2017年4月25日 星期二

大屯火山是死還是活?

文/阿樹   《震識:那些你想知道的震事》副總編輯

現在只要有些關於大屯火山的新研究、新發現登上媒體,或是在陽明山發生了地震後,「大屯火山是死是活?」幾乎是大眾或媒體必備問題之一,但經常問題並不會只有一個,而問完一個接一個,今天我們整理了幾個常見問題,雖不一定能完全說明白,但多少可以稍稍幫助大家增加對這座火山的認識。

以前不是說大屯火山是休火山或死火山?為什麼現在科學家又說是「活」的?

小油坑噴氣孔,
圖片來自
WIKI(By Daniel Guo, CC BY-SA 3.0,
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=39177915)
科學發展是與時俱進的,許多時候當新的科技、新的研究方法或是新的理論問世後,依新證據的可靠性不同,可能會微調我們的想法,也可能會顛覆我們的認真。數十年前在地質學上的證據顯示,上一次大屯火山大規模噴發至少是在十萬年之前,不過近年來更多的火山碎屑定年研究結果顯示,最近一次的噴發時間點可能在六千年前(Belousov et al., 2010),所以就時間經驗的定義上(一萬年內曾經噴發過)就能歸類於「活火山」。


大屯火山觀測站中的即時監測儀器傳回的影像,
從左而右分別是大地震量監測、微震監測、地球化學監測,
以及即時影像與地磁變化(右邊被裁切處)
不過,時間經驗的定義可能還不夠嚴謹,如果有更好的科學證據,那更能說服科學家。而目前更為科學的定義就是火山底下是否有「活躍的岩漿庫」,然而岩漿庫在地底下動輒十幾至數十公里深,真的要確認其存在還真不容易,所以對觀測火山來說,「不知死活」的情況是很常發生的!

回過頭來談談大屯火山,除了前面提到的定年研究之外,近年來大屯火山觀測站和許多科學家的觀測,許多活火山的特徵,都能在大屯火山的觀測上看到,譬如火山地區特有的地震型態(Lin et al., 2005),或是大油坑、小油坑等地噴氣孔噴出的化學成分的分析結果(Yang and Song, 1999),雖然沒有立即噴發的徵兆,但都是間接支持「大屯火山為活火山」的證據。


那今年初新聞媒體提到「首度證實大屯火山有岩漿庫」是怎麼回事?代表台北下面有顆超級大的不定時炸彈嗎?所以我們要準備逃離台北了嗎?

喔喔喔先別緊張!我先告訴你結論:
即使地底下「有岩漿庫」,也不代表它即將要噴了!
即使地底下「有岩漿庫」,也不代表它即將要噴了!
好就說這很重要,就不用每次都要講三次了

哇咧!那你們科學家告訴我下面有岩漿庫是要我窮緊張嗎?當然不是,就是因為科學上雖然告訴我們大屯活山在分類上較接近活火山,但還是難以確定它是「越來越high」還是「越來越沒活力」的火山。正因為如此,科學家們才極力的要「證明」大屯火山是不是活火山,以及大屯火山有沒有即將要噴發的趨勢。

年初的報導,其實是源自中研院林正洪研究員的研究(Lin, 2016)成果,而這項研究成果幫我們找到了一種可能可以持續監測火山岩漿庫的方式。林老師的方式和醫療上照超音波的原理類似,是透過波經過不同介質時發生波速變化來推測波經過了「有什麼不一樣的東西」,差別在於偵測的是岩漿庫、使用的是天然的地震波。這項研究幫我們「找到了」岩漿庫大致的位置,這樣一來未來就有更好的目標和方向來持續監測。關於此研究詳情,請看阿樹先前寫的這篇文章,還有科普一傳十的直播影片以及馬國鳳教授數月前的專訪(見文末),如對此還更有興趣,可以看這個投影片
所謂新發現大屯火山下的岩漿庫的位置,就是在圖中Low-V Zone的地方,是藉由部分通過此區的紅線(地震波)變化求得的,此張投影片截取自

附帶一提,先不論岩漿庫大小和活動程度,由於目前所知它位於20公里深的地方,距離「噴發」這件事還某程度的遙遠,畢竟岩漿要上湧到地表,還有一大段路要走,以目前的科技來說不會什麼都沒觀測注意到就噴發了,與其擔心會發生什麼事,不如給予學者更多鼓勵期待,祈望未來我們更能透徹的了解大屯火山,才能更安心的與之共存啊!

大屯火山是活火山,會影響台北的房價嗎?

這不能問我啊()!放眼世界各國,很少有人會來問地球科學家房價問題,舉個例來說,日本的東京、美國的加州都是地震頻繁的地區,過去曾經發生過的強震災害甚至比我們的九二一集集地震還更加慘重,這些地區的開發也未曾因此減少。或許你會想:難道他們(日本人)不怕死嗎?不!反而是非常怕,正因知道地震的可怕、知道地震來時逃無可逃,他們更要了解地震的風險。因此日本設立了「地震調査研究推進本部」,從科學角度評估地震風險,這些資料已公布多年,光是東京附近的直下型地震(規模7.0左右)未來30年的發生機率高達70%。這些資料「提醒」著他們,無論是防災規畫、或是籌辦奧運時都會有地震風險需要評估進去。
日本主要活動斷層帶未來發震機率示意圖,截取自地震調查研究推進本部長期評估
所以,如果國內的科學家,清楚明白的用科學數據告訴我們,住家所在地未來的地震潛勢有多高,或是未來有可能有哪些災害風險要注意,首要第一件事到底是「思考房子的脫手價」還是「假如災害來時該怎麼辦」呢?

至少《震識》的想法是,比起房價,更重要的是人命財產的安危,如果在災害潛勢極高、又難以有預防措施的地方,本就不該住人。但是,大多地方只要有適當的危機意識、適當的防災措施,例如增加建物的耐震度、規畫足夠的災害收容空間與建置完善的救災體系,都能讓我們面對災時有足夠的應變能力,同時也不因對災害的恐懼而影響我們的生活起居,這正是為何許多科學家仍積極從事這些災害風險評估的研究。

最可怕的並不是災害,而是逃避災害的鴕鳥心態!

相關影音連結:

科普一傳十:地球大災問大屯火山復活了嗎?




彭啟明博士專訪馬國鳳教授(廣播節目錄音)


關於大屯火山提到的文獻:

Belousov, A. et al. Deposits, character and timing of recent eruptions and gravitational collapses in Tatun Volcanic Group, Northern Taiwan: hazard-related issues. J. Volcanol. Geotherm. Res. 191, 205-221(2010).
Lin, C. H. et al. Preliminary results of seismic monitoring at Tatun volcanic area of northern Taiwan. Terr. Atm. Ocean. Sci. 16, 563-577 (2005).
Lin, C.-H. Evidence for a magma reservoir beneath the Taipei metropolis of Taiwan
from both S-wave shadows and P-wave delays. Sci. Rep. 6, 39500; doi:10.1038/srep39500 (2016).
Yang, T. F. & Song, S. R. 3He/4He ratios of fumaroles and bubbling gases of hot springs in Tatun Volcano Group, North Taiwan. Nuovo Cimento Della SocietaItaliana Di Fisica C22(3-4), 281-286 (1999).

延伸閱讀:



2017年4月18日 星期二

正視地震威脅,活用地震知識 --《震識》對未來的期盼

文/阿樹   《震識:那些你想知道的震事》副總編輯

請先試想一下這個情景:

某天的午夜12點左右,某處發生了一起規模6.7,深度僅15公里的地震,兩個離震央不遠處發生的事

                   地點一:離震央有點距離,但震度達5級,大約有12秒的預警時間

小正住在一棟大廈的7樓,正準備煮泡麵當宵夜時,手機突然響起強震警報,顯示預估震度達5級。他反射性關掉正在燒水的爐火和一旁的瓦斯開關,快速一瞥手機,發現剩大約10秒鐘地震波就要來了,就迅速打開大門,趕在開始搖晃的前一刻躲到桌下。

搖晃了好一陣子,小正預估大概有十幾秒吧!當搖晃漸歇,小正從桌下走出,檢視一下家裡的狀況。由於櫃子幾乎都固定在牆上,僅掉落了幾本書和一些小物品,爐上的水濺出不少,好在小正先關上了瓦斯,免除了熄火外洩等問題。

                   地點二:離震央十分接近,震度達7級,幾乎沒有預警的時間

小市住在一棟屋齡35年街屋的3樓,當強震警報驚醒他時,也開始搖晃,小市知道這個地震一定很驚人,馬上先翻下床到靠近房門一側的床邊,利用枕頭就地掩避。雖然房間有衣櫃,但由於是拉門式衣櫃並固定在牆上,即使晃的很大,房間內仍未有任何掉落物。

地震發生時,手機跳出警報的示意(無時間預估)
更重要的是,雖然屋齡超過30年,但小市先前就知道,他住的地方附近未來發生大地震的機率算偏高的,便在3年前曾請人評估耐震程度並加以補強,所以在這次地震來襲時,房屋的結構並未受損,僅僅家中有些未固定的櫥櫃傾倒。

搖晃快結束時,忽然間小市家停電了!不過還好他手上還拿著手機,待搖晃結束後,小市利用手機的手電筒找到他先前準備的地震包和家中鑰匙。他擔心還會有些餘震,便背著地震包的東西出門看看自己房子的狀況和鄰近的災情。好在雖然震度很大,但附近多數房子都未受到太嚴重的損壞,可說是不幸中的大幸了。


故事中的「強震警報」是什麼?

強震警報不是用來預測地震的方式,而是像火警感應器一樣,只是偵測的東西從「火災」換成「地震」。目前無論是國內的「強震即時警報」或是日本的「緊急地震速報」都是以「通訊的電磁波遠快過地震波」的原理來實現提前警報的效果。

上述這些「強震警報」的方式,是將我們原有的地震定位和估算規模方式延伸應用的技術,所以在談這技術前要先談談更基本的事:地震「波」是什麼?
我們感受到「地震來了」的時間點,並非是那一刻在腳下發生地震,而是「地震波」剛好來到腳下那一刻,才讓我們感受到搖晃,所以真正發生地震的時間點就需要再往前推。

如果我們在各地擺放許多地震儀,離震央越近的地震儀,就會越早偵測到地震波,而當我們很多地震測站都收到地震波時,就可以利用記錄到的時間差、地震波速回推震央、算出規模。至於震度是指搖晃程度,因此得用「測」的才會知道,地震過後,上網看到地震報告上面有個地完整的震度資訊,所以氣象局發布地震報告時,早就結束搖晃了!

所以要讓地震測報發揮防災效果,而不會只是馬後炮,就得要做一件有點矛盾的事情:「盡可能用最少地震儀的資料就算出夠準確的震央和規模。」為什麼說這事情矛盾?雖然理論上只要有一個地震測站的資料就能決定地震規模,如果有四個測站都收到地震波就可以決定地震的震央,但實際的地球才不會像我們想的這麼單純,除了儀器本身的誤差,地震波傳到地表前會經過好幾公里的岩層,這些岩層就像是名偵探柯南用的變聲器一般,某程度已失真,要解決這問題,就得要靠更多的地震儀(測站)來輔助支援。

總而言之,這種依靠多個儀器資訊來運作的地震預警,就是盡可能的在時效和準確率上面找到平衡點。目前中央氣象局公告的資訊來說,大約可以做到震度誤差在正負一級內的前提下,有95%的準確率,簡單來說絕大多數的情況下,如果警報告知即將有震度四級的地震波來到,那麼最終結果無論是三、四、五級都算是準確的。

可是震度6級和7級搖晃程度不是差很多?怎麼還有這種誤差?其實從地震規模再轉成各地震度,並不是很簡單的事。前面已經提到了,地震波通過岩層後會「失真」。所以當我們提出預警,告訴大家地震波將會到的地方震度有幾級時,就必需考量地震波穿過的各種岩層構造後的變化。談到這裡我們可以發現一件事:強震警報的理論上並不是很難的數學或電腦處理問題,計算震度、芮氏規模早二十年前的技術都十分成熟,瓶頸多半是卡在觀測與科技未達到能處理問題的程度,尤其我們對「地表下樣貌」的了解,其實並沒有比我們對宇宙的了解多啊!


為什麼強震警報幾乎對小市派不上用場?

回到正題,或許有人會發現,小市根本用不上強震警報啊!的確,警報也不能視為防災萬靈丹,因為我們「等著地震波到達前幾個地震測站」和處理地震資料的時間少說會花上十幾秒。很多時候震央周圍50公里內不是完全沒時間預警,就是只剩兩、三秒時間可以應變。不過,小市卻能從「從警報知道大略震度」資訊,就能夠用來作「瞬間的反應」。或許大家遇到地震來襲,更常有以下的這樣的情況:

                啊!有地震,這個會是大地震嗎?還是小的?好像越來越大

會有這種情況,是人的「本性」,但這樣的行為無不利於地震防災,因為如果真的是大地震,在想地震大不大時就秏掉了不少時間,等於零準備、零應變。因此即使只是一秒,只要足以做好即時躲避的動作,還是有幫助的。
更重要的是,小市在「平時」做了足夠的防災準備,無論是耐震補強、固定櫃體甚至準備地震包,這些看似平常完全派不上用場的作為,就如同「養兵千日,用在一時」一般,更重要的是平時的作為,不過「為什麼要有這些作為」,背後還是有一些道理,這就是我們為什麼要讓各位讀者理解這些科學最主要的原因。

強震即時警報的原理示意,由先達的P波求得地震參數判斷是否有需要發布警報的強震。第三張圖中的離震央最近紅色民房就是盲區,無法提前警戒。


有沒有注意到文中「未來發生的地震機率」呢?那是什麼?

其實這是地震學家用科學的方式評估,針對台灣各地發震構造未來可能發生大地震的機率,以及各地未來50年可能的超過10%機率最大震度的值,並繪製成圖。或許你會問:啊這東西要怎麼看?怎麼一下說50年、一下說超過10%?簡單來說就是較暖色系部分是風險較高的地方,至於這資料怎麼算怎麼研究出來的、要怎麼拿它來看待未來可能發生的地震,我們將會另闢專文說明,敬請期待囉!

未來50年內,機率10%以上的振動強度的分布圖。可用於長期的防災規畫評估參考。資料來源:灣地震學中心

我們期盼的未來是什麼?

如果可以,誰不希望能預測地震?不過從科學角度來看,「能夠派得上用場」的地震預測仍未問世(這個我們未來將在另篇文章討論),而最「保險」的做法,當然就是用強震即時警報。即使如此,我們還有很多許多事可以做,小正小市的作為,不單單只有「如何正確利用地震警報」這麼簡單,還有許多的小細節,是在大地震可能還離我們非常遙遠時,就該先做好準備。另外,地震的防災要做到「極致防護」,不單是光靠政府,也不是光靠科學家就能做到的,地震來襲時的時、地、人、事、物甚至「背景知識」都是關鍵,故本文在此只是起個頭,未來還會有更多地震與防災知識,或許你會想「哎呀怎麼這麼麻煩,沒有SOP嗎?」

自然界是很複雜而渾沌的,如果我們只想用「一種最簡單的方式解決問題」,反而永無法理解自然。

多數時間自然界的問題都是「複合性」的問題,可能有很深奧的知識,也可能是很多簡單知識的總合,地震防災最該做的SOP,就是從現在開始,好好認識地震,知己知彼,才能百戰百勝。

延伸閱讀:

蕭乃祺、蕭文啟、江嘉豪. 本局強震即時警報作業介紹
地震速報系統-強震即時警報宣導網 中央氣象局地震測報中心
強震即時警報應用交流平台 國家災害防救科技中心