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「震」的搞錯了,並沒有「芮氏規模9.0」的地震!

震識:那些你想知道的震事_96
・2019/09/04 ・3005字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 536 ・七年級
  • 文/阿樹 《震識:那些你想知道的震事》副總編輯

現在,我們在報章雜誌或新聞媒體上,已經比較少看到將規模、震度搞混的情況。(阿樹表示欣慰)至少,媒體上漸漸少有如「9.0 級地震」的錯誤,多會正確的說明為「規模 9.0」。不過阿樹也發現到有另一種新的誤用方式出現:將規模 9.0 的地震說成「芮氏規模 9.0」的地震。

對,這樣的說法有問題,因為根本不會有「芮氏規模 9.0」地震!真的不存在這樣的東西。

所以不要再隨便亂加「芮氏」了好嗎?芮克特都要從墓裡跳出來打你囉~~

用「芮氏規模9.0」去google了一下,發現其實錯用的地方真的還不少,當然,不止有9.0才有錯,還有許多用錯的例子,這邊只是舉一部分來分享。

怎麼會是誤用?地震規模的完整全名不是「芮氏地震規模」嗎?

或許因為是最早使用的地震規模為芮氏規模,所以許多人會理所當然的以為規模前面就是要加個「芮氏」才嚴謹。的確,如果是臺灣島上或是周邊的地震、資料來源又是中央氣象局,幾乎九成九以上是以芮氏規模表示地震的規模。但是,如果是去美國地質調查局 USGS 的網頁上查詢地震,就會是「地震矩規模」,縮寫也會是 Mw ,至於它的原理,我們在先前的文章更「先進」的地震規模算法?已經提過。

美國地質調查局 USGS紀錄全球發生的地震。(點圖放大)

芮氏規模的縮寫則是 ML , L 代表的是區域 (local),所以又稱「近震規模」,而就如其名所示,當初芮克特所發明的芮氏規模,是有區域限制的,當初是用來評估加州的地震,而後才被大家廣泛使用,當然,要讓它能泛用其實也經過一番的修正歷程,在另一篇文章課本沒教的芮氏規模中也寫了芮氏規模的來龍去脈,在此就不再贅述。

而最常見的誤用,就是在討論某一個地震時,把上述這兩種地震規模直接比較、或是混用等等,這種情況最常見於大地震。譬如規模 9.0 的地震,以芮氏規模的做法是做不出來的。把芮氏規模比喻成一把 15 公分直尺,它在不用筆來做記號輔助的情況下,最多只能測量到 15 公分,大於 15 公分的物體只能「知道它大於 15 公分,量不出真正的長度。」一般規模 7 以上的地震,芮氏規模和震矩規模已經有比較大的落差,到了  ML 7.5 以上就飽和了,所以 Mw = 9.0 的地震, ML 可能只有 7.5 左右而已。

所以,當你聽到「芮氏規模 9.0 」一詞,代表的就會是:

這句話一定有什麼誤會!通常這樣大規模的地震,會是用其它方式算出實際的規模值,譬如震矩規模。

芮氏規模沒有9.0喔,各位好孩子不要再講錯囉。來源/蝙蝠俠打臉圖產生器

另一種誤用:在討論歷史地震的時候

《震識》也常見有歷史地震的文章題材,其中不乏有許多是在地震儀問世之前的紀錄(多半是 18xx 年或是更早的地震)。國內相關研究在表列科學家經過考證歷史後求得的地震規模,也有明列出 ML 和 Mw 的例子,如臺灣地區歷史地震文獻資料庫。但以這個例子來說,為什麼要列出兩種不同的規模值呢?這和研究古地震的方法有關,如果是利用地質資料設定斷層參數模擬斷層錯動引發地震,那模擬出的地震規模,意義上就會是地震矩規模 Mw。但台灣地區歷史地震資料的建置一文中的研究方法中,是以近震(芮氏)規模 ML 來建立經驗公式,因此該研究就將一開始求得的 Mw 轉成 ML 。所以同時表列兩個不同的規模值時,反映了地震學家在面對不同問題時所採用的研究方法。

不過從上述的介紹我們可以發現,當我們是「以斷層的參數回推地震情境」的情況時,其真正意義就會偏向是震矩規模,所以多數時候如果是科學家利用地質與古代文獻資料重新估算古地震的規模時,比較具有物理意義的方式還是以地震矩規模為主,畢竟我們也沒辦法以芮氏規模的定義憑空得到地震波的震幅值。當然我們也可以用另一種思考方向:如果古地震的規模值是一種間接求得的估計值,那麼或許直接說「地震規模」或是「規模」不失為一方便又不失科學精準的方法。

可是幹嘛這麼計較用法?寫錯又怎麼樣?

其實我們在意的並非在字句上的錯誤,而是這背後的「誤會」,譬如:

  • 認為地震規模前面一定要加上「芮氏」才對。(地球科學冠名大賞?
  • 認為地震規模只有一種,那就是芮氏規模。(又不是銅鑼灣只能有一個浩南……

地震規模表示方式,其最初的用意其實是:評估「不同地震」的「大小」。不是拿來給大家比不同單位誰算得比較準用的。

對於一個科學用語「只知其名,不知其理」時,並不能說我們懂了這個用語,今天的文章並非單旨在「正名」,而是跟大家說說為何規模有不同的「名」的理由。

奇怪欸!氣象局發布地震報告也只說芮氏規模啊!

對啊!如果以「地震矩規模」來表示就不會有太大測不出來的問題,為什麼大家不改用地震矩規模當作表示法就好?弄得這麼複雜,不是更混淆大家嗎?

中央氣象局發布的地震報告,分別表示了「芮氏規模」及「震度」(點圖放大)

似乎是如此,但因為科學本來就是個不斷修正的過程,百年前發展出來的知識,可能有些是現在還能用來解釋的科學,但也有些是需要調整修改的。但純科學的討論易,行政的實行難(別忘了中央氣象局不止是有學術,還是個政府機關),阿樹簡單的揣測之中的幾個問題。

  • 地震速報的時效要求甚高,運用地震矩規模的方式會拖慢不少時效。

不過這問題應會隨著科學和科技進步而改進,以日本的例子來說,東日本大地震一開始的規模低估也在日後上修。然而修正更新本身就代表著有重複的資訊,會不會造成混亂呢?

  •  如果要改成地震矩規模,那要多大規模以上的才要採用?

先看看國外的例子,美國地質調查所是以規模 3.5 作為基準,3.5 以上的皆採地震矩規模發布,至於日本,則是在 2003 年也重新定義並公告自己的地震規模計算方法。那我們要怎麼做,才能兼顧?阿樹的看法是,這需要一些科學研究和討論,去定義出最適合我們使用的地震規模。

  •  過往的地震報告要不要全部砍掉重練?要怎麼比較國內外的地震規模?

假設技術上可行了,也還是會遇到這個問題,前者是會造成麻煩和費事,後者則是需要再多些時日進行科普教育。

但無論如何,未來追求即時且精準的計算地震規模應是一種趨勢,或許日後會有更好的方法呈現,但本文最後還是想強調一下:

除非是科學家或官方告訴你,他們使用的是「芮氏規模」,否則講「地震規模」或「規模」就好了!

本文原發表於《震識:那些你想知道的震事》部落格,歡迎加入他們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。

參考文獻與延伸閱讀

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震識:那些你想知道的震事_96
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《震識:那些你想知道的震事》由中央大學馬國鳳教授與科普作家潘昌志(阿樹)共同成立的地震知識部落格。我們希望透過淺顯易懂的文字,讓地震知識走入日常生活中,同時也會藉由分享各種地震的歷史或生活故事,讓地震知識也充滿人文的溫度。


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推開地獄之門?冰島開挖全球首座「火山岩漿井」,開啟地球科學新篇章!

安比西林_96
・2021/10/20 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

水井、石油井和天然氣井大家都知道,但你有聽過「岩漿井」嗎?最近,冰島著手開挖全球第一座「火山岩漿井」。這似乎是一個瘋狂的主意,滾燙的岩漿可高達攝氏上千度,還可能伴隨著可怕的火山災害。不過這個前所未有的大膽計劃,不僅具備新興可再生能源的巨大潛能,更有望開啓地球科學的新篇章!

冰與火之地——冰島,100% 依靠可再生能源的國家

落在北極圈邊緣的冰島(Iceland),擁有壯闊冰川與絢麗極光,同時也是地球上火山活動最頻繁的地區之一,可謂名副其實的「冰與火的國度」。這座大約 1500 萬年前才因火山活動形成的年輕島嶼,因位在大西洋中洋脊[註1]之上,受到歐亞大陸板塊與北美洲板塊往各自方向的拉扯,而有著 32 個活躍的火山系統,且平均每 4 年就會發生噴發。

圖/wikimedia

除了令人屏息的天然極地美景,冰島更是全球綠能國家中的模範生。得天獨厚的地理條件,讓冰島超過 99% 的電力都是依靠可再生能源,其中 73% 的電力源自水力發電,另 26.8% 則來自地熱能。在可再生能源,尤其是地熱能的開發應用技術上領先世界的冰島,在地發電厰不單是觀光旅游的賣點之一,更吸引了不少國外的投資入駐,以降低企業的碳足跡。

延伸閲讀:利用地球的熱情發電吧:深層地熱發電

通往「地獄」之門,也是推開科學新研究的大門

地熱能開發技術純熟的冰島,在 2009 年的一次鑽探中,卻遇到了意想不到的變故:原本想開挖深達 4500 公尺下的熱水,沒想到卻在 2100 公尺處挖到了一個岩漿庫[註2]!這此的開挖位於冰島北部的 Krafla 火山口附近,一個較小火山口 Víti (冰島語中正是「地獄」之意)邊上。

大量的蒸汽與玻璃從鑽孔中噴湧而出,在鑽探套管報廢之前,還觀測到破紀錄的 900°C 高溫。原先的計劃被迫喊停,但科學家卻從中看到進行地科研究的大好機會。

2009 年時,原先要鑽探地熱井的冰島團隊,卻意外挖到了一口岩漿井。圖/science.org

這起事故,促成了克拉夫拉岩漿試驗臺( Krafla Magma Testbed,簡稱 KMT)研究計劃的誕生。時隔多年籌備,這個備受矚目與期待的計劃,在國際大陸科學鑽探計劃(International Continental Scientific Drilling Program)與多個科研機構的支持資助下,終於於今年展開。這一次,科學家們帶著更堅實的鑽探工具,與明確的鑽研目標,要來敲開通往「地獄」的大門。

「我們曾去過火星,也到過金星,但我們從未觀測過地表下的岩漿。」意大利國家地理物理與火山學的研究主任 Paolo Papale 如是説道。

過去火山學家一直缺乏直接觀測地底岩漿的機會,只能仰賴地震儀、GPS 感測系統和雷達衛星,來推測岩漿的運動。儘管他們可以調查噴發到地表的熔岩,但這些已固化的樣本,早已失去大部分原本所含有的氣體。這些氣體是驅動火山噴發,影響岩漿原始溫度、壓力與成分的關鍵。

自 2009 年與這口岩漿井打交道以來,科學家確認它的脾氣相當溫和,並無噴發的太大風險,加上位處偏僻無人居住之地,因此非常適合進行研究。未來若從 KMT 取得新鮮熱辣的岩漿樣本,將可用來驗證過去科學家對於岩漿的認知是否屬實。

地底下的岩漿,揭開大陸形成的秘密

地球大部分海床,都是由玄武質熔岩[註3]構成,冰島也不例外 。然而組成大陸地殼的花崗岩,卻是由另一種更粘稠、富有二氧化矽的流紋質岩漿而來,而 KMT 岩漿井底下的就是流紋質岩漿。

為什麽構成海床與大陸地殼的熔岩種類有所差異?科學家相信,探究以玄武岩為主要構成的冰島上的流紋質岩漿樣本,將揭秘這個地質科學中很基本,卻未解決的問題。

要長期監測岩漿井的溫度、氣壓、化學成分等參數,實實在在地挑戰人類科技的極限,因為靠近岩漿處的溫度可是超過攝氏一千度。鑽探團隊正測試各種能耐高溫及膨脹的器械,而科學家也在研發各種可抵抗高溫高壓的新型偵測器。

這些研究成果不僅能用於地球科學,有朝一日更可能造福太空探索,如被運用在登陸太陽系中環境最惡劣的金星上。

水手 10 號拍攝的金星,由可見光與紫外光影像疊合而成,可見其表面被一層厚厚的硫酸雲遮蓋。圖/維基百科

一口岩漿井,將成為世界重要的火山學中心

KMT 引領科技的創新,也為冰島的地熱能產業帶來突破的機會。越靠近熾熱的岩漿,利用地熱能發電的效率便會增倍,這麽一來便可減少為了滿足能源需求而開挖的地熱井數量,降低對周圍環境造成的衝擊。光是在 2009 年意外挖掘的這一口岩漿井,就具備可以供應一整個小鎮電力的潛能。

開挖岩漿井時,需要注入大量的水來冷卻與潤滑鑽頭,這個對火山系統進行擾動的過程,也提供科學家一個瞭解火山運動的絕佳觀測機會。進行鑽探後,地震波速度發生的改變,也可透露岩漿流動的範圍。透過探究這些細微的火山運動變化,科學家能更好預測火山的噴發,讓我們能建立更整全的火山預警系統。

「十年後,這裏將可能成為火山學的中心。」冰島地熱研究中心科學主管 Ottó Elíasson 這麽認為。觀察地底下流動的岩漿,就像在瞭解地球的脈動,可以告訴人類更多關於這顆星球的故事,更能帶領我們走向更多科學新的可能性。

註釋

  1. 大西洋中洋脊(Mid – Atlantic Ridge,又稱中大西洋帶),是橫跨大西洋及北冰洋、大部分地區位於海底的山脈。
  2. 岩漿庫(Magma chamber,又稱岩漿房),是地球表面下一至十公里處由熔岩和火山灰氣體形成聚集之處。由於其內的岩漿密度比周圍的母岩來得低,因此會產生使岩漿往上移動的浮力。如果出現可讓岩漿通往地表的管道,便會造成火山噴發。
  3. 玄武岩(basalt),由基性岩漿噴發凝結而成,主要成分是矽鋁酸鈉或矽鋁酸鈣,是一種細粒緻密的黑色火成岩。玄武岩質熔漿被認為源自地球的上部地函。

延伸閱讀

參考資料

  1. Forget oil or water. In Iceland, well diggers seek to tap a volcano’s magma
  2. VisitIceland – Geography of Iceland
  3. VisitIceland – Renewable energy
  4. Magma chamber
  5. Krafla Magma Testbed
  6. Rhyolite
  7. Basalt

安比西林_96
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本職為生態環境領域的可撥煙酒生。 不定時掉落科普文章。 大家一起嗑科科(❍ᴥ❍ʋ)
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