史上最早地震儀？｜科學史上的今天：12/13

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

本文由 交通部中央氣象署 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動，到我們的手機響起國家級警報，大約需要多少時間？

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站；1999 年臺灣爆發了 921 大地震，當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位；2014 年正式對公眾推播強震即時警報；到了 2020 年 4 月，隨著技術不斷革新，當時交通部中央氣象局地震測報中心（以下簡稱為地震中心）僅需 10 秒，就可以發出地震預警訊息！

然而，地震中心並未因此而自滿，而是持續擴建地震觀測網，開發新技術。近年來，地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」，預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元！

連上網路吧！用建設與技術，換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」，該計畫致力於跨部會、跨單位合作，由 11 個執行單位共同策畫，致力於優化我國環境與防災治理，並建置資料開放平台。

看到這裡，或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網（Internet of Things，IoT）有什麼關係，嘿嘿，那可大有關係啦！

當我們將各種實體物品透過網路連結起來，建立彼此與裝置的通訊後，成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中，即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統，並進行運算，實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站，但能夠和地震中心即時連線的，只有其中 500 個，藉由這項計畫，地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量，並優化原有強震監測站的聯網品質。

在地震中心的評估中，可以連線的強震監測站大約可在 113 年時，從原有的 500 個增加至 600 個，並且更新現有監測站的軟體與硬體設備，藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知，倘若地震儀沒有了聯網的功能，我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後，有什麼好處？

除了加強地震儀的聯網功能外，把地震儀「放到地下」，也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下？用日常生活來比喻的話，就像是買屋子時，要選擇鬧中取靜的社區，才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂；看星星時，要選擇光害比較不嚴重的山區，才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

地表有太多、太多的環境雜訊了，因此當地震儀被安裝在地表時，想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波，就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難，無論是電腦或研究人員，都需要花費比較多的時間，才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的？基本上，只要是你想得到的人為震動，對地震儀來說，都有可能是「噪音」！

當地震儀靠近工地或馬路時，一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站，是噪音；大稻埕夏日節放起絢麗的煙火，隨著煙花在天空上一個一個的炸開，也是噪音；台北捷運行經軌道的摩擦與震動，那也是噪音；有好奇的路人經過測站，推了推踢了下測站時，那也是不可忽視的噪音。

因此，井下地震儀（Borehole seismometer）的主要目的，就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」，記錄到更清楚、雜訊更少的地震波！​無論是微震、強震，還是來自遠方的地震，井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動，根據不同測站底下的地質條件，​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外，站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池，讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大，為什麼無法大規模建造測站呢？簡單來說，這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井，然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本，因此，即使井下地震儀的訊號再好，若非有國家建設計畫的支援，也難以大量建置。

人口聚集，震災好嚴重？建立「客製化」的地震預警系統！

臺灣人口主要聚集於西半部，然而此區的震源深度較淺，再加上密集的人口與建築，容易造成相當重大的災害。

許多都會區的建築老舊且密集，當屋齡超過 50 歲時，它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的，若是超過 25 年左右的房屋，也有可能不符合最新的耐震規範，並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀：

在地震界有句名言「地震不會殺人，但建築物會」，因此，若建築物的結構不符合地震規範，地震發生時，在同一面積下越密集的老屋，有可能造成越多的傷亡。

因此，對於發生在都會區的直下型地震，預警時間的要求更高，需求也更迫切。

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統，目標針對都會區直下型淺層地震，可以在「震後 7 秒內」發布地震警報，將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起，地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組，並開始上線測試，當前正致力於臺南市的模組，未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難，無法主動保護民眾的生命安全，若人民沒有搭配正確的防震防災觀念，即使地震警報再快，也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術，地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道，經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》，讓民眾了解正確的避難行為與應變作為，充分發揮地震警報的效果。

此外，雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒，研發新技術的腳步不會停止；未來，他們將應用 AI 技術，持續強化地震預警系統的效能，降低地震對臺灣人民的威脅程度，保障你我生命財產安全。

本文由 交通部氣象局 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳儀珈

臺灣是全世界地震測站密度最高的地方，然後呢？

臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界處，古往今來，從 1935 年新竹-臺中地震、1999 年集集大地震到 2016 年的高雄美濃地震，這座島嶼挺過無數次強震的襲擊，更催化出驚人的地震測報實力與研究能量。

自日治時期設置了全臺第一座地震儀至今（2022 年），在 120 多年內，現在的臺灣已經擁有全世界地震測站密度最高的地震觀測網：共超過 700 座測站，平均不到 10 公里就有 1 座，一年平均可偵測到超過 3 萬次的地震！

從預算籌措、技術研發、測站建置、通訊與電力接通、儀器維護到資料處理與信號監控等，每一座地震觀測站的背後，都耗費了無數地球科學家們的心力和血汗，他們辛勤地上山、下海、鑽井、拉線，投入大量的人力、時間和資金，就是為了挖掘更多地球的秘密。

每一分、每一秒，都有可觀的訊號湧入中央氣象局的儀器，然而，人們到底要怎麼做，才可以讓這些得來不易的寶貴資料發揮最大的效益呢？

中央氣象局的做法是——將它們全、數、公、開！把臺灣地震與地球物理的觀測資料，無償開放給全世界下載使用！

2008 年初試啼聲、2020 年脫胎換骨！

自 2005 年起，中央氣象局地震測報中心開始規劃這個整合型地震相關資料的開放平台計畫，並在 2008 年 8 月正式上線，命名為「地球物理資料管理系統（GDMS）」。

可惜的是，當年 GDMS 採取「會員制」，使用者需線上申請，經過審核方可啟用帳號，也限定僅有「國內」的相關學術人員才能成為會員。

此外，隨著上線時間一長，原系統的功能及資料服務已無法滿足所有使用者的需求，例如資料並未使用國際通用格式、更新不夠即時、儀器參數不完整等等問題。

有鑑於此，中央氣象局和中研院地球所攜手合作，建置了全新一代的「臺灣地震與地球物理資料管理系統（GDMS-2020）」，取消原先僅開放國內學術人員下載的限制，轉型為向全世界開放，所有人都能在此下載地震和地球物理的觀測資料。

新版的 GDMS 也針對資料管理進行全面優化，設計了標準化的流程，讓整體資料典藏變得更穩定更即時，資料品質更有保障。新增的詮釋資料（metadata）也讓使用者得以從原始資料（raw data）分析出更真實的物理量。

走向國際化的地震資料中心！

在地球科學界中，美國 IRIS、歐盟 ORFEUS、日本 NIED 是公認的三大資料服務中心，負責提供即時、高品質的地震與地物資料。

無論是資料格式，還是系統管理，臺灣的 GDMS 也向這幾個單位看齊，藉由向全球研究人員開放地震與地球物理資料，不僅能夠促進整體地球科學的發展，也讓臺灣在地球科學界的能見度更高，展現我國在地震領域的研究和技術能量。​

現在，無論你是地球科學的學術人員，或是對地球科學研究有熱情的愛好者，只要進入這個網頁註冊帳號，就能取得即時又完整的地震與地球物理資料。​

完整性、通用性：最全面、最沒有門檻的研究資料

根據中央氣象局的介紹，GDMS 提供的資料大約分為三個類型：地震資料、地球物理資料，以及儀器的詮釋資料，提供連續的觀測紀錄，擁有資料上的「完整性」。

其中，地震資料來自各式各樣的地震儀，例如短週期地震儀、強震儀、寬頻地震儀、井下地震儀所記錄的震動波形，取樣率每秒 100 點；地球物理資料包含全球導航衛星系統（GNSS）所記錄的地表變形、水位計的地下水位、磁力儀的地磁強度，取樣率每秒 1 點；​詮釋資料則記錄了​儀器管理相關的資訊，包含測站位置、營運歷史、維護紀錄、儀器響應（instrument response）等內容，讓研究人員得到地動訊號真實的物理量，在分析資料的過程中扮演關鍵性的意義。

為了讓研究人員下載地震和地物資料更便利，GDMS 參考了其他國際地震中心的做法，從資料查詢、瀏覽與下載的介面，到符合國際標準的資料格式，具備資料上的「通用性」。

觀測資料的格式如下：

• 地震波形資料：miniSEED、SAC 和文件檔格式
• GNSS 資料：RINEX 格式
• 地磁資料：  IAGA2002 格式
• 地下水位： 純文字檔​

詮釋資料的格式為：

• 地震儀：管理上採用 dataless SEED 以及 StationXML 兩種格式，使用上另提供 Poles and Zeros 檔案
• GNSS、水位計和磁力儀：純文字、試算表或資料表等方式儲存，同時相關資訊亦全部轉入資料庫線上管理。​

即時性、國際性：幾乎即時的更新頻率，開放給全球學術界！

​標榜「即時性」的 GDMS ，更新資料的速度到底有多快？

為了讓研究人員在強震後能夠立刻進行分析，所有地震波形資料會持續開放至此時此刻的前 15 分鐘。而地球物理資料每日產製 1 個檔案，也就是說，今天可以拿到最新的資料是前一天的檔案。

規模超過 6 的地震發生後，GDMS 會自動擷取所有對應的地震波形，在一個小時內放在首頁供所有人瀏覽及下載，避免在地震過後湧入過多的索取而影響網站的服務效能。

此外，GDMS 也保存了從 1991 年 1 月 1 日至今的「地震目錄」。

由於地震觀測站收到的原始訊號是不停的連續波形，一般研究人員若要進行地震研究，需要耗費極大的人力和時間成本，土法煉鋼地從波形中挑出地震的波形。

GDMS 所提供的地震目錄，是由地震定位專業的夥伴們，從連續的波形中一一挑選而成，不論是在學術或災害研究上，都是非常珍貴的資料。目前系統中最新的地震目錄可提供到當下的前 1 個月，地震目錄跨越的時間超過 30 年，累積地震數超過 75 萬筆，毫無疑問是地震相關研究的一份瑰寶。

為了讓 GDMS 在國際上更有能見度，日前中央氣象局已正式向國際數位地震觀測網聯盟（International Federation of Digital Seismograph Networks，簡稱 FDSN）申請註冊數位物件識別碼（Digital Object Identifier，簡稱 DOI），進一步強化 GDMS 的服務品質。

未來，GDMS 不會停下進化的腳步，在中央氣象局與中央研究院的合作下，除了測站數量將不斷擴大、進行儀器的汰舊換新，還預計開發一套新儀器維護與參數連動機制，確保觀測資料與詮釋資料的可靠性，並隨時關注和參考使用者的回饋與需求，進行滾動式的修正，持續擴充 GDMS 的功能。

1. ​中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統​
2. Thread: Taiwan CWB Seismological and Geophysical Data is officially OPEN from the new GDMS​
3. 地震測報中心蕭乃祺、甘志文、莊雅婷。〈建置國際化的地震資料中心〉。