地震來了

近來菲律賓南部菲律賓南部民答那峨島 (Mindanao) 的蘇瑞高市 (Surigao City) 就發生規模6.7強震 ( 當地時間 2017/02/10 晚上10:03:42 ),深度10公里,最大震度達7級;11日下午5點蘇瑞高市 (Surigao) 與西納卯省 (Davao Occidental)的兩座城鎮又再發生3次中強度地震,近10人死亡,逾200人受傷,有橋樑、道路、港口及房屋等出現裂痕或倒塌。

1900年至2016年世界各地規模8以上的地震 (圖片來源:USGS)

而臺灣也是位於地震多發的區域,臺灣位處於環太平洋地震帶上,平均每年約發生23,000次地震,其中有感地震約1,000次,地震發生的次數相當頻繁,並且經常有強烈的地震發生,近十年災害性地震就發生了7次,平均約1年發生1次災害性地震,如2016年2月6日高雄美濃地震、2013年6月2日南投地震及2010年3月4日甲仙地震等,造成多人死傷且財物損失嚴重。臺灣早期住民認為地底有一頭大地牛在睡覺,每當牠睡醒翻身,就會牽動大地,引發地震,然而地震究竟是怎麼發生的呢?

 

什麼是地震?

地震是指在地殼內釋放能量所造成地表振動的現象。

在想地震是如何發生之前,先來看看地震是什麼。

地震以觀測而言是指在地殼內釋放能量所造成地表振動的現象,以本質而言是一種地層的錯動現象,其錯動的位置稱之為震源 (hypocenter),若將這個位置投影至地表,則是一般常聽到的震央 (epicenter)。在地震發生後,部分能量會以波振動的方式傳遞,當傳到地表後人們會感覺到晃動,小至無法感覺的地表震動,大到建物倒塌都可能發生,人體所能感覺到的稱為有感地震,反之則為無感地震。

震源震央示意圖 (究心公益科技製作)

地震可分為自然地震與人工地震,一般所稱之地震為自然地震,依發生原因又可分為構造性地震、火山地震、衝擊性地震 (例如,隕石撞擊) 等,其中又以板塊運動所造成的地殼變動(構造性地震)為主,例如 1999 年的 921 集集大地震。而人工地震則是如用強力炸藥直接破壞地殼,藉以測得相關研究數據,或進行礦藏開採,武器測試等活動。而以震源深度分為4種階級,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),像是這次菲律賓的地震就是極淺層地震。

相同地震發生特性 (如時間、空間) 的地震,依發生時間先後排列,稱為地震序列。而同一系列之地震則是指發生位置鄰近,時間上連續之所有地震,包括前震、主震、餘震及群震。
1. 前震 (Foreshock) :同一系列之地震中,在主震之前發生的地震,但有時前震為非常短而且不明顯。
2. 主震 (Main Shock) :同一系列之地震中規模最大者稱為主震,若最大的有兩個,則先發生者稱為主震。
3. 餘震 (Aftershock) :同一系列之地震中,在主震之後發生的地震。
4. 群震 (Swarm Earthquakes) :同一系列之地震中,其大小無法區分何者為主震的地震,或稱為頻發地震。

 

地震是怎麼出現的?

軟流圈的熱對流作用導致板塊運動,當板塊釋放出巨大的累積能量所產生的彈性波到達地表時,就是發生地震。

地球的構造由內而外可大致分為:地核(內核、外核)、地函(下部地涵、上部地涵)、地殼三個部分。

地球構造 (圖片來源:國家地震工程研究中心)

地球的構造由內而外可大致分為:地核 (內核、外核) 、地函 (下部地涵、上部地涵)、地殼三個部分。地殼就是我們所站著的土地,平均厚度只有35公里;地函是由固態岩石及部分融熔的岩漿所構成,上部地函的堅硬部分與地殼合稱岩石圈,厚度約100公里;岩石圈下方有一層部分融熔的岩漿稱為軟流圈。如果把地球以蘋果來比喻,地殼的厚度相當於蘋果皮,地殼並非完整連續,而由一塊一塊的板塊拼湊而成。

軟流圈熱對流作用 (圖片來源:國家地震工程研究中心)

地殼板塊可分為非洲、美洲、歐亞、印度洋、太平洋、南極等六大板塊及其他小板塊,地殼下方的軟流圈因為地球內部的高溫產生旺盛的對流作用,經常有熔岩自中洋脊湧出。冷卻後的熔岩形成新的岩塊,使中洋脊兩側的板塊不斷往外擴張,因而對相鄰的板塊造成推擠,而這些板塊會因為地函的這種熱對流作用,導致板塊運動。板塊運動的速度緩慢而難以察覺,但隨著板塊的推擠和變形,當持續累積的能量超過板塊所能承受的強度時,板塊之間會相互錯動 (dislocation,指地層或板塊的位置變動或滑動) ,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,因此板塊交界處的地震發生頻率高。

 

主要的地震波有那些?

地震分為體波與表面波,體波分為P波與S波。

震波依傳播路徑可分為體波 (body wave) 跟表面波 (surface wave)。

體波可以在地球內部傳播,依波動性質又分為P波跟S波。
1. P波 (縱波或壓縮波) :P代表主要 (Primary) 或壓縮 (Pressure),質點運動和波傳播方向一致,能在固體、液體中傳遞。在所有地震波中前進速度最快,也最早抵達。
2. S波 (橫波或剪力波) :S代表次要 (Secondary) 或剪力 (Shear) ,質點運動與波傳播方向垂直,只能在固體中傳遞,無法穿過液態的外地核。速度僅次於P波。

而表面波只能沿地球表層傳播,無法穿越地球內部,淺源地震所引起的表面波最明顯。表面波有低頻率、高震幅和具頻散 (Dispersion,地震波的波速隨頻率改變而改變的性質,為表面波之主要特性) 的特性,只在近地表傳遞,是最有威力的地震波。主要可分為:
1. 洛夫波 (Love wave) :質點沿著水平面產生和波傳播方向垂直的運動,但振動只發生在水平方向上,沒有垂直分量,類似於S波,差別是側向震動振幅會隨深度增加而減少。
2. 雷利波 (Rayleigh wave) :又稱為地滾波,粒子運動方式類似海浪,質點在平行於震波傳播的垂直面上,沿著橢圓形軌跡震動,震動振幅也會隨深度增加而減少。

 

地震波通過介質時的質點運動 (圖片來源:交通部中央氣象局)

當地震發生時,在地表所感受到的振動最先感受到的是引起的短週期上下振動的P波,隨後為由S波引起的短週期水平振動,最後是由表面波引起的長週期振動。P波是地表、房屋等上下震動,不過震動量通常較小,而S波則是歷時較長而且強烈的水平搖晃,所帶來的破壞性通常也較高。利用P波和S波的傳遞速度不同,地震觀測人員可以根據不同地震觀測站所偵測的P波和S波抵達時間差及震動幅度,計算出震央位置、地震規模與最大震度。

 

地震規模與震度

規模是由地震釋放的能量計算出來,震度則是由地震發生時的搖晃程度區分。

規模是指地震本身的大小,和釋放能量的多寡有關,以沒有單位的實數來表示,如這次菲律賓地震規模為6.7,每一個地震只有一個規模值,目前世界所通用的地震規模為芮氏規模,由美國地震學家芮氏於1935年所創。如果以轟炸日本廣島的原子彈作為比較的標準來看,規模8.2的地震,它的能量相當於1,000個同類型原子彈的能量。震度 (intensity) 是指地震發生時各地不同的搖晃程度,由人所感受到振動的激烈程度,或物體因受振動所遭受的破壞程度劃分,以整數值來表示,分為0到7級,通常距離震央越遠則震度越小。

世界地震震度分級表 (資料來源:中央氣象局)

 

地震可以被預測嗎?

目前還無法在地震發生之前明確地指出地震發生的時間、地點、規模、震度或可能造成之地震災害等資訊,地震預測技術仍在試驗及研發階段,如測地法 (geodesic method)等。

 

地震來前要準備什麼?

地震是不可避免的天災,為了讓傷亡及財物的損失減至最少,平時要有充分的準備:
1. 準備乾電池、收音機、手電筒、滅火器及急救藥箱,並知道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. 平時應常注意逃生路線與消防設備位置。
7. 室內的照明燈具、櫥櫃及書架等加以固定。
8. 使用檢驗合格的防火和消防設備。
9. 平時需做好防震演練。

 

地震發生時要注意什麼?

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,並防外物倒塌 (如招牌、屋瓦、廣告燈等) 而被擊傷。
2. 如一時無法逃至室外,應在堅固、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. 沿海地區民眾應疏遷至高地以防海嘯。
5. 水庫下游地區民眾,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. 逃離時切忌爭先恐後,否則易生跌倒而被踏斃,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。

 

資料來源:CNN PhilipinesreliefwebPacific Tsunami Warning Center交通部中央氣象局經濟部中央地質調查所財團法人國家實驗研究院國家地震工程研究中心

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