【探索25-5】戴上地球聽診器,為地震做預防治療

地震對臺灣民眾而言並不陌生,但有多少人能聽見地震時所發出的聲音呢?地震學家在這片年輕的土地播下了許多「地球聽診器」,使臺灣成為全球地震測站分布最密集的地方。長期致力於地震學的馬國鳳老師說,這些地震測站的建置並非要成功預測地震,而是為了地震發生當下,能夠把握短暫的時間預警,以期將災損降至最低。

講者/中央研究院地球科學研究所特聘研究員馬國鳳
彙整撰文/趙揚光

●在美麗之島上聽見地震

臺灣位在菲律賓海板塊與歐亞板塊的聚集帶,因為板塊之間的激烈碰撞、擠壓,使得臺灣在窄小的腹地上,卻有海拔近4,000公尺的高山!根據統計,臺灣每年可測得約40,000起地震,其中有感地震約有1,000起,因此地震可說是相當頻繁。最近幾次帶來較大災情的地震,分別是2016年2月6日凌晨的高雄美濃地震,以及2018年同為2月6日的花蓮地震。

一旦發生地震,「地震學家們幾乎都要出野外,到實地勘察。」馬老師這麼說。1999年的921大地震,在台中、南投許多地方都能見到清楚的斷層軌跡與產生的高低落差,可想而知地震的劇烈程度。逆斷層是臺灣主要的斷層類型,當斷層錯動、發生地震,即會放出地震波(Seismic Waves)。地震波的體波(Body Waves)穿至地球內部,從震央發出上下震動的縱波,稱為P波;水平搖晃的則為橫波,稱作S波。而我們通常透過了地震觀測儀器,偵測地震的這些波動大小,以「聽見地震的聲音」。

S波的波速較P波慢,但其振幅較大,一般而言,地面上的房屋搖晃及損壞,與S波較有關係。房屋的損毀、甚至大樓的倒塌,則是造成人命傷亡的主因。而不同類型與年代的房屋建築,面對地震時的振動的型態會是什麼樣子?這一直是地震學者想要瞭解的。因此,更能貼近臺灣大多數建築物現況的地震偵測型態,是一個重要的努力方向。除此之外,目前臺灣設有的地震測站,彼此距離皆需以公里計算,然而就臺灣的人口密度而言,公里尺度內其實包含了許多人們的住宅及行為活動。馬老師強調:「每一條人命都相當重要!」測站密集度的再增加,相信能幫助更多人防範地震的發生。

●地震預警的現況與挑戰

日本自1995年的阪神大地震後,便積極地建構整個地震預警及防災體系。2011年的東日本大地震,規模遠比阪神大地震大,且帶來嚴重的海嘯災害,然而直接因地震而致傷亡的案例並不多。日本從地震的災害中學習,及掌控未來風險的嚴謹度,值得我們借鏡與思考。

在臺灣,由學界與業界合作建置的「Palert現地地震預警系統」,歷經多年的推廣及安裝,Palert地震感測儀現已佈建於全台各地,藉以彌補前述地震測站之不足。同時,地震感測儀隨著科技的進展而更為精緻,便於架設擺放。地震感測儀每2秒即會測量一次震動,但難免會偵測到一些非地震所引發的振動,形成錯誤資料。因而在判讀時,至少必須有3個地震感測儀有反應,才能摒除其他因素造成的誤差,視為一次真正的地震。震央之估算,亦以任收到訊號反應的感測儀分別為圓心畫圓,所得之交點即為震央。

從風險管理的角度來看,為瞭解房屋建築的搖晃狀況,及其結構的好壞,地震感測儀的擺設期望能比現階段更密集,或者在同一棟大樓的不同樓層放置。透過地震訊號的頻譜分析,能夠得知樓層放大及共振效應等資訊。雖然全臺的地震感測儀具備了廣度,但這些地震感測儀多半放置在行政機關、學校等處,一般公寓與住宅大樓則窒礙難行;在儀器的密度上,有精進的空間。

地震預警所遇到的挑戰,最關鍵的還是預警的時間。無論是地震測站或地震感測儀,自收到地震波訊號後至地表開始震動,僅有幾秒到數十秒的極短時間,而在這極短時間內,必須做好所有地震偵測定位作業,以及發送預警訊息給一般大眾的工作。且由於儀器一偵測到地震訊號時,尚未能立刻得知地震規模之實際大小,因此更重要的是如何串連預警與防災等各項相關資訊。

●防災遠比預測地震重要

為了更精準化地震預警的及健全地震風險管理,中央氣象局近年也調整了地震級距。過去的地震級距有8個分級,以5級震度來說,其重力加速度涵括之範圍就廣達80~250gal,即地表搖晃和致災的程度在同一震度裡就有極大的差別!因此,現今的地震級距調整為10個分級,如過去的5級震度便分為了「5強」及「5弱」以區別。

而藉由密集的地震測站及搭載愈來愈高科技的感測儀器,將得以建構一個更完整的大數據資料庫,依此進行數位防災及救災安排,如診斷地動潛勢、震源情境模擬以及危害度分析等。這些資料能提供中央與地方政府做地震防災演練,估算可能的狀況下所造成的災損,並形成應對的決策。工程學者則能夠透過已建立的地震模型,估算出房屋建築的風險,以進行既有房屋結構的改善及未來建築的安全標準制定。

同時,這些資料也能供民間企業預防,減少產能之衝擊。在對一般民眾而言,即使只有短短十幾秒的預警時間,還是能進行一些災害防治措施,如讓建築物的電梯暫停運作、醫院醫療手術的停止、鐵路與捷運等軌道運輸減速等措施,避免災害擴大。

●居安思危觀念永不可少

臺灣地震觀測儀器相較於全球之密集程度,及可供研究的資料量多,是馬老師當年毅然決然自美國返臺進行地震研究的原因,從而著眼於臺灣的防災減震與地震教育。由過往的地震系列所得之地震週期估算,臺灣大約每隔25至30年即有一次芮氏規模7.0以上災害性地震發生的機會,這樣的間隔其實是一個世代的的差距。當年輕一代不曾對大型地震有過切身感受而產生警覺心時,對於地震教育與防災宣導來說是有困難的,馬老師如此語重心長地認為。除了「聽診」技術的提升,「治療」的防災觀念真正養成與落實,更是我們未來必須深耕的方向。

views