2019年6月26日 星期三

那些年,滿是湖光山色的臺北


文/徐毅振  中央氣象局地震測報中心技佐

關於作者介紹:
《康熙台北湖》小說作者,畢業於中央大學地球科學系、台灣大學海洋研究所,現職為中央氣象局地震測報中心技佐。


最近火山學者的研究成果再度引起關注,距離台北最近的大屯火山,自然成了關注的焦點。

來源:http://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/taipeim/f.htm


而山腳下人口密集的台北盆地,也曾有著「台北湖」的過往。
災難式的火山爆發、或盆地轉眼變為大湖,都是生活在台北盆地的人們,不時關心甚至憂慮的事。而這兩者之間,是否可能存在什麼關聯呢?

筆者最近曾拜訪台北市關渡宮,當聊到這個問題時,廟方人員毫不猶豫的回答:「就是大屯火山爆發,在關渡這邊堵塞淡水河,康熙台北湖就形成啦。」

筆者歪頭一想,關渡兩岸的山體都是火成岩體,好像挺合理的喔?廟方人員挺有概念的。欸~等等,不對阿,如果淡水河在關渡這邊被堵住,當年郁永河怎麼搭船進來的?

初二日,餘與顧君暨僕役平頭共乘海舶,由淡水港入。前望兩山夾峙處,曰甘答門,水道甚隘,入門,水忽廣,漶為大湖,渺無涯涘。”—《裨海紀遊》

他搭的可不是艋舺(當時廣泛分布在台北一帶,巴賽族擅長駕駛的小船),而是海舶(可以橫渡台灣海峽的大船,常被稱為戎克船)耶!筆者趕緊提醒廟方關於郁永河的文字記載,廟方人員也意識到不合理,便與筆者繼續討論台北湖的成因。


新增說明文字


目前地質學家普遍運用同位素定年法定出大屯火山最近爆發的年代約在10萬年前,甚至近年來中研院陳中華研究員公布找到約5500年前的火山灰!地質學家也在關渡南岸找到來自北岸的火山岩層(凝灰質角礫岩)這意味著大屯火山爆發造成的火山泥流確實曾經流到關渡一帶看起來確實有火山爆發造成台北湖的可能性、只是目前已知的火山噴發年代比起清朝更加古早了些?

然而,在那火山岩層之上,卻還覆蓋了淡水河形成後才堆積的河流沖積層(景美層、松山層)。這就不對了如果是火山泥流堵住淡水河形成台北湖,火山岩層應該覆蓋在河流沖積層上面才對怎麼反了呢?難道說,火山泥流堵塞淡水河、造成台北湖這件事,終究只是一種理論上可能、實際上不曾發生過的想像而已?
 此時,地震終於要登場了。



約在80萬年前,山腳斷層開始活動,斷層以東的地層,隨著一次又一次的地震,不斷陷落。而且,在更早之前,東北方的金山斷層,早已開始活動並延伸到外海,甚至可能因為斷層錯動、誘發海底山崩而產生海嘯;無獨有偶,大屯火山也早在山腳斷層活動前,便已開始隨著一次次的噴發逐漸長高!災難電影的元素相當齊全了呢~(抖


就在這個moment!江湖地科男(這哪來的山寨版柯南?)突然靈光一閃,想到了一種可能性!

如果那時大屯火山還沒像現在長這麼高,南側的台北盆地還沒陷落的那麼低,金山斷層、山腳斷層的陷落,就可能在大屯山區中形成越往東北方越低的谷地;附近的河流,也就會紛紛改流向這個現在早已不見蹤跡的神祕河谷,從金山出海。隨後,大屯火山繼續噴發,火山泥流堵塞了這個神秘河谷,河水一時無處宣洩,台北湖就此現身!

這時兇手(X)讀者(O)不免提出質疑:「江湖地科男,你有什麼證據?」

此時,江湖地科男手裡拿著一顆有點磨圓的石頭說著:「這是在大屯山區的火成岩塊中找到的沉積岩,而且岩性跟中央山脈的岩石一致,顯然曾經有河流把中央山脈的岩石帶到這裡!」

「等等你那句真相只有一個的名言呢?」

「這就是江湖地科男跟江戶川柯南的差別了。地科的案件往往是更為久遠、缺乏目擊證人的懸案,所以當江湖地科男追查時,如果發現了更有力、更直接的證據,就會推翻或修改了現有的認知。但這不代表打臉前人的調查草率,而是因為科學進展總是需要站在巨人的肩膀上,真相或許難以重現,但「地科偵探們」仍利用更新、更有力的資料一步步的近「真相」。



時過境遷,大屯火山已經停止噴發,台北盆地也聚集了大量人口。大屯火山會不會再次噴發?台北盆地會不會因為火山泥流堵塞淡水河而變成台北湖?許多人非常關心,筆者前陣子也接到各界詢問電話、接到手軟(課長忙碌時,代接電話啦)。

那麼現在該如何看待火山活動監測與研究?可以想成像是健康檢查,醫生做了許多檢查項目,需要綜合評估才能確認人體是否出狀況。更何況,每個人身體狀況都不盡相同,同樣是天氣變化,身體強壯的人沒感覺,體弱的人就容易生病。每座火山也都有不同的體質,因此,其他火山可能即將噴發的各項監測數值(或稱為異常活動門檻值),不一定適用於大屯火山(以及龜山島火山)。而且,在大家所不知道的背後,相關單位早已持續進行各項監測活動,並召集學者專家研議發布警戒機制囉。

大屯火山究竟何時會再度噴發?還是不會再噴發了?或許,現在還無法給出明確的解答,但一定會越來越接近真相。

關於大屯火山與台北湖的小故事,就先分享到這裡囉。



參考資料
台北盆地的地質背景:http://homepage.ntu.edu.tw/~tengls/geo-info_taipei.htm
台灣火山活動監測:http://dmip.tw/lfive/2017/
1697?,郁永河。《裨海紀遊》。
2004,鄧屬予等。台北堰塞湖考證。地理學報第36期,77-100頁。
2018,簡翊展。臺北盆地之相分析及沉積歷史。台灣大學地質科學研究所碩士論文,共138頁。
2019,徐毅振。《康熙台北湖》。

2019年5月29日 星期三

你以為的大屯火山是長這樣嗎?

文/阿樹    震識:那些你想知道的震識  副總編輯

前情提要:本文的主旨乃針對2019/5/29的一則新聞測到心跳了 大屯火山和龜山島都是活火山回應
而在聊大屯火山之前,我們先來聽個空想故事:

  • 故事是一位科學家突然發現異常地震訊號,打算通知相關單位,但是因為火山爆發來的太急太猛,超乎了科學家的想像,所以他只好利用自己的力量疏散大家,不免會需要克服路上遇到擋跛的熔岩流在被火山灰搞得暗無天日的情況下疏散之類的

純惡搞圖…諷刺一下用滴
好,以上的劇情應該是許多人從好X塢電影(?)學習到的火山知識,但我必須說聲不好意思,這劇情100%不會在現實生活中出現。

不過,或許是大眾受到災難片的薰陶,每當聽到「大屯火山是活火山」這則舊文,就會常在社群上看到各種不知道該笑還該哭的討論…像是「豪宅要跌下來囉」、「是不是該遷都啊」、「要是火山爆發就會引發核電廠爆炸」、「中共只要飛彈拿來打火山的岩漿庫就好啦」、「到時台北就變龐貝城囉」。

那麼大屯火山噴發到底會怎樣?
電影中的錯誤科學呈現,多少也增加了一些大眾對於火山爆發的迷思,在每次有大屯火山相關的新聞出現時,迷思就會轉變成謠言。實際上,大屯火山的分類上是酸性或中性的火山,即使岩漿噴發產生熔岩流(就是像岩漿紅紅的那種),也不會流的滿地都是甚至進到臺北市。主要噴發行為,還是以少部分的熔岩流、火山碎屑和火山灰為主,其中會比較直接的災害會是火山熔岩流和火山碎屑流。至於什麼是火山碎屑流呢?它是高溫的氣體和火山灰的結合物,這部分常在電影會看到,噴出來的東西就像一個巨型史萊姆之類的吞噬一切,個人覺得比火山熔岩還可怕。

即使如此,從臺北市火山災害防救應變機制之研究 的研究報告裡面可以看到,經過目前科學證據所模擬的幾個情境,以及推估出來的火山災害潛勢圖。要是真的噴發,熔岩流的影響僅在火山口(也就是接近山頂處)的鄰近區域,碎屑流也在山區一帶,而後續的火山泥流(其實就是一種土石流),則會沿著山谷、河川和道路走得遠一點,預估影響的範圍離人口密集的都會區還有一段距離,當然,在上述研究中的模擬情境和潛勢區,也和北部的核電廠有段距離。

可是有人會說那「火山灰」呢?確實火山灰也是一種火山災害,而且麻煩的是影響時間較長、對於人體會有很大的負擔,所以也不太適合出門活動,這樣一來就會連帶的影響社會、經濟和民生等等。但好在這不像地震會讓房屋損壞倒塌,受火山灰影響地區的人們也不致於有立即性的危險,只是在防災上還是要先設想這類的應對方式。
火山灰的對策,圖片來源:臺北市政府消防局


從實際評估大屯火山噴發的影響,以電影來演一點都不刺激,更不吸睛啊!

所以到底該怎麼看待大屯火山?

「多認識它、多認識火山的科學知識」

聽起來這建議好像一點都不實用,但如果不認識火山科學,我們便不能知道到底該怎麼看火山才不是過度擔心、該怎麼做才是真的遇上了會有效的行為。震識之前的文章屯火山是死還是活已經說明了很多,該文最後也有一些超連結提供參考,而由過去國內外的火山研究,我們都知道多數的火山爆發行為,尤其是很大規模的那種,是有跡可循且可以預警的,而且隨著科技進步以及對特定火山的認識加深,預警的可能性與效能也會有所提升。

但同樣的,因為大屯火山是一個活火山,但因為也沒在世界眼前噴發過,所以算是一種「不知它是怎麼個活法」的火山。或許是這樣所以國內的火山科學家要是發現了什麼新證據,都會非常的振奮當然我知道一般人很難理解這有什麼好高興的,不過每有新發現都是促進對火山認識與防災的進展,這可能是在目前情況下,比起什麼都不做等火山爆發還好的方式了吧?
科學家參考其它的火山例子所提出的火山警戒表,目前大屯火山平常應屬無警告到1級之間的程度為主,連2級都還沒有確切的證據顯示,圖片來源:臺北市政府消防局

那火山學家為何常出來刷存在感?
所以我說為什麼每次都要讓大家覺得大屯火山的各種發現好像都很重要?必須說真的很重要,只是很難科普的詮釋,我倒覺得發明了「心跳」一詞來說明火山地區規律地震很有趣,只是在此要跟大家強調一下那是科學家對自然現象的一種「比喻」,不是火山真有個心跳,在這種比喻之下,還有更多報導與新聞稿中未提到的意涵:

如果我們要知道火山什麼時候到噴發的臨界點,就要知道它平時的「身體狀態」,因此各種觀測儀器就是像醫生用來診斷監測用的儀器,而如果我們知道越多的「一般情況」,當「非一般的情況」發生時就要特別注意囉。因此,了解火山的地震規律,就像是知道「啊現在火山的心跳是穩定的,大家不必擔心」,也是件有意義的事情。

那麼,我想我們不妨可以藉著火山一點都不活躍的時候,想好就目前自己住的位置,該怎麼防範?至於住家離大屯火山很遠的人們,或許也不用因為大屯火山是活火山就不敢來陽明山觀光哦!好歹這也算是國家公園的寶地呢!

2019年4月18日 星期四

日本棄用了「餘震」的說法?等一下哦這有點誤會

文/阿樹 
震識:那些你想知道的震事  副總編輯

今早阿樹看到一篇文章標題寫著:

來源:wearhernews

「棄用餘震一詞」這一點勾起阿樹的好奇心,因為個人覺得餘震本來是存在定義的,所以「棄用」看起來並不是很簡單的事,因此查詢一下來自日本原始報導:「7割の人が知らない!? 「余震」という言葉が消えたワケ」。

在此報導中也提到了2016年熊本地震的「異例」,在4/14時發生了一起規模6.5的地震,而當局也有提醒大家注意餘震,然而接著在4/16發生了更大、規模7.3的地震。因此,或許會有人認為,這似乎是一種「異例」,可能會顛覆原來科學界的認知,但實際上「不是的」,即使有這樣的情況,也還不致於把大森法則和GR-Law大修改或砍掉重練。

等等,什麼是大森法則和GR-Law
簡單來說,大森法則是地震學家大森房吉發現了大地震後,鄰近區域的地震數量會隨時間有一定的衰減趨勢,雖然會因地而異,但是仍可以更改某個常數而列出關係式。而GR-Law則是發明地震規模的古登堡和芮克特所發現的另個定律,是說明之後發生的這些餘震的地震規模會隨時間變小。
 
隨主震(紅色)衰減的餘震(橘色)
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:2016_Central_Italy_earthquake_(magnitude).svg
但是,實際上的一系列的地震在發生時,除了比較常見的「主震餘震」序列,有時也會有「前震主震餘震」的情況,甚至還有「雙主震」(兩個一樣大又時間很近的地震)、「群震」(一堆差不多大小的中型地震),而前述2016年熊本地震的例子,就是「前震主震餘震」的類型;此外,也有不少例子是餘震規模極接近主震的(如果發生在同一兩天內就會被認為雙主震)

因為地震的科學仍難以做短期的地震預測,因此在遇到中大型地震(規模6左右)是一起主震,還是更大規模地震的前震,沒有辦法確知,只能從各種長期的觀測資料和歷史紀錄評估地震風險。舉個例來說,現在科學能做到的,在地震後給出評估「此地區後續地震的發生機率情況」。

因此,日本的「地震調査研究推進本部」就提出了一種傳播地震資訊的建議,不特別強調「注意後續餘震」,而是改為「在一週內注意可能有規模接近或更大的地震」,其實就是想改變過去大家覺得「後續的餘震比較小」的迷思,因為當我們發現很難預測出是否有更大的地震在後頭時,事先提醒可能性比較重要。當然,氣象仍在官網上提供了「余震」(漢字)的說明,代表這一詞不是真的消失,而是少用
 
相關研究學者對於未來說明主震後餘震情況方式的調整建議
來源:地震調査研究推進本部
但另一方面,科學上仍可以利用大森法則和GR-Law來評估後續餘震的機率,但因為單說明機率太無感,還要明確的告訴大家「可能增加了幾倍」的發生機會。舉個例來說,若只告訴人們「未來發生規模6以上的機率超過20%」,似乎沒太大的感覺,但如果原來發生6以上的機率只有5%,等於多了4倍的發生機率,而數量也一樣可以估計,一般來說過了一週後如果沒有更大的地震,會跟隨著主震餘震的衰減模式是比較少有異例的。

這對一般人的重要性在哪
所以,這件事比較像是隨著科學的發現與防災研究,加上考量大眾的認知,而做出的傳播手段調整,透過調整說法,而讓大家更貼近科學家想傳達的事實。所以,與其糾結在是不是正常能量釋放、等於幾科原子彈的空泛說詞,給出科學或防災資訊的一方,更應思考「資訊的有效性」。譬如為什麼讓大家知道規模和震度不同、規模代表釋放能量是重要的事?原因在於我們必須要跟大家說「未來可能有差不多大小的地震」時,那個「大小」就會是說「規模」。同樣的地區和深度發生的地震,當規模小了1.0,影響會小很多。反之,我們在中大型地震後的一段時間,仍要有一定的警戒,確認各種防災的準備,這或許是在眾多難以確知的科學與風險中,唯一可以確知的事。


或許,真的很擔心的話可以就一直戴著防震帽(誤)

2019年3月10日 星期日

斷層漫談I:我達達的馬蹄是美麗的斷層?


文/阿樹  《震識:那些你想知道的震事》副總編輯

本文標題玩了一個小小文字遊戲,由於「斷層」的英文是fault,便拿來置換了一下鄭愁予的詩句。在地科圈更常見的惡搞梗,則是”It’s not my fault.” 而本文的主題就是在談論斷層的定義、分類以名詞背後的意義。




「斷層」的定義與分類
在討論地震的成因時,常會提到「斷層」一詞,包括過去我們撰寫的幾篇章都有著墨,如:

斷層指的是岩石受外力作用產生相對運動後,而形成的「破裂面」,而這個破裂面如果有從地底下延伸到地表,就會在地表呈現出一條「斷層線」,如果是重要的斷層,通常就會被標示在地質圖當中。而現在我們熟知斷層三大類:正斷層、逆斷層、平移斷層,就是依照斷層兩邊塊體的運動情況來區分的。

而由力學的角度來看,也可以發現,平移斷層的主要作用力是水平方向的剪力為主,造成斷層的運動只有水平向的左移或右移的作用;正斷層則是以向外拉張的力量為主,造成斷層的上盤往下掉;而逆斷層則是擠壓的力量為主,使得斷層的上盤往上抬升。等等,什麼是斷層的上下盤?如果我們有一個傾斜的斷層面,斷層面的上方就是上盤(hanging wall),下方就是下盤(foot wall),而正、逆斷層兩側主要的受力和運動關係大致就會以上下盤運動來描述。而理想上對平移斷層的運動描述,就用不到上盤與下盤的名詞,而是以「斷塊」(fault block,描述跨斷層運動時說明斷層兩側塊體時的名詞)來說明兩側的塊體,如果我們的面向斷層,斷層前方的那個斷塊向右移,就會叫做右移斷層,反之,則叫左移斷層。

因為受力不一定就這麼剛好在三個軸向上,因此有的時候斷層不會只有一種錯動方式,可能會有逆斷層+左移、正斷層+右移…等不同的排列組合,而有些學者會將平移斷層又以「走向滑移」(strike-slip)名之,其實是一樣的意義。
在阿樹求學過程中,便曾有過這樣的疑惑:為什麼正斷層為何是「正」斷層、逆斷層哪裡又大「逆」不道了?難道,這些命名和現象觀有關係?

「正斷層」之所以為「正」斷層的理由
”fault”作為斷層,若從地質的角度來看,或許我們可以想像一個情境:當我們觀察地層時若遇上斷層,就會發現原先完整的地層,被斷層錯開的不連續現象,而且由外營力(風化、侵蝕、搬運、沉積)沒有辦法解釋這樣的現象,但反過來說如果將斷層兩側的塊體移動一下,就能完全的回復原來的樣子,也正代表斷層的作用是一種讓地層分離的現象,或許用有錯誤、瑕疵之意的”fault”,也挺合理的?
追著地層是地質學家的基本功,看到這類追不到的情況,就是遇到斷層(筆者自繪)

正斷層的英文為”normal fault”,可想而知所謂「正斷層」可以理解其翻譯的意義,所以我的問題便是在於為何以”normal”來描述正斷層,關於這個問題我聽到了以下兩種說法:

第一種說法比較有趣,就是關於最初發現並定義斷層的地區,主要都以正斷層的型式為主,因而在發現正斷層以外的斷層型式時,就給了正斷層”normal”一詞,而逆斷層就給了”reverse”。當然,我個人也蠻懷疑這說法的真實性的,因此我們來談另一個既可以幫助記憶,又非常有道理的第二種說法。

第二種說法較有系統性。由於多數純粹的平移斷層面,是相當垂直的,較明顯具有傾斜方向的斷層,多半是正、逆斷層才有,因而有了「將斷層面上方的塊體稱為上盤、斷層面下方則為下盤」的定義,而當斷層為正斷層時,上下盤的關係看起來是上盤沿斷層面「自然滑下」(normal),而逆斷層的上盤,則是反過來由下往上的逆向(reverse)運動。此外,長期在逆斷層作用下的地層看起來也會像倒轉一般,因為一般而言較老的地層在下方,但被斷層影響後,跨越斷層的地震剖面就會局部「老的地層在上方」的現象,這是正斷層所沒有的。因此,我們或許便可以由此理解,正斷層為何「正」,逆斷層為何「逆」了!


正逆斷層如果觀察局部的露頭或是利用鑽井,就會看到地層重覆出現的情況(筆者自繪)
比逆斷層還「逆」的「逆衝斷層」
逆斷層中,如果傾角(也就是斷層面和水平面的夾角)小於45度的話,有時會用「逆衝斷層」(thrust fault)來取代描述逆斷層的方式(也就是逆衝斷層是特指傾角45度以下的逆斷層)。不過,正斷層則沒有這樣的細分類,那到底為什麼會這樣呢?

大部分的逆斷層傾向是低於45度的,而正斷層則多半大於45度,但有些時候如果發生從張裂環境變成擠壓環境時,就可能在某些正斷層上發生逆移的現象(就是逆斷層的作用在老的正斷層上);然而在擠壓轉張裂的環境時,較少會發生沿低角度逆斷層發育正斷層的作用,因此也比較少有低角度的正斷層。
所謂斷層的傾角,指的是斷層面和水平面的θ(筆者自繪)

”fault”為何中文為「斷層」?
1873年的「地學淺釋」為第一本翻譯自英文的地質學中文書,可以發現書中已有「斷層」一詞的中文與其說明,其對斷層一開始的描述「石層之裂而為縫」,以及「兩邊之石層有高低不對之處謂斷層」等文句,雖然用字遣字與現在我們習慣的白話文有點不同,但也不致於難以理解,而且還蠻像我們現在學習的斷層定義,明確的指出岩層間有裂縫,並且同時有錯位的現象,不然就只會是單純的節理了。

而前面提到的正、逆、平移、逆衝斷層等名詞,就可以從英譯中、機制成因等脈絡理解其名稱由來。最後,再來談最後一個與斷層有關的名詞,那就是「活動斷層」。
1873年《地學淺釋》一書中的「斷層」,摘自《地質學》一詞從晚清至今的演變
本文將斷層的名詞、定義是如何來的稍作簡述,本文偏向斷層的地質學科學史的部分,而同系列文的下一篇文章,將會介紹地質學家如何研究會發生錯動引發地震的「活動斷層」。而其它關於本站的斷層知識,可參考下列延伸閱讀與參考文獻。

延伸閱讀與參考文獻