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日本地震速報系統

科景_96
・2011/02/10 ・1417字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 574 ・九年級

Original publish date:Apr 02, 2008

編輯 強哥 報導

要預測地震的發生,在可見的未來,仍然遙不可及。但若只是要在天搖地動之前,提供幾秒到幾十秒預警,以避開恐怖的災禍。那麼,日本已經做到了!

日本氣象廳(Japan Meteorological Agency, JMA)所建構的地震速報系統(Earthquake Early Warning, EEW)已經在2007年10月上線,推廣到全日本境內。藉由EEW的預警,可以讓高速行駛的火車提早減速,避免出軌意外的發生;或是讓運轉中的電梯及早停在接近的樓層,然後把門打開,避免人員受困。雖然只是短短幾秒鐘的時間,卻顯得異常珍貴。目前日本的民眾已經可以利用簡單的電子設備或手機,接收到即時的地震預警。

EEW之所以能夠發出預警,主要必須歸功於日本境內密集分佈的地震測站(大約每二十公里一座),以及電腦能夠迅速計算出地震發生地點與震波傳播方向的成就。地震發生時,最早自震源所傳出的P波,會以每秒大約七公里的速度前進;同時間傳出的S波,則是以每秒大約四公里的速度前進。S波前進的速度雖慢,但其震幅卻往往是P波的三至十倍,危害甚鉅。因此EEW便是根據較早到達的P波計算地震參數,然後針對S波的到達提出預警,以避免較大的災禍發生。

當地震發生,鄰近震源的地震測站會根據所收到的P波訊號,首先判斷地震強度。一旦地震強度在四級以上(根據日本氣象廳地震震度分級),相當於麥加利地震強度(Mercalli intensity scale)的六到七級時,EEW便會發出預警。JMA收集了超過一千個地震測站的地震波形(wave form)紀錄,系統會在最短的時間比對測站所收到的P波波形,推測地震發生的位置,進而計算震幅較大的S波會在何時抵達各處,以達到預警效果。

若是後續其他測站的計算結果異於最初的估計,達到水平方向的誤差在0.2度,垂直方向的誤差在二十公里,地震強度比原先估計的大0.5級或小一級時,EEW會更新先前所發出的預警。甚至有可能當第一個測站收到震波訊號,讓EEW發出預警之後,卻沒有後續其他測站收到震波訊號,表示資料可能有誤,此時EEW也會取消預警。

JMA自2004年2月起,持續測試這套系統長達29個月。到2006年6月為止的測試期間,EEW共發佈了855次預警,其中只有26次假警報。這些假警報多是因為機件故障或閃電所造成,而且都是來自單一測站資料就發出預警時所造成的。

當然EEW也不是萬能的,如果地震震源是發生在陸地接近地面的地方,由於S波很快就會抵達鄰近區域,造成預警系統也來不及發佈。此外若是大型的地震(芮氏規模七以上),因為斷層破裂的時間較長,EEW則無法完整推估地震強度。又或者當兩個地震連續發生在同一地點時,EEW亦無法精確地區隔出兩個先後發生的地震。但是不論如何,EEW已經成為日本民眾伸手可得的重要預警系統,就是相當重要的進步了。

同樣身處地震帶的台灣,我們當然也想知道,中央氣象局是不是也有同樣的規劃,其實是有的!目前全台灣寬頻地震測站分佈的密度之高,並不輸給日本地震網,計算速度和準確度亦不遑多讓。只不過台灣災害性的地震大多發生在台灣西部陸地,而且震源深度都相當淺。因此若是真的發生大地震,恐怕預警系統也幫不上忙。但是不論如何,在台灣也開始有時速三百公里的高鐵開始奔馳之後,這樣的預警系統,恐怕也是必須盡快建置的吧!

原始論文:M. Hoshiba et al., (2008), Earthquake Early Warning Starts Nationwide in Japan, EOS, 89, 8, 74-75.

參考來源:

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科景_96
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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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