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某科學の超電報

大屯火山不只有岩漿庫還有心跳?大屯火山觀測站新發表的研究成果

台灣北部存在一些火山特徵的地區,包括大屯火山群、龜山島與附近的海底火山等等。其中大台北都會區近郊之大屯火山群,最高峰七星山距離台北 101 大樓更是小於 15 公里,此處地表的地熱活動相當明顯。雖然在人類歷史上,台灣沒有火山噴發紀錄,但是否有再度活動的可能性,不僅為值得研究的科學議題,更關係著大台北都會地區的安全。

中央研究院林正洪研究員及其研究團隊,2011 年於陽明山國家公園管理處菁山自然中心設置大屯火山觀測站(TVO:Taiwan Volcano Observatory at Tatun),建立各項即時火山監測系統,對大屯火山、龜山島與北台灣附近的海底火山進行長期性嚴密的火山活動監測。監測內容主要包括:地震監測、地球化學分析、地殼變形與地溫量測等,以期達到火山監測與研究之目標。

在長期監測下,林正洪研究員及其研究團隊認定大屯火山應為活火山,並為全球首次同時利用 S 波陰影 P 波緩達兩個現象,證實其下岩漿庫的存在。

大屯火山應為活火山,是如何判定的?

根據早期的岩石定年結果,推論大屯火山群最晚期的噴發大約在十萬年前,因此過去大多數人認為大屯火山群應該不會再活動。然而近十幾年的研究成果,卻認為大屯火山群很可能是活火山,主要的證據包括地球化學、地震活動、地殼變形與火山灰定年等等。

小油坑噴氣孔。圖/科技部提供

林正洪研究員及其研究團隊,利用大屯火山地區密集的地震觀測網,於最近三年內更發現多項非常有趣之火山活動特殊現象:

  • 在大油坑地區觀測到週期性地震活動,平均大約每 18 分鐘發生一次地震的重複性地震活動,可以持續數十個小時。這項觀測也是全球首次於休眠中之火山偵測到類似動物「心跳」之現象(Lin, 2017a)。
  • 研究團隊證實大屯火山群許多地鳴與火山噴氣活動有關,例如小油坑爆裂帶就有多次爆炸式的噴氣紀錄(Lin, 2017b),甚至有類似「火山對話」之有趣現象(Lin et al., 2018a)。
  • 超長周期之火山地震(Lin and Pu, 2016),也是典型活火山之一種特徵。

上述這些新的地震觀測結果,也直接證明大屯火山群還有巨大熱能存在,更加認定它應該是一個活火山。

大屯山岩漿庫的存在

圖/wikimedia

岩漿庫,是一個液態為主的岩漿體,因此理論上地震所產生之 S 波是沒辦法穿過岩漿庫。此外,液態的岩漿庫也會明顯地造成 P 波的緩達現象。

經過仔細地分析大屯火山地震觀測網所有資料,終於同時發現 S 波陰影與 P 波緩達這兩項重要的證據,充分地證實台灣北部地殼內部存在一個岩漿庫,其範圍大約有四分之一個台北市的面積。這是全球首次同時利用 S 波陰影與 P 波緩達兩個現象,證實岩漿庫的存在(Lin, 2016)。

龜山島也有岩漿庫

圖/wikimedia

相同地,依據地震 S 波無法穿透液態岩漿庫的特性,除了可以觀測到 S 波陰影外,同時也可以發現強烈的 S 波反射現象。利用這些原理,研究團隊仔細檢查宜蘭外海的龜山島附近地區的地震資料,同時也發現 S 波陰影與強烈反射兩種現象,經過交叉比對檢驗岩漿庫可能的位置,結果也清楚地發現有一個岩漿庫存在龜山島的中部地殼(Lin et al., 2018b),充分證明龜山島是台灣另外一個活火山。

雖然這個活火山不在台灣本島上,但是火山活動可能造成的複合式災害也不容忽視,例如:火山噴發造成龜山島土石崩塌,有可能產生小規模的海嘯衝擊極為平坦的宜蘭平原。

別緊張,火山爆發是可以預估的

雖然許多觀測證實大屯火山群與龜山島均為活火山,但是社會各界也不用過於惶恐緊張。事實上,火山噴發不像尚無法預測的地震,是可以進行某種程度的預測的。火山噴發前可以透過儀器觀測來預估發生時間、大小與地點。

火山爆發如何預估:

  1. 因為火山噴發是高溫岩漿從地殼內部之岩漿庫竄升至地表,當岩漿開始往上竄升時,通常會產生許多地震,同時地震深度也隨岩漿上升時逐漸變淺。
  2. 地殼會隆起變形、火山氣體成分可能遽增或改變、地表溫度升高等等現象。

整合這些觀測結果,可以用來預估火山噴發之發生時間、大小與地點,相信可達火山預警之功能,降低火山活動前民眾的恐慌與未來可能之威脅。

林正洪研究員於大屯火山觀測站內解說。圖/科技部提供

藉由科技部已成立之「大屯火山觀測站」,除了建立大臺北都會地區之地下地質研究調查資料庫,為台北都會地區地震防災提供重要依據,同時將所有大屯火山分析研究之成果於展示區呈現,提供一般民眾與學生參觀,以達成科普教育功能。

  • 本文改寫自科技部新聞稿,原標題為〈大屯火山觀測站—台灣北部岩漿庫與火山監測〉。

參考文獻

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