【地質科學】地球磁場脈動能用來預測地震嗎?

■前陣子世界發生了一系列中型地震,而震央附近的儀器紛紛測到了地球磁場短暫的低頻脈動。某些科學家認為,這些脈動在地震發生前漸趨強大,頻率增高,可作為地牛翻身的警訊。對此,某研究團隊建立了一個模型,用來解釋磁場脈動產生的方式,不過有人則指出,這些脈動可能是人為因素造成的。

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地震引起地磁脈動?中型地震發生前,儀器測到了短暫的磁脈動,這有可能是因為岩石受擠壓,使內部物質的化學鍵斷裂所致(譬如圖中的聖安地列斯斷層深處就可能發生)。

編譯|柯宗佑

加州聖荷西州立大學的晶體學家佛里曼.費伍德(Friedmann Freund)表示,五十年來,在許多地震發生前,儀器都會測到短暫的地磁脈動。舉例來說,2007年10月聖荷西東北方十五公里處發生了規模5.4級的地震,而震央附近的儀器卻早在幾週前測到了異常的磁場脈動,且儼然發自地殼深處(最強的一次脈動高達 \ 10^{-9} 特斯拉,大約為地表處平均地磁強度的十萬分之一),當地震發生日越接近,脈動頻率就越高。又好比最近,秘魯幾個終極地震發生前,兩台磁力儀也測到了類似的脈動。

費伍德表示,最令人費解處在於,這些脈動究竟如何產生的。截至目前,他和研究團隊成員們都認為,這些脈動是岩石中的晶體受地震波影響,出現微幅變動時放出的。在許多類岩石中,晶體內都滿佈氧-氧鍵,也就是過氧鍵,尤其是飽含水分的火成岩更是如此(這些過氧鍵是水分子很早以前經由化學變化,將氫原子釋放出去後形成的。氫原子最後結合成氫氣,逸岀岩石,留下過氧鍵)。當岩石遭受擠壓,譬如斷層面互相推擠時,有些過氧鍵就會斷裂,接著釋放出帶負電的電子,此時,電子原先的位置便會形成帶正電的「空洞」。在實驗中發現,電洞會導致電波干擾,且在岩石間的傳播速度達每秒一百公尺。

費伍德和團隊成員認為,地殼內應該也有類似的現象。當巨型岩石不斷推擠,電洞便會大量增加,隨即伴隨地震來臨。而大量電洞轉移時,便會產生大量電流,進而產生低頻磁脈動,為地表儀器所接收。

秘魯發生地震時,儀器測到的磁脈動一般最短持續六分之一秒,最長四分之一秒,不過有些脈動竟長達兩秒。有些人認為脈動乃閃電所導致,但就兩秒的長度而言,這種解釋顯然不可能,無論是遠近閃電皆然。費伍德指出,根據秘魯兩台探測儀器所蒐集的資料,研究團隊發現,最強的脈動源自距餘震震央數公里之處。團隊也將這項結果寫成論文,並上傳至arXiv論文預印本資料庫上。不過費伍德坦白表示,這只是初步模型而已,目前正由其他科學家幫忙檢驗。

「如果這篇論文的觀測結果有誤,論點就無法成立了。」波士頓大學地震學家約翰.埃貝爾(John Ebel)表示。身外局外人的埃貝爾指出,光靠兩台儀器就想測定現象源頭是不夠的,至少要用三台儀器才能斷定。

他還說,研究團隊的另一項發現疑慮更大:「我懷疑脈動根本不是從地底發出來的。」在他看來,脈動很有可能是無以名狀的人為結果。幾十年前,埃貝爾位於波士頓的磁力儀每天早上都會測到異常磁脈動,後來,他的研究團隊發現,原來是工程師在數公里外的調車場發動電車,才會出現脈動。

而費伍德說,即使磁脈動因地層擠壓形成,測得的資料也不見得能用來預測地震。不過,脈動的變化規律,像是幅度與頻率變化,或許能提供科學家精確的預測方向。

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研究出處:Could Pulses in Earth's Magnetic Field Forecast Earthquakes?
譯者:柯宗佑 科教中心特約寫手,從事科普文章編譯。
責任編輯:Kerina Huang

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