網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

臺大與法國團隊發現:地表的侵蝕作用可能會刺激地震的發生

活躍星系核_96
・2014/11/24 ・1226字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 558 ・八年級
SALVADOR EARTHQUAKE
credit: “ElSalvadorslide”。 使用來自 維基共享資源。

長期以來,科學家們一直懷疑地表的侵蝕作用,包括河川的侵蝕搬運,以及土石流的發生等等,可能會影響地殼深部的應力平衡,進而影響地震活動的發生。然而過去由於缺乏資料,這個假設一直無法得到證實。臺灣地區由於地處板塊交界,加上位於雨量豐沛的熱帶季風氣候區,過去的研究資料顯示地表的侵蝕作用相當快速,自然便成為驗證這一假說最佳的所在。

臺灣大學地質科學家徐澔德副教授與法國三位學者合作,利用徐澔德過去針對台灣地區活動斷層調查所得的資料,搭配文獻中記錄的臺灣地區侵蝕速率,運用力學模型模擬的方法,成功的證明地表的侵蝕作用可以對於活動斷層造成顯著的應力變化,進而影響地震活動的發生。舉例來說,台灣西南部具有每年高達一公分以上的侵蝕速率,其所造成的斷層應力變化,大約可以使得斷層發生下一次大地震的時間提早十分之一。

這個重要的發現,由徐澔德以及三位分別來自法國雷恩第一大學(Université Rennes 1),巴黎地球物理研究所(Institut de Physique du Globe de Paris, IPGP),以及法國蒙佩利爾第二大學(Université Montpellier II)所組成的研究團隊,共同發表於2014年11月21日出版的頂尖期刊《自然-通訊》(Nature Communications)。

徐澔德表示,最近十多年以來,全球地球科學學界最熱門的研究方向之一,便是在了解地球深處的構造作用、地表進行的侵蝕與堆積作用、以及大氣循環所造成的氣候變化這三種作用在時空上的互相影響與平衡。舉例來說,造山運動所形成的高山會阻擋水氣,進而影響區域的氣候;然後區域氣候的改變,例如雨量的增加,又會影響河流的侵蝕、搬運與沉積作用;最後由於侵蝕與堆積作用的變化,可能會造成區域的地形地貌改變,影響地質構造的活動性,進而使得造山作用的特性產生變化。這些複雜的相互影響,一般都認為主要作用於數十萬、數百萬、乃至於是千萬年的長期時間尺度下,然而這次研究團隊的成果顯示,即便是在數百年的短時間內,地表侵蝕作用對於構造以及地震作用的影響依然能夠非常顯著。

徐澔德進一步說明指出,臺灣地區由於主要的活動斷層都以逆衝斷層為主,這些斷層的活動類似於產生九二一集集地震的車籠埔斷層,都是斷層面以上的岩層沿著斷層面向上移動。在這種狀況下,地表上蓋在斷層面上面的岩層重量大小,便是影響斷層是否再度活動的一個重要控制,若是地表河流的侵蝕速率很快,上覆的岩層就會很快的減少,使得斷層的活動阻礙降低,進而誘發地震活動。研究團隊認為,相較於每年固定的河流侵蝕,由於颱風或暴雨作用產生的大規模土石流等劇烈侵蝕作用,可能會對地震活動造成更大的影響。去年在美國猶他州的賓漢峽谷銅礦(Bingham Canyon Mine)發生了極大規模的崩塌事件,該事件誘發了當地許多地震活動,這現象正符合了研究團隊的發現。

本研究主要是在行政院科技部與臺灣大學的經費支助下完成,詳細的研究成果請參閱2014年11月21日發表於《自然-通訊》(Nature Communications)期刊的全文:Erosion influences the seismicity of active thrust faults, Steer, P., Simoes, M., Cattin, R. and Shyu, J. B. H., Nature Communications, 21 November 2014, DOI:10.1038/ncomms6564

來自台大新聞稿

相關標籤:
文章難易度
活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 79 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


0

4
0

文字

分享

0
4
0

如何從茫茫大海中,找到戰爭遺留的深水炸彈?——海底掃雷行動

Else Production
・2022/01/19 ・2597字 ・閱讀時間約 5 分鐘

對於年輕人來說,我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生,因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈,大家又有沒有想過我們如何找出來?

這些未爆炸的軍備,我們稱之為 Unexploded Ordnance(簡稱 UXO),有可能是水雷,有可能是深水炸彈,也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品,受到多年來沉積(即水流在流速減慢時,所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來)的影響,令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計,單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。

二戰期間,桑德蘭水上飛機掛載的深水炸彈,圖/維基百科

你也許會問,既然都已經埋藏了,何況我們仍然要處理他們?這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統,假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外,或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷,後果可真是不堪設想。因此,最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行,或是安排專家把他們處理。

真正的大海撈針:用磁場把 UXO 吸出來!

要找到這些 UXO,最容易的方法便是使用金屬探測的方法,但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的,我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行(這大大增加了磨損探測器的風險),因此我們會選擇較間接的方法:磁強計(Magnetometer)。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的,而鐵是對磁非常敏感的,因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作,我們會以兩個磁強計為一組去作探測,令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子:

圖 1:磁強計的探測結果

在圖 1 裡,假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置,上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線,下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見,當若果沒有任何金屬物件存在的話,兩個磁強計量度的數是相近的,亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近,我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值,燈色線代表右方,由於磁場強度會隨著距離而減少,因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線,亦即是航線的上方。

我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小,但為了確保其真實性,我們亦會在附近再次航行,假如也有磁場變異,這便是一個不會移動的金屬物品(撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性)。

排除法:用側掃聲納窺探看不見的海底!

正如上文提要,磁場變異所告訴我們的,只是金屬物品的位置,但它亦有可能不是炸彈,也有可能不是埋在海床下,因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納(Side Scan Sonar) ,透過聲波反射的原理,我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的,聲波傳送及接收的時間是一樣的,因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上,聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子:

圖2: 側掃聲納 圖片,紅色箭咀範圍代表沒有反射的區域,綠色箭頭範圖代表船與海底的距離 (圖片來源:Grothues et al., 2017)

看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面,中間白色的部份是船的航道,亦是側掃聲納的盲點,而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射,讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾,如車胎、單車等,而在上圖的左上方,我們相信是一些棄置的工業廢料。

當然你也可以爭論,在圖左上方的物件有機會不是死物,而是一種未知海洋生物,因此我們也會進行多次的側掃聲納,如果在同一位置並不能再看到它,那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件,這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方,我們也會透過黑影分析其大小是否吻合,並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。

此外,在看側掃聲納,我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕,因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方,有機會是漁船拖網的地點,也有機會是大船拋錨起錨的地方,而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO,產生危機。因此,這些地方都會是我們首要處理的地方。

筆者按:假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西,如沉船、飛機等,可以到這裡觀看

萬無一失:Mission Completed !

當然,在取得數據時,我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子,我們要確保磁強計遠離測量船,以免船上的儀器影響了磁強計。因此,我們並不會把磁強計綁在船底,而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。

另外,我們也要確保測量船要以均速航行,以確保所有數據都是一致的。最後,我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤,否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。

完成以上的工序後,我們便會製作磁梯度圖(Magnetic Gradient Map),把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來,正如圖 3,再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識,加上該海岸的戰爭歷史,對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。

要知道這些 UXO,單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命,因此這個科學命題可真是不容忽視!

圖 3:磁梯度圖。左邊是潛在 UXO 的位置而右邊則是它們的磁場強度的改變。(圖片來源:Salem et al., 2005)

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.  
  2. Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
  3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
  4. Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.

本文亦刊載於作者部落格 Else Production ,歡迎查閱及留言

Else Production
141 篇文章 ・ 21 位粉絲
馬朗生,見習地球物理工程師,英國材料與礦冶學會成員,主力擔任海上測量工作,包括海床勘探、泥土分析、聲波探測等。