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科學家解謎:為什麼地震會如此難以預測?

918地震造成花蓮高寮大橋崩塌,橋面斷成好幾截。(圖/本報資料照片)
918地震造成花蓮高寮大橋崩塌,橋面斷成好幾截。(圖/本報資料照片)

如果有一天,人們能準確地預測地震,相信能減少許多悲劇的發生。

試著想像,如果有一天,氣象預報可以明確告知你我,在何時何地即將發生規模多少的地震,人們可以依此提前避難、撤退到安全地區時,會有多麼令人欣慰?

自1999年9月21日凌晨1點47分發生的921大地震至今,相信地震依然是許多人心底最恐懼的天災──天搖地動的震撼、搖搖欲墜的膽怯,似乎在隨時都可能要天崩地裂的茫然裡,有著力不從心的無奈。

在地震發生的當下,死傷往往往都是因為山崩、落石,抑或是家中高處傢俱傾倒、水泥梁柱掉落,最嚴重即是整棟房舍或大樓倒塌,但其實在台灣,依然有許多老宅並沒有足夠的耐震係數,一旦地震震度過高,後果不堪設想。

地震發生的原因,最主要是板塊的擠壓,當地殼在板塊運動過程中互相碰撞、累積應力,直到地殼無法繼續承受應力時,地殼會釋放出地震波,使地面發生震動,它可能會連帶引起地表的其它運動,如山崩、海嘯、火山活動等。

在全球,地震主要都發生在所謂的地震帶上,甚至全球90%的地震都發生在環太平洋地震帶上,在這全長4萬公里、形似馬蹄形的地震帶裡,是地殼板塊密集交錯的地區,還有大量海溝、火山弧和火山帶,使得每當地震發生時,該區域的人民經常會飽受巨大的驚嚇和痛苦。

與颱風、颶風、龍捲風、洪災、雪崩等能提前預測的天災不同,雖然數十年來,科學家不斷在研究地震的預測方式和理論,但時至今日,依然沒辦法能有有效證據來推斷地震即將發生的時間和地點,畢竟倘若能事先預防,相信能減少許多悲劇事件的發生。

究竟,為什麼地震會如此難以預測?

目前的技術,還沒有辦法可靠地預測地震何時發生、震源的強度或深度,以及地震的震度、震源的大小和持續時間等。《Forbes》報導,地震的震動顯示出一種特徵模式,從第一次震顫開始後,強度愈來愈大,達到高峰後再逐漸減弱。

無論是大地震或是小地震,它們開始的方式都是相同的,但人們沒有辦法知道地震何時會達到高峰值,因為地震是由地表下數公里的板塊破裂引起的,動能為地球內部更深處的力量驅動。

科學家表示,人們很難理解地殼在壓力和溫度下的行為模式,而實驗室的模擬僅限於較小的樣本,且探索斷層帶是個非常困難、艱鉅且昂貴的工程。

地震可能的前兆也難以判斷

為了預測地震,人們需要得知明確的前兆信號,但目前依然無法掌握相關的技術。在過去,科學家經常在地震前發現一些環境的明顯變化,如氡氣濃度的增加、電磁活動的變化、前震的出現、可觀測的地面變形、地下水變化,以及不尋常的動物行為等。

科學家表示,在地震發生之前,地下水位可能會發生變化,因為隨著構造應力的增加,岩石會產生細微裂縫,進而改變水對岩石的滲透力;此外,泉水中的礦物質也可能有所改變,地下水的流動模式也會跟著牽連,但不確定性非常大。

而氡是一種由某些礦物中存在的放射性元素衰變而成的氣體,在地震前會因為地殼的變化而產生波動,過去它曾被用來預測地震,但人們依然無法了解氯的濃度,該如何和地震的關係做出合理的解釋。

研究發現,如果人們在地表上發現了高濃度的氡,也許就可能是因為地殼的變化讓氣體從縫隙中散逸到地面,但大多數科學家都對此表示懷疑態度,因為無論是山體滑坡、碎石現象和地下水中的化學反應都會產生氡氣。

謎樣的動物行為模式

不僅如此,還有從電磁能量推估地震前兆的研究方式,研究發現,一些晶體和岩石如果受到極大壓力,就會由於壓電效應釋放出電磁能量,在一個區域內形成電磁場,理論上可以透過檢測來發現地震。然而,電磁波的影響範圍依然是個謎,讓觀測上面臨許多考驗。

一直以來,人們經常都會觀察到地震前動物的異常行為,特別是寵物貓、狗的激烈反應,以及大量擱淺的魚、眾多鑽到地面上的蚯蚓、異常出沒的馬陸等等,但科學家表示,這些行為都是難以科學量化且給出合理解釋的。

科學家強調,不幸的是,上述所有關於地震的預測信號,都沒有任何一個規律的規則,人們甚至無法保證這種信號會持續存在──因為許多觀測到前兆卻沒有地震發生、明明沒有前兆卻依然發生地震的案例,都使得預測地震面臨眾多的挑戰。

這也是之所以至今,沒有多少團隊敢肯定的站出來、表明何時何地會發生地震的主要關鍵。

地震預警系統是目前的主要通知方式

有別於地震預測,地震預警反而是在地震已經發生的當下、在震波還未傳到地表上時,用於警示世人的一個主要技術。

它的原理是偵測P波,因為P波是比破壞力高的S波更早出現,而且傳遞速度非常快的體波,所以在地震發生的當下就能被注意到。

台灣的國家級警報級是依據此原理,雖然提前知道地震的時間僅有數秒到數十秒不等,但它能讓人們預先警覺,減少生命和財物的損失。

(本文出自2022.9.21《遠見》網站,未經同意禁止轉載。)

921大地震 地下水 板塊 馬陸 鐵路地下化

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