地底下的模樣：想像與現實

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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深海之下，有著許多的資源蘊藏在其中，例如天然氣、石油、金屬礦床等等，然而要找到這些珍貴的資源，就必須要先知道海床之下的地質構造，才能有效率地進行開採。怎麼樣才能知道海底下是什麼樣子呢？美國奧勒岡州立大學 (Oregon State University) 的兩位科學家在近日發表了一種新方法，那就是聽鯨魚唱歌！¹

科學家如何透過神秘的鯨魚之聲，研究海底下的世界？讓我們先從地震說起吧。

地下構造長怎樣，科學家用聽的

要知道海底之下有什麼，最簡單的方法，莫過於直接鑽井下去一探究竟，但是在海底鑽井可是一門大工程，光是鑽一口井就會花費大量的時間及成本，因此在鑽井之前，必須仰賴其他的方式進行探測，而最常使用的方式之一便是所謂的「震測」。

震測顧名思義，就是利用震動來進行測量。當地震發生時，地震波會在地底下傳遞，而地震波在不一樣的地層之中有著不同的速度。這使得地震發生後，行經不同路徑的地震波，抵達同一個地點的時間會有差異，而也是因為這個差異，讓科學家可以藉此推測地底下的構造是如何。

然而地震的發生並不是人為可以控制的，因此除了自然的地震以外，有時也需要一些超自然人為的震動，其中最常見的方法就是用空氣槍 (air gun) 產生聲波，再藉由聲波在地層中的傳播來得到震測結果。

為了監測奧勒岡州外海的斷層，研究團隊 Kuna 和 Nábělek 等人在 2012 及 2013 年之間，總共施放了 54 個海底地震儀 (Ocean-bottom seismometer)。然而，除了地震波的訊號以外，他們意外地發現了一些不一樣的訊號。

海洋裡的大聲公：長鬚鯨

海底地震儀所接收到的神祕訊號，在 Kuna和Nábělek 的好奇研究之下，終於發現聲音的主人──長鬚鯨。是的，你不敢相信鯨魚在身邊~♪

長鬚鯨 (Balaenoptera physalus) 是僅次於藍鯨的現今第二大生物，體長最多可達 26 公尺，體重最高為 80 公噸，長鬚鯨也是海中數一數二的游泳高手，最快的速度約是 15 節（時速約 28 公里）。善於游泳的長鬚鯨會隨著季節進行長距離的遷徙，廣泛分布在全球的海洋之中，絕大多數的大洋中都可以發現牠們的蹤跡。

而被地震儀記錄到的，正是長鬚鯨的歌聲，它的歌聲不像大翅鯨的長音，而是類似於鼓聲的短音（歌聲在此），一唱便可以連續數十幾個小時，只有在水面換氣時會短暫停止。長鬚鯨的聲音最高的記錄為 189 分貝，相當於大型船艦航行時發出的聲音，巨大的聲響足以在海洋中傳播數百公里之遠。

發現了如此宏亮又長時間的聲音訊號，讓 Kuna 和 Nábělek 想到，是否可以利用鯨魚的歌聲來繪製震測剖面圖呢？於是發現了歌聲的主人之後，他們又繼續分析起鯨魚的歌聲。

來自鯨聲的震測剖面

Kuna 和 Nábělek 發現，訊號中長鬚鯨歌曲是由兩種頻率不同的叫聲相互交錯組成，一種是頻率約在 20-25 赫茲的高頻音，另一種則是大約 15-20 赫茲的低頻音。為了減少低頻噪音的影響，他們只選用高頻音作為分析對象，每首歌所包含的叫聲次數為 212-593 次，每次叫聲的間隔大約是 30 多秒。

而鯨魚的位置也可以從聲音來判斷，根據從直線抵達地震儀的聲音訊號，以及經過反射後才抵達的訊號間的時間差，可以推算出鯨魚和地震儀之間的距離。知道了距離之後，還需要方向與深度才能確定鯨魚的位置，地震儀可以記錄方位，但鯨魚的深度卻無法得知，還好長鬚鯨大多只在水下二十米以內的深度活動，因此 Kuna 和 Nábělek 假設鯨魚的深度為十公尺，這樣一來就可以推測出鯨魚所在的位置，也就可以正式開始震測圖的繪製了。

Kuna和Nábělek從三個地震儀中各別分析了兩首歌，總共有六首歌，也就是得到了六個震測結果。結果顯示在每個地震儀的兩首歌之間，所計算出來不論是 P 波和 S 波的波速，或者是玄武岩之上的海洋沉積物厚度，都有著相近的數據，代表了長鬚鯨的歌聲確實可以被用來作為震測的音源。

未來的震測資料，會變成鯨魚們的專輯嗎?

使用鯨魚的歌聲來繪製震測圖有許多的優點。事實上，傳統常使用的空氣槍，並非在所有地方都可以使用，而人造的巨大聲響更會形成海洋中的噪音污染。因此使用鯨魚的歌聲除了可以補足空氣槍無法使用的範圍，也可以減少海洋中的噪音，更是幾乎全年無休的自動訊號來源，最重要的是用生物取代非生物比較討喜啊，Pui~Pui~

雖然有上述的優點，但這款長鬚鯨震測仍有些缺點，例如長鬚鯨的聲音頻率偏低，難以得到高解析度的結果（作者表示聲音較高的抹香鯨很有潛力），因此只適合在地型構造較為單純的環境下進行。若要觀測複雜的構造，則需要搭配多個地震儀同時進行觀測，或者利用演算法來協助分析數據。

或許有一天，鯨魚的歌聲真的可以取代會造成空氣槍這個目前的必要之惡。到那個時候，如果在海下探險是你的願望，那就放下儀器向鯨魚問路吧！

參考資料

1. Kuna, V. M. & Nábělek, J. L. (2021). Seismic crustal imaging using fin whale songs. Science, 371, 731–735.
2. Aguilar, A., & García-Vernet, R. (2018). Fin whale: Balaenoptera physalus. In Encyclopedia of marine mammals (pp. 368-371). Academic Press.
3. 臺灣大百科全書：海洋震測

• 文／馬國鳳

大地震總是難免會帶來傷亡和損失，為此從科學面來看更應盡其所能的將地震所帶來的各種數據觀測徹頭徹尾的研究。因此，雖然九二一集集地震許多台灣人的傷痛，但在地震科學界，也因此地震而有了獨步全球的研究成果；即使我們都不希望再有這樣的強震發生，但卻無法無視自然的法則。從強震中挖掘出更多未知，解決地震危害的問題，便是從事地震科學相關研究的學者畢生職志。接著，讓我們看看集集地震讓學界學習到了什麼。

每到九月，總是讓我們想起 1999 年的 9 月 21 日的集集大地震，當年地震帶來的災害至今仍讓大家餘悸猶存。在大地震發生後，臺灣不論在地震科學、工程或防災上，都有更深入的推廣及學習，相關的成果也為世界所重視。藉由此機會，本文將介紹近年來由臺灣出發而獲世界重視的斷層動力科學觀測及分析成果。

天搖地動後，萬眾矚目的車籠埔斷層

由於前人睿智的建議，臺灣自 1993 年開始，由中央氣象局地震測報中心架設了全世界最高品質且密集的強地動觀測網，成為當時全世界唯一在災害性地震發生前擺設完成的強地動觀測網。因此，在 1999 年集集地震發生後，此觀測網資料為世界提供了解大規模破壞性地震機制最全面的研究。

另外，也透過地震資料分析及其斷層模式反演，以及地表地質的觀測，了解到破裂的車籠埔斷層北段有高達約 12 公尺的斷層滑移量，及長週期的大滑移速度值，但是在南段雖無太大的滑移量，卻有高頻振動以及高的地震動加速度，而這種大的滑移量與滑移速率的整體斷層運動行為特別受到了世界的矚目。

集集大地震的這些現象為何會受到全球的關注呢？

首先，在當時對於地殼應力的理解中，是無法造成如此大的斷層位移的；其次，一直以來，地震工程大多認為是地震動加速度才是造成災害的主因，但此次地震資料也揭露了大地震的滑移速度之週期對大型建物的影響；最後，在分析災害行為中，也暗示了地震破裂的複雜動力行為，故集集地震提供了地震科學及工程深切了解斷層大滑移量的物理機制及其災害特性。

啟動斷層鑽探計畫、裝設現地井下地震儀

因此，在突破性的科學研究、國科會（現科技部）的支持下， 2006 年開啓了臺灣與美、日、德、義等多國共同參與的世界矚目的國際型臺灣車籠埔斷層鑽探計畫 (Taiwan Chelungpu-fault Drilling project, TCDP) 。

成功的鑽探到集集地震的滑移帶，其厚度約為毫米等級，且含有非常細緻，約為奈米等級的黏土礦物斷層泥，此項鑽探結果除了增進對地震能量分區的理解，也了解到地震動力學的行為是需要地質及地震科學相互的配合。

如上述，集集地震時的高品質密集地震記錄及成功的滑移帶鑽探，提供世界研究地震動力的分析基礎。因此，透過理論力學分析地震運動滑移的時間及空間分佈，研究團隊也得到地震斷層面上的動力學參數，顯示剪切應力在斷層面上分佈的不均勻性，且其斷層摩擦力會隨時間及空間變化的複雜性。

在地震總能量的分析上，藉由集集地震鑽探計畫所得到的斷層泥顆粒及厚度，得出產生此斷層泥的破碎能所做的功。在鑽井後的地球物理井測（分析穿透地層地性質的技術）及溫度量測，分析地震中熱能的耗損，以及鑽探所得的斷層帶岩芯、岩石力學分析等，皆為現在斷層力學中的高引用度文章。熱能為地震力學中最難分析的數值，在測量中所得斷層帶低摩擦係數，也促使往後世界各國在大地震後進行測量摩擦熱的鑽井計畫 (例： 2008 年汶川 WCSD 及 2011 年日本東北大地震 J-FAST) 。

隨著 TCDP 鑽井計畫成功定義出 1999 集集地震的滑移帶，研究團隊接著在井孔內安裝現地井下地震儀 (臺灣車籠埔斷層井下地震儀「Taiwan Chelungpu Fault Drilling Project Borehole Seismometers Array, TCDPBHS」) 以監測發生大滑移量後的斷層帶行為。

地震動力學的研究對了解地震物理行為，如起始、傳播和癒合至關重要，斷層滑移的物性關係是地震震源動力描述的關鍵，而科學深井鑽探計畫，提供了難得的機會觀察斷層深處的破裂，讓我們得以了解 1999 年集集地震的物理環境。

其簡略流程約為：

1. 首先，在彈性張量儲存以及釋放之處，也就是巨大的錯動破裂面上取出一段連續的岩心剖面
2. 在高速大滑移量區採樣
3. 確定斷層帶內的物理條件（應力、孔隙壓力、溫度）。

之後，再配合跨斷層帶的現地井下地震儀，提供斷層帶動態變化的近距離觀測資料，以了解大地震後斷層帶的構造及變化。

在多年血汗淚之後，科學家的研究成果是？

雖然 1999 年集集大地震造成大規模的災害，但由於在地震發生之前，已密集架設的強震站也提供了對集集地震進行廣泛研究的機會。因此，此項寶貴的資料除了促使世界關注高質量的近斷層資料，也提供了機會給地震學和地震工程師能更全面了解破壞性地震的災害特性。近地表最大的滑移量可達約 12 公尺，緩傾構造為科學鑽探提供了獨特的機會來了解大滑移量的斷層物理特性。

透過此項計畫，研究團隊發現微米級的滑移厚度是集集大地震的重要證據；由現地溫度測量得到的低摩擦係數也是解釋在地殼斷層是強或弱的悖論的重要發現；透過跨斷層現地井下地震儀的多年觀察，研究團隊持續努力透過近距離地震觀測資料揭示斷層帶的動力學。

從最近的研究中發現，透過動態觸發，斷層帶可能被區域或遠距離的地震影響，導致速度與應力異向性的變化，進而在大地震後，與世界上的斷層帶可能有遠程的連結；透過大地震後斷層帶的現地井下地震儀，研究團隊可以近距離觀測斷層帶行為及其隨時間的演變情形，獲得第一手資料，並瞭解地震的誘發行為。

與科學家一起展望地震科學的未來吧！

地震科學不只是科學研究，它與民眾、社會及國家經濟都有重要的關聯。隨著對地震科學前瞻研究的投入，研究團隊在幾年前再次結合地質及地震科學，成立臺灣地震模型 (Taiwan Earthquake Model, TEM) ，瞭解臺灣的斷層及孕震特性，尤其斷層震源破裂的物理特性，藉由分析其地震波傳遞特性來了解臺灣各區域的地震危害潛勢。而地震危害潛勢分析以及未來希望獲得推廣的全震源時間及空間的地震景況與情境模擬，除了有助於地震工程及政府相關法規的推展外，亦對產業面對的地震危害有更先進的風險管理，以降低下次災害性地震帶來的風險

• 延伸閱讀：防震不是只有預警那麼簡單：大地震過後，下一步該怎麼走？

臺灣位於活躍的板塊活動區，地震的發生是必然的。因此在科學面上，研究團隊希望臺灣可為世界帶來更多先進的觀測及前瞻性的科學研究成果；同時，也希望透過地質及地震科學的研究，整合相關領域，提供政府及民間甚至產業更多的地震防災資訊及知識，並透過科普教育的推廣防災知識。研究團隊已為此建立了 「震識」部落格，以透過社群網站提供正確的地震地質及防災知識，使地震科學教育更加落實。

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《九二一地震啟示錄：科學家的課題》，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。

要知道地球內部的構造，最直接的方式就是鑽進地底下看看地底下長什麼樣！講是很容易，但實際起來操作可不簡單。5~6公里感覺不長，但請想像往地底下挖幾千倍的長頸鹿脖子的長度……呃不對，想像101大樓高的10倍長金屬管子往地下一插，超難的啊！！！

假如還是無法想像難度，那就看看好萊塢電影的想像方式吧！在電影《世界末日》（Armageddon）裡面，布魯斯威利很威的帶了一群鑽油工跑到小行星上面鑽井，結果不是卡鑽就是鑽到不明氣體引發爆炸；而電影《地心毀滅》（The core）雖然有更厲害的黑科技，擁有在越高溫高壓下會越硬的金屬，但鑽下去還是跟想像中的情況差很多，也一樣莫名奇妙的卡住或是掉到怪洞。其實兩個電影中，像是越鑽越硬的金屬、或是找鑽油工來鑽小行星是很扯的事，但會卡鑽、爆炸這些鳥事可是一點都不扯，現實上，鑽的越深，高溫高壓的情況就越難應付，而地質鑽井取樣的工具和鑽頭也不是在電影上面想像的那樣，像是地質鑽探常常需要取得柱狀的岩心樣本，代表不同深度的岩石性質，就必須需要有空心菜…不是是空心鑽頭，才有辦法取得樣本，就是像把吸管插到石頭中，再想辦法讓前面的地方斷掉、抽上來，才有辦法取出岩心。

這還不是最難的事，在地上還算容易，在海底的難度就更高了，鑽台也還好，最難的莫過於海洋鑽井船，因為風浪而使鑽井崩壞或是卡住的情形也十分常見，只是這麼吃力不討好的事，為什麼人們要做？好好的在一般地面上鑽不就好了？甚至…幹嘛沒事要鑽下去？地下岩漿噴出來怎麼辦？（其實真的要鑽到岩漿還不容易，而且就算讓我們鑽到岩漿，它在衝到地表前也早就固化堵死了！）

在了解人類為何要往下挖前要先知道的事

所以目前科學家了解地球內部的主要方式，是利用震波+岩礦實驗；地震波對地球物理學家來說就像是醫生看孕婦胎兒的超音波一樣。至於用波速變化分層來推測內部是什麼，運用的背景知識就是我們對地表地殼成分的理解、或是某些從海洋地殼抬升的東西、由火山帶到地表的物質，以及利用實驗室創造出高溫高壓的方式分析相同化學成分的結晶變化。

啊那不就跟猜的沒兩樣？當然不是，只是我們能用有限的資料能推理出來的結果是如此，課本還是許多科普書也都會寫著透過震波得到的結果：把地球比喻成水煮蛋，地殼相當於蛋殼、地函就是蛋白、地核就是蛋黃…但實際上，畢竟震波資料還是間接的資料，地底下到底「是什麼」，還是鑽井求解最直接。
而最近的鑽探目標就是莫氏不連續面：由克羅埃西亞地震學家莫霍洛維奇（Andrija Mohorovičić）觀察地震波速度資料，發現波速趨勢突然加快的地方，後來人們把這界面當作地殼和地函的交界面，如果是在大陸地殼的話就會可能比較深（厚度介於2~80公里），在海洋則較淺（0~7公里）

目前地表最深的垂直鑽井就屬前蘇聯/俄羅斯的科拉超深鑽井[1]，鑽了超過12公里深（~12662m），但可惜的是它鑽的是大陸地殼，而且是鑽很老、很厚的地區，所以即使有很多鑽井資料，但因為沒鑽穿莫氏不連續面，所以它對於我們了解地殼以下的物質還是沒有太大的幫助[2]。

除了遙遙領先的戰鬥民族，美國的科學家也有想辦法在海底鑽探鑽到地函的「莫荷計畫」（Project Mohole）。而這個計畫很快就因為政客很麻煩某些因素而停擺了，不過取而代之的深海鑽探計畫（Deep Sea Drilling Program，DSDP）最後反而支持了海洋擴張學說，也算是為後來的板塊構造學說打下基礎；而後的海洋鑽探計畫ODP（Ocean Drilling Program）和現在的IODP（Integrated Ocean Drilling Program）仍持續探索海洋地殼[3]，總說要功成身退的聯合果敢號，也仍和地球號分別在印度洋與太平洋上各自努力著。

所以地函或莫氏不連續面的研究進展怎麼了？

（雖然有點難，但因為很重要所以還是得講）

前面提到的地函和地殼交界又叫莫氏不連續面，這個定義未必會直接改寫，但可能會隨著即將進行的鑽探研究而可能要稍微調整，至於為什麼需要修正？在開始談到最新最夯的海洋鑽探研究前，我們還是得先回顧關於一些過往的研究。中學課本寫著海洋地殼平均約5公里，最厚差不多7公里，其實比大陸地殼來說，海洋地殼薄得多，且看起來厚度均勻，但實際上各地的「組成」樣子可能差異頗大，而過去也有各種不同的說法和模型，而這些推論也是根據過去DSDP和ODP的計畫鑽探所得到的。

簡單來說就是：地函和地殼的邊界長怎麼樣？是不是像莫氏不連續面可以一刀切開？還是漸漸改變的過程？這都是一個觀測數據還不夠、也還沒辦法吵出結果的東西。

這也就是為什麼要持續的鑽、用力的鑽，其實就如同各種太空計畫和宇宙探索一般，我們知道的東西永遠，永遠都不嫌多。所以關於海洋地殼不同的模型與研究，我們就先賣個關子，藉由下一篇介紹IODP Expedition 360計畫[4]的研究來認識，也了解科學家是怎麼看待地下世界的。

參考資料與延伸閱讀：

• [1]damin-interesting:科拉超深鑽井
• [2]維基百科(英文)：科拉超深鑽井
• [3]劉家瑄(2001)，海洋科學鑽探－成真的夢想。地球科學園地第十七期，地球科學文教基金會。
• [4]IODP Expedition 360計畫網頁