[Jul 14, 2011]
地球科學：海面下，藏著地震與海嘯的秘密
編輯 強哥 報導
藉由測量地表的變形，配合板塊移動的速度與方向，推算地殼的應變量，就可以找到斷層兩側岩層被「卡住」的區域，進而估計地震可能的發生時間與規模大小。但是，幾乎所有的觀測站都設置在陸地上，而絕大部分的斷層卻都在海底下。如果我們能降低海面下觀測儀器的成本，或是利用創意發展出新的觀測工具，人類就有機會做好更充分的準備，來面對地震與海嘯所造成的災害。
2011年3月11日，發生在日本東北的大地震，其規模遠遠地超過地震學家所預估的大小。巨大的海嘯越過了福島核能電廠所築起的高牆，造成當地居民難以估計的損失。其實早在二十年前，地震學家就已經瞭解地表變形與地震發生之間的關連性。因此大量的觀測站一一被建立，幾乎是無時不刻在監視著地球表面的一舉一動。只不過全世界最主要的斷層帶，以及所有最關鍵的地表變形，都在海面底下的海床；但是絕大部分的測站，卻都是建立在陸地上頭。
目前地表上最被大量使用的觀測工具，就是利用接收全球衛星定位系統的訊號，精確計算地表每一點的變形程度。配合量測板塊間相互移動速度與方向的大小，可以找出兩個板塊「卡住」的位置，進而推算斷層真正發生錯動時，可能釋放出來的能量大小。例如北美洲西部的聖安得列斯斷層，土耳其的北安那托利亞斷層，以及中國境內的斷層。但是全世界活動最為頻繁的大斷層—隱沒帶，卻都是位在海中。像這次引發日本東北海嘯的大地震，就發生在距離岸邊兩百公里遠的海面之下。
在海洋地區的板塊隱沒進入陸地地區的板塊之下時，利用陸地地表所發生的變形量，其實是可以推估下方隱沒板塊與被隱沒板塊之間卡住的位置，但是這個位置深度大約已經是30∼50公里深，而容易造成海嘯的地震斷層，則是淺部的地震，在海面底下的那些。
因為全球衛星定位系統的衛星訊號沒有辦法穿透海水，所以我們無法使用和陸地上相同的方法量測地表變形。目前地震學家是先將數個聲納收發器安置在海床上，然後駕船並以全球衛星定位系統定位，再從海面上使用聲納與海床上的儀器互傳訊號，配合三角定位法定出聲納收發器在海床上的位置。
利用這個方法，可以精確地測量海床表面的變形量，用以推估地震發生的可能性與規模大小。但是這個方法目前仍相當昂貴，擺設一組海床上的聲納收發器，外加出海一趟進行量測所需要的費用大約是一百萬美金。即使像日本這樣注重地震觀測的國家，也只在東北外海擺放了四組儀器。而地震發生之前，儀器所在的位置（位在被隱沒板塊之上）持續向陸地方向前進，直到地震發生，儀器一次向海的方向前進了24公尺之多，造成了這次的大地震與海嘯。
未來，如果能夠更大量放置這一類的儀器在海洋中，配合定期量測，將能夠提供對地震發生更準確地估計。但是除非觀測的費用能大幅下降，否則恐怕很少國家能夠負擔得起。但其實測量海床變形的方式並不一定要侷限在使用全球衛星定位系統，例如傾斜測量儀就是另一種可能的測量方式。因此，如何降低儀器的成本，或是開發出新的觀測方式，都將是值得努力的方向。
原始論文：
Newman, A. V. , 2011, Hidden depths, Nature, V.474, P.441~443
參考來源：
- Newman, A. V. , 2011, Hidden depths, Nature, V.474, P.441~443
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