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利用震波幫大屯火山拍「X光照」!找出埋在地下 8 公里的「岩漿牛奶罐」

研之有物│中央研究院_96
・2021/11/22 ・6289字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文│陳儀珈
  • 美術設計│林洵安

解析大屯火山群的岩漿庫

天哪!原來我家旁邊住了一座活火山?位於臺灣北部的大屯火山群,近年已被地球科學家推斷為活火山,繁華的天母、北投與士林就在它的山腳,距離臺北 101 大樓甚至只有 15 公里。為了評估災害風險,發現活火山還不夠,我們還必須深入了解岩漿庫。「研之有物」專訪中央研究院地球科學研究所黃信樺副研究員,看他如何將地震波當作 X 光,解析大屯火山群的岩漿庫構造。

用震波,幫大屯山拍一張「X 光」照片吧!

自中央研究院於 2016 年證實大屯火山群為活火山以來,科學家不斷試圖了解更多大屯山岩漿庫的資訊,以評估大屯火山群對大臺北地區的災害風險。

今年,中研院地球所黃信樺副研究員利用震波資料,進一步找出宛若圓柱牛奶罐、位於地下 8 公里的岩漿庫,其直徑約 8 公里、高度約 12 公里,論文已於 2021 年 3 月初發表於《科學報告》(Scientific Reports)。

這個藏在地底下 8 公里的岩漿牛奶罐,是怎麼被黃信樺找出來的?

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蛋糕只要一刀切開,就可以把內餡看得一清二楚;然而礙於技術和成本,面對腳下的土地,我們不能像切蛋糕一樣,一下就看清楚地底結構。那科學家是怎麼分析火山的「內餡」呢?

聰明的地球科學家,搬出了「地震波」這個媲美 X 光的好工具!

地球每天都會發生成千上萬的地震,當地震波傳過重重地層、抵達地表測站後,就像是替地底做了一次完整掃瞄,而地球科學家只要蒐集這些地震波,就可以破譯出藏在震波中的地質訊息。

由於地震波可以穿透地底,因此地震波就像是地球科學家的「X 光」,只要蒐集這些地震波,就有機會破解地層下的秘密。受到地質構造與折射的影響,其中 P 波經過液體的內地核會減速,而 S 波無法直接通過液體的內地核。目前我們熟知的地殼、地函、內外地核等分層,也都是藉由這些原理得出的研究成果。圖│報地震-中央氣象局
由於地震波可以穿透地底,因此地震波就像是地球科學家的「X 光」,只要蒐集這些地震波,就有機會破解地層下的秘密。受到地質構造與折射的影響,其中 P 波經過液體的內地核會減速,而 S 波無法直接通過液體的內地核。目前我們熟知的地殼、地函、內外地核等分層,也都是藉由這些原理得出的研究成果。圖/報地震-中央氣象局

對地球科學家來說,每一個地震,就像一個個 X 光的發射器,而發射出的地震波就是 X 光,因此,用地震波去理解地底構造,就像是用 X 光去拍地底的 X 光照片。

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這個技術,就是大名鼎鼎的震波層析成像(Seismic Tomography)。

當地震波經過不同地質條件的地層時,會改變地震波傳遞的速度和性質,例如 P 波經過液體時,速度會下降,而 S 波因為穿不過液體,會直接不見。因此,當地球科學家只要收集到來自四面八方的地震波後,就可以推估出地底構造的幾何形貌。

從黃石公園的超級火山,到「死而復生」的大屯火山群

為什麼一直到了 2021 年,地球科學家才順利解析大屯火山群的岩漿庫?這是因為有了震波層析成像技術還不夠,還要有工具和震波資料才行。

2014 年時,黃信樺正在美國猶他大學進行研究,機緣巧合之下,他參與了黃石公園的計劃,使用震波層析成像技術,在原本已知的大型岩漿庫底下,找到了一個更深、更巨大的岩漿庫。如此意想之外的研究發現,也讓黃信樺的論文成功登上《科學》期刊(Science)。

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黃石公園岩漿庫之模型示意圖。2014 年時,在原本已知的流紋岩岩漿庫之下,大約地下 20 公里至 45 公里處,黃信樺找到了另一個更巨大的玄武岩岩漿庫,登上《科學》期刊。圖│黃信樺
黃石公園岩漿庫之模型示意圖。2014 年時,在原本已知的流紋岩岩漿庫之下,大約地下 20 公里至 45 公里處,黃信樺找到了另一個更巨大的玄武岩岩漿庫,登上《科學》期刊。圖/黃信樺

反觀臺灣,因為不像美國一樣擁有密集、均勻的地震測站,不足以讓學者對大屯火山群做完整的「X 光掃描」,因此在 2014 年時,臺灣學者對於大屯火山的岩漿庫仍然是一知半解。

直到 2016 年,中央研究院林正洪研究員成功找到了大屯火山的岩漿庫,並證實為活火山後,臺灣才開始大力推動進一步的研究計畫,在北部地區逐步設置超高密度的寬頻觀測網——臺灣陣列(Formosa Array ),探索這位危險鄰居的秘密。

臺灣陣列地震站分布圖,圖中約有 140 個測站,安裝有寬頻地震儀並即時蒐集傳送地震資料,此計畫由中央研究院地球科學研究所(IES)與大屯火山觀測站(TVO)共同執行。圖│Formosa Array 臺灣陣列
臺灣陣列地震站分布圖,圖中約有 140 個測站,安裝有寬頻地震儀並即時蒐集傳送地震資料,此計畫由中央研究院地球科學研究所(IES)與大屯火山觀測站(TVO)共同執行。圖/Formosa Array 臺灣陣列

臺灣陣列的地震測站有多密?從 2018 年開始,每間隔 5 公里,研究人員就會設立一個地震測站,站點橫跨山區,目前在臺灣北部設立了相當均勻的測站分布。

無論是遠方的地震,還是臺灣的地震,我全都要!

有了技術,又有了密集的測站,摩拳擦掌的地球科學家,終於可以來一窺岩漿庫的秘密了。

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黃信樺學成歸國後,受到了計畫主持人林正洪的邀請,帶著黃石公園的研究經驗,正式加入了大屯山岩漿庫的研究中,他藉由臺灣陣列取得了遠震震波資料(teleseismic data),並利用氣象局與中研院原有的地震觀測網獲取近震震波資料(local earthquake data),最終為臺灣地球科學界描繪出了大屯火山群岩漿庫的模樣:一個牛奶罐。

為什麼要特別同時使用來自遠方的「遠震」和附近的「近震」資料呢?事實上,這跟解析度也脫不了關係!

受到地震波傳遞路徑的影響,近震的震波只會經過淺層地底,帶來淺層的地質資訊(灰色),而遠震可以帶來深層和淺層的訊息(淺橘色),聯合遠震跟近震就可以加強整體的解析度並得到更完整的訊息(深橘色)。圖│研之有物(資料來源:黃信樺)
受到地震波傳遞路徑的影響,近震的震波只會經過淺層地底,帶來淺層的地質資訊(灰色),而遠震可以帶來深層和淺層的訊息(淺橘色),聯合遠震跟近震就可以加強整體的解析度並得到更完整的訊息(深橘色)。圖/研之有物(資料來源:黃信樺)

從圖中我們可以發現,地震波在地球內部傳遞的路徑是弧線,其中近震的地震波只會經過比較淺層的地底構造(灰色),反之,若使用遠震震波,就會帶來地球深部的訊息(淺橘色),並再次加強淺部的資訊(深橘色)。

因此,如果地球科學家有辦法同時使用遠震、近震的資料來推算的話,就可以讓整體圖像的解析範圍延展到更深處,解析度也更上一層樓!

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看圖說故事的功力,取決於你對這塊土地的了解

費盡千辛萬苦,有了技術、有了工具和震波資料後,地球科學家終於得到了地底「掃瞄圖」,但這一場大屯山岩漿庫探索之旅,仍然還沒有停歇!

比如說,當我們拿到一張涵蓋整張嘴巴的全口 X 光照片,一般人只看得懂黑色是軟組織、白色是硬組織,並猜測出骨頭和牙齒的位置。然而,對一位經過 6 年訓練、擁有專業醫學知識的牙醫師而言,卻可以一眼看出你的蛀牙、發炎、阻生齒、牙周病等等資訊。

P 波在臺灣北部不同地底深度的傳播速度分布。圖│黃信樺
P 波在臺灣北部不同地底深度的傳播速度分布。圖/黃信樺

震波層析成像也是如此!以上面這張論文中的圖片為例,P 波速度較低的紅色,代表該區的地質構造比較「軟」,反之波速高的藍色則為較「硬」的區域。

但,這到底代表什麼意思?啊岩漿庫又在哪裡?此時,地球科學家者對這塊土地的了解和專業知識,就派上用場了!

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以 2 公里深為例(上圖 a),可以看到大面積的紅色、藍色對比,其中藍色代表中央山脈,也就是很硬的變質岩;而紅色是西部麓山帶,屬於較軟的沉積岩,並包含林口臺地(很厚的紅土層)、臺北盆地(沉積物)等明顯的地質構造特徵;東方小塊的紅色,則代表宜蘭平原的沉積物。

承上,圖 a 大屯火山群的位置為白色,沒有明顯特徵;然而到了 8 公里深(圖 b)和 16 公里深(圖 c)時,黃信樺卻發現,大屯火山群底下從白色變成紅橘色。

火山下方突然出現一塊軟軟的紅橘色,P 波的速度甚至降低到 19% 這麼多,這意味著什麼?主要有兩種可能:含水,或是有岩漿。然而,地底 8 公里深的壓力過大,地下水較難以滲透,「含水」這個理由並不可行,因此,黃信樺結合了地球化學、地質學的研究和數據後,認為目前最合理的解釋是:它就是大屯火山群的岩漿庫!

大屯火山群(綠色三角形)地貌剖面的 P 波波速變化。可看到從 8 公里深開始,隱約存在一個紅橘色的圓柱體,該區 P 波速度大幅下降,岩漿庫是最合理的解釋。其中:Topo為地表高度,Depth為地底深度,綠色三角形為大屯火山群的主要火山口與噴氣孔,紅色三角形為其他北臺灣火山位置。圖|黃信樺
大屯火山群(綠色三角形)地貌剖面的 P 波波速變化。可看到從 8 公里深開始,隱約存在一個紅橘色的圓柱體,該區 P 波速度大幅下降,岩漿庫是最合理的解釋。其中:Topo 為地表高度,Depth 為地底深度,綠色三角形為大屯火山群的主要火山口與噴氣孔,紅色三角形為其他北臺灣火山位置。圖/黃信樺

這個岩漿牛奶罐,究竟從何而來?

找到岩漿庫的位置後,黃信樺開始思索,這一個體積約 600 萬立方公里的岩漿庫從哪裡來?透過震波反演出的圖像中,我們也可以窺得一絲的線索。

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北臺灣的 P 波波速(Vp)模擬結果,以 C-C’ 切面為例,圖 b 為 P 波速度擾動強度分布圖,而圖 c 為 P 波速度絕對值的分布。<br />圖│黃信樺
北臺灣的 P 波波速(Vp)模擬結果,以 C-C’ 切面為例,圖 b 為 P 波速度擾動強度分布圖,而圖 c 為 P 波速度絕對值的分布。圖/黃信樺

關於「岩漿」的由來,我們第一個想到的,或許就是因為板塊隱沒、部分熔融產生的岩漿。

而在上圖(b)中,我們可以從紫色的小圓圈的分布看出菲律賓板塊隱沒產生的地震帶,以及隱沒後出現的部分熔融區(紅橘色的 L2)。

然而黃信樺卻發現,在大屯火山岩漿庫(紅橘色的 L1)、板塊隱沒產生的部分熔融(紅橘色的 L2)之間,有著一大段很遠的距離,也沒有出現相連的通道,因此,黃信樺猜測,大屯火山岩漿庫應該與板塊隱沒帶沒有直接的關係。

不是板塊隱沒,那會是什麼呢?另外一種可能,就是後碰撞時期的弧後張裂。

目前臺灣東北部的地震,大多都是來自琉球島弧後方沖繩海槽(Okinawa Trough)的張裂環境,根據論文的反演結果,黃信樺也認為,大屯火山群、基隆火山群等北部火山,比較有可能是由此機制而生。

但請大家注意,以上對於大屯火山岩漿庫的成因的討論,僅僅還在「推論」的程度,我們尚且無法證實大屯火山就是由此而來,未來仍然需要更多相關研究的佐證。

「所以,它就像一個裝滿岩漿的牛奶罐嗎?

大錯特錯啊!雖然前文都將這個岩漿庫形容像牛奶罐一樣,然而,如果你覺得它是一個裝了滿滿液體岩漿的牛奶罐,那可就不對了。

黃信樺笑著說,「如果它真的是一個空空的牛奶罐,我馬上就會搬家!不騙你啦!」。

事實上,岩漿庫更像是一個海綿,一個有孔隙、吸附著岩漿的海綿

海綿的孔隙率有多少、岩漿的性質是什麼、地震波會降多少速,都可以透過地震和地質資料算出來,例如論文中的「P 波波速下降 19%」,就是從已知的安山岩數據相互推論而來。

此外,雖然論文結果看起來是一個牛奶罐的形狀,但事實上圓柱狀的岩漿庫並不常見,反之,大部分的岩漿庫都和黃石公園一樣,是屬於扁平狀的,因此黃信樺認為背後可能仍然有解析度的問題。

這次黃信樺是用最容易取得、最精準的 P 波來反演,未來他可能就會用 S 波、雷利波、洛夫波等震波資料來彼此檢驗,找出更精確的岩漿庫訊息。

這次大屯火山的岩漿庫解析,黃信樺採用容易取得且精準的 P 波來反演,未來他將用 S 波、雷利波、洛夫波等其他震波資料交互檢驗,讓岩漿庫資訊更精確。圖│研之有物
這次大屯火山的岩漿庫解析,黃信樺採用容易取得且精準的 P 波來反演,未來他將用 S 波、雷利波、洛夫波等其他震波資料交互檢驗,讓岩漿庫資訊更精確。圖/研之有物

從「岩漿庫變淺 22 公里」,一窺大屯火山的研究展望

在 2016 年林正洪「起死回生」的大屯火山研究中,乃是透過兩個近震資料,保守的推算出岩漿庫的位置落在 30 公里深左右,這一次,黃信樺透過解析度更高的反演結果,推斷出岩漿庫的深度其實只有 8 公里。

五年內,岩漿庫的深度從 30 公里變成 8 公里,雖然變淺了很多,但黃信樺表示,一般火山岩漿庫的深度大都落在 5~15 公里之間,大屯火山的 8~20 公里其實已經相對比較深了。那些很活躍的、頻繁噴氣的火山岩漿庫,深度甚至只有 3~5 公里,例如黃石公園就在 4~12 公里的位置。因此,我們並不需要因為這 22 公里的差距而感到焦慮或慌張。

話雖如此,我們仍須正視大屯火山這個距離臺北 101 不到 20 公里的活火山,畢竟大臺北地區的居民數量超過 700 萬,旁邊甚至還有兩座核電廠,面對這一位風險不明的火山鄰居,我們絕對不能視而不見。

今年(2021 年)八月初,有一篇發表在《自然通訊》(Nature Communications)的評論指出,過去以來,人們都只關注那些大規模的火山噴發,卻忽視了即使是小規模的火山噴發,也有嚴重危害全球經濟的風險,並把臺灣大屯火山列入全世界 7 個最關鍵的要點之中。

評論的作者表示,臺灣是台積電(TSMC)的所在地,而台積電負責供應全球高達 90% 最先進的晶片和節點,也是全世界技術與汽車行業的主要供應商,一旦大屯火山爆發,嚴重的火山灰和沉積物將會破壞全球的科技業與金融市場,帶來驚人且可怕的連鎖反應。

面對大屯火山的眾多未解之謎與潛在風險,黃信樺認為,震波層析成像只能給我們空間的資訊,既然我們已經確認大屯火山底下擁有岩漿庫了,接下來,科學家必須更進一步認識這位熟悉又陌生的朋友,像是岩漿庫的特性、火山的定年、噴發週期、模擬噴發形式,甚至是防災的疏散方案與宣導,都是我們需要努力的未來。

延伸閱讀:

  • 古國廷(2019)。〈大屯火山群不可怕,可怕來自不懂它 — 專訪林正洪〉,《研之有物》。
  • Huang, H. H., Lin, F. C., Schmandt, B., Farrell, J., Smith, R. B., & Tsai, V. C. (2015). The Yellowstone magmatic system from the mantle plume to the upper crust. Science348(6236), 773-776.
  • Huang, H. H., Wu, E. S., Lin, C. H., Ko, J. T., Shih, M. H., & Koulakov, I. (2021). Unveiling Tatun volcanic plumbing structure induced by post-collisional extension of Taiwan mountain belt. Scientific reports11(1), 1-10.
  • Lin, C. H. (2016). Evidence for a magma reservoir beneath the Taipei metropolis of Taiwan from both S-wave shadows and P-wave delays. Scientific reports6(1), 1-9.
  • Mani, L., Tzachor, A., & Cole, P. (2021). Global catastrophic risk from lower magnitude volcanic eruptions. Nature Communications12(1), 1-5.
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研之有物│中央研究院_96
296 篇文章 ・ 3472 位粉絲
研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

延伸閱讀

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
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・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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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!

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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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。

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