弄清楚火山裡面長什麼樣子。

此外,也因為大屯火山比起國外許多活火山來說,岩漿活動相對不明顯,所以才特別難研究,需要更細的資料才有辦法了解透徹(用白話說就是需要花更多時間經費)。阿樹的看法是,願意投入的真的是十分有心於防災,畢竟同樣技術拿去研究國外火山會更快有學術成果啊!

我們該怎麼防災?

有好的科研也要有好的應用,因此在科學上更加確定大屯火山為活火山之際,我們不禁要思考,短期、中期、長期的防災作為是什麼。很明顯過去幾次火山議題都是以「炒熱 → 澄清 → 淡忘」的循環重覆上演,因為我們沒有經歷過火山噴發的災難,對它的關注遠低於颱風、地震。

不過換個角度想,其實只要理解災害的模樣,防災策略方向是大同小異的。舉個例來說,我們在颱風來襲前,如果都懂得撤離土石流警戒區的人們,也(理論上)知道放假是用來準備災前災後應對的;那麼當我們某程度可以提前數天到數小時預警火山噴發,照理說也可以規畫出一套防災救災 SOP。

火山噴發時的災害不外乎就是火山碎屑物(火山彈、火山灰等)和火山伴隨的地震、山崩土石流等等,依不同火山碎屑尺寸或地形分布,會有不同影響範圍。而這些災害技術上都可以做得出災害潛勢圖,即使公布會有引發恐慌之虞,但若建立在「理性的認識火山防災」的基礎上,應該是未來政府和民眾該努力的目標,而非不定期的恐嚇炒熱議題後,又慢慢的讓重要的事情石沉大地。

災害來時最怕什麼都不知道,除了認識一些火山知識,也可以看看目前政府做到哪,自己又能做什麼(如以下連結),才是明哲保身之道。

相關火山知識與防災單位連結:

喜歡這篇文章,你可以繼續關注作者部落格「地球故事書」以及粉絲專頁「阿樹的地球故事書」。

參考資料

  1. 宋聖榮,2015,大屯火山群的火山活動,科學發展,515 期,2015 年 11 月
  2.  Belousov, A., M. Belousova, C. H. Chen, and G. F. Zellmer, 2010: Deposits, character and timing of recent eruptions and gravitational collapses in Tatun Volcanic Group, Northern Taiwan: Hazard-related issues. J. Volcanol. Geotherm. Res., 191, 205-221, doi: 10.1016/j.jvolgeores.2010.02.001.
  3. 陳慈忻,2013,重溫 2012 (三):火山的生命,科技大觀園
  4. 潘昌志,火山怎麼研究?
  5. C. H. Lin, 2016: Evidence for a magma reservoir beneath the Taipei metropolis of Taiwan from both S-wave shadows and P-wave delays. Scientific Reports, doi: 10.1038/srep39500
  6. 潘昌志,穿越的地震波,怎麼會轉性了?

數感宇宙探索課程,現正募資中!

文章難易度
阿樹_96
72 篇文章 ・ 17 位粉絲
地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。


2

7
5

文字

分享

2
7
5

你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

數感宇宙探索課程,現正募資中!

所有討論 2
椀濘_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)