海洋風暴所產生的微震

■日本地震學家發現了一種新的地震波,成因是由遙遠的海上風暴所引起的。

The January 2013 Northwest Pacific bomb cyclone east of Japan, which met the conditions of a bomb cyclone. (Courtesy: NASA)
The January 2013 Northwest Pacific bomb cyclone east of Japan, which met the conditions of a bomb cyclone. (Courtesy: NASA)

撰文|陳勁豪

在台灣,每年大家都會經歷到幾次有感地震。地震發生時所產生的震波經過地球內部不同的結構時,會對震波的傳遞產生改變。因此透過仔細測量震波的性質,地球物理學家可以藉此了解地球內部的構造。這就相當類似於醫生利用X光來觀察病患身體內部的狀況一樣。

事實上除了我們能夠直接感覺到的有感地震之外,還有許多相當微小的振動,稱為微震(microseism)。如果當初發明這個中文譯名的人是個文青,或許會把這個稱為「微地震」。在1940年代,科學家發現海上的風暴會改變海洋高度。由這種海洋高低差的改變會對海底產生類似地震的效果。這種由海上風暴所產生的微震,可以藉由地表傳播,也可以穿透地球。根據振動方向,又可以分為與震波傳遞方向平行的P波,與震波傳遞方向垂直的S波。對這種由風暴所產生的微震來說,過去科學家只偵測到振幅較大的P波,一直沒有觀察到S波。而透過觀察到的P波,科學家可以反推出震源。

對地球物理學家而言,這種透過氣象變化所產生的微震相當重要,因為地震一般常發生於版塊交界處,換句話說,對於不是版塊交界處的地方,就比較不容易利用地震對當地的地殼進行研究。而這種海上風暴的發生範圍相當廣,因此可以提供相當豐富的訊息。

日本由於地震頻繁,所以他們建立了相當龐大的地震監測網。日本東京大學的Kiwamu Nishida與東北大學的Ryota Takagi對2014年發生於北大西洋的一些海上熱帶風暴進行了研究。這些風暴有著「氣候炸彈」的外號,因為風暴的所釋放出的能量極高,對當地海域會造成相當大的氣候變化,所以會產生相對較強的微震。透過分析位於日本地震監測網的數據,他們不但觀察到了P波微震,同時也首次觀測到了振幅相對微弱的S波微震。

對地球科學家而言發現到了S波微震只是個起點。一般而言,P波微震主要是在海平面產生,S波微震則是發生於海底。如果可以測量P波微震跟S波微震的能量關係,將有助於確認這種微震的成因。而新發現的這種S波微震由於波長較短,所以對密度,溫度,壓力等變化更為敏感,也相當於是給了地球物理學家一種新的探測工具,可能可以用來探測一些過去可能沒有辦法看到的地球內部結構。

 

原始論文
Teleseismic S wave microseisms
Kiwamu Nishida, Ryota Takagi
Vol. 353, Issue 6302, pp. 919-921

相關報導
1. Physics Worlds 2016/08/30: Seismic 'weather bomb' lights up Earth's interior
2. Phys Org 2016/08/26: Japan scientists detect rare, deep-Earth tremor

--
作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

加入好友

人瀏覽過