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防震不是只有預警那麼簡單:大地震過後,下一步該怎麼走?

  • 文/馬國鳳、潘昌志(阿樹)

地震可以說是「一瞬間的事」,那一陣強烈的搖晃不過數十秒,卻總帶來令人措手不及的恐慌。位於菲律賓海板塊與歐亞板塊邊界上的臺灣島,板塊運動在你我的腳下地殼不斷累積「能量」,當累積到承受不住時,就會尋找機會釋放出來,於是就發生了地震。

上述概念是地震學者或工作者常用來對大眾說明「地震是什麼」的說法,然而許多人遇到地震學家時,反而更常會問:「那麼何時能預報地震?」只是現在問這個問題似乎還太早了點,雖然預測地震是地震學家的終極目標,但能回答這個問題科學還在發展中,尚未問世。所以我們只能再退回一步的思考:地震是怎麼發生的?又是如何造成災害?

集集地震造成光復國中的校舍倒塌。圖/作者提供

九二一過後,我們可以做些什麼?

民國八十八年的九月二十一日,在接近臺灣島的正中間處,發生了規模7.6的強震。對多數的臺灣人來說,這天是近代地震對人們最深刻烙印,是災民們難以抹滅的傷通,而對一般大眾而言,那一瞬間雖已逐漸塵封到回憶深處,但地震當下的驚恐和對災情的震憾並不會比較少,而對地震研究者而言,地震儀留下的紀錄更成為份外沉重的研究課題。

逝者已矣,重點是活著的人還能做些什麼?以科學角度來看九二一,稍微令人感念的是,臺灣的地震學前輩們的真知灼見,在1990年代推動各種地震觀測站的建設(參見台灣發展地震預警的過往雲煙一文),全臺各地設置了多達九百多部的地震儀,因而留下非常大量又完整的科學資料,這在當時的世界上也是罕見的珍貴資料。

氣象局地震測報中心強震地震觀測網記下集集地震時的沿斷層的地震波形紀錄,數字代表地表振動加速最大值,單位為 cm/s2,這些測站中有多數已超過七級 (400 cm/s2),而  TCU129站更是超過 1g (重力加速度)。圖/作者提供

接著,在後續的研究中,也讓科學家見識到超凡的大自然力量:地震造成車籠埔斷層地表破裂,短短四秒之間,斷層北段滑移了十五公尺之多,也就是說幾乎在一瞬間,地表就抬升了相當於五層樓的高度,可見地震的「力量」之大。

再試想一下「摩擦生熱」的基本道理:這樣快速的滑動,斷層面上的摩擦作用將讓溫度瞬間上升到上百至千度,如此的瞬間高溫,讓斷層帶的物質產生物理及化學變化,進而「潤滑」了斷層面,更加大了滑移量和滑移範圍,斷層在地表破裂的長度也長達85公里。這些研究除了來自於地震波紀錄,還包括了地質與鑽井,在震後數年間我們從這世紀末的地震更進一步推進了地震科學。

九二一集集地震在光復國中被斷層在地表抬升切過的操場,如今已成為九二一地震教育園區的展示區。圖/作者提供

還不能預測地震,不代表科學家對地震完全無能為力,我們還有些事能做,像是前述我們對車籠埔斷層破裂過程的了解,就結合了地震科學、地質科學、地球物理學的基礎資料收集與研究,科學家才能了解斷層的力學機制、發震機制進一步推估斷層錯動的模式(詳見斷層上的短暫瞬間:動與不動之處),並以瞭解地下速度構造、場址效應的特質,了解地震波傳遞時的行為;我們也才會知道地震波至地表後的振動情況。

防震不是只有「預警」那麼簡單

如果只有研究預測地震這條路,那我們就太「浪費」大自然給我們的訊息了。光是從地震波的資訊,我們就足以發展出地震「預警」的系統(詳見這篇這篇),不過,這只能用在地震發生當下的爭取逃生,我們還有更多的事情可做,譬如「地震情境模擬」。

所謂的模擬,當然也需基於科學的根據,現今的研究已知斷層面積、滑移量與地震的規模,有一定的尺度關係(這篇關於「潛移斷層」的介紹,有稍稍提及)。所以,以斷層的幾何資訊,就能估算其可能產生的地震規模,接著再代入許多科學數據與假設(包括從力學條件得到斷層在不同區段的錯動量差異,還有用來模擬地震波傳遞過程的地下速度構造等等),便可得到地震發生時可能搖晃情形與情境。

台灣未來五十年,最大地表加速度值達到0.23g (相對於氣象局震度五級)及0.33g (相對於氣象局震度六級)以上的發生機率。以機率表示等於代表各地遇到該震度搖晃的「風險」。圖/作者提供

「地震預警」目的在於提前告警爭取數秒,而「地震情境模擬」並不是在探討地震會在「何時何地」來襲,而是在地震必然發生的前提下,模擬地震情境以判斷不同地點的危險程度。而知道「地震來的最糟情況」去預先做好準備,對一般大眾而言,其實與平常會做的各種保險機制無異,像是遠離風險較高的斷層帶、選擇耐震建物、準備地震包和逃生計畫等等,在日常即有此思維並做好評估補強做起;多了幾秒預警時間的準備,減少大地震帶來衝擊。

如果把預防準備的層級向上提高,就是企業和政府層級。政府可根據情境模擬的結果推估受損和災防搶救方針,也可協助大眾檢視與提升建物的耐震強度。一般企業也可以分析了解其未來面臨地震時,可能蒙受的損失成本(包含因工廠產能停擺而需承擔的經濟損失),使地震危害及風險得以量化,納入其企業決策之中。

百年來的變化 十餘載的啟示

臺灣近百年傷亡最慘重的地震是1935年的新竹—台中強震,其次就是九二一集集地震,所幸九二一地震的發生時間在凌晨,倒塌最為慘重的中小學校舍並未釀成更重大的傷亡。而我們可以發現,雖然隨著科技和建築技術改進,倒塌的情況會逐漸改善,但隨著社會經濟的發展,人口的密度已與百年前不可同日而語,暴露於地震危害中的生命與財產成倍數般成長。

當人們開始淡忘大地震的威脅時,風險正不斷提高中,至此不禁想提問:下一個大地震,我們準備到哪了?

地震過後,下一步該怎麼走?圖/pixibay

要精準預測地震發生的時間位置,目前還不可能,然而由前段所述的地震預警與情境預估,已有些突破發展和技術整合,接下來我們再談深入一點。臺灣地震模型組織利用地震及地質資料,以機率式地震危害度分析技術,量化未來強地動發生之可能性,提供政府主管機關對重要場址(如:核電廠及學校校舍等)之安全評估。

此外,藉由震源參數拆解分析,科學家可標定造成地震危害的主要震源。根據該震源特性,利用前項所說的地震波模擬技術,考量地震波傳遞過程的物理特性,估算該震源可能造成鄰近或目標地區的震度。政府機關則可根據該地建築物以及人口分布,擬定出因應此地震危害情境之措施,評估各地區之防災設施是否完善(如避難地點、醫院等)。

平時應注意緊急避難路線。圖/pixibay

我們期許當地震來臨時,我們有更完善的準備,正視面對地震可能造成的危害及風險。地震防災工作需要各領域專家共同努力及合作,在科學上挑戰世界性的問題、提出新的理論,同時和世界上其他優秀的地震學家對話,以各國的經驗及資料,一起貢獻人類的地震知識。九二一地震後的十餘載至今,台灣地震學界與世界持續對話,分享經驗及一起面臨挑戰。

科研成果與大眾的距離看似遙遠,然而地震災害本身並無差別待遇,地震研究需要紮實的基礎科學發展,以成就理論知識,有了知識才有更好的防災科技,譬如前述的「情境分析」。後續將與工程及資通科技專業合作,使其能有更有效的防災運用,得以服務人群。地震離我們很近、地震科學當然也離我們不遠,我們期許發揮這些知識,將其帶入科技、走入產業、也走入公部門及企業部門的政策,讓知識發揮更為入世的價值。

本文轉載自震識:那些你想知道的震事,原文為《地震如何致災?科學家如何知災?我們又該如何防災?》,也歡迎追蹤粉絲頁震識:那些你想知道的震事了解更多地震事。





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