面對海嘯有三寶，水門、堤防、趕快跑！──《課本沒教的天災日本史》

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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• 文/古國廷 (Medium)

 2018 年印尼發生兩起海嘯重創當地； 2004 年南亞海嘯與 2011 年東日本海嘯亦造成當地嚴重災情。近十年鄰近地區發生數次致命海嘯，它們為何如此致命？台灣百年歷史亦有多起海嘯紀錄，台灣面臨海嘯威脅時，又該如何應對？

本文專訪中央大學水文與海洋科學研究所副教授吳祚任，分享海嘯專業知識，及台灣如何運用世界領先技術預警自救。

為什麼海嘯比一般巨浪更致命，造成災害更嚴重？

A：回答這問題，要從它們的特性開始說起。

海嘯跟一般海浪都是波浪，波浪又可以分成長波和短波。長波的波長很長，幾乎看不到也感覺不到；短波的波長短，可以明顯看到它的波動起伏。

如果波浪的波長非常長，遠比它的水深還要長，則稱之為淺水波；反之則稱為深水波。海嘯就是一種淺水波，例如 2004 年的南亞海嘯來說，它的波長大概 200 公里以上，但印度洋水深才 4 至 5 公里。

這樣子的淺水波有一個特性，就是這些水分子的運動非常一致，就好像團結做事有效率的公司，沒有速度的差異也沒有摩擦阻力。

因此海嘯在行進間能量的消耗很少，到岸邊時幾乎保留地震或火山山崩垂直擾動的能量。

再來，海嘯的波長很長，代表它很「厚實」；一般海浪波長較短，相對較「單薄」。因此同樣抵達岸邊，一般波浪就像潑水一樣，潑出去就結束了；而海嘯就像一長串高鐵列車往岸上衝。以 2011 年東日本海嘯為例，它的波長大概 200 公里，就像從台北到雲林這麼長的高鐵往岸上衝。

這樣保有當初地震或火山山崩垂直擾動的能量，且「厚度」很厚的海嘯往岸上衝，不僅衝擊陸地上各種設施的結構，也掏刷它們的地基。加上海嘯移動時也夾帶碎石和樹幹等等各種沖刷過的物體，讓人們尚未溺斃前就可能被這些物質撞擊而失去求生能力。

簡單來說，海嘯來臨時，逃生的方法就是不要把身體弄濕了。因為一旦被海嘯捲入，就很少有活命的機會。

 2011 東日本海嘯和 2018 印尼兩起海嘯有甚麼不同？

2011 年東日本海嘯是地震引起的。2018 年 9 月印尼蘇拉威西海嘯，目前判斷比較可能是地震引發海底山崩所致；而 2018 年 12 月印尼喀拉喀托之子海嘯則幾乎可以認定是火山山崩造成。

在這邊先給大家一個簡單的概念，要造成海嘯最直接有效率的方法，就是讓海水受到垂直方向擾動，像是地殼垂直抬升或陷落所造成的地震型海嘯。

山崩也會造成海嘯，就像你從岸邊滾落到游泳池產生大浪。這種山崩型海嘯又分成兩種機制，一種是地震造成陸地或海底的山崩，另一種是火山造成的山崩。

火山噴發時又有兩種方式驅使山崩，一種是火山震動使火山邊壁崩落一大塊；另一種是火山一直噴發，結果火山裡面的結構空掉了，使火山承受不住水壓而往內下陷，使海水產生向下垂直運動引發海嘯。

雖然沒有經過很仔細的統計，但一般來說 90 %以上的海嘯是地震引起，剩下有一些是海底山崩造成的，少數是由火山噴發造成。

地震型海嘯與山崩型海嘯有甚麼不同？

A：地震造成的海嘯，大部分都是很強烈的地震才會造成海嘯。

雖然不敢說全部，但一般來說要造成致災型的海嘯，地震矩規模（ Moment magnitude scale , Mw ）通常要大於 7.5 ，且震源深度大多離地表 35 公里以內。地震矩規模超過 8 海嘯就很嚴重，規模超過 9 就是毀滅型的海嘯，像是造成南亞海嘯的地震就是這樣的規模。

若造成這樣大規模的地震，比較高的機會是海溝型地震，也就是板塊之間碰撞及隱沒。這種板塊破裂的長度很長， 2004 年南亞地震的板塊破裂長度大約 1,200 公里，大概 4 個台灣這麼長； 2011 年日本地震板塊破裂長度也有 500 公里。

這樣大面積的抬升，導致地震型海嘯的影響範圍非常寬廣，海嘯的寬度可以接近板塊破裂的長度。以 2011 東日本海嘯為例，寬度大約 500 公里；而它的波長也很長，以日本海嘯來說可以到 200 公里。

這樣規模是甚麼概念呢？假設高鐵列車的寬度是 5 公尺，那 2011 年東日本海嘯就像從台北到雲林這樣長的高鐵，以 10 萬台併排的規模往岸上衝。不過地震型海嘯高度相較起來不會太高，以日本海嘯來說波高大概 10 到 30 公尺，但已經是毀滅級的海溝型海嘯了。

而山崩型的海嘯就很不一樣了，它的波高可以很高。同樣的崩落量，陸上的山崩其崩落的高度越高，海嘯就越高；海底的山崩越接近水面，海嘯就越高。而山崩崩落的體積與質量越大，其海嘯高度就越大。但範圍就不像地震那麼廣，山崩海嘯的初始寬度大概就是它崩落範圍。

整體來說，地震引起的海嘯影響範圍寬廣但波高相對不高；山崩造成的海嘯影響程度很強但範圍很窄。

台灣較容易受到哪種海嘯威脅？很不幸的，都有可能。

台灣東部外海有琉球島弧，發生大規模地震時海嘯會影響東海岸；台灣西南部外海有一整段叫馬尼拉海溝，大規模地震產生的海嘯對墾丁到台南一帶影響比較嚴重。在帛琉附近的亞普海溝雖然離我們比較遠，但因為地形關係，地震發生海嘯時，台灣北部蘇澳一帶、東部以及高雄至台南沿海都會受到影響。

而台灣北部金山一直到三貂角，雖然不是那麼肯定，但因為地形關係，可能會有海底山崩造成的海嘯，且過去有類似的事件發生。 1867 年基隆發生規模 7 的地震。照理說海嘯高度應該不高，但卻發生 7 至 12 公尺的海嘯，這是地震規模 8 左右才會產生的海嘯高度。目前我們推估很有可能 10 %是地震造成， 90 %是山崩造成的，但這數據只能說是推估。

台灣西南岸也有海底斜坡地形，其海底山崩威脅也不容忽視。另外台灣的火山大部分分布在東北海域，雖然說目前看到都不大，但也很難說什麼時候會影響到，只能盡量預警。

Q：台灣要如何預警海嘯的發生？

A：我以前是用情境分析了解海嘯如何影響台灣。

情境分析就是判斷可能造成海嘯的來源，例如說哪個斷層或海溝地震會產生海嘯？它如何影響台灣？但就如上述提到，有很多造成海嘯的原因，像是地震、海底山崩或火山，很多可能性，算都算不完。於是我們發展出海嘯影響強度評估法（ Impact Intensity Analysis Method ），簡稱 IIA 法。

它的原理像是醫生想要知道你身體哪個地方感覺特別疼痛，就在每個部位都敲敲看，敲這個地方沒感覺再換下一個地方，當敲到某個地方你特別痛，代表同樣的力道發生在這個地方對你衝擊特別大。

而所謂 IIA 法就像這樣，針對要研究的特定地區或基礎建設，在其周邊海域都模擬同樣力道的水體擾動，運用水動力學搭配海底地形，去檢視哪個地方水體擾動形成的海嘯威脅最大。像是上圖這個例子是研究基隆金山一帶，紅色地區發生海嘯的威脅程度較大，發生在其他淡藍色區域就比較不用擔心。

如此我們就可以先排除淡藍色區域，針對紅色區域聚焦做情境分析，研究這個海域地形如何，有甚麼原因可能引發海嘯，會如何影響沿岸地區或基礎建設等等。

而 IIA 法，可以再進一步製作成地震–海嘯關係圖（ Seismic Tsunami Relation ），白話來說就是「不用電的海嘯預警圖」，不需要靠電力運作，就能在地震時知道海嘯會不會威脅到所在地區。它是針對沿海每個村里，繪製外海各個方位發生多大的地震規模時，其產生的海嘯會影響到該社區。所以當地震發生，村里長可以快速用地震發生方位和規模這兩個最簡單的資訊，自主判斷是否可能有海嘯威脅。

海嘯發生時要如何自救？

A：事發當下，如果是地震引發的海嘯，台灣目前技術能夠在地震發生以後，結合中央氣象局的地震速報，將其轉成海嘯源去模擬各地海嘯高度，過程只需要 1.5 分鐘。以近海海嘯抵達台灣最快 15 分鐘來說，這樣的預警時間算是足夠。

但這樣的海嘯預警需要地震來當作 Enter 鍵，如果海底山崩沒有地震，就等於沒人按下 Enter 鍵，所以山崩型海嘯又稱之為「沉默的海嘯」，我們還在規劃如何預警它。

一般民眾在海嘯來臨的時候，記得要向上逃生、垂直逃生。海岸邊大多都是透天厝而且三層樓以上，所以發生時就逃到頂樓。不要跑到路上，因為會塞車。如果是開車或在機車上，就趕快下車借民宅逃到頂樓。如果開車時不幸海嘯已經衝過來，留在車內時不要開門開窗，等海嘯退去，趕快逃往民宅頂樓。

至於平常的時候，沿海的重要基礎建設要知道 IIA 的結果，知道哪個地方來的海嘯影響特別大，北部的設施和南部的設施要注意的海嘯來源絕對不同。當知道哪個地方來的海嘯衝擊特別嚴重，再進一步做情境分析，了解海嘯如何衝擊這些基礎建設，然後判斷是用工程抵擋或是放棄這個設施。國家災害防救科技中心也有海嘯災害潛勢圖，可以事前知道最大情境海嘯會淹到什麼地方。

其實就台灣三四百年歷史，紀錄到的海嘯次數不少，歷史上已經有教訓了，老天都給我們那麼多機會，真的要多注意一下才行。

※本文亦刊載於環境資訊中心，原作者Medium