成果

科普系列+地震問與答

科普系列

地震問與答

地震可分為自然地震與人工地震 (例如:核爆) 。一般所稱之地震為自然地震,依其發生之原因又可分為(1)構造性地震(2)火山地震(3)衝擊性地震 (例如,隕石撞擊) 。其中又以板塊運動所造成的地殼變動 (構造性地震) 為主 。 由於地球內有一種推動岩層的應力,當應力大於岩層所能承受的強度時,岩層會發生錯動 (dislocation),而這種錯動會突然釋放巨大的能量,並產生一種彈性波 (elastic waves) ,我們稱之為地震波 ( seismic waves) ,當它到達地表時,引起大地的震盪,這就是地震。

比較斷層發生前與發生後的地層形狀可分四種:

  1. 鈍角向上拱起之正斷層。
  2. 銳角向上拱起之正斷層。
  3. 向右移動之右移斷層。
  4. 向左移動之左移斷層。
  1. 震源(hypocenter):地震錯動的起始點。
  2. 震央(epicenter):震源在地表的投影點。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

地震震源深度在0~30公里者為極淺層地震(very shallow earthquake)。在31~70公里者為淺層地震(shallow earthquake)。在71~300公里者為中層地震(intermediate earthquake)。在301~700公里者稱為深層地震(deep earthquake)。

依據台灣地區過去的地震分布及震災損害情形,台灣地震危害度由輕至強烈分為四區 (以行政區劃分) :

第一區,新竹市、台中巿、高雄市、桃園縣、新竹縣、台中縣、南投縣、彰化縣、高雄縣、屏東縣、澎湖縣、金門,馬祖地區。
第二區,台北巿、基隆巿、台北縣、宜蘭縣、苗栗縣、雲林縣。
第三區,台南巿、台南縣、台東縣。
第四區,嘉義巿、嘉義縣、花蓮縣。

過去九十年,台灣發生地震引起災害最大者是一九三五年四月二十一日六時二分,新竹台中烈震,震央在新竹關刀山東南力偏南三公里即北緯二十四點四度,東經一百二十點八度,發生屯子腳及獅潭斷層,前者長十餘公里,水平最大變位一五O公分最大落差六O公分,後者長二十公里,最大落差為紙湖至洽坑之間達三公尺,水平變位甚微,是較特殊之情況,此次地震死三、二七六人傷一二、O五三人,房屋全毀一七、九O七棟,半毀一一、四O五棟,破損二五、三七六棟。

雖然人們至今對於地震發生的機制 (mechanism) 還沒有澈底了解,地震預測理論也還沒有充分建立,但是仍有許多嘗試性的地震預測研究方法,常見的有以下幾種:(1)測地法(2)驗潮,(3)地殼變動的連續觀測,(4)地震活動,(5)地震波速度,(6)地磁及地電流,(7)活勘層及褶曲,(8)岩石破壞實驗和地殼熱流量的測定,(9)其他。

選擇介紹一些重要的方法如下:

測地法 ( geodesic metbod ):

根據過去許多紀錄,在大地震發生時地殼會發生變動,而有時會發生在地震之前。因此測量地殼變動情形並研判地震前兆現象,是可以預測將否有大地震發生。例如民國五十二年 (公元一八六四年) 日本新潟地區發生地震前有地盤下沈現象,因當地經常從事測量調查工作,故發現地震發生之前確有前兆現象可尋。

此外,地殼發生變動的面積會隨地震規模之增大而增加,也就是說地殼發生異常變動的範圍越廣,可能發生地震的規模也越大。

井水含氡量的變化:
蘇俄的科學家,在加爾姆地區發現到水井中的含氡 (Radon)於地震前會增加,亦用以預測地震。氡是一種放射性氣體,科學家們認為當岩石受到強大壓力時,岩石內部產生無數微小裂隙,通常只有用顯微鏡才看得見。岩石有了裂隙之後,曝露於地下水的表面積自然也會增加,當地下水滲入裂隙之中,補滿裂開的空隙,可以接觸到較多的放射性物質,同時吸收更多量的氡。直到地震發生,岩石突然崩裂,氡的含量又逐漸下降。因此,監測井水含氡量,可以知道岩石受力情形,從而預測地震。

分析天然氣含量:
德國杜秉根大學的地質學家恩斯特教授,在富有沼氣的杜秉根地方從事地下沼氣含重的分析,建立了一種具有地方特色的地震警告系統。在民國五十八年 (一九六九) ,他首次觀測到探測器裏沼氣含量先增加百分之零點二至百分之二,而於經過強烈地接後沼氣含量又告下降。又發生餘震時,沼氣含量也會增加。

在民國六十二年 (一九七三) ,恩斯特教授在中美洲的哥斯達黎加的首都聖荷西擔任客座教授時,與哥國的地質研究所合作研究,他以天然氣探測器觀測的結果,發現地球天然氣含量與火山爆發有連帶關係,此法也能預測地廣。天然氣探測器主要在分析二氧化碳,因為在火山要爆發的那些地區,二氧化碳的濃度會高達百分之十二。測定土壤內天然氣含量的方法簡單,測定工具只需一根一公尺的探測管,是屬於較經濟的一探測定方法。

(1) 日本

有地震國之稱的日本,對於地震預測的研究不遺餘力,民國五十一年 (一九六二) ,即由地震研究學者、專家約九十人組成地震預知研究小組,規劃研究計畫的藍圖,內容包含下列項目:應用測地的結果,調查地殼變動

  1. 整頓各驗潮站,以檢出地殼變動
  2. 辦理地殼變動連結觀測
  3. 調查地震活動
  4. 應用人造地震,觀測地震波速度
  5. 調查地磁及地電流
  6. 調查活動斷層和褶曲
  7. 辦理岩石破壞實驗
  8. 設置地震預測中心

地震預測研究計畫,於民國五十四年 (一九六五) 開始執行,網羅東京、京都、名古屋、東北及北海道等各大學以及氣象廳、國家地理院等各單位專家、學者,從事研究工作。雖已經歷了三十年,但由於還沒有完成地震預測理論,目前日本還沒有發布地震預報。

(2) 美國

美國自民國五十三年 (一九六四) 阿拉斯加大地震發生之後,對於地震預測的研究亦推動甚力,阿拉斯加大學、加州理工學院、哥倫比亞大學,以及地震情報中心等單位,亦下斷有人從事這方面的研究,並曾於民國五十三年在東京與日本聯合舉行地震預測會議,嗣後每兩年舉辦一次,討論有關地震預測的問題。

(3) 蘇俄

蘇俄在中亞細亞及堪察加半島等地區從事地震預測的研究多年,民國六十一年 (一九七二) 七月廿六日蘇俄塔斯社報導,蘇維埃研究學院 (Soviet Research Institute ) 的科學家們預測,自民國六十二年至六十五年 (一九七三至七六) 間,將發生三至四次大的海嘯,襲擊沿西伯利亞北部至臺灣間的四千公里海岸線,海嘯時速達四OO至八OO公里,海岸浪高可達三O公尺。

因為海嘯多半由於海底發生地震所dl起,能夠預測海嘯,當然能夠預測地震。但蘇俄官方並未公布震央的精確位置,及其預測規模與大海嘯發生的月日,所以此項預測令人懷疑。當時臺灣各大報章雜誌亦大幅刊載此項消息,上下驚動,本局亦全力查證,認為蘇俄研究地震預報確在全力推動,惟迄無一次完全成功,特去函美國夏威夷國際海嘯資料中心查證,該中心負責人米勒博士(Caylord R.Viller ) 於民國六十一年.※.一月廿一日函復要點如下:(1)經向蘇俄庫頁島的遠東科學中,L ILGC) 海嘯委員會主席索羅維夫 (S.L. SolYieY) 查證說, 「蘇俄科學家們對於海嘯間題發表過許多有關論文,由於新聞記者的熱心、誇大宣染、曲解事實而引起」。可見世界各國對於地震預測,還無法辦到。

世界各國受到地震災害威脅的地區,凜於震災損失的嚴重,無下加強對地震的研究。首先希望能夠發展做到精確的地震預報,正如現在的天氣預報一樣,在地震未發生之前,通知將要發生地震地區的民眾,可以從容脫離震區趨吉避兇。

不過,無論地震預測是否百分之百的準確,但地震的發生卻是無可避免的。因此,更進一步地使一場將要發生的地震消弭於無形,或者是使將要發生的一場大地震減少威力變成一場中度地震或微小地震,這也並非絕不可能。

經多年研究,科學家們已建立一種稱為「板塊地殼結構」的新理論,那些地殼裏下同結構的板塊,經過了長時間的推擠,其壓力與日俱增,到了某一時刻無法負荷時,便迸發了一場驚天動地的震動。

所以科學家們便想,如何在地殼應力漸增至可能發生地震的地方,用某一種方法去消除其應力,或者以人為方式製造一些小地震,引導地殼的應力以發生小地震的方式發散掉。

一般的建築工程防震設計,除考慮安全之外,還要合乎經濟的原則。因為要設計一座絕對耐震的房屋或橋樑,並非絕不可能。但是如果所在的建築費過份龐大,就經濟學的立場觀之,那就則不來。比如說某座橋樑的造價只要二百萬,為了要使它能夠承受地震規模等於八.五至九的最大級的地震,它的工程費要漲到五百萬甚至一千萬,那就不如等到橋毀後再重建一座。

從過去的地震紀錄資料去看,地震規模等於八,五至九者,全世界發生的次數大約為十年一次,至於規模大於九的地震,自地震觀測以來,尚未發生過。

因此,一項合乎經濟原則的防震設計,應該根據該地區以往發生地震的最大強度,以及未來可能重現機率定出適度合理的耐震要求,以避免人力物力的過度浪費。

在防震設計上,興建特種重大工程設施,撇開交通、地價等因素不計外,如有選擇餘地,應避免興建於地震斷層附近。因為絕大多數的淺層地霞,均因地殼斷層急速錯動而引起的。一般而言,距離地震斷層愈近的地方震力越大,受震損失的機會也愈高。

如果迫不得已非建於斷層附近的時候,應該慎重加強耐震設計,詳細勘查可能發生地震的活動斷層位置,佔計可能發生地震的大小並進一步推求震源的力學特性,作為防震設計的參考。

某些特種工程建設,像核能發電廠、人型水壩等,如果因承受不住震動而造成損壞,其後果之嚴童不難想像。核子反應爐裡的放射性物質,散播到附近的土壤及水中,甚至隨風飄揚於空氣中,為害人畜,污染環境,其後遺症將長期影響人們的正常生活。而大型水壩的崩潰,可能將下游的市鎮夷成一片廢墟。

像這種特種工程建設,必須作特殊的耐震設計。對於工程建址地區可能發生的最強地震強度,地震時可能產生的地動加速度之大小與週期特性,然後釐訂出最適合的耐震設計規範,以減少生命和財產的損失。

房屋振動的真正情形相當複雜,但主要還是受牛頓的慣性定律所支配。地震時房屋所受的側向震力,等於這對應加速度與房屋質量的乘積。也就是說,兩種下同構造的房屋,受到了相同的加速度時,質量大者所受的接力也大。

因此,從動力學的觀點上來看,一棟不合防震設計的磚石造或鋼筋水泥造的房屋,反而會比一棟木造竹造的房屋,更易於開裂或倒塌。

地震時地表震動,房屋會跟著上下震動以及左右前後擺動,擺動幅度的大小視地震的強度、震波的性質與房屋本身的振動週期而定。

如果震波中某一波段的週期,恰好和房屋的振動週期相吻合,便會因共振現象造成很大的振動幅度。從加速度的觀點上來看,房屋的相對加速度,往往會比地面上的加速度大四.五倍之多。

一間設計不夠堅牢的房屋,本身不能承受因地震所產生的力量時,輕者開裂,重者倒塌,屋毀人亡,難免造成悲劇地質對地震之影響甚大,亦影響建築物之安全。同樣結構之建築物,對同一強度的地震,建築於鬆軟土地上者遠較建築於堅硬岩石上者所受之損壞為大。

歷史上許多大地接均顯示,火災所造成的災害遠比震動所造成者為慘烈。如一九O六年四月十八日格林威治時間十三時十二分美國舊金山大地震,其規模為八.三,強度雖大,但由震動所導致的人員死亡大約僅三九O人,而財物損失估計約四億美元 (當時之幣值) 。此種財物之損失係由垚動開始時大火所致。

由於水管被震裂,水壓不足,以致無法救火。如此,經過三天的燃燒才將火勢控制,致使全巿大部地區被焚毀。

地震為不可避免的天災,為使人員的傷亡及財物的損失減至最少,平時必需有充分的準備:
  1. 準備乾電池、收音機、手電筒、滅火器及急救藥箱,並告知家人儲放的地方及使用方法。
  2. 知道瓦斯、自來水及電源安全閥如何開、關。
  3. 綁牢家中高懸的物品,鎖緊櫥櫃門閂。
  4. 重物不要置於高架上,栓牢笨重家具。
  5. 知道地震時家中最安全的地方。
  6. 教師 (尤其中、小,學校) 應經常於課堂宣導防止常識,教導學生避難事宜 : 學校應定期舉行防震演習。
  7. 教室的照明燈具、實驗室的櫥櫃及圖書館的書架應加以固定。
  8. 辦公室及公共場所應經常檢驗防火和消防設備。
  9. 機關、團體應規劃有關緊急計畫,並預先分配、告知緊急情況時各人的任務以及應採取的行動
大地震發生時應注意
  1. 在室內者應立即熄滅火種,關閉電源以防火災,然後奔逃至室外空曠地方,但應防外物倒塌 (如招牌、屋瓦、廣告燈等) 而被擊傷。
  2. 如一時無法逃至室外,應送一堅固、高度較矮而重心穩定之家具下躲避,以免被室內落物擊傷。
  3. 不可躲在牆邊、河、海堤或山崖附近。
  4. 沿悔居民應疏遷至高地以防海嘯。
  5. 水庫下游地區居民,應防水庫崩塌所引起之山洪。
  6. 地震發生後,勿輕信謠言,並防餘震。
  7. 高樓之居民逃崩時,切忌爭先恐後,否則易生跌倒而被踏斃,並使出口擁塞。
  8. 災害發生時,應發揚守望相助精神,互相救助,並速向警方請求救助。

《地震百問》是由中央氣象局編印的手冊;可以至中央氣象局網站下載全文檔