地球科學

颱風引發慢地震

前一陣子,台灣地震似乎特別多;颱風不來則已,一來就造成嚴重災情。理論上這兩件事應該沒有關係,可偏偏又讓人心生聯想。如今科學家可找到颱風與地震之間的某種關係了:颱風可以引發「慢地震」,而悄悄釋放地殼裡的能量……

撰文/劉啟清

地球科學

颱風引發慢地震

前一陣子,台灣地震似乎特別多;颱風不來則已,一來就造成嚴重災情。理論上這兩件事應該沒有關係,可偏偏又讓人心生聯想。如今科學家可找到颱風與地震之間的某種關係了:颱風可以引發「慢地震」,而悄悄釋放地殼裡的能量……

撰文/劉啟清


重點提要
■台1970年代,地震學家發現了一種發生機制完全和正常地震相同的「慢地震」。它也會釋放原本斷層上所累積的能量,只是斷層破裂得比較慢,或是發生的時間比較長。
■台灣海岸山脈東邊的板塊擠壓,並未完全以地震或抬高海岸山脈的方式來釋放能量,可能正緩緩發生著慢地震。
■科學家發現,颱風的低氣壓可引發台灣東岸的慢地震,為地殼能量的累積與釋放,提供了一個重要的均衡管道。


颱風與地震是台灣的兩大天然災害,1999年的九二一大地震與2009年的八八水災都給台灣帶來重創,然而這兩種天然災害之間可能有任何關聯嗎?


相較於在大氣中形成的颱風,科學家對發生於地底下的地震行為,了解得實在非常有限。例如地球板塊如何擠壓碰撞?地震時斷層如何破裂?特別是地震發生時還有一大部份無法解釋的能量損失,這些問題都像是黑箱子裡的秘密。因此若能有辦法更仔細了解斷層的活動,或許有助於找出上述問題的答案。


地震學裡的暗能量


「地震」就是「地殼的震動」,然而要震動到什麼程度才算地震?剛好發生在某一地震儀旁邊的小震動算不算?因山崩產生的震動算不算?許許多多的疑問,卻也讓「地震的定義」越來越清楚:中央氣象局將其地震網儀器中有三部以上儀器同時記錄、且能定出震央位置的,才列入「地震目錄」中。然而過去40~50年來,地震學家也發現有一種輕微的地震活動,在地震儀器上完全記錄不到,可是其產生的機制完全和正常地震相同,也釋放了原本斷層上所累積的能量,那麼它是否應該算是「地震」呢?


地震學家將這種地震稱為「慢地震」,見文生義,就是斷層破裂得比較慢,或是發生時間比較長的地震。一般而言,典型的地震大約用數秒到數十秒來釋放其所儲存的能量,但慢地震卻花費數十分鐘、數小時,甚至數天到一星期來釋放其所累積的能量。例如1978年日本伊勢半島大地震後就有一連串慢地震;1992年美國聖安地列斯斷層於加州中部持續約一星期在應變儀上造成的一連串奇怪訊號,已證實為慢地震;甚至1960年南美智利大地震之前,也證實隱沒帶上發生過慢地震,並且在接下來發生大地震的震源區增加了額外的應力。


另外,在全球的幾個隱沒帶,如日本海溝、南海海槽隱沒帶,以及北美西岸的卡斯卡迪亞隱沒帶,都發生過多次慢地震。近年來,也有幾個報導證實GPS所觀測到的地殼變形,或應變儀所觀測到的變形,都未在地震儀上留下任何記錄,這些都被歸類為「慢地震」或「靜地震」。


慢地震在最近數十年來陸續發現、證實並逐漸受到重視,這也可以解釋在過去估計板塊碰撞過程中所產生的能量累積與能量釋放,為何經常無法達到平衡,慢地震可能可以解釋其中部份的能量缺失。


發現台灣的慢地震


為了研究台灣的地體構造環境,中央研究院地球科學研究所自2002年底開始陸續在台灣東部裝設井下應變儀,做為「台灣板塊邊界實驗室」(Plate Boundary Observatory, Taiwan; PBOT)的重要實驗儀器,期望能掌握發生在此地的菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊間碰撞擠壓、產生變形的物理現象。


會選擇台灣東部做為研究對象的另一個原因是,經由GPS觀測的速度場發現,台灣海岸山脈東邊(即海邊)的板塊位移速度,大約比海岸山脈西邊(縱谷)的速度快上約每年兩公分,亦即來自菲律賓海板塊的擠壓,應該經由某些方式吸收掉了。最一般的方式是由地震消耗大部份的能量,或是部份能量用來抬高海岸山脈,儲存於位能之中;然而實際的情況並非如此。


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