地震 – PanSci 泛科學

【科科愛看書之本月選書】天有不測風雲，人有旦夕禍福，若想要長命百歲，防災知識可萬萬不能少。天災除了造成人財損失，更進一步影響朝代更迭、改寫歷史。《課本沒教的天災日本史》以人文的角度檢視日本防災史，看看古人在面對地震、海嘯、火山爆發等天災是究竟是如何應對？讓我們汲取古人的智慧，更謹慎地面對大自然給出的戰帖。

紛紛灰雪，鋪天蓋地而來

假使，富士山再度噴發的話，東京會變成什麼模樣呢？

相關的線索同樣可以在岡本元朝的日記中找到。這位十二歲秋田藩主的看顧人，在日記中詳細記錄了一七○七（寶永四）年富士山噴發時江戶的情況。

以前想要找寶永噴發的史料，最基本的就是新井白石的《折柴薪之記》、以及旗本的《伊東志摩守日記》這兩冊文獻。另外，以擅長繪製地圖而聞名的伊能忠敬，他的祖父在千葉縣的佐原寫下了《伊能景利日記》（《歷史地震》第十九號），也可以當作參考。

如果富士山爆發，會有多可怕？圖／By 葛飾北齋, Public Domain, wikimedia commons

接下來，我們一起看看《岡本元朝日記》裡如何描述江戶時期富士山噴發的狀況。

十一月二十三日天氣陰，少年藩主的健康狀況還不錯，但是岡本的身體卻還沒恢復。據他觀察「今朝的地震至少發生四、五次」，在地震與地震之間，地面雖然沒有劇烈搖晃，但是卻發出「咕嘟咕嘟」的響聲，宅邸的門窗也咔答咔答作響。這樣說強不強的震動持續了「三時（六小時）」。

富士山在噴發前，先發出震動聲，透過空氣傳播到四方。過了一會兒，聽到雷聲，「像是灰塵一樣的東西」從天而降。岡本等人在未之刻（下午二點）發現了降灰，因為非常稀奇，所以他和同住在江戶的秋田藩士一起採集那些灰渣。

「市郎右衛門、善左衛門拿起筆硯箱的蓋子去接住那些灰渣，用手觸摸感覺像是煮湯時產生的浮沫。」

江戶時代的武士，還不瞭解發生了什麼事，只是單純的用手指觸摸這些火山噴出物（火山灰），覺得很奇特。可以想見當時武士臉上露出困惑的表情。

詢問之下，得知從午之中刻（正午）起就開始降灰。然而這時只覺得「像是細雪一樣」。震動一直持續不停，所以他們把少年藩主帶到倉庫去，在倉庫裡吃晚飯。

鋪天蓋地的「黑雪」其實是大量火山灰，裡面含有火山玻璃。圖／By fabiopiccini＠Pixabay

到了申之刻（下午四點左右），岡本離開倉庫前往大廳，只見「落下的灰沒有停止的跡象，只好打起油紙傘走路。這些灰掩蓋了屋頂、道路、地面，越堆越厚，走過還會留下足跡。」這期間震動不停，黑雲還發出閃電。

讓岡本驚訝的是，天色竟然那麼黑暗。「過午之後就是一片黑暗，猶如黃昏。從申之中刻起就要點起燈籠。」這說明了火山灰形成的烏雲遮蔽了陽光，才下午四點就像是晚上一般黑暗，必須點燈火照明。岡本的感想是「真是遇到了稀奇之事」。

到了日暮時，岡本前往大廳去守護藩主，看到灰渣持續落下，毫無停止的跡象。戌之中刻（晚上八點左右），降灰終於暫停，藩主也要就寢了。但令人不悅的震動還在持續。岡本一直當班，直到子刻（午夜零點）才下令「藩士們去休息吧」，他也退出大廳。震動整夜不停，到了翌日，空中開始降下細沙，這些灰渣被風吹打在窗門上，感覺像是秋田下著風雪一般。這一天，岡本和藩主吃的是烏龍麵。

二十五日，天色再度轉暗，大量灰渣落下，「比前兩天的灰沙顏色更黑」，火山灰的顏色由白轉黑了。這天，岡本聽到謠傳，說伊豆大島的火山噴發，碎石飛散，因此不准許前往箱根一帶，但岡本覺得是假消息。二十七日，透過幕府取得了「駿州（靜岡縣）吉原村」的受災報告手抄本。岡本在富士山噴發五天之後，才終於得知天上降下的是富士山噴發出來的火山灰。

面對富士山爆發，請自備護目鏡

江戶的人們，在剛接觸到天空降下的灰渣時，作夢也想不到那是來自於富士山的火山灰。因此，江戶人是如何把降灰現象和富士山噴發聯想在一起，這個過程頗值得探究。

幕府和諸多大名之間，平日就已經備有非常可靠的情報傳遞方法。尤其是災難的受災狀況，幕府和各個大名會互相交流訊息，共享情報。秋田藩江戶宅邸在噴發的頭四天，還弄不清楚空氣中的震動、天上降下的灰渣、天空一片黑暗這些異常現象的源頭，一直到第五天，才收到幕府主掌財政的官員「勘定眾」通知。

「之前二十三日於駿河（靜岡縣東部）的地震當天，從早上開始已震了三十回，富士山開始發出響聲、冒出煙霧。接著山上的積雪紛紛滑落，煙霧越升越高，震動之強造成鄰近地區的人民暈眩倒下，不過沒有人死亡。白晝過去到了晚上，照理說應該看不見黑煙，但是火災的亮光讓人能夠繼續看到黑煙。」這是富士山麓的吉原村（富山市吉原）的幕府代官的回報。

地震會造成嚴重的火災。圖／By 田代幸春, Public Domain, wikimedia commons

秋田藩士岡本元朝收到了這個情報，他在日記裡感慨寫道：「既然如此，落在本地的灰沙，可推斷是富士山所揚起的灰沙。震動與響聲也是。那麼巨大的山噴發，關八州（整個關東）都會遭遇相同的狀況。」看來，距離江戶二十五里（一百公里）的富士山，噴出的灰渣涵蓋範圍廣大的讓岡本覺得意外。

岡本又寫「據說震動是從二十二日起產生的」，把他所得知的富士山麓狀況寫成文書。所以我們得知，富士山在噴發的前一天就開始震動，噴發當天則是在富山市吉原觀測到大約三十回的火山型地震。

江戶的降灰連續數日，中途曾有短暫停止一會兒，但是到了十二月四日又繼續降灰。岡本的日記中提到：「十二月四日申刻（下午四點左右），大量灰沙降下，必須打起油紙傘才能行走。到了亥之中刻（二十二時），停止落下灰沙，天氣放晴，過了一個好夜晚。」從此之後，就沒有再記錄降灰事件了，看來，秋田藩宅邸有足足十二天觀測到火山灰飄落的狀況。

噴發所造成的震動則是持續了四天。十二月一日的日記中寫著「今夜仍舊在降下灰沙，震動則是在二十七日停止。那時已經瞭解是富士山噴發造成。」換句話說，倘若今天富士山再度發生寶永噴發那種等級的噴發活動，東京將會持續震動四天，火山灰則有可能持續十二天，大家要有所準備。

幸好，噴發的災害就僅止於降灰。十二月五日，十二歲的秋田藩主已經能夠率領家臣前往江戶的菩提寺、總泉寺（當時寺址在現在的台東區橋場二丁目。在關東大地震之後，被遷移到板橋區小豆澤）參拜。不過，滿地的灰沙還是很令人苦惱，「只要稍微起風，灰沙就會從町屋上飛起，四處飄落」。

七日，灰沙掉進岡本的眼睛，「風把灰沙從家屋上吹落，許多人的眼睛因此受傷，痛苦不堪」。少年藩主見到眼睛紅紅的岡本，問他「怎麼回事？」，岡本只好回答「因為要騎馬趕上，結果造成眼睛受傷」。

火山灰裡其實含有細碎的火山玻璃在內，所以我敢大膽預言，假如富士山再度噴發，保護眼睛用的護目鏡在東京一定會非常暢銷。

本文摘自《課本沒教的天災日本史》，遠流出版

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大地震竟讓秀吉女裝出逃！？

一五九六年的伏見地震，差點壓死豐臣秀吉，當時的狀態都仔細記錄在古文書，流傳到今日。

地震發生在夏季烈日還在發威的陽曆九月五日。秀吉光著身子睡在城裡，他的愛子秀賴則是睡在身旁。當地震來襲時，秀吉立刻感覺到大殿將要崩塌，「趕緊起身抱起幼兒（秀賴）往外頭跑」（《日本西教使》）。「光著身子在房屋坍塌前勉強逃出，留得一命」（《增訂大日本地震史料》）。

當時在日本的傳教士馬上把消息傳給羅馬教廷。秀吉抱著秀賴儘速逃到戶外，是個正確的決定。「太閤殿下（秀吉）的日常生活起居都在那間大殿內，因此打造得美輪美奐，但是經過地震的搖晃之後，大殿整個崩塌。」（《日本西教使》）

秀吉親眼看著伏見城毀於地震，頓時覺得茫然若失。「不屈不撓的他，第一次體驗到恐懼，趕緊逃到廚房去討一杯水來喝」（《日本二十六聖人殉教記》）。伏見城除了廚房那一棟屋子之外，全被震垮。「天守的上方二重（兩層樓）被搖到垮下來」，由此可見災情慘重。（《板坂卜齋覺書》）

秀吉只能待在庭園內等候救援。最先趕到的人是細川伽羅奢的丈夫細川忠興，只見到「太閤連腰帶都沒繫上，對我說『與一郎（忠興）你好快啊』。」（《細川家記》）

接著趕到的是加藤清正。「太閤穿著女裝，被政所夫人（正室）、松之丸夫人（側室）、孝藏主（正室首席秘書）還有上﨟（高級女官）等女眷所包圍。」（《續撰清正記》）。雖然這是多年後的記述，但是可以瞭解秀吉當時披著女中的衣物，手上抱著秀賴，坐在女眷群中等待救援的情景。

你能想像豐臣秀吉穿著女裝，悵然若失的模樣嗎？圖／Public Domain, wikimedia commons

其實當時的伏見城，已經堪稱為日本地震史上最悲慘的災難現場。那時的伏見城建造在「指月之岡」，也就是現在的 JR 桃山車站的南邊。現在已經建造了近畿財務局的公務員宿舍和觀月橋公寓樓房社區。那裡是一片東西寬五百公尺、南北寬二百五十公尺的敷地（山本雅和《伏見指月城的復原》）。偏巧不巧，當時秀吉出兵朝鮮半島，和中國（大明帝國）交戰當中，地震前正準備接見大明皇帝派來的使節。秀吉把他蒐羅到的美女全攬進伏見城內，想讓中國使節見識一下不輸給紫禁城的軍力與美女群，藉此向明朝皇帝示威。

結果地震來襲，美女聚居的長屋，建造工程當然比不過大殿，長屋全毀造成慘重死傷。「當時壓死了眾多女子，地震發生後，到處都聽見『救命』的喊聲」，但是細川和加藤急著確認秀吉的安危，只好「假裝沒聽見，一路衝向大殿，卻感到極為不忍」（《細川家記》）。

震災中被壓死的人難以計數，從五十人（《伊達治家紀錄》）到女性七百人（《日本西教史》）眾說紛紜，不過看震災的規模，至少有數百人死亡無誤。根據一六三四年的《京都御役所向大概覺》的記述，當時京都人口有四十萬人左右。伏見地震造成京都市內有「四萬五千人死亡」（狩野文庫《地震雜纂》）。

至於蒐羅美女的任務，也有留下紀錄，秀吉叫來奉行前田玄以，下令：「為了替代那些死去的侍女奴婢，你去京都、大坂、本地（伏見）尋找貌美如花的遊女（妓女），過一陣子要用來招待異國的使者」（出典同前）。

重建後的伏見城，銅牆鐵壁卻不防火

伏見地震時，豐臣秀吉拚了老命才從大殿裡逃出，但是當時收攬在城內的美女卻有上百人被坍塌的房屋壓死。朝鮮的古文書《再造藩邦志》中提到「宮女四百餘人全被壓死，關白自身則倖免於難」。可見伏見城的悲劇已經傳到了海外。不過，壓死眾多美女的位置並非在天守內，而是在伏見城的二之丸。當時在京都朝廷任官的壬生孝亮在日記中寫道：「伏見二之丸的女眷三百餘人在地震中喪失性命。」由此考量，她們應該是睡在城內的長屋裡，在半夜中遭逢地震。

伏見城裡好不容易蒐羅到的美女都被壓扁了QQ 圖／By 橋本（楊洲）周延（Hasimoto chikanobu）, Public Domain, wikimedia commons

大型的武家屋敷（宅邸），會提供辦公人員和侍女居住的長屋。而地震發生時，最先倒塌的也是這種長屋。比方說江戶時代的大名宅邸在遭遇地震時，會發生「殿下的大殿半毀，辦公人員的長屋全毀」的狀況。伏見地震就是這樣，德川家康的侍醫寫下「伏見城中的長屋坍塌，死傷不計其數」這樣的敘述。事實上，就連德川家康的宅邸也一樣，「（建築）二樓的長屋倒塌，加賀爪隼人（俸祿三千石）亡故」（《板坂卜齋覺書》）。

松平家忠的日記中提到「伏見城中的殿中及殿舍倒塌，造成女官眾夫人七十三人、下女五百餘人橫死。」文中所謂的殿中是指大殿，殿舍則是指那些附屬的長屋等房舍。因為長屋蓋得並不牢固，而且重量很輕，所以難以對抗地震。

那個時代，即使是簡易的房舍，也已經普及採用屋瓦來建造屋頂，而不是古早的木板或茅草屋頂了。但是有一個可能性，就是房舍的樑柱工程技術還沒追上強度更好的屋瓦屋頂。我想，說不定有些磚瓦業者會閱讀本書，我不希望大家誤解。照理說想要防震就必須減輕房屋重量。現代建築因為建造科技提升，強度更高，所以屋瓦屋頂坍塌的狀況不易發生，但基本要件是樑柱都要扛得住屋瓦的重量才行。

再者，建築工人的技術也很重要。以天皇御所來說，施工的時候都會特別顧慮，不使用釘子去固定屋瓦。因此遭遇地震時，御對屋、女御御座敷、御台所等處會有屋瓦崩落，但是建築物樑柱不會垮掉。

問題是一般建築物並沒有特別用心建蓋。醍醐寺三寶院的《文祿大地震記》裡就寫道：「這次的地震造成了（建築物）嚴重坍塌，是因為採用了屋瓦，很多房子都頭重腳輕。伏見城也是如此。所以伏見御城在重建時，特別提醒嚴禁使用屋瓦。」

秀吉在重建伏見城的時候，特別下令禁止用屋瓦。

重建後的伏見城禁用屋瓦，防震但不耐火。圖／洛中洛外図屏風（池田本・一部）, Public Domain, wikimedia commons

重建的伏見城的模樣，可以在名古屋市博物館收藏展出的「洛中洛外圖」看到。原來如此，除了天守和城櫓等需要耐火的軍事設施，非得使用屋瓦不可，其他像大殿的屋頂則改成檜木皮與木屑來製造，而一般長屋則使用傳統的木板與茅草，伏見地震後秀吉相當執著於建築的耐震化。雖然是後人撰寫，並非第一手資料，但是《伊達秘鑑》裡有提及

「秀吉非常畏懼地震，所以新建的大殿裡有兩根柱子放在礎石之上，第三根柱子則是插入土中五尺（一．五公尺）……特別用心於對抗地震。」

只是，這樣的伏見城變得很容易失火，在關原之戰前夜，甲賀忍者還放火燒城，導致伏見城沒多久就被攻陷。

本文摘自《課本沒教的天災日本史》，遠流出版

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文／阿樹

請先試想一下這個情景：

某天的午夜12點左右，某處發生了一起規模6.7，深度僅15公里的地震，兩個離震央不遠處發生的事……

地點一：離震央有點距離，但震度達5級，大約有12秒的預警時間

地震發生時，手機跳出警報的示意（無時間預估）

小正住在一棟大廈的7樓，正準備煮泡麵當宵夜時，手機突然響起強震警報，顯示預估震度達5級。他反射性關掉正在燒水的爐火和一旁的瓦斯開關，快速一瞥手機，發現剩大約10秒鐘地震波就要來了，就迅速打開大門，趕在開始搖晃的前一刻躲到桌下。

搖晃了好一陣子，小正預估大概有十幾秒吧！當搖晃漸歇，小正從桌下走出，檢視一下家裡的狀況。由於櫃子幾乎都固定在牆上，僅掉落了幾本書和一些小物品，爐上的水濺出不少，好在小正先關上了瓦斯，免除了熄火外洩等問題。

地點二：離震央十分接近，震度達7級，幾乎沒有預警的時間

小市住在一棟屋齡35年街屋的3樓，當強震警報驚醒他時，也開始搖晃，小市知道這個地震一定很驚人，馬上先翻下床到靠近房門一側的床邊，利用枕頭就地掩避。雖然房間有衣櫃，但由於是拉門式衣櫃並固定在牆上，即使晃的很大，房間內仍未有任何掉落物。

更重要的是，雖然屋齡超過30年，但小市先前就知道，他住的地方附近未來發生大地震的機率算偏高的，便在3年前曾請人評估耐震程度並加以補強，所以在這次地震來襲時，房屋的結構並未受損，僅僅家中有些未固定的櫥櫃傾倒。

搖晃快結束時，忽然間小市家停電了！不過還好他手上還拿著手機，待搖晃結束後，小市利用手機的手電筒找到他先前準備的地震包和家中鑰匙。他擔心還會有些餘震，便背著地震包的東西出門看看自己房子的狀況和鄰近的災情。好在雖然震度很大，但附近多數房子都未受到太嚴重的損壞，可說是不幸中的大幸了。

source：ariel jatib

故事中的「強震警報」是什麼？

強震警報不是用來預測地震的方式，而是像火警感應器一樣，只是偵測的東西從「火災」換成「地震」。目前無論是國內的「強震即時警報」或是日本的「緊急地震速報」都是以「通訊的電磁波遠快過地震波」的原理來實現提前警報的效果。

日本的緊急地震速報。source：PROTatsuo Yamashita

上述這些「強震警報」的方式，是將我們原有的地震定位和估算規模方式延伸應用的技術，所以在談這技術前要先談談更基本的事：地震「波」是什麼？

我們感受到「地震來了」的時間點，並非是那一刻在腳下發生地震，而是「地震波」剛好來到腳下那一刻，才讓我們感受到搖晃，所以真正發生地震的時間點就需要再往前推。

如果我們在各地擺放許多地震儀，離震央越近的地震儀，就會越早偵測到地震波，而當我們很多地震測站都收到地震波時，就可以利用記錄到的時間差、地震波速回推震央、算出規模。至於震度是指搖晃程度，因此得用「測」的才會知道，地震過後，上網看到地震報告上面有個地完整的震度資訊，所以氣象局發布地震報告時，早就結束搖晃了！

所以要讓地震測報發揮防災效果，而不會只是馬後炮，就得要做一件有點矛盾的事情：「盡可能用最少地震儀的資料就算出夠準確的震央和規模。」為什麼說這事情矛盾？雖然理論上只要有一個地震測站的資料就能決定地震規模，如果有四個測站都收到地震波就可以決定地震的震央，但實際的地球才不會像我們想的這麼單純，除了儀器本身的誤差，地震波傳到地表前會經過好幾公里的岩層，這些岩層就像是名偵探柯南用的變聲器一般，某程度已失真，要解決這問題，就得要靠更多的地震儀（測站）來輔助支援。

總而言之，這種依靠多個儀器資訊來運作的地震預警，就是盡可能的在時效和準確率上面找到平衡點。目前中央氣象局公告的資訊來說，大約可以做到震度誤差在正負一級內的前提下，有95%的準確率，簡單來說絕大多數的情況下，如果警報告知即將有震度四級的地震波來到，那麼最終結果無論是三、四、五級都算是準確的。

可是震度6級和7級搖晃程度不是差很多？怎麼還有這種誤差？其實從地震規模再轉成各地震度，並不是很簡單的事。前面已經提到了，地震波通過岩層後會「失真」。所以當我們提出預警，告訴大家地震波將會到的地方震度有幾級時，就必需考量地震波穿過的各種岩層構造後的變化。

談到這裡我們可以發現一件事：強震警報的理論上並不是很難的數學或電腦處理問題，計算震度、芮氏規模早二十年前的技術都十分成熟，瓶頸多半是卡在觀測與科技未達到能處理問題的程度，尤其我們對「地表下樣貌」的了解，其實並沒有比我們對宇宙的了解多啊！

為什麼強震警報幾乎對小市派不上用場？

回到正題，或許有人會發現，小市根本用不上強震警報啊！的確，警報也不能視為防災萬靈丹，因為我們「等著地震波到達前幾個地震測站」和處理地震資料的時間少說會花上十幾秒。很多時候震央周圍50公里內不是完全沒時間預警，就是只剩兩、三秒時間可以應變。不過，小市卻能從「從警報知道大略震度」資訊，就能夠用來作「瞬間的反應」。或許大家遇到地震來襲，更常有以下的這樣的情況：

啊！有地震，這個會是大地震嗎？還是小的？好像越來越大……

會有這種情況，是人的「本性」，但這樣的行為無不利於地震防災，因為如果真的是大地震，在想地震大不大時就秏掉了不少時間，等於零準備、零應變。因此即使只是一秒，只要足以做好即時躲避的動作，還是有幫助的。

更重要的是，小市在「平時」做了足夠的防災準備，無論是耐震補強、固定櫃體甚至準備地震包，這些看似平常完全派不上用場的作為，就如同「養兵千日，用在一時」一般，更重要的是平時的作為，不過「為什麼要有這些作為」，背後還是有一些道理，這就是我們為什麼要讓各位讀者理解這些科學最主要的原因。

強震即時警報的原理示意，由先達的P波求得地震參數判斷是否有需要發布警報的強震。第三張圖中的離震央最近紅色民房就是盲區，無法提前警戒。

有沒有注意到文中「未來發生的地震機率」呢？那是什麼？

其實這是地震學家用科學的方式評估，針對台灣各地發震構造未來可能發生大地震的機率，以及各地未來50年可能的超過10%機率最大震度的值，並繪製成圖。或許你會問：啊這東西要怎麼看？怎麼一下說50年、一下說超過10%？簡單來說就是較暖色系部分是風險較高的地方，至於這資料怎麼算怎麼研究出來的、要怎麼拿它來看待未來可能發生的地震，我們將會另闢專文說明，敬請期待囉！

未來50年內，機率10%以上的振動強度的分布圖。可用於長期的防災規畫評估參考。資料來源：台灣地震科學中心。

我們期盼的未來是什麼？

如果可以，誰不希望能預測地震？不過從科學角度來看，「能夠派得上用場」的地震預測仍未問世（這個我們未來將在另篇文章討論），而最「保險」的做法，當然就是用強震即時警報。即使如此，我們還有很多許多事可以做，小正和小市的作為，不單單只有「如何正確利用地震警報」這麼簡單，還有許多的小細節，是在大地震可能還離我們非常遙遠時，就該先做好準備。另外，地震的防災要做到「極致防護」，不單是光靠政府，也不是光靠科學家就能做到的，地震來襲時的時、地、人、事、物甚至「背景知識」都是關鍵，故本文在此只是起個頭，未來還會有更多地震與防災知識，或許你會想「哎呀怎麼這麼麻煩，沒有SOP嗎？」

自然界是很複雜而渾沌的，如果我們只想用「一種最簡單的方式解決問題」，反而永無法理解自然。

多數時間自然界的問題都是「複合性」的問題，可能有很深奧的知識，也可能是很多簡單知識的總合，地震防災最該做的SOP，就是從現在開始，好好認識地震，知己知彼，才能百戰百勝。

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延伸閱讀：

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最近每當關於大屯火山的新研究、新發現登上媒體，或是陽明山發生了地震之後，「大屯火山是死是活？」就幾乎是大眾或媒體必備問題之一。但經常問題並不會只有一個，而是一個接著一個，今天我們整理了幾個常見問題，雖不一定能完全說明白，但多少可以幫助大家增加對它的認識。

為什麼現在科學家對大屯火山的判斷「起死回生」？

小油坑噴氣孔。圖／Daniel Guo, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

科學發展是與時俱進的，當新的科技、新的研究方法或是新的理論問世後，依新證據的可靠性不同，可能會微調我們的想法，也可能會顛覆我們的認知。數十年前在地質學上的證據顯示，上一次大屯火山大規模噴發至少是十萬年前，不過近年來更多的火山碎屑定年研究結果顯示，最近一次的噴發時間點可能是六千年前（Belousov et al., 2010），所以就時間經驗的定義上（一萬年內曾經噴發過）就能歸類於「活火山」。

不過，對科學家來說，光有時間經驗的定義還不夠嚴謹，如果有更好的科學證據會更有說服力；而目前更為科學的定義就是火山底下是否有「活躍的岩漿庫」，然而岩漿庫在地底下動輒十幾至數十公里深，真的要確認其存在還真不容易，所以對觀測火山來說，「不知死活」的情況是很常發生的！

回過頭來談談大屯火山，除了前面提到的定年研究之外，近年來大屯火山觀測站和許多科學家都發現，許多活火山的特徵都能在大屯火山的觀測上看到，譬如火山地區特有的地震型態（Lin et al., 2005），或是大油坑、小油坑等地噴氣孔噴出的化學成分的分析結果（Yang and Song, 1999），雖然沒有立即噴發的徵兆，但都是間接支持「大屯火山為活火山」的證據。

所以我們要準備逃離台北了嗎？

那今年初新聞媒體提到「首度證實大屯火山有岩漿庫」是怎麼回事？代表台北下面有顆超級大的不定時炸彈嗎？

喔喔喔先別緊張！我先告訴你結論：

即使地底下「有岩漿庫」，也不代表它即將要噴了！

即使地底下「有岩漿庫」，也不代表它即將要噴了！

就算說這很重要，也不用每次都要講三次了……。

大屯火山觀測站中的即時監測儀器傳回的影像，從左而右分別是大地震量監測、微震監測、地球化學監測，以及即時影像與地磁變化（右邊被裁切處）。

哇咧！那你們科學家告訴我下面有岩漿庫是要我窮緊張嗎？當然不是，就是因為科學上雖然告訴我們大屯活山在分類上較接近活火山，但還是難以確定它是「越來越 high」還是「越來越沒活力」的狀態；也正因為如此，科學家們才極力的要「證明」大屯火山是不是活火山，以及大屯火山有沒有即將要噴發的趨勢。

年初的報導，其實是源自中研院林正洪研究員的研究（Lin, 2016）成果，而這項研究成果幫我們找到了一種可能可以持續監測火山岩漿庫的方式。林老師的方式和醫療上照超音波的原理類似，是透過波經過不同介質時發生波速變化來推測波經過了「有什麼不一樣的東西」，差別在於偵測的是岩漿庫、使用的是天然的地震波。這項研究幫我們「找到了」岩漿庫大致的位置，這樣一來未來就有更好的目標和方向來持續監測。關於此研究詳情，請看阿樹先前寫的這篇文章，還有科普一傳十昨天的直播影片以及馬國鳳教授數月前專訪的，如對此還更有興趣，可以看這個投影片。

所謂新發現大屯火山下的岩漿庫的位置，就是在圖中 Low-V Zone 的地方，是藉由部分通過此區的紅線（地震波）變化求得的，此張投影片截取自此。（？沒有連結）

附帶一提，先不論岩漿庫大小和活動程度，由於目前所知它位在 20 公里深的地方，因此要「噴發」還有某程度的距離，畢竟岩漿要上湧到地表，還有一大段路要走，以目前的科技來說不會什麼都沒觀測注意到就噴發了，與其擔心會發生什麼事，不如給予學者更多鼓勵期待，祈望未來我們更能透徹的了解大屯火山，才能更安心的與之共存啊！

如果大屯火山是活火山，會影響台北的房價嗎？

這不能問我啊（笑）！放眼世界各國，很少有人會來問地球科學家房價問題，舉個例來說，日本的東京、美國的加州都是地震頻繁的地區，過去曾經發生過的強震災害甚至比我們的九二一集集地震還更加慘重，這些地區的開發也未曾因此減少。或許你會想：難道他們（日本人）不怕死嗎？不！反而是非常怕，正因知道地震的可怕、知道地震來時逃無可逃，他們更要了解地震的風險。因此日本設立了「地震調査研究推進本部」，從科學角度評估地震風險，這些資料已公布多年，光是東京附近的直下型地震（規模 7.0 左右）未來 30 年的發生機率高達 70%。這些資料「提醒」著他們，無論是防災規畫、或是籌辦奧運時都會有地震風險需要評估進去。

日本主要活動斷層帶未來發震機率示意圖，截取自地震調查研究推進本部的長期評估報告。

所以，如果國內的科學家，清楚明白的用科學數據告訴我們，住家所在地未來的地震潛勢有多高，或是未來有可能有哪些災害風險要注意，首要第一件事到底是「思考房子的脫手價」還是「假如災害來時該怎麼辦」呢？

至少《震識》的想法是，比起房價，更重要的是人命財產的安危，如果在災害潛勢極高、又難以有預防措施的地方，本就不該住人。但是，大多地方只要有適當的危機意識、適當的防災措施，例如增加建物的耐震度、規畫足夠的災害收容空間與建置完善的救災體系，都能讓我們面對災時有足夠的應變能力，同時也不因對災害的恐懼而影響我們的生活起居，這正是為何許多科學家仍積極從事這些災害風險評估的研究。

最可怕的並不是災害，而是逃避災害的鴕鳥心態！

相關影音連結：

科普一傳十：地球大災問—大屯火山復活了嗎？

關於大屯火山提到的文獻：

Belousov, A. et al. Deposits, character and timing of recent eruptions and gravitational collapses in Tatun Volcanic Group, Northern Taiwan: hazard-related issues. J. Volcanol. Geotherm. Res. 191, 205-221(2010).
Lin, C. H. et al. Preliminary results of seismic monitoring at Tatun volcanic area of northern Taiwan. Terr. Atm. Ocean. Sci. 16, 563-577 (2005).
Lin, C.-H. Evidence for a magma reservoir beneath the Taipei metropolis of Taiwan
from both S-wave shadows and P-wave delays. Sci. Rep. 6, 39500; doi:10.1038/srep39500 (2016).
Yang, T. F. & Song, S. R. 3He/4He ratios of fumaroles and bubbling gases of hot springs in Tatun Volcano Group, North Taiwan. Nuovo Cimento Della SocietaItaliana Di Fisica C22(3-4), 281-286 (1999).

延伸閱讀：

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如題，這是一個令人感到十分悲傷的真實故事。

2009 年，在義大利一個古城市拉奎拉（L’Aquila）發生了一場規模 6.3 的地震，造成了 308 人死亡。在主震發生前，有一個專門以偵測氡氣的技術來觀察地震前兆的技術人員，根據觀測結果自行「預測地震」，而剛好數個月內當地有發生不少次的小地震。

為避免人心恐慌，政府單位召集了負責人員和一些地震科學家開了場記者會，說明地震預測是不太可信的，要大家不要擔心，地震是不會來的。然而，這回地震卻發生了，而許多罹難者家屬也認為政府和科學家要為自己開記者會讓大家忽視地震威脅而負責，必需負上「過失殺人」的刑事責任。

法院在 2012 年判決政府官員和科學家六年刑責，之後又經過再上訴，在 2014 年法院改判科學家無罪，而政府官員改判二年刑責。當然，拉奎拉的受災戶是無法接受的，而再上訴後的結果，仍維持 2014 年的判決。無論最終結果為何，這都是一個地震科學與科普傳播上的悲劇。

2009 義大利拉奎拉地震後，當地的政府辦公室損毀情形。圖／By Original uploader was TheWiz83 at it.wikipedia, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons

這是一個兩難的議題，筆者也從科學家們被起訴後，就開始關注這系列新聞，期間也有來自全世界超過 5000 名科學家（很多是地科界或是地震學家）的連署公開信聲援，認為目前地震幾乎無法預測，且有效的地震預測技術還未問世，因此以輕忽地震風險、未能提醒人們防災等原因來苛責官員和科學家，其實有點強人所難。

不過，一般情況下，很少會有人去怪罪政府和科學家沒有預先警告民眾，而這次算是一種特別情況。此次地震是一個有「前震」的主震，但因為在主震發生前，多半科學家也不會意識到「那些小地震是前震」，因為不是每個大地震都有前震，也不是每次發生一連串小地震後，就一定會有大地震（註 1）。加上也有其它人利用還未成熟的技術直接預言地震（雖然他有可能是真的觀測到前兆，但此技術也還未能百分之百預測地震），可能已造成人心浮動，政府與官方聘請的科學家想試圖平息恐慌，似乎也無可厚非。但結果卻是發生地震並造成傷亡，就以結果而論，想平息恐慌的動作反而讓大家過於安逸造成反效果，也是事實，也成了災民心中最深的陰影。

2009 義大利拉奎拉附近地震的震央與震度分布。圖／取自 USGS

從科學傳播的角度來看這件事

這件事情還有另一種觀點，中正大學的黃俊儒老師寫了一篇「媒體改造，干科學家什麼事？」文章，以此事件來評論科學家正視科學傳播的重要性。文中引述了美國《科學人》雜誌的評析，指出在那場記者會中，科學家並無發表意見而是讓官員代為發言、席間官員僅以極力要民眾放心的出發點說明這「不是嚴重的事」，甚至因為不當的回答方式讓媒體用「科學家要大家放心在家喝紅酒」輕浮標題作結，對於這點科學家與官員必須為低劣的科學傳播方式而負責。

雖然這個想法有道理，但是以目前所知的地震科學，加上科學實事求是的精神下，將「知之為知之，不知為不知」作為原則，似乎在一場記者會的限制下變得很難把話說清楚。既不能把事情說的太恐怖，也不能輕忽地震未知的威脅，或許站在事後的角度我們會說：「那就叫大家還是要『多加注意』，不要說那種『一定沒關係』的話，總比一味叫大家不要擔心地震好吧？」但這種方式難道能平息當下民眾的不安嗎？我個人還是有點懷疑，而如果最終結果是過了半年一年仍沒有什麼地震活動，我想難免還是會有質疑政府單位與科學家的能力。假如事情放在台灣的某個地方，政府針對連串小地震若回應：「XX縣的地震本來就較為頻繁，也有發生大地震的潛勢，民眾要注意防震。」難道上報紙不會變成「XX縣恐有大地震可能」嗎？

好吧，要是怎麼說都不對，那麼科學家或人們在面臨地震威脅時又該怎麼辦？

《震識》的理念就是盡可能的藉由各種深度不同的文章，讓不同知識背景的人們可以循序漸進的累積各種重要地震知識，也希望能在長期經營下建立一筆知識文章或是故事文章的資料庫，讓對這方面知識有興趣的人有更多平易近人的參考資訊。

若您認同我們的文章和理念，歡迎分享本站的地震知識文或故事文。如果您的學識背景是地震相關的領域，且有志於地震科普傳播，更歡迎加入我們，一同傳播「震事」！

我們的努力目標，就是希望這樣的悲劇永遠不會發生在臺灣！雖然一開始的力量很小，但在有各位讀者的支持下，或許可期許一個更為美好的未來，一個大眾有更多危機意識且具備地震常識的未來！

註 1：「前震」之所以難定義，在於我們很難在地震發生時就確知它是個「某個更大地震的前震」，還是只是單純的主震。以 311 東日本大地震為例，在主震前兩天就有一次規模 7.2 的地震和一些小地震，而 2016 年日本熊本發生規模 7.3 的強震前兩天也一樣發生了一次規模 6.5 的地震，然而有更多的地震是「沒有明確前震」的，因此在科學上這真的是個難解之題！

延伸閱讀：

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文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

「震度」不是拿來比較地震大小的！地震規模才是。

「震度」不是拿來比較地震大小的！地震規模才是。

相信這大概是每個地科老師會跟學生講到嘴都快爛掉的事，但是當事過境遷、畢業之後，記憶難免慢慢褪色，漸漸的「這次地震有 6 級到底是震度 6 級還是規模 6.0」，也變得不顯眼了。

或許是震度和規模都是描述地震的名詞，也大多用個位數的數量級來表示，常會令人混淆困惑。不過說真的，這兩件事情會混淆搞不好就是一種「宿命中的迷思概念」。因為在漫長的人類歷史中，有好長一段時間人們一直把震度當作判斷地震大小的標準，直到芮克特和古騰堡發明芮氏規模為止。

京城銀行新化分行在2016年高雄美濃地震引發的雙主震之後，受災後拆除的情形。By koika (Own work) [CC0], via Wikimedia Commons

最簡單的工具：水桶

我們先不管現今科學上的震度定義，光從歷史文獻，就可以看到無數的史書記載地震的情境。在此先岔個題，今年受邀為《課本沒教的天災日本史》撰寫推薦序時，書中有一段故事讓我對「古人怎麼看震度」很有感覺！

約莫在1700年左右，當時日本的史書上已有記載用「天水桶」（盛接雨水用來防火災的露天水桶）來看震度情形，一般來說平常桶子是滿水的，而地震來襲時晃出來的水量，便是當時用來判斷震度情形的參考。這的確是個客觀定量的好方法，只是，要是下個地震來襲前，水還沒有補滿就無法使用了，而且桶子大小不一也是個問題，只是以當時的科學技術而言，這種方式已經具備有點量化的想法，只是沒有適切的工具和物理量可以用。

水桶示意圖。圖／bambe1964@Flickr

最早的震度階

在 19 世紀的西方世界，則發明了用另一種方式嘗試量化地震的搖晃：將描述到地震造成的房屋危害、人體感受的情形加以分類，大略的定義出地震來時各地的搖晃程度。

1870 至 80 年代期間，義大利的 Michele Stefano Conte de Rossi 和瑞士的 François-Alphonse Forel 一同建置了一套震度階：羅西-福瑞震度階（Rossi-Forel scale），這是目前阿樹可查到最早有系統的制定出震度階紀錄）[1]，一共分為 10 級，雖然當時早已有地震儀，但在震度分級上似乎不太能派上用場，只能幫忙定出最低一級的震度（差不多是無感的程度），接下來幾乎是描述性的分級，所以除了有羅馬數字之外，還會有代表的名詞，譬如 VII 級的代表名詞是" Strong shock ”，說明包括了會動的東西會翻落、掉落，教堂中的鐘聲會晃到響起（畢竟西方國家教堂比較普遍），建物沒有損毀。這時我們再來看看氣象局的震度表，除了震度分級和加速度值之外，還有人體的感受、建物的受損情形等定性描述。

羅西-福瑞震度階（Rossi-Forel scale），摘自BSSA網頁[1]

中央氣象局公布的震度表（截圖自氣象局官網）

百年多來的演進，加上地震儀器的發展，震度的概念從「定性描述」變成可「定量測出」的值，最主流的方式就是測「最大地動加速度」（peak ground acceleration, 一般簡稱PGA），所以在地震學看到PGA不要想到高爾夫球公開賽，它是一個單位，和加速度一樣都是 cm/s²，之所以用這個物理量，是因為它可以連結到「力」的概念。工程上要計算耐震程度，無非就是用作用力來作為計算參考，或許大家熟知國中教的牛頓第二定律的F=ma，m是質量，乘上加速度就是力。

這時就不得不提一下「重力加速度」這個值，它的單位和 PGA 一樣，我們常算自由落體重力加速度為1 g，其值約為981 Gal (cm/s²) ，而國內地震站測到的 PGA 第一名，就是在921集集地震時，日月潭測到東西向的 989 Gal [2]，試想一下如果你被這樣的地動加速度甩開的那一瞬間，感覺就像以自由落體的加速度在水平運動啊！

各國各地的建築、地質的特性不盡相同，也發展出了不同設計的震度階的公式，有的不僅考量加速度值，甚至也考量到速度質，或者選擇適合自己的震度階，所以當聽到國外公告的震度時，得先看一下他們的震度是什麼意思才能比較。

等震度圖，讓防災、救災更有效率

震度階如何發揮用處？只要有足夠的震度時，人們自然就會發現一件事：「各地的震度不同」。而這時有一個「標準化的震度階」就能發揮用處，將所有相同震度的地方都畫上相同的顏色，不同震度用不同顏色表示，我們就能得到一張「等震度圖」，假設地質狀況與房子的建築方式一樣，震度越高處可能就會有較嚴重的災害損失，如果震後很快的產製出這個資訊，就能讓防救災更有效率。

阿樹以前在氣象局服研發替代役時，偶爾震後會有民眾來電說：「明明地震搖的就很大，為什麼我這邊震度只有 3 級？」實際上在測量震度時，儀器測到的只是「測站所在地」的資訊，測站一般都是空曠的平面，樓房型式、樓層高度甚至地質條件都會影響到搖晃的情況，當然無法盡善盡美。

921集集地震的等震度分布圖，摘自氣象局地震百問[3]

在國內，我們的地震站的密度其實已十分密集，多半人們感受的震度誤差來自於建物差異為主，但如果是在國土更大的地方，可能就會得到較為粗糙的等震度圖。除非，我們可以回歸原來震度定義的方式－－定性描述，像美國地質調查（USGS）所有一個問卷回報網頁：”Did You Feel It?” [4]， USGS 會發布世界各地的地震資訊，但沒有測站的情況下只能用經驗公式來推測，但如果大家將真實的感受和災情依照震度表中的描述回饋給他們，就能讓震度表是「真實」的情況。但我必須要說，在訴諸科學的前提下，有儀器的資料當然還是最好，描述也僅是補足資訊。

”Did You Feel It?”網頁的震度問卷表截圖。

但震度描述還是很有用，尤其是如果我們可以考量不同型式的建物對震度的反應時，對於歷史地震的研究甚至還大有用處！利用歷史文獻，我們可以知道以前地震時的搖晃描述，若能將其對應到震度資料，並且畫出「古代的等震度圖」，便能將它和現今的地震震度與規模關係作比較，接著推估地震的規模、震央與震源深度，雖然這麼做一定存在誤差，但總比什麼都沒有來得好。科學方法有很多種，雖然震度很難直接拿來比較地震的大小，但它還是能處理無法測出地震大小時的問題！

參考資料：

[1] Rossi-Forel scale震度階BY BSSA網頁
[2]中央氣象局地震度原始資料
[3]氣象局地震百問：何謂震度

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文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

「這次地震是幾級？有比九二一大嗎？」

如果有人這樣問我，我得要先揣測他到底是在問我震度還是規模？當然，如果對方有提到九二一集集地震是「7.3 級」，或許可以猜想他說的是「規模」。但這背後卻還有另一個問題，那就是「他到底分得出震度和規模嗎？我要怎麼樣才能精準的回答他的問題？」

花點時間，聽聽「地震規模是怎麼來的故事」，或許我們可以更清楚明白它是什麼、以及正確運用它的方式。

你也常常「規模」和「震度」傻傻分不清楚嗎？

不是科學家龜毛執著，而是它們背後的意義實在大不相同。「震度」是一種單純描述地表振動幅度的量值，通常都會是一個量表，它和地震本身釋放能量的大小並沒有直接關係，用它來描述地震的「大小」，就會有「各自表述」的困境。距離震央近一些的人覺得震度大、離震央遠一點的人就會覺得震度小，等於我們很難量出地震真正的大小。

在地震規模問世以前，已經有「震度」可以用來描述地震，如果可以用個統一的震度階畫成等震度圖，那麼其實某程度就能用來「比大小」，但代誌絕對沒有這麼簡單！要是每個地震都這麼搞，那可就曠日費時了！試想，要是地震發生在杳無人煙處，可能連有發生地震都沒人知道。加上早期的震度估計並不是直接用地震紀錄來估算，而是藉人對搖晃的感受、房屋受損程度等定性的描述，這種方式連「誤差」都不知道怎麼給了！因此，將震度作為科學方法估算地震「大小」是非常困難的。

震度的描述可以看出人對搖晃的感受、房屋受損程度等，但並不是估算地震的科學方法。（點擊看大圖）圖／國研院國震中心，資料參考中央氣象局

更標準的「芮氏規模」竟不是芮先生一人的功勞？

地震學家芮克特（Charles Francis Richter）和古騰堡（Beno Gutenberg）兩位美國加州理工學院的地震學家，想出了一個方式來解決量測方式的問題。既然離震源越遠，振幅會越小，那其實只要製定一個標準距離、震幅的「標準地震」，只要將測量到的震波跟這個標準相比，就可以比較出地震大小了。

最好的方式，還是做出一套量度地震大小的物理量，最好是儀器可以直接測得的東西。所以還是以儀器作為準則是最客觀且可重覆使用驗證的，但是不管怎麼擺放地震儀，都會有一個問題：那就是每次地震發生的地方與地震儀測的距離都不會一樣，地震是被動的測量，不是主動的觀測啊！

地震學家芮克特。圖／en:Caltech photograph, wikimedia commons.

至於那個「標準地震」，指的是「以伍德－安德森扭力式地震儀量測距離 100 公里處發生的地震產生的最大震幅為 0.001mm 的地震，其規模為 0。」看不懂沒關係，反正就是任何方式測量到的最大震幅，只要用數學方法轉換成可以和標準地震相比的數值，就可以計算出規模。用更簡單一點的話來說，就是只要地震儀能測到某個地震，並且知道震源位置，就可以訂出規模了。

或許有人會覺得奇怪，這不是兩個人定的嗎？怎麼只有取芮克特的名字，古騰堡呢？或許是一開始沒有人特別注意到古騰堡的貢獻，又或者是當初大多時候向媒體發言的經常是芮克特 [1]，久而久之就習慣講芮氏規模了。

振幅與規模關係，筆者修改自 Ansfield, V.J.,1992.[3]

芮氏規模代表的是什麼？是能量嗎？

不是能量，也不是搖晃程度，它只是單純描述地震「大小」，它是從當時地震波波形紀錄中的「最大振幅」來的，而且因為振幅的大小差距過大，所以用對數的方式來呈現，可以讓數字不致於太大，大致可以落在 0~10 之間。如果用線性的方式來描述，會用上很多位的數字，譬如規模 4 會變成 10 的 4 次方、規模 6 就是 10 的 6 次方。如果用能量就更可怕了，規模加 1，就是多了 32 倍的能量、加 2 是多了 1000 倍、加 3 就是多了 3 萬 2 千多倍的能量。

所以，規模就是單純的「大小」，雖然它和能量大小也有關，但一般大眾要直接從數值差異來推估能量大小也很難，或許也因為如此，媒體在報導地震時，常會詢問氣象局後，報導「相當於幾顆原子彈」、「相當於幾次九二一地震」等描述。不過，其實拿規模來細究釋放的能量到底有多少，意義是有限的，因為規模不能完全代表搖晃程度，更不能代表災情。規模 7.0 的地震，發生在距地表 10 公里內和發生在 100 公里深處，其造成的震度相差可遠了！

附帶一提，當初芮克特和古騰堡用「規模」（magnitude）一詞，並不是原創的詞彙，而是參考天文學描述恆星亮度的「星等」（stellar magnitude）[2]，而最早的芮氏規模又算是一種「近震規模」（local magnitude），因為它是發源於計算美國南加州的地震，一開始考量的地質特性也以南加州地區，規模太大、距離太遠的地震都不適用，不過它卻開創了人們計量地震大小的先河，也是故目前芮氏規模會以 M_L表示。

現在世界各地，會依他們所在的區域如南加州地區的方式訂定規模大小，所以世界各國針對他們自子區域地震網的地震，仍以芮氏規模表示，包括中央氣象局發布的地震報告。雖然隨著科學發展，現今地震規模的訂定的方式有許多種，依其所採用的記錄及訊號也具有不同的意義。

或許有人看過其它的規模訂法、又或許有人曾注意到，國內發布的地震規模種類和世界地震網使用的震矩規模不一樣，但使用芮氏規模其實是有必要性的，主要原因是在統計研究地震時，一致的規模才能有固定的標準，用以瞭解地震的活動特性，有助於了解歷史上的大地震，也能讓地震學家從更多的地震資料中看出值得研究的端倪。

以圖呈現規模差距與能量差距的關係。

為什麼我們需要知道地震的大小？

除了可以用來比大小、讓大家知道地震大小的概念之外，將地震的大小某程度的科學量化與統計，也是讓我們了解地震行為的最基本方式。現在，我們可以用統計的方式來慢慢的累積資料，也可以藉由規模來比較過往的歷史地震。

近年來甚至也開始有研究著眼於斷層累積能量與地震規模的統計關係，雖然沒有神奇到可以預測地震，但如果輔以物理模型、斷層特性、古地震等相關研究，多少能讓我們對於地震潛勢有更深入了解。要做系統化的研究，量化是最重要的基礎，用規模量度地震便是一例。

1960 智利 M9.5 地震災後景象。圖／Pierre St. Amand – NGDC Natural Hazards Slides with Captions Header, Public Domain, wikimedia commons.

總之，「比較地震大小」在地震學家的眼中也是其中一件重要的事，所以也就不要太意外為什麼我們會在意大眾會誤會規模與震度的混淆。而今日所述的故事，僅僅是一部分規模的事，還有許多有趣又不為人知的故事，欲知詳情，請持續鎖定《震識》，以了解更多震事！

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參考資料：

[1]地震與文明的糾纏，Roger Musson著，黃靜雅譯，天下文化出版
[2]Wikipedia:Charles Francis Richter
[3] Ansfield, V.J., 1992, A graphic representation of the Richter scale: Journal of Geological Education, v.40, p.381-384.

規模計算方法七十二變，變的原來是我們對地震與斷層的看法

記得我以前學到的知識是「地震規模只有一個」，我也一直都相信這件事。不過在接觸實務的地震定位和規模計算後，卻發現一件有趣的事，那就是「原來計算上的規模值可能不止一個！」由於當初在求地震規模時，使用的參數是儀器的最大振幅值，但因為每一個地震測站所在地的地質特性不一，而造成計算結果不同。而我們對地底下的地質變化了解的尺度其實頗為粗糙，所以要把結果不同的誤差完全修正，幾乎是不可能的。

普遍大眾都用芮氏規模，也以為只有一個指標，但其實還有其他的！圖／中央氣象局

這問題芮克特也是有想過的，但規模是用來描述地震本身的大小，定義上本來也只能有一個值，所以求出震源位置、計算規模時，實務上會把各地測站求得的規模值作平均，這也是為什麼地震規模只會到小數點後一位，因為精度是有限的。以現今的地震站密度以及我們對地下構造的了解，大多時候如果增加了數個測站後，還需要修正的地震規模值，大概頂多只差個 0.1、0.2 左右，所以下次你看到事後有修正規模值或是不同單位的結果不同，也不需要太意外了！

從前從前，芮氏規模背後有個偉大的男人

在之前的文章《地震大小誰說了算？Part I：課本沒教的芮氏震規模》中，有提到了最早設計規模的人是芮克特和古騰堡，好像我們都忘了後面那位厲害的科學家，連名字都忘了放上去，但他其實也做了某程度的貢獻。他和芮克特發現芮氏規模會有「飽合」的問題，簡單來說就是明明規模應該是遠大於 6.0 很多的地震，用芮氏規模的計算方式，怎麼樣都只有 6.0 ~ 6.5 不等。

（以下為對白部分純屬想像，不代表真實故事）

「這其中一定是有什麼誤會！」古騰堡表示。

「這很麻煩，其實扣除那些大地震，我們的方法還是很好用啊！」芮克特不想改變這套計算系統。

「不然，我們調整一下做法好了，看能不能調整公式，或是把不同類型的波分別處理（文末註 1）？」

所以後來古騰堡又發明了不同規模的計算方式，包括只利用實體波（P 波、S 波）的「體波規模」mb，還有另一種專門可以用在大地震上的「表面波規模」Ms，正好銜接上原先規模的計算上限。

所以最後我們現今常用的芮氏規模之所以可以算出大於規模 7 的值，也是因為後來古騰堡改良了原先規模太大會達飽和的問題。而與其說我們的規模是用芮氏規模，不如說它是「近震規模」，其標示 M_L 的下標 L，本來就是指 local magnitude 的意思！

芮氏規模後面的偉大男人。圖／Beno Gutenberg headshot，來自 SEG Wiki。

但是，其實問題還是沒有完全解決呢！

不懂規模「飽和」的原因？想像一下放屁吧！

對於超大型等級的大地震（規模 8、9 以上的地震，像 2011 年東日本大地震、2004 蘇門答臘地震）的「近震規模」，即使有了表面波規模的加持，但終究還是出現「飽和」的情況，這其實反映了我們看待地震的問題。

以現今的科學角度來看，近震規模的計算方式其實有盲點。大多時候，斷層錯動釋放能量引發地震時，往往會發生在很快的一瞬間，但是斷層的尺度一旦變得很大時，那一瞬間有可能會變得相對久得多。用一個稍微不衛生但相對好懂的例子：我們用不同的工具來測量「誰放的屁較大」時，便會有不同的結果。

我們先試想兩種放屁的情境：

1、在 1 秒之內放了一個響屁。

2、花 10 秒時間緩慢的放了一連串的屁，最大音量和前者接近。

如果我們僅只測量屁聲的音量來評斷屁的大小，第 2 種情況產生的屁量「容積」雖較大，但因為屁聲的分貝數相近，所以會發生低估屁量的情況。

不同「釋放方法」差很多！圖／giphy

所以，近震規模之所以飽和，代表的就是它沒辦法正確且完整的測量斷層錯動引發地震所釋放的能量。芮氏規模的計算方式僅計得了最大規模，但斷層的錯動時間可能很快，也很可能很慢，在《震識》網站上的「潛移斷層」介紹文中，提到了斷層錯動甚至可以慢到不會發生地震。

如果所有的斷層面只是在一瞬間（數秒鐘左右）滑動，那麼用地震波最大振幅來估算，應該不會有太大問題，可這種情況多半只發生在規模較小的地震。當地震大到 8.0 以上，滑動就有可能花上很長的時間，近代最極致的例子，就是 2004 年蘇門答臘 Mw = 9.3 的地震，整條斷層錯動的時間花了將近 10 分鐘。至於最近一次超過規模 9 的 311 東日本大地震（Mw = 9.1），斷層錯動的時間也超過 3 分鐘，這已經算是非常快的滑動速度了！

2011 年東日本大地震時，斷層破裂與錯動情況，斜向長方形範圍代表斷層的分布（麻煩請發揮想像力，它是一個右高左低、在地底下的斜面），等值線和彩色代表它的滑動量分布，黑色箭頭代表滑動方向。紅色星號代表震央，紫紅色圓圈代表餘震的分布位置。圖／Lee, 2011.²。

金森博雄教授發明的「震矩規模」

要說明解決地震規模的新發明「震矩規模」，就不得不提它的創立者，就是加州理工學院的金森博雄教授（Hiroo Kanamori，金森教授同是本站催生者馬國鳳教授的指導教授，對阿樹來說是「老師的老師」輩了XD）。金森博雄用了我們國中都稍微接觸過的物理意義來解決這個問題：斷層做的「功」，就是地震釋放的能量。

而金森博雄在計算地震能量時，便創立了一個新單位：「地震矩」，利用斷層的滑動量、斷層的面積和斷層面的特性（剛性係數）這三個參數算出來。由這三個參數算出的「地震矩」，一般會以 Mo 表示，它雖然像是「力矩」的概念，但也相當於地震釋放的能量。（見文末註 2）

怕大家看了不熟悉的公式害怕，細節可以參考「地震矩」（Earthquake Glossary），在此就不贅述。對於細節還更有興趣的話，可能就要看當年發表的文章一和文章二了（但要付費下載）。

這三個參數或是其計算結果的「地震矩」要怎麼得到呢？大地震後的地表變形，讓我們知道斷層的長度、錯動的程度和地表變形的範圍，而大地震過後的餘震也能告訴我們地底下斷層面可能的分布情形，再加上一些地震波形藏的資訊，這些都能幫我們估出地震矩。但受限於科技，早期的地震儀就像是比較低階的錄音機，能記下的震波有限，直至寬頻地震儀的問世（1988 年），我們「錄製」地震的波形能力大幅提升，現在也能藉由地震波直接估算出震矩，只要有「完整的地震波形」，就能算出地震的總能量。

不過 Mo 的值既然是代表地震的總能量，那麼可想而知其值非常大，不過這個問題芮克特和古騰堡早就已經解決了，用對數（取 log 值）的方式來建立公式就可以讓它的標示單純化。說到這，阿樹也不禁感慨，原來當初念書時學的微積分、工程數學真的是有用處的啊！（笑）

地震規模算法的具像化比喻差異，不代表真實的計算方式。因為計算地震矩時會用上完整的地震波形，等於把能量釋放隨時間的變化也都考量進去，更能反映真實能量情況。圖／《震識》

不同規模間的差異該怎麼辦？說清楚就好

用震矩規模的方式來計算並描述地震，既不會有飽合，小地震也都能套用，可以說是「更先進」的計算方法。但也因為它是完整的計算能量，和其它的規模計算方法間的轉換就不太好作換算，因為不同的規模的計算方法已經不是在算同樣的參數了，自然無法容易轉換。在震矩規模開始發展以前所使用的那些近震規模，就難以再轉換回來，這樣在統計過去的地震規模時，就會有單位使用不一致的情形，所以其實蠻多地區的監測單位仍使用近震（芮氏）規模來描述地震。

或許有人會認為「既然有個更先進的方式，為什麼還要用比較舊而且有缺點的方法？」不過就像前面提到的，以長期地震紀錄來看，兩者並行或許是更好的方式，當然我們現在也已經在做了，只是中央氣象局公告的資料還是以芮氏規模為主。

附帶一提，有些時候，震矩規模和芮氏規模計算結果的「差異」，也透露了一些科學訊息。有一種「慢地震」，顧名思義就是滑移速度較慢的地震，如果它的斷層類型是正斷層或逆斷層，又發生在海底時，斷層錯動造成的大規模海水波動，有可能引發大海嘯。從前面提到的計算原理來看，正因為慢地震的滑移的速度較慢，往往會讓儀器收到的振幅較小，芮氏規模因而較為低估，因此當我們發現兩者的差異很大，且又發生在海底時，就要特別當心這現象。

這樣看來，或許地震矩規模有它「先進」的地方，但並不代表芮氏規模就「不好」，畢竟芮克特和古騰堡將地震的能量計算回歸地震波形，並用對數的方式做處理表示，已經是一個劃時代的做法。而金森博雄教授再進一步的量化方式，讓我們更了解地震發生過程和能量釋放的方式，又讓地震科學再更上一層樓。我想對人們來說，只要清楚知道自己用的是什麼單位即可，就像計算容積時用「公升」還是「加侖」都行，只要講清楚、說明白，方是科學之道！

註 1：地震波主要可分實體波和表面波，實體波即為 P 波、S 波，代表能穿透的震波，而表面波則是在介面（地表也是一種介面）上傳播，依運動方式不同包括雷利波和洛夫波，分類細節請參考氣象局地震百問。
註 2：如果忘記「功」是什麼，可以重新翻開國中自然課本，裡面有個 W = F x S 的公式，即「功」=「作用力」乘上「作用的距離」，譬如提重物走一層樓，作用距離就是一層樓的高度。不過，斷層是個塊體相對運動，另一個公式可能更能說明斷層上的情況，那就是力矩的公式：L = F x D，即「力矩」=「力」乘上「力臂」。

本文原發表於《震識：那些你想知道的震事》部落格，歡迎加入他們的粉絲專頁持續關注。將會得到最科學前緣的地震時事、最淺顯易懂的地震知識、還有最貼近人心的地震故事。

參考資料：

USGS Earthquake Glossary(web)：seismic moment
Lee S. J., 2011, Rupture process of the 2011 Tohoku-Oki earthquake based upon joint source inversion of teleseismic and GPS data; Terr. Atmos. Ocean Sci. 23 1–7.

重視地震威脅，地震預警很重要

台灣、日本及墨西哥是最早投入地震預警系統（註 1）的國家，地震頻繁的日本同時擁有先進的高速鐵路，而地震預警的發展也因應而生。至於墨西哥，則是因為墨西哥市就建在乾枯的湖泊上，即使是遠在三百公里外的隱沒帶發生大地震，因為盆地及場址效應，也會放大地震波而造成墨西哥市高樓的損壞，1985 的墨西哥地震就是一個典型的案例。

地震災害總是會提醒著人們，不要輕忽地震威脅，而台灣投入地震預警系統開發的科學動機，自然也是一起顯著的地震。1986 年的花蓮地震發生在外海，對花蓮的住家並沒有造成太大損害，這次地震反而最嚴重的災害卻是在 120 公里外的台北。根據震波的速度推估，具破壞力剪力波（S 波）從這次地震的發震位置傳遞到台北的時間，至少要 30 秒，因此，若在花蓮建立預警系統，就可以對台北提供預警時間。

透過 P 波與 S 波的速率差距，在地震來臨時對各觀測站與民眾進行即時通知。圖／ I, Genppy, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

經濟起飛時，帶著科學一起翱翔吧

有了科學動機，還要有資源投入，到底是什麼樣的契機，讓台灣在二十幾年前就開始發展地震預警系統？1990 年代，台灣正值經濟繁榮，國家建設開始蓬勃發展，中央氣象局便打鐵趁熱成立地震測報中心，當時的局長是蔡清彥教授，地震測報中心的主任是辛在勤博士。

地震測報中心初期在思考該如何推動地震觀測的發展時，那時延聘了鄧大量院士、吳大銘教授、蔡義本教授及李泓鑑博士為顧問。蔡義本教授就建議應該建立強地動的觀測網（註2），因為，當時有許多國家的強地動觀測網都在大地震發生後才建置，大多未能留下大地震的強震紀錄（註3）。蔡局長接受了建議，開啟了台灣大規模的強震觀測史，密集設置強地動觀測站。因此，1999 年 921 集集大地震發生後，台灣便因而得到前所未有的近斷層強震紀錄，這些紀錄對於往後地震科學發展有莫大助益。這些寶貴的科學資源，也是拜當年睿智的決定所賜。

車籠埔斷層造成921地震。圖／經濟部水利署中區水資源局。資料來源：石管中心。

開發的點滴，獨家的記憶

此外，服務於美國地質調查所的李泓鑑博士，當時也建議台灣應該要發展地震預警系統，基於 1986 年的花蓮地震案例，加上當時國際間地震預警處於剛發展的初期，李泓鑑博士認為這領域是台灣有潛力可領先世界的研究項目，於是便開始發展地震預警系統。

當年的地震預警系統主要由加拿大的地震儀器公司負責開發，系統主要接收在花蓮地區十個地震站進行解算，而預警系統的主機分別設在花蓮及台北，這是當年的主（A）計畫。鄧大量院士回來台灣時發現，當年傳輸地震訊號的數據線路（可以想成像網路訊號的概念）仍有一半的頻寬可以使用，建議將共站的強震儀訊號即時傳回，以發展地震預警系統的備案（B）計畫。

服完兵役的我，於 1993 年進入氣象局工作，不久就被指派接手 B 計畫，當時有些資深前輩認為，地震預警不會成功，所以 B 計畫就由我這菜鳥接手。我一直認為戰士是不能選戰場的，所以接手後便孜孜不倦的進行這計畫，與在遠地球另一端李泓鑑博士一起工作、分頭進行。李泓鑑博士心跳是一般人的兩倍速率，是個急躁的人，自稱是 Slave driver，為了解決難題，三天兩頭總有超過一兩小時的國際電話。當年我也曾兩度飛到美國地質調查所與他共事，而他來台灣時，便是由我接待，我還曾帶他到基隆配眼鏡喝啤酒……；李泓鑑博士近年來健康狀況不佳，而我現在也不喝啤酒了，如今回想起往事，不勝唏噓。

九二一報告，效率領先世界

當年公務人員出國多少也有酬庸性質，第一年我出國去與李泓鑑博士工作，第二年要換其他人去時，李泓鑑博士就說，如果要換其他人，那也不用來了！所以第二次還是我出國工作。因為李泓鑑博士的專業指導，原先是備案的 B 計畫反而成功了，由於當年的 A 計畫因為是商業的系統，使用者無法進行修改，儀器業者的地震專業仍有些不足，最後終究被 B 計畫淘汰，然而 A 計畫的細節畢竟已是塵封的往事，如今也毋需多談了。

但 B 計畫是如何成功的呢？首先，利用即時強地動訊號進行有感地震測報，因為是來自強震儀器的訊號，除了可以利用地震波形資訊進行地震定位及計算規模，亦能同時將地動加速度轉成震度。在 1995 年之前，光是發布一個有感地震就要花上約 30 分鐘的時間，運用 B 計畫的技術後，便可縮短在 10 分鐘之內，而在九二一地震發生後，地震報告的訊息約兩分鐘就可以送出，是 B 計畫的成效，也是當時領先世界的效率。

B 計畫的基礎技術由李泓鑑博士提供，當年的計算時效最終仍遇到一個難以突破的瓶頸：為了追求時效，需要用地震初始振動定出規模，但這是一個難以突破的關鍵技術，直到 1998 年提出新的規模計算法，才開始有辦法在 30 秒提供地震解算結果，初探地震預警的先機，藉由預警子網及虛擬子網（註 4），到了 2002 年，已經可以在地震發生後 22 秒提供初步的地震訊息，為當時最佳的地震預警系統，這也是有心插柳的結果，也讓地震預警可進入下一步的應用階段。

虛擬子網示意圖，圖中三角形指的是即時強震測站，虛線為在不同地方發生地震事件時，系統自動搜尋圓半徑約 60 公里的子網範圍，計算範圍中的測站可以增加地震資訊處理的效率。圖中星星為 1999 集集地震的震央位置。圖／截自 Yih-Min Wu, T.-l. T. (2002), A Virtual Subnetwork Approach to Earthquake Early Warning, Bull. Seism. Soc. Am, 92(5), 11

本文轉載自震識：那些你想知道的震事──《台灣發展地震預警的過往雲煙》

註釋

註1：本文所提到的「地震預警」並非預測地震的方法，而是在地震發生時搶快在震波來襲前提供警報的技術，氣象局官方名稱為「強震即時警報」。然在技術發展過程中皆以「預警」來描述，故本文仍使用地震預警一詞。
註2：「強地動觀測網」指的是以強震儀（提供紀錄為「加速度值」）所組成的地震觀測網，而加速度值可以直接換算並對應震度的資訊。
註3：本文中所有「強震儀」、「強震資料」都是指記錄地震動加速度值的儀器與紀錄，都是因應工程與震度等需求而生的。
註4：「子網」的概念是將全台的即時強震站再細分為數個較小的網路，如將北部畫成一區、花蓮畫成一區……，以此類推。當子網的儀器偵測到地震時先行分析處理資料，比起處理全台的資料，較少測站的子網可有效縮短時間。其中預警子網是事先用人工方式分區，而虛擬子網則是在地震訊號進來時，電腦依收到設號的測站位置自動畫分子網範圍，可再進一步加速預警時效，得到更多預警時間。

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為什麼要用電腦模擬地震？

臺灣數值地震模型 (TNEM) 由中研院地球所李憲忠副研究員開發，可以精確且快速分析出地震發生的過程，了解歷史地震、現今地震及未來的情境地震，為防災帶來重要的貢獻。

1999 年 9 月 21 日凌晨，集集大地震在臺灣人睡夢中突襲而來，許多人至今仍心有餘悸。那時，李憲忠正好在博士班第一年，踏入地震學研究不久就受到巨大的震撼。他體認到，臺灣需要更多地震研究的人力，假使當初把車籠埔斷層研究更透徹，也許災情就不會那麼慘重。

2016 年 2 月 6 日凌晨，又是一場眾人熟睡時的地震，在台南造成嚴重傷亡。這時，李憲忠利用他開發的臺灣數值地震模型 (TNEM) ，在電腦中解開這場地震之謎。這套數值模型，利用強大的電腦運算技術，能為未來的地震防災帶來不少貢獻。

中研院地球所李憲忠副研究員，利用超級電腦研究臺灣過去、現在和未來的地震。圖／By 張語辰

美濃地震，為何臺南災情最嚴重？

2016 年這場地震，有個現象令人十分困惑──震央明明是在高雄美濃，為什麼災情最嚴重的區域反而在臺南？單純以氣象局的觀測資料不容易解答這個問題，因為它只能提供「震源位置、規模、震度」等數值，無法告訴我們地底下實際上發生了什麼事情。

李憲忠的電腦數值模擬，則還原了地底下斷層面錯動量的分布，看穿地震發生的特性。

如下圖，李憲忠針對這次美濃地震，計算出斷層面上的錯動量分布。由此可看出一個非常重要的現象──斷層面破裂最嚴重的地方，其實不是在震源 (紅色星星) 附近，而是在震央偏西北方，有兩個明顯的「錯動集中區 (Asperity) 」，亦即兩個紅圈處。

2016 年 2 月 6 日在美濃發生規模 6.6 地震，由臺灣數值地震模型之分析可知，震央(紅色星星)偏西北方有兩個錯動集中區 (Asperity，紅圈處) ，使得主要災害出現在震央西北方的臺南地區。圖／李憲忠

這次的破裂從震源開始之後，朝著西北向延伸，於是指向了臺南地區，這個效應稱為「破裂方向性 (Directivity) 」。

破裂的方向不一定是斷層的方向，由於每個地震的特性不同，必須利用觀測資料結合電腦來逆推，才能知道地底下的斷層面上發生了什麼事。

李憲忠表示，還有其他因素，影響美濃地震的破裂過程與地震波傳播。其中一個因素是「場址效應」，由於嘉南平原是沖積層，土質比較鬆軟容易造成振幅放大，且能量會在鬆散的物質裡持續震盪，造成較長時間的搖晃。

這部影片是李憲忠根據 2016 年 2 月 6 日美濃地震的資料，以臺灣數值地震模型模擬三維地震波傳遞的動畫。

從中可看到，由於「場址效應」，嘉南平原區的震動比山區來得嚴重。此外，震源本身還有「震源輻射效應」，並非震源的每個方向的震動都一樣，而是有輻射狀的分布，而這次的美濃地震，震源輻射放大的區域正好位在震央的西側。

以上種種因素加起來，使得美濃地震災情最嚴重的區域出現在臺南。

「臺灣數值地震模型 TNEM 」是何方神聖？

李憲忠的團隊能夠還原地底下發生的事情，利用的是他們自己開發的強大武器──「臺灣數值地震模型 (TNEM) 」。

這是一套整合性的模型，目標是以電腦來模擬與重建臺灣的中大規模地震，分析震源破裂與三維地震波傳遞的過程。

震源破裂的模擬，採取「逆推」的方法，藉由遠場(全球世界網的資料)、近場(臺灣本身的地震紀錄)與 GPS 的同震位移紀錄等觀測資料，透過電腦回推出斷層面上錯動量的時間─空間分布。接著利用建立好的震源破裂模型，加上三維地下構造數值模型，便可模擬地震波在複雜構造中的傳遞。

除此之外，這套模型還開發了一個重要的系統，就是即時計算地震學地震報告。

只要 2 秒，超級電腦就可分析完全臺灣 40 萬個格點，找到震源的位置以及所有的震源參數。透過電腦的技術，並在 2 分鐘內把「發震時間、位置、規模、震源機制」全部求解出來，特別是「震源機制」其分析速度，比傳統地震報告系統更快。

黑色線條為台灣各地測站的實際地震觀測數值，紅色線條為電腦模型模擬的地震數值。當兩者高度疊合時，表示該地發生地震，網站會即時顯示震央位置、地震參數等資料。圖／By 即時地震監測系統網站

平常所看到的波形是背景雜訊，但只要地震發生， 2 分鐘後就有完整的地震資訊顯示出來。李憲忠很有信心地說，這套系統在全世界絕對是數一數二的。即時地震監測系統網站每 2 秒就會更新一次資料，民眾皆可上網查詢。

為什麼臺灣能夠辦到？李憲忠說明，由於幅員較小，且政府支持相關研究，臺灣的地震觀測網可能是全世界密度最高的。更重要的是，他們開發了一套完善的軟體來分析地震，並利用中研院地球所內的 256 顆 CPU 進行連續長期監測。

這套地震模型，另有一個領先世界的關鍵：完全採用的「三維」的地下構造來計算。李憲忠說，國外許多研究團隊，都是假設地底下為「均質」或「一維」的構造。雖然這種假設能比較快求出地震大致的模式，但真實自然界並非此種簡單的構造，所以很容易發生誤判或產生較大誤差。

李憲忠則希望利用高精度的地震模型，將模擬結果建立數值資料庫，拿來作為長期的科學研究與防災應用，因此越精確越好。

自然界是一個複雜的三維環境，不是簡單的一維。除非那邊的地下構造很單純──但是我想，容易發生地震的地方，通常構造都很複雜。隨著現在電腦技術漸漸發達，計算三維速度構造的影響，將會變成是個必要且常規的工作。

還原歷史地震現場：1935 年新竹─台中地震

臺灣數值地震模型，不但能精確分析最近發生的地震，還能重建過去的歷史地震，以及探討未來可能發生的地震情境。

歷史地震雖然是過去的事情了，但是透過了解過去地震的發生過程與特性，對未來的防災非常重要。由於斷層面的能量累積到相當程度，可能重新釋放能量，假如我們可以了解它的回復週期與破裂特性，則可更清楚知道如何防範下一次的大地震。

1935 年發生新竹─台中地震，造成的傷亡比 921 集集大地震更加慘重。現在的觀光景點魚藤坪斷橋，就是那次地震所造成的結果。

魚藤坪斷橋，於 1935 年新竹─臺中地震被震毀，造就此一斷橋之景象， 1999 年之 921 大地震又造成第四號橋墩上半部被震毀崩落。圖／臺灣寫真帖第一集、王崎 @ wikipedia commons

由於當時還沒有進入數位時代，因此地震資料不易取得，主要是日本氣象廳的紀錄。當時的地震紀錄是類比式的，用一隻紀錄筆在煙燻紙上描繪出振動的過程。而震度的紀錄，大都是藉由當地人的口述，以人的感受或房屋傾倒毀損的情況判斷，因此可能存在很大的落差。

現在有了數值地震模型，可以模擬重建當時的情形，對於了解歷史地震有很大的幫助。

1935 年發生新竹─台中地震，由震央往南北兩方向破裂，往北是獅潭斷層，往南是屯子腳斷層。圖／By 李憲忠

1935 年的地震，由震央往南北兩方向破裂出去，北段是獅潭斷層，南段是屯子腳斷層。臺灣西部為逆衝褶皺構造，有許多南北向的斷層排列著。此次地震就是一條斷層破裂後，觸發其他的斷層，就像骨牌效應，因而破裂範圍拉很長。

這次地震的破裂方向性可以從模擬結果中清楚看到，北邊的震度比南邊大，強烈振動的範圍也比較廣泛。確實，1935 年的災情，震央北邊新竹─苗栗一帶比南台灣嚴重，模擬結果大抵與當時的記載一致。圖／By 李憲忠

未來可能發生的情境地震

李憲忠說，身為地震學家，常被身邊的親朋好友問到：「到底地震能不能預測啊？」坊間也有很多能人異士，號稱能夠預測地震。李憲忠說明，要能真正稱為「地震預測」，「時間、位置、規模」三者都要能明確講出來。然而，這樣的地震預測，現在的科學還無法做到。

雖然無法預測地震，數值模擬能夠分析不同的情境，也就是在某種形式的地震發生之前，就知道可能的災情分布。如此，也能達到防災的目的。

假想的琉球海溝發生規模 M8 以上的大型逆衝地震之模擬結果，包括「地震波的地表速度波長」與「海嘯的波高」二者的模擬。圖／By 李憲忠

上圖是李憲忠模擬最危險的情境地震。臺灣東部外海有個「琉球海溝」，是菲律賓海板塊向北隱沒到歐亞板塊的界線，這個構造一路延伸到日本。在這種隱沒帶深處發生的大型逆衝地震，規模通常都非常大，可能超過 M8 。他說：

日本地震防災已經做得很好，然而 311 東日本大震災他們當時推估那邊只有規模八點多的地震，沒想到自然界就是出乎意料來個九點多的，讓他們措手不及。所以我們要料敵從嚴，用電腦去模擬這種極端的情境。

若在琉球海溝發生大型隱沒帶的地震，災害來源不只是地震波，還有海嘯。海嘯的模擬相當重要，因為海嘯傳播速度比地震波慢得多。地震波波速每秒 6 至 8 公里，海嘯只有每秒 0.2 到 0.3 公里。地震發生後三、四分鐘地震波就已經傳遍臺灣島，但是海嘯則需要兩、三小時。因此，海嘯確實可以預警，在地震發生後應可以有較足夠撤離人員的時間。

數值模擬如何提供防災準則？

地震的數值模擬，可以提供不少防災的資訊。在地震發生前，就可以分析，一旦這樣的地震情境發生，會有怎樣的災情，這對於災害防制的評估很有幫助。針對特定孕震地區，可以研究活動斷層以及地底下的盲斷層走向、容易產生的破裂方向性、以及場址效應等。這些結果，都可以應用到基礎建設的耐震設計，以及落實到建築法規上。

另外，地震發生當下，則可以透過即時地震監測系統，迅速釐清地震的各種參數。就震源而言，可以很快得到震源機制，推估該地震可能與哪條斷層有關，評估是否會影響到鄰近的斷層。如果斷層的能量可能還沒釋放完畢，就必須特別關注是否有餘震或更大地震的發生。

此外，即時線上地震模擬可以迅速計算出地震波的傳播與震度分佈，推知那些地方災情會比較嚴重，據此來調度救災人力。

臺灣數值地震模型得到的結果，是有物理基礎存在的數值模擬，可以比較接近「未來自然界可能發生的真實情況」。

現在防災單位亦有一套完整的地震應變流程，目前的系統主要是從「統計」的角度出發，利用「規模、震度、人口稠密度」等，建立邏輯樹，來評估災情。待後續臺灣數值地震模型開發得更完整，將能補足強化現行的地震災害評估與應用。

延伸閱讀

採訪編輯｜歐柏昇美術編輯｜張語辰
CC 4.0

本著作由研之有物製作，以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

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文／潘昌志｜「你地質系的？」不，但我待過地質所，而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作，並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識，想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

之前寫的這篇《地震是怎麼來的》一文，與大家簡單介紹了關於「彈性回跳理論」，而這是地震主要的發生機制。由此可知，地震的成因與斷層其實脫不了關係，而在《斷層「動靜之間」的學問—關於「潛移斷層」》一文中卻又告大家，有些斷層可能因為只有緩慢的潛移，雖然岩層會因此斷開錯移，但卻不會發生劇烈的地震，而文中還進一步說到，有時有的斷層會是「一部分潛移，一部分鎖定」，有些地方會緩緩的錯移，有些地方卻又會累積能量發生地震……。

或許你會說，怎麼這麼複雜？所以我這樣到底是該要擔心斷層還是不要擔心啊？

那些斷層面上的複雜之事

老話一句，複雜的事情沒有簡單的答案，所以我們還是要先細說背後的科學。首先，「彈性回跳理論」是種「概念化的模型」，它並不是代表所有的斷層都是以這麼「單純」的方式在動。理想情況下，斷層受外力作用時會先累積形變，就像橡皮筋和彈簧一般，直到超越最大靜摩擦力時才會滑動，但實際上有些斷層面是很「平滑」的，就是外力不會累積形變，而是推多少它就動多少，它就是我們前面的潛移斷層。

即使是這樣分成兩類，還是非常粗略，因為真實世界的情境遠遠複雜許多！

Welcome to the real world…！真實世界常見的情況是，很多斷層都會分段或是斷層面上會有分區的現象，斷層面上的某些地方是較「粗糙」的，會以彈性回跳理論的概念，反覆累積形變後錯動，而有些地方相對較平滑，並不會累積形變的位能。

所以我們如果要用個簡單模型來想像真實世界中的斷層樣貌的話，就會是這個樣子：斷層面上會有一些地方長期被「鎖住」（locked）的地方，而地震往往就是當這些被鎖住的地方突然間滑動的時候發生的事情。

至於這些鎖住的地方突然滑動是什麼概念，我們先用一個影片來解釋：

雖然影片中的彈性行為是在手握的那條彈力帶上，但實際上它在詮釋的就是岩石的「彈性行為」。套用在自然界中時，地震的作用確實也是以這樣的模式在發生，每一段時間一定會發生一次滑動，但滑動發生的時間間隔並不十分固定，而時間不固定也代表著累積的形變也不會每次都一樣，所以滑動量也並非完全固定的，這代表地震之間的週期不太固定、大小也不太固定啊！

如果我們把影片看得再仔細一點，可以發現前方的紅色塊體會是直接的受手拉彈立繩的應變影響，但藍色的塊體受力和運動的情形就複雜得多。當紅色塊體突然滑動時，藍色塊體並不一定會隨著滑動，而這兩塊之間的落差也是以形變的方式儲存起來，等到累積到一定程度的時候才會發生地震，而且這種類型的儲存釋放能量方式可怕得多，往往會有更大的錯動，產生更大的地震。

上圖中的形變與時間關係表中呈現了形變隨時間會累積並釋放能量發生地震，雖然和彈性回跳理論的概念一樣，但變成兩個塊體就複雜許多。

所以，即使我們理解了地震發生的「模型」，但要藉此「精準預測」地震，也會因為斷層的行為過於複雜而變得不可行。但話說回來，正好就是有這樣的規律性，比較明顯躺在地上又會不斷累積形變而孕育地震的斷層，某程度上是可以估算地震發生的長期潛勢的。不過這個概念談到此要先暫時打住，往後我們會接著談長期地震潛勢評估的事，今天的主題我們先聚焦在斷層上的事情。

一個不易詮釋的概念性名詞

剛才說斷層上較為粗糙、容易鎖住的地方，它有個專有名詞 ”asperity”，它似乎很難用個中文譯名（本文中暫以其中一種譯法「地栓」稱之），因為它不僅止代表上述的意義，還用來解釋地震發生時的現象：在斷層錯動發生地震時，它會被用來指「斷層上地震矩最大的地方」（斷層面上錯動最集中的地方）。

雖然從名詞定義上看起來很複雜，但其實在談論的概念是橫跨地震發生的過程與機制。當在談斷層面上的物理特性時，地栓所描述的就是那些突起粗糙的孕震區，而當地震發生時，斷層面上的這些點自然也是其中的一個或數個地栓。此時我們若要談論地震時錯動最集中的地方，用地栓正好也可以說明，畢竟依照彈性回跳理論和 asperity model 來看，錯動最集中的區域在地震前當然也是那個粗糙、摩擦力大而累積形變最多的點。所以它用來指涉的現象會因地震的時空而有些差異，但不變的是，它是專指斷層內性質差異和地震的關係的概念。

所以，實際上一個斷層或隱沒帶上，其實擁有許多複雜的物理現象需要考量，從上個世紀初到世紀末之間，我們也只從「確認斷層和地震的關係」發展到「發現並找到斷層面上不均勻之處和地震的關係」而已。而這項科學最難之處是它必需先從天然地震的觀測得到一些假說，還得從天然地震來驗證。理所當然的，要了解大地震，勢必也只能從大地震來著手，然而大地震除了給學者更多研究資料，卻又常帶來慘重災禍，因此阿樹也覺得研究地震之人確實是「苦其心志」啊！

要瞭解大地震，就必須先有大地震，地震研究是一件矛盾而辛苦的事。圖／鵬智賴 @ Flickr

最後，如果有興趣去 google ”asperity” 一詞的話，會發現在材料科學上，asperity 也是用來描述表面或是界面上的「粗糙度」的名詞。而最初將此概念運用在斷層、地震上的學者，其中一位在前幾週的文章也曾提過的金森博雄教授（提出地震矩規模計算方式的學者），金森教授與 Thorne Lay（文章第一作者）在 1980 年針對索羅門群島地震發表研究論文時，便以此模型解釋地震的特性。但 Thorne 和金森教授是如何用模型解決問題，以及 aspeirty model 在地震研究上的貢獻，阿樹在此先賣個關子，我們下篇再談。

但是阿樹可先給個小小提示，提示一：上述論文中的索羅門群島地震是個雙主震；提示二：這和金森教授的地震矩計算也有些關聯哦！

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《斷層上的短暫瞬間：動與不動之處(上)》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。

參考資料：

The post 在動與不動之處，那些斷層面上的複雜事（上）－－《震識》 appeared first on PanSci 泛科學.

在上篇斷層上的短暫瞬間：動與不動之處（上）談到斷層上的「地栓」（Asperity）時，阿樹賣了個關子，原因是因為來不及寫拖稿太難一次把事情講清楚，所以再多花點篇幅來聊聊這件事。

斯斯有兩種，主震也有兩種

像台灣這種位於板塊邊界附近地震頻繁的區域，多數無感地震是「看似隨機」分布。通常在發生較大的地震時，才會出現時間、空間上相關性極高的地震分布。而我們會將這樣一群接近的地震稱為「地震序列」，序列中最大的那個地震自然而然就是「主震」，而在它之前的小地震就是前震，之後則為餘震。當然這也是有例外，像是有時會突然發生一大群規模 2～4 之間的群震，而沒有較為明顯的主震，但這種狀況並不是今天要談的，所以也先跳過…

還有一種特別的情況，那就是「雙主震」，顧名思義，當地震序列中有兩個發生時間相近（數秒到數分鐘，頂多幾個小時之內），且震源位置、地震規模相近時，我們會稱它叫「雙主震」。由於地震規模的計算本來就有些容許誤差，計算上差個 0.1、0.2 的情況並不能真正分出哪個才是最主要釋放能量的地震，所以最簡單的處理方式就是讓它並列為主震。

可是案情並不單純…斷層只有一個怎麼會有「雙主震」？

是的，沒代沒誌不會隨便就發生雙主震，如果一次大規模的斷層錯動會產生一次較大的主震，也就代表雙主震等於有「兩次大規模錯動」，問題來了，這兩次到底是發生在同一個斷層上？還是在不同的斷層上呢？

實際上，雙主震發生在同一斷層或不同斷層上皆有機會，或許先以「發生在不同斷層上」來切入理解會簡單一些：可以想成這個地方的地下可能有幾個潛在的斷層，兩個都面臨著能量累積快要到極限發生地震的情況下，當一個地震發生後，極有可能誘發第二個地震。

至於在同一斷層面上發生雙主震的情況，就得回溯到前上一篇文章介紹的「地栓」（asperity）概念，斷層面上往往並不均勻光滑的滑動，也不是整塊一起「鎖住不動」，外力（如板塊作用力）多半集中在數個地栓區塊上，而這些區塊有大有小、或許都有各自累積能量的極限。譬如有些較小的地栓可能隔段時間就會滑動發生小地震，而較大的地栓則會累積得久一點才釋放能量。

不同的地栓大小與地震關係示意圖。圖／作者提供

斷層面上可能有好幾個大小不同的地栓，如果正好有兩個差不多同樣大小的地栓差不多同時累積到臨界點時，有可能會一同發生地震，或是其中一個開始滑動時進一步誘發了另一處發生地震，因為兩地栓的大小、累積能量相近，地震規模也會大致相當。但如果兩者相去甚遠，我們可能就會把較小的那個事件當作前震或餘震來看待了（端看發生的先後順序）。

要怎麼辨認出雙主震？

我們不可能看得到斷層上的地栓，所以唯一的資訊就是「地震波」，但要怎麼藉由地震波了解的細節，可能一言難盡，在此也僅簡述基本的概念。首先，儀器收到的地震波，其實裡面隱含了震源破裂時的特性、震源到測站間的地質條件等等，而現在的地震波分析的方式已經可以逐一分析這些參數，而前些日子在本站談震矩與震矩規模時，也提到了「地震矩」是從斷層面的位態、斷層特性與斷層面破裂情形所綜合出來的參數，所以「斷層是怎麼破裂的」其實也與地震矩規模的發展幾乎是同時開始的（約莫 1970 年代未、80 年代初期）。

Thorne Lay 和金森博雄^[1]在 1980 年針對索羅門群島的兩個雙主震地震序列分析後，提出了兩種不同的地栓分布（asperity distribution）的模型，其中索羅門型式（Solomon type）的地栓分布圖顯示，其隱沒帶的地栓為許多規模相近的地栓所組成，所以發生的雙主震多是獨立的地栓，會產生規模相當的地震，但其它地區多半是非均勻分布的（heterogeneous）情況。

兩種地栓分布模型。圖／Lay, T. and Kanamori, H., 1980. Earthquake doublets in the Solomon Islands. Phys. Earth Planet. Inter., 21:283-304.

而這非均勻分布的地栓，其實也幫助我們合理的詮釋多數地震的發生情況，在有前震的情況，多半是較小的地栓發生破裂後，接著才發生大規模的錯動（較大的主震）。此外，當較大的地震發生後，也會連帶的影響到斷層面上其它的地栓，發生「藕斷絲連」的情況，這時也可以從餘震分布推測斷層的延伸位置。如果套用在大型地震（規模大於 8 以上）時，甚至會發現斷層面上數個地栓連動的現象，譬如 2011 年東日本大地震的斷層面上就至少有 4 個地栓區域，而 921 集集地震也可看出兩個地栓分布區（下圖）。

集集地震的震源模型，虛線為斷層的主要錯動區（地栓所在）。圖／作者提供

這些研究對我們有什麼重要的？

這兩篇文章說明了近代斷層與地震間關係的研究進展，讓我們至少從抽象的彈性回跳理論慢進展到「具像化地震發生的瞬間」，阿樹也要特別提醒，畢竟這些資訊都是來自於科學家對於地震波的解析，加上為數不算多的地質資料而的理論結果，這些研究也有一些極限：譬如 2016 年發生在高雄—台南的地震，也在地震發生了好些天後，學者才從地震波的分析推論「雙主震」的可能性，像這樣兩起超近的雙主震事件，仍無法在地震當下就釐清，因此這類針對斷層與地震的研究，最大目的其實是在追尋地震好發處。

試想一下，如果我們有機會了解斷層面上易發生地震的地方有哪些、它的能量累積釋放情形與地表觀測資料的連結，這樣我們多少就有機會評估它未來發生地震的可能性，還記得我們站中的首篇文章嗎？文章中提到的「未來發生的地震機率」，有一部分的發展就是利用本文提到的地栓研究，提出震模型，加上再現時間與震度分布等相關研究計算求得，像這樣看似純學術的基礎研究，也是能進一步運用到民生之上的。

未來50年內，機率 10%以上的振動強度的分布圖。可用於長期的防災規畫評估參考。資料來源／台灣地震科學中心。

隨著科技進步，這些理論可能會有更好的應用，也可能會修改或發現新資訊，抽空了解這樣的地震新知，或許可以給我們的防災願景增添正向力量！

參考資料

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《斷層上的短暫瞬間：動與不動之處(下)》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。

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文／張建興｜前中央氣象局地震測報中心簡任技正

筆者過去在氣象局從事地震測報的工作。某日在地震宣導走廊遇到兩位氣象預報的同仁，她們正在爭論剛才是否發生地震，遂就近找了路過的我當裁判，我指了指走廊邊的震波類比記錄器，短暫解釋約在三分多鐘前於宜蘭近海處有發生地震，從紀錄可判斷該地震規模小，可能地表強震儀都只測量到 0 級的震度，因而未發佈有感地震報告，但當時在較高樓層辦公的她們其中一人，確實感覺到這起地震。

處理了這場爭議後，頗有日行一善的欣慰。事後想想，在以前還沒有發明地震儀能記錄地震波的年代，如果發生了此類爭端要如何解決？筊杯嗎？找許多人來投票嗎？再想想，雖然我長年生活在多震的環境，還好臺灣現在設置了許多的地震儀進行科學觀測，對於震動較敏感的我不用憂慮是否身體有異，還蠻幸福的。

關於地震儀的歷史與科學

中央氣象局地震測報中心外的震波類比紀錄器，潘昌志攝影。

Technology always comes from human nature. 如果地球上沒有板塊運動、不會發生地震的話，我猜人類發明地震儀捕捉地震波的動機與構想可能會延後（也許在核武發展之後）吧？當然，這樣一來我們對地球內部的了解程度可能遠比現在少多了。在小學時的教課書中讀到，西元 132 年張衡創製了人類第一部地震儀（註 1），雖然該部儀器未能記錄地震波動，概具有判知於遠域發生顯著地震的功能，但仍為全球地震科研者推崇，論述人類地震科學發展時多有著墨。十九世紀的幾位學者們運用牛頓定律，結合重錘慣性與擺的週期運動的原理，研製了最初的機械式地震儀，在地震發生大地萬物皆處振動當下，成功地記錄了觀測點的地震波動資料。

隨著觀測資料增長，地震學者於未有觀測紀錄之前發展的彈性波動理論（註 2）逐步獲得實證，從早期的定性觀察邁入定量研究，健全了地震學的研究根基。二十世紀人類科技日新月異，在基礎原理之上，機械式地震儀進化成電磁式地震儀，使用方式越加便利、資料紀錄品質更加精良。回顧地震儀的發展，這項工具乃地震科學發展史上的重要角色。

近代地震觀測儀器仍持續推陳出新，除廣泛佈置於陸地地表、深入地下，並拓展至海域，功能也益加強化，搭配數位通訊即時傳輸，匯集一定數量網絡型式的地震觀測站資料，接收後經由人工智慧軟體處理，可快速進行地震定位、規模計算、震度量測與訊息發報。有些地震儀的設計更是新潮，直接將智慧軟體植入為配件，在地震時鳴放警報音效，甚可操控穩固電梯與升降機等機具。人類文明自古對地震就多有描述，從揣測、觀測、監測到今日可預測震度即時發佈警報，最主要的環節端在研究地震波所獲得的知識幻化運用。

「解析地震波」所帶動的地震學發展

在地球的自然界中，地震波可謂最複雜的波動之一，由於天然地震的震源絕大多數以雙力偶（double couple）模式產生彈性波動（註 3），釋放的能量在體波（包括 Primary 與 Secondary waves）特殊的輻射形式（radiation pattern）下，經過非常多樣的地下介質乘載傳遞，到達地表後又產生表面波（包括 Love 與 Rayleigh waves）持續擴散，其內涵（頻率、速度、方向性等變化）可能超乎我們經常接觸到的光波、聲波與水波。地震波動紀錄除了是證實發生地震的最佳科學資料，同時也帶出許多我們無法親眼目睹的地下形貌與地質資訊。

地震能量從震源發出經傳遞路徑與場址為儀器蒐錄，地震學者分析波動紀錄，從中求取震源破裂的幾何形態、路徑上的衰減效應以及觀測位置的場址反應，讓地震研究內容十分豐富多元（註 4）。地震科學研究增進了我們對地體構造的了解，於具有震災潛在威脅區域，更能實質進行事先防範災害的相關作為，以我們所處的環境臺灣為例，非常能夠親身體驗地震科研與防震科技的發展。

臺灣發生地震的頻率還蠻高的，感受地震是臺灣人共有的生活經驗，若造成嚴重災情也會留下長久的記憶。早在十九世紀末，臺灣就設置了地震儀開始科學觀測，百來年的觀測歷史，過程中有學習、有創新，地震防災事務也在經驗中淬鍊成長，我們從921地震可以看到臺灣在事件前的各項努力，包括有建築抗震法規設計、活動斷層調查成果、建置地震訊息迅速發佈系統以及救災動員規劃(註 5）。不可諱言的，921 顯著的地震災情可能掩蓋了許多事前的努力，但我們還是必須在地震相關科學研究與防災事務持續加強，以因應此類必然再現的地震事件。

註解

根據文獻記載，張衡的「候風地動儀」嚴格來說僅是「測震儀」，因為其不具紀錄效果。
米契爾（John Michell）在 18 世紀中就提出地震是彈性波的想法，而到 1820 年代帕松（Simeon Poisson）和柯西（Augustin-Louis Cauchy）以數學的方式推導出彈性波的方程式，這些研究都遠早於機械式地震儀問世（1890 年之後，也驗證了彈性波的理論）。
天然地震若以斷層錯動型態發生時，會依錯動方向而形成不同形式（壓縮或伸張）的波動，其空間上相對應的關係如下圖所示。
震源（focus, F）發生錯動瞬間造成波動的質點運動示意。圖取自維基百科 Focal mechanism 條目，圖片作者與來源：Mikenorton-Own work, CC BY-SA 3.0。
前述內容如震源破裂幾何、衰減效應、場址反應等研究題材，皆為來自地震資料的解析結果，這些均屬地震科學的「基礎研究」範疇。
在 1999 年之前，臺灣因過去國內的數次震災與其它國家的借鏡下（如 1995 日本阪神地震），已開始啟動多項與防災作為有關的科學研究。雖然地震災情嚴重，但許多觀測和研究也藉由九二一地震有更長足的發展，如當時剛起步的強震警報與強震儀的設置等等(詳見本站「臺灣發展地震預警的過往雲煙」一文)。

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時序進入秋天，氣溫漸漸下降。在台灣的中南部和東部，夜裡微涼的秋意總為清晨帶來滿地的露珠——還有滿地的蚯蚓。

然後就會出現像今天（2017.11.03）這樣的新聞。

蚯蚓亂走，是因為地動山搖？

蚯蚓平常躲在土裡或地表的枯枝落葉腐植層裡，突然大量爬出來經常讓人感覺不祥。如果是下大雨後成群爬出地表，目前推測應該是耗氧量較高的特定種類因為在積水土裡缺氧，或者是要躲避自己趁著大雨大量排出的含氮廢物的緣故；但是如果沒有下什麼雨就有蚯蚓大量爬出，這個現象就經常繪聲繪影的和地震發生連結在一起。

由於日本也是地震的好發國度，因而也有研究人員試圖找到地震和蚯蚓大量爬出到地表之間的關聯。日本學者池谷元伺研究團隊認為地震會造成某些地球物理或化學因子的變化，因此以這些因子測試多種動物，並發現實驗動物的確表現出地震前被目擊的異常行為。例如地震前的地磁和地電流會產生變化，於是利用斷層電磁模式計算出地震產生的電流強度，用這樣的強度刺激養殖箱的蚯蚓，的確導致蚯蚓大量爬出洞穴並產生聚集現象。

除了電磁與電流之外，地震前可能產生的其他土壤變化也可能導致蚯蚓爬出洞穴，例如地下水位上升淹沒蚯蚓的隧道造成如同下大雨後的缺氧、也可能是地底如硫化氫等具刺激性的化學物質分佈改變等。

流言追追追也曾經探討過這個傳聞，但是結果都不支持地震會引起蚯蚓大量爬出。話說回來，選用的蚯蚓都是大量人工養殖、自然狀況下不住在土壤中的表層型，其實又跟地震可能造成的影響更少了點關聯。

不過問題在於，上述這些地球物理或化學因子的變化，並不一定只能由地震產生；而蚯蚓大量爬出到地表的行為，也不只有這些從地層深處啟動的地球物理或化學因子才能觸發，從地表造成的變化如特定頻率的震動、化學物質的滲入沖洗、乃至地面而來的電流，也都能夠讓地下的蚯蚓大量爬出到地表。

既然蚯蚓大量爬出到地表不一定是由地震造成的地層深處變化所引起，目前也沒有證據顯示地震前後或發生當下一定會引發蚯蚓大量爬出至地表，因此，非雨天時蚯蚓大量爬出至地表與地震之間就難以成立因果關係，遑論用來預測地震了。

每年秋天都會出現的蚯蚓大量爬出現象

近年來，由於網路媒體和智慧型手機的興起，人人都能夠及時拍下影片扮演記者的角色，也因此每年總有數起非下雨天蚯蚓大量爬出至地表的網路新聞，而且無論是記者撰稿或民眾受訪，總也有人以擔憂的語氣提及恐怕有地震來襲的可能。

有趣的是，若是回溯過去六十年來台灣地區各家主流報紙，在 1999 年 921 大地震後的這 18 年來，幾乎每年都有數則新聞報導蚯蚓大量爬出至地表的事件，但在 921 大地震之前從未有過任何蚯蚓大量爬出至地表的新聞。與其認定是 921 大地震開啟了台灣地區蚯蚓在非雨天時大量爬出到地表的習性，不如說是因為 921 大地震震得人心惶惶，於是之後只要看見蚯蚓在非雨天時大量出現在地表這種看似異常的現象，就會提心吊膽大肆傳播一番。

19991103 中國時報第二十一版屏東潮州潮昇國小蚯蚓大量出土。

20011012 聯合報第十七版台中梧棲文華街人行道遍布蚯蚓。

20060530 聯合報 C4 版蚯蚓雨後趴趴走雲林縣虎尾鎮惠來里。

20101023 聯合報 B2 版南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

更妙的是，若分析過去這些蚯蚓大量爬出至地表的報導，其中提到的地點和時間分佈很顯然的都與地震無關。

以發生地點來看，這些報導中的事件地點絕大多數集中在台灣中部、南部與東部，北部與東北部地區、尤其是地震頻繁發生的宜蘭地區反而少有報導。以發生月份來看，這些報導中的事件發生月份則是集中在十月和十一月，這兩個月份的累積次數分別高達 22 次和 15 次，近幾年的網路新聞影片也可以看到一致的發生月份傾向。

相較之下，其他發生月份累積次數皆各不超過 5 次，此外還有六個月份從未有蚯蚓大量爬出至地表的事件發生。這樣在月份上如此不平均的分佈樣態，合理推測應該和隨機發生的地震無關，而和季節和天氣狀態息息相關。

921 大地震至今的新聞報導中，非雨天時蚯蚓大量爬出至地表的發生地點分佈圖。

921 大地震至今的新聞報導中，非雨天時蚯蚓大量爬出至地表的發生月份分佈圖。

此外，根據過去的研究與近年來的幾次調查，這些非雨天時大量爬出至地表的蚯蚓種類都是同一種蚯蚓——土後腔環蚓，而非多種不同蚯蚓的集合。若是與地震相關，照理說應該會影響整個區域的所有蚯蚓種類，而非僅僅影響特定種類的蚯蚓。

正巧，土後腔環蚓在台灣的分佈也是以中南部和東部為主，北部相對的就比較少見，這也和蚯蚓大量爬出到地表的地點分佈吻合，又加上這類大量爬出至地表的事件幾乎都發生在十月和十一月，因此這樣的行為應屬於土後腔環蚓的特殊習性，解釋起來最合理。

土後腔環蚓 Metaphire posthuma。體色偏深、受驚擾後僵硬蜷曲成團是顯眼的特徵；此外，一對雄孔和前後體節各一對的乳突也是不難觀察的重要鑑定特徵。釣具店販賣的黑蚯蚓多為此種。

土後腔環蚓為何大量出土，早有答案卻無人問津

其實，早在 921 大地震後的數個月，為了平息當時蚯蚓大量爬出事件在震後造成的人心惶惶，特有生物研究中心的兩位研究員就已經在屏東幾個蚯蚓大量爬出的國小收集資料，並在 2002 年發表了研究成果。

他們的研究結果顯示，爬出到地面上的蚯蚓數量和地震的關聯並不顯著，蚯蚓大量爬出的事件也和往後 25 天內的有感地震沒有關聯，因此沒有預測地震的能力。不過，蚯蚓爬出數量倒是和地溫、相對濕度、還有日照時數有明顯相關。當地也有其他的蚯蚓種類，但就是只有土後腔環蚓會這樣大量的爬出到地表，因此應該是土後腔環蚓的特殊習性所致。

根據這樣的研究結果，詳細一點的解釋就是：

土後腔環蚓在夜間活動時可能會探出到地面，若是夜間氣溫偏涼使地溫高於氣溫，再加上氣壓越低、空氣相對濕度越高，則土後腔環蚓越是可能大批到地面活動覓食。

直到太陽升起，空氣相對濕度迅速下降、氣溫上升，土後腔環蚓才會鑽回地下躲藏，如果白天正好是陰天或微雨，那麼回到土裡就更是拖拖拉拉，時間也更晚。在十月與十一月間台灣中南東部開始轉涼時，正巧符合土後腔環蚓夜間爬出至地表活動所偏愛的天氣條件，這樣的習性之下，只要土後腔環蚓躲回地底的時間稍晚了點，清早起床運動的民眾和上課學生目擊蚯蚓大量出現的機會當然大增，「非下雨天蚯蚓大量爬出到地表」的事件集中在這兩個月份，也就不意外了。

清晨從草地大量爬到人工鋪面上的土後腔環蚓，太陽曬死的屍體又被學生掃回草地上。

所以呢，以後要是在沒下什麼大雨的秋天早晨又看到蚯蚓滿地爬的景象，要記得這跟地震沒什麼關係，如果稍微辨別種類確定都是土後腔環蚓，那就又是這種蚯蚓的正常能量釋放而已。這時候除了呼朋引伴一起賞花賞葉賞蚯蚓之外，還可以行行好幫忙牠們離開人造鋪面回到有植被遮蔭的土壤或草地上，以免被太陽曬乾熱死。畢竟，每星期扶老太太過馬路一次加上國定假日多扶個兩三次，行善積德的樂趣遠不如幫千百小蚯蚓找歸處，你說是不是啊？

同場加映

參考資料

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y編按：我們常常會用「地牛翻身」來形容地震，但到底為何是地牛？明明世界各地或是台灣都有其他動物，烏龜、大象、地底人、鯰魚、豬、羊、蛇、熊等等，為什麼現在「地牛」變成了主流呢？而有些紀錄留下了地震前後的「地生毛」現象，又有可能是什麼呢？雖然目前還沒有研究確定這個因為地震出現的異象原因確切為何、無法給各位讀者一個確定的答案，但透過一層層的爬梳，去探索自然現象跟傳說之間的交織，亦是很有意思的過程。

最近工作室出品的桌遊《說妖》正在進行募資，因為募資解鎖的關係也介紹了「地牛」的傳說。翻找文獻之後，意外發現這個神秘又有趣的自然現象，覺得相當值得鑽研，才動筆寫下此文。

編按：現在趕上募資還來得及喔，詳情請參考集資頁面–《說妖》

所謂的「地生毛」，指的是在地震過後的一兩天內，遍地生長或白或黑，類似動物毛髮的現象。有時不只地上，連民房和城牆上也會生長，長度寸餘至尺餘。

歷史上「地生毛」的文獻記載甚多，李善邦教授所著的《中國地震》中，便收錄了 53 個案例，其中最早的是西元 535 年 12 月的「都下（南京）地震生白毛，長二尺。」至於最近一次的地生毛案例，目前筆者找到的是 1878 年 6 月 12 日的無錫地震，由外國人 Macgowan.D.J 所記載：「⋯⋯兩天之後的夜裡這裡又發生了一個強震，在城牆的內部和外部都長出了銀鬚那樣的白髮，有 3 至 4 英寸長，小孩們拔出來，很快收集了一把。」

安西大地震作圖，圖／wikipedia commons。

由此可見，「地生毛」雖然罕見，卻並非是單純捏造的傳說。然而對其成因，由於難以研究，幾乎無人了解。有趣的是，該現象可能也促使了「地牛翻身」成為主流地震傳說。本篇文章，除了分析「地牛翻身」傳說的流變之外，便是要對「地生毛」現象，進行可能的成因探討。

不只地牛會翻身

可能很多人不知道，「地牛翻身」是臺灣獨有的特殊傳說。然而不只「地牛」，臺灣位處於歐亞板塊與菲律賓海板塊交界，地震頻仍，早在漢人移居這座婆娑之島前，島上的原住民族早已流傳著各式各樣的地震傳說。

根據莊美芳教授的研究，臺灣原住民的地震神話可分為六類：

支撐大地的動物身體動就發生地震
支撐大地的神或巨人身體動就發生地震
觸怒神靈而引發地震
搖動世界柱引發地震
地震時呼喚祖靈以停止地震
大地氣息擾動引起地震。

其中，最常見的是前兩種，地牛就是屬於第一種。

清水大地震舊圖，圖／by Bill-Chiang@flickr。

原住民地震神話的採集一直到日治時期才開始。泰雅族中，流傳地震是因為地中的熊、海中的鹿或地下的鯉魚，翻身而引起的。鄒族和布農族則流傳著螃蟹和鰻魚（蛇）相爭，造成地震與洪水的故事。阿美族和平埔族的巴喏茲黑族，在日治時期都有「地震豬」的說法。阿美族說地震是「地底下的豬搔擦身體所致」；巴喏茲黑族則說地震是地下的大山豬「巴魯匝庫」搖動身體所引起。

至於本文所關注的「地牛翻身」，最早見諸於日治時期的紀錄，是阿美族南勢蕃說：「地中有水牛，累了，動動身體，便引起地震。」以及鄒族阿里山蕃所說：「地震是在地中的、有如牛、名叫『哇茲姆』的獸，搖動牠的身體時所發生的。」

明明那麼多動物都翻過身，為什麼只有地牛成為主流？

由於漢人對牛有特殊的感情。

臺灣其實自古無牛。大家耳熟能詳的水牛和黃牛，是在荷治時期由荷蘭人引入的。1624 年，時值大航海時代，荷蘭東印度公司為了建立與明朝和日本貿易的據點，從澎湖轉移陣地來到臺灣。

由於開墾土地需要大量的勞動力，荷蘭人又缺乏本國移民，便大量招引漢人移民臺灣，形成特殊的「共構殖民」。也就是「荷蘭人提供軍事與行政架構，漢人在其保護之下進行開墾」。而為了幫助開墾，才在這個時候，自澎湖引進了拉車的黃牛，又自爪哇引進耕田的水牛，自此開啟漢人與牛深厚情誼的濫觴。

牛與農民朝夕相處，是不可或缺的勞力來源，一頭牛支撐著一整個家庭的生計，這讓漢人對牛有著非比尋常的感情。不僅有著「不吃牛肉」的習俗，甚至年老的牛也不會遺棄或殺死，是近乎親人一般的對待。這導致這麼多的地震傳說中，與牛相關的「地牛翻身」傳說，最容易被接受和流傳。

漢人對牛有特殊情感，圖／by Tappancs@pixabay。

然而，除了漢人對牛隻的特殊感情之外，還有一個更根本的原因：那便是地震過後的「地生毛」現象。

「地震生毛」的說法，在漢人的觀念中一直都有（先前有提過李善邦教授收錄了從古至今共 53 則紀錄），文獻中也時常將其形容為豬鬃、牛毛或馬尾。比如金門志：「嘉慶十六年夏，夜有聲自東南來，地震。明日，地生黑毛，長寸許，類豬鬃。」或是《斯末信齋雜錄》載：「彰境地生牛毛，長寸許，旋即震動。」然而一直以來都只是覺得像，並沒有真的認為地底下住著動物。

一直到日治時期，原住民的口傳故事被記錄下來，原漢之間文化交流，才逐漸看到傳說被「地牛」影響的痕跡。例如日本官員東方孝義記載，1906 年嘉義梅仔坑大地震時，有人在山上地裂之處，發現一條牛的大尾巴，因此盛傳地底下住著一隻地牛；或者日治時期的詩人賴惠川的〈竹枝詞〉寫道：「連人帶屋北移南，決岸崩堤草嶺潭。聞道地牛毛一振，能令大地作搖籃。」

種種紀錄顯示，「地牛翻身」的傳說不再只存在原住民之間，同時也在漢人之間流傳。甚至到了今日，因為媒體傳播的關係，在各個原本沒有地牛傳說的原住民族，也漸漸採錄到了「地牛翻身」的地震傳說。

「地牛翻身」儼然成為了臺灣地震傳說的主流。

但是，地生毛到底是什麼？

筆者進行研究時，恰好發現中國微信的公眾號「地震三點通」，幾個月前也寫了類似的探討文章：《地生白毛之謎》。文章內總結了「地生毛」的四種可能成因：蜘蛛網、植物根、化合物結晶、菌絲，以下筆者將分別進行分析。

首先，蜘蛛網的說法筆者認為最不可能，這並非蜘蛛無法在一天之內結的遍地都是蛛網——實際上這樣的現象發生了很多次。例如2016 年夏天澳洲發生了豪大雨，洪水逼得數百萬的蜘蛛必須織網逃生，2012 年、2015 年也都發生過類似的情況。這是因為蜘蛛必須利用絲，藉由風力來進行移動所導致的，這還有個美麗的名稱叫「天使髮絲」。

遇到各種天災，蜘蛛必須織網來逃生，圖／by AdinaVoicu@pixabay。

筆者認為這個說法不可能的原因很簡單：因為遍地的蜘蛛網根本就不像動物的毛髮——完全不像，看圖就知道了。就算古人看到這個景象也只會認為是蜘蛛結網的異象，不會聯想到是地生毛才對。也許該作者也認為這個說法有些瑕疵，內文還提到了地震時會發生的另一個特殊現象——「地震靜電」——來輔助這個說法，認為蛛網會因此直立。但蛛網相當纖細，風一吹就會交纏，筆者懷疑是否有這個可能。

內文提到的第二個可能，是植物的根鬚。

作者提到了一個案例：1976 年，在江蘇海安縣發生了一起地生白毛事件，白毛有一、二尺長。該現象發生在附近幾戶農民的房屋內，經研究後得出，白毛是房子周遭植物延伸的根，之所以向天生長，乃是這些房屋建造在原來的水田之上，屋內濕氣過重所導致。

然而就筆者了解，該事件與地震其實並不相關，植物也並非如文獻中記載，是在地震後一兩天所形成。所以嚴格說起來，雖然植物的根鬚確實很像動物的毛，但並不能算是「地生毛」的案例。

作者提出的第三個可能，是化合物的結晶。

結構性的地震源自於板塊擠壓的應力釋放，同時也伴隨著地溫升高的現象。內文解釋，可能是地殼中某些低沸點的化合物因此昇華，到了地面遇到冷空氣再凝華，結晶之後才造成遍地白毛的現象。的確，在一定條件下形成的結晶，是有可能被看成毛髮的，這個說法有其道理。但一來我們根本無法確定究竟是何種化合物，二來筆者也不確定這麼快速的凝華，是否可能產生長度足夠被稱為「毛」的結晶，因此不予以討論。

至於第四個原因「菌絲」，則是筆者認為最有可能的「地生毛」現象的成因。

有什麼菌類長得像毛呢？圖／by HeyouRelax@pixabay。

到底哪種菌長得這麼像毛？

之所以這麼說，是因為在某些地生毛的文獻中，有著點燃之後，產生臭味的說法。這是動物性蛋白的特徵。菌類的菌絲也有相同的特徵。而且要在一至二天這樣短的時間內，從無到有的萌發，對於生長快速的菌類，似乎也不是什麼難事。

但是，真的有菌類長的像毛髮的嗎？有的，「髮菜」就是其中一個例子。

顧名思義，髮菜正是因為它長的像頭髮而得名。但可能鮮少人知道，髮菜其實是一種藍綠菌，又被稱為「髮狀念珠藻」。

髮菜是長得很像毛的藍綠菌，圖／by Polyhedron@wikipedia commons。

髮菜適合生長於沙漠和貧瘠的土壤，和草共生，遇雨萌發，不過生長緩慢，一年僅能夠增長 6％。髮菜在中國的主要產地是北方各省，「地生毛」經前人統計，經常發生於春夏季的中國南方。綜合以上兩點，髮菜雖然有著與毛髮相似的外形，但很顯然並非我們要找的人選。

還有可能是怎樣的菌類呢？

說到菌類這個詞，其實可以分開成差異頗大的兩類：細菌和真菌。真菌下要再細分，又可分為微孢子蟲門、壺菌門、芽枝霉門、新美鞭菌門、球囊菌門、子囊菌門、擔子菌門等七個門，以及捕蟲黴菌亞門、梳霉亞門、蟲黴菌亞門、毛黴菌亞門等四個亞門。

人類對真菌所知甚少，科學家預估真菌約有 150 萬－500 萬個物種，然而目前正式被分類的僅有 5%左右。因此要真正找出是哪種真菌造成了「地生毛」現象，近乎是不可能的任務。但還是可能利用刪去法，得出較為縮限的答案。

微孢子蟲門、壺菌門、芽枝霉門、新美鞭菌門等等幾門，若非是寄生的單細胞生物、小到肉眼難辨，不然就是不會形成足夠被稱為「毛」的菌絲，因此予以排除。

擔子菌門是真菌中最高等的一門，共有 2 萬多種，全為陸生，包括蘑菇、木耳等常見的菇類。地下的菌絲體盤根錯節，然而並不會形成類似毛髮的構造，因此也予以排除。

球囊菌門可和植物的根或蘚苔的假根形成「叢枝菌根」，協助寄主吸收無機鹽類。子囊菌門是真菌界中種類最多的一個門，其中除酵母亞門為單細胞外，其餘種類都是多細胞，如冬蟲夏草、黑黴菌、青黴菌、羊肚菌等等。這兩者以及剩下的四個亞門，是較有可能成為「地生毛」現象成因的候選人。

phycomyces nitens 或許有可能是地生毛的菌類，圖／by Neil Kelley@flickr。

有趣的是，筆者在查資料的途中，在國外論壇上看到一則針對家中地下室地板忽然長出頭髮的討論。網友告訴他，這是一種叫作phycomyces nitens 的真菌，只會生長在糞便或骯髒的地方，甚至叫它poop fungus，「糞便菌」。點開圖片一看，才發現這也太像是人或動物的毛髮了！

據說這種真菌主要生長在歐洲地區，與它同屬且外形接近的 phycomyces blakesleeanus 則生長於美洲，這個屬目前除了這兩種真菌之外，沒有其他物種。而 phycomyces，便是屬於毛黴菌亞門的真菌。

雖然如此，我們並不知道中國地區是否找得到 phycomyces nitens 或與其親緣相近的菌種，更不知道這類型真菌與地震之間的聯繫，因此並不能說是真正破解了「地生毛」現象，只能說是找到了一個模糊的方向。後續的真相究竟是如何，還要待後續學者的研究。

結語

說了這麼多，來整理一下文章的脈絡。

簡單來說，雖然原住民一開始有許多地震神話的傳說類型，但在漢人對牛的特殊情感，以及根深柢固的「地震生毛」傳說之下，讓「地牛翻身」成為了臺灣目前最主流的地震傳說。其影響力甚至回過頭影響了原本沒有該傳說的原住民族，成為其文化的一部份。

而「地生毛」的成因，可能肇因於地震後，地下水脈移動，或是地形改變等等原因，產生類似發黴，真菌在一兩天內增生的情況。至於究竟是哪種真菌形成形似毛的菌絲，由於人類對於真菌的研究不夠透徹，目前還無法給出特定答案，但可以大致縮限在球囊菌門、子囊菌門，以及餘下的四個亞門之中。而目前筆者找到，外形最像毛髮的，當非 phycomyces 這個屬之下的品種莫屬，造成「地生毛」現象的真菌，也許便是生存在亞洲較溫暖地區，隸屬於 phycomyces，尚未發現的品種也說不定。

參考資料

莊美芳，《論臺灣原住民族地震神話類型——兼論排灣族群地震神話的特殊性》。
陳忠信，《解釋與安頓——試論台灣原住民地震神話之治療義蘊》
陳忠信，《試論台灣地牛神話的形成與發展》
台灣的自然資源與生態資料庫-農林漁牧
溫宗翰，《地震的由來：你知道「地牛翻身」是臺灣本土創生的地動傳說嗎？》
Discovery｜地生白毛之謎
地上為何長「白毛」
真菌
“WTF is growing out of the floor in my basement? It looks like glossy human hair and it is freaking me out.”

楊海彥／小波

畢業於台灣大學生化科技學系，而後就讀實踐大學工業設計所，沒念完就跑出來開工作室。目前專注於把台灣文史和民俗元素轉化為故事，設計實境遊戲、桌遊和小說。
嗜讀奇幻文學，喜愛電影，比起咖啡更喜歡茶，卻養一隻以咖啡為名的貓。

新時代的到來，就像一陣狂飆的颶風，將一切連根拔起。臺灣妖怪們被迫帶著傳統的記憶，躲進人心的空隙。妖怪掙扎地生存著，等待著消亡的結局。

不知從何處開始，流傳著一個名叫「說妖」的儀式。傳說中，在儀式堅持到最後的人可以召喚出妖怪，實現願望。

臺灣妖怪桌遊《說妖》，熱烈募資中！

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文／阿樹《震識：那些你想知道的震事》副總編輯

身在地震頻繁的臺灣，相信在地震後若常關心報導，對「前震」、「主震」、「餘震」等名詞應該不陌生；這些名詞從字面上看來就簡單易懂，所以媒體報導也總是朗朗上口。但熟悉這些名詞並不代表理解這些詞的意涵的用法，雖然這件事情過往的文章如《斷層上的短暫瞬間：動與不動之處(下)》一文中也曾簡單提過。不過因為常有看到誤用的情況，還是忍不住再寫一篇說明白！

source：marcellomigliosi1956 @pixabay

地震序列中操作型定義的分類

很多時候我們習慣從「前因後果」來了解事物，不過這些名詞的使用，時間卻早於了解它的前因後果之前。舉個例來說，日本地震學之父大森房吉在提出餘震時間分布的關係式的文獻是在1864年發表[1]，但關於地震成因為斷層的彈性回跳理論的文獻，則是到了1910年才問世[2]。也就是說這些詞的發名與知道它的成因無關，而是以直接觀察的角度來作分類。

這時我們再來看定義：發生在相近時間、空間（不單是地表，地底下的深度也鄰近）上的一連串地震，可以稱為「地震序列」，而地震序列中的地震，依照發生次序可分為前震、主震和餘震，難以判別主震的地震序列稱之為群震[3]。這時我們可以思考幾個問題：

問題1：某地發生了一次規模4.5的地震，幾個小時內又發生了一個5.0的地震，接著幾分鐘後又來了一次規模4.7的地震，那誰是主震？

這個問題比較簡單一點，依照前述的定義，第一次的規模4.5為前震、規模5.0的為主震、最後一個規模4.7的為餘震。

問題2：承上，在介於規模4.5地震和5.0主震的那段時間，地震學家有可能知道規模4.5的地震是個「前震」嗎？

以目前我們對地震的了解，這還是很難做到的事，要是能知道的話，那等於是臨震尺度的地震預測了！因此我們可以發現，某個地震是屬於前震、主震還是餘震，是有可能隨時間變化的。某個地震過後發生了更大的地震，那時間上較早發生的那次地震就會變成前震，而下圖的報導截圖，便是混淆了分類定義的例子。

餘震比主震大？這一定是有什麼誤會！圖／截圖自新聞

所以這些分類很重要嗎？

先說結論：它在過去很重要，現在看起來應該還是很重要。

之所以重要的理由，在於我們在建構一門科學論點的時候，最需要的就是觀測並找尋規律。我們應該也都會同意，某個大地震的地震序列中，規模最大、釋放能量最多的那一次地震，是我們最需要關注的，因此稱之為「主震」，頗為合理，而在主震前的小地震就稱為前震、之後的地震則稱為餘震。而在地震儀問世後，隨著足夠的資料累積，我們才有辦法探求其規律。

「餘震」在這部分研究發展較為完整，因為其規律較為顯著。在此先貼心小提醒，接下來的內容涉及數學公式，如果您有看了數學式子會頭昏的症狀，可以跳過此段到最末段；那就開始囉。

早在1894年大森房吉就提出了大森法則（Omori’s law），說明餘震會有衰減的規律，而且可以用數學式表示：

大森法則（Omori’s law）。圖／作者提供。

其中N(t)是主震後的餘震數量，t是時間，K、c為常數，代表餘震是直接和時間接近反比的關係。大森房吉當時以為數不多（相較現在的地震資料非常少）的資料下，分析出餘震的規律性，著實不易，是很重要的科學進展。

大森房吉在1984年在發表期刊上提出的大森法則，可看到fig.1漂亮的個數衰減趨勢線。圖／截圖自網路

而到了1960年代前後，宇津德治又稍作修正，加了個衰減指數p，讓這個公式更能適用在更多情況（名為修正-大森法則或大森-宇津法則）。

大森法則(Omori’s law)。圖／作者提供。

同時，在1954年，建置「芮氏規模」的芮克特（Charles Francis Richter）和古騰堡（Beno Gutenberg）也對於餘震的規模提出了古騰堡-芮克特法則（Gutenberg–Richter law），提出餘震除了數量上的變化，還有規模上的變化，這個變化規律就很複雜了：

大森法則(Omori’s law)。圖／作者提供。

式子中的N是發生規模M的餘震個數、a、b是常數。簡單來說就是餘震的規模「大致」上會隨時間變小，但要細究下去，其實應該是「規模越大的餘震，發生的機會會隨著時間過去而降低」。因為餘震並不是百分之百的衰減，而是有一定的趨勢性變化，因此這個公式等同是在餘震的統計分析上加上了規模的考量。

先有了觀察，才去推敲機制的科學發展

綜合上述的地震研究，加上我們對斷層行為了解的演進[3]，現在我們已經了解，餘震是大地震後斷層上的應力重整的行為（不一定完全在斷層面上，也可能在鄰近區域）。所以實際上我們要判斷某個地震是否為前一個大地震的餘震，除了考量空間上是否有相關、是不是同個斷層的作用之外，還有上述的古騰堡-芮克特法則與修正-大森法則等作為科學上的依據。

接著我們繼續看下個問題。

問題3：再承前面提到的第2題，如果又過了3年，同個地方又發生了一次規模4.5的地震，又該如何分類這個地震？是5.0主震的餘震？還是下一次發生主震的地方？

要回答這問題，得要先了解現今對餘震產生機制的看法：

一般來說，如果當地震後的個數已恢復到接近大地震發生前的背景值(註)，這時大概也可以算是一個地震序列已結束，但規模非常大的地震，就較難定義。像是規模9.0的311東日本大地震的五年後，仍有規模達7.4的餘震。聽起來或許會覺得「怎麼可能這麼久還有影響？」但試想一下前面提到的古騰堡-芮克特法則，其實就告訴我們餘震的規模並不一定是越來越小，而大地震後對鄰近地區岩層受力情況的影響也甚大，斷層的應力重整過程釋放的能量也相對較大，就像是不同劇烈程度的運動後乳酸堆積的程度也不同、恢復時間也可能隨著運動越劇烈而延長的概念。

所以，看似粗略的前震、主震、餘震分類，卻在漫長的科學研究中發現了不簡單的地方，至少在餘震的行為上，我們已有長足的認識。不過直至現在，這些地震的觀察與分析仍還尚未足夠，理想上，我們希望能從同一個斷層、不同次的大地震序列的地震資料統計尋找規律，便能藉此來預測下一次地震。但實際上許多大地震之前是沒有明顯前震的，這讓科學家很難找到前震的規律性，加上斷層滑動的行為經常也不單純，能量的釋放不一定完全反映在地震之上（如之前提過的「潛移斷層」），這樣一來斷層累積能量的程度便不易從地震活動評估。尋找地震前兆的方法或是觸發地震的成因，或許其實還在前震的資料中只是尚發掘，又或者還有更多的資料等待我們去收集，這也正是現代地震學家們的重要課題之一！

參考資料與延伸閱讀：

[1] Omori, F. (1894). On the aftershocks of earthquakes. Journal of the College of Science, Imperial University of Tokyo. 7: 111–200.
[2] Reid, H.F.(1910), The Mechanics of the Earthquake, The California Earthquake of April 18, 1906, Report of the State Investigation Commission, Vol.2, Carnegie Institution of Washington, Washington, D.C.
[3] 斷層上的短暫瞬間：動與不動之處(下)
[4] 斷層「動靜之間」的學問—關於「潛移斷層」

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《為什麼一下是主震，一下又變前震了呢？》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。

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文／阿樹 │《震識：那些你想知道的震事》副總編輯

康熙臺灣輿圖。（局部）　圖／國立臺灣博物館

歷史地震既然是歷史，那麼應該是歷史學家的事啊，為什麼地震學者要關心這個？

科學家的出發點還是科學，人們一直到 19 世紀末才發明地震儀，而 1935 年才開始使用地震規模來量化地震。就算是拿稍早地震波形來回推地震規模，也才不過一百多年的資料，若是能藉由歷史找到更多的地震，也算是能充實了一點地震分析的資料庫吧？

缺乏詳盡的時空紀錄：歷史地震研究的難處

但是，代誌絕對沒有前面講的如此輕鬆，在研究歷史地震的時候，光是推估地震的震央就相當不易，因為當時並沒有震央的概念，歷史記錄中的地震只會描述大略的地點和描述受災的區域與情況，甚至連時間都不會太精準。不過這也不太令人意外，畢竟當時鐘錶尚未普及，加上有些資料並非官方，記載上有偏差、疏漏也在所難免，有時也需要綜合很多資料進行修正。

譬如 1862 年的臺南地震，多數資料的日期雖然同為同治元年，但有些資料僅記載夏五月、有的寫五月初九，不過大多數則為十一日，故現今認為是五月十一日，而在早期徐弘（1983）的研究中提出的時刻為「戍刻」（19-21 時），不過蔡義本（1986）則更正為亥刻（21-23時）（黃清淵的《茅港尾記略》也是記載亥刻），但即使如此，也不能如現在知道是幾點幾分。

除此之外，由於文字記載是較為主觀的紀錄，而且還會因當時的政治、經濟情勢所影響，這些因素都得需要考量進去，所以，用科學解讀歷史地震時，有幾個重要的觀念：

盡可能的收集各種資料，才有可能更知道全貌。
結果可能會因為資料量的增加而有所不同。
有人居住的地方，才會有災害紀錄，不能因為紀錄少就推估其規模小。
歷史資料還是可能有缺失遺漏之處。
解讀資料的過程還是有可能還是會有些爭議，需要更多論證等等。

至於這些可用的歷史資料，大概會有以下幾個種類或來源：

第一手的實體文獻，可能收藏在某些機構或個（包括國內外）。
第二手的資訊，可能是有學者研究的、也可能是早期有人訪問耆老整理的，如日治時期的某些資料也彙整了過去清領時期的地震。
廟誌石碑，如果廟宇有毀壞重建，通常都會有些資訊。

許多廟碑、廟誌是重要的地震史料來源。鹿港龍山寺廟誌就曾紀載一場清乾隆 57 年（1792）的大地震。因為這場地震，讓甫遷建完成的龍山寺又得重修。　圖／Fcuk1203 [CC BY-SA 3.0] via Wikipedia

初步研究：從歷史資訊推估災情並估算震度

歷史地震資料中，最重要的科學用途就是幫助我們推估震度，雖然古代沒有強震儀，但震度除了科學資料外，還會附帶一個情境描述，如果將當時所載的資訊，套用到地震分級的情境描述中，我們就能知道大略的震度分布。當然，因為建築型式的差異，也需依不同的年代、建築方式來調整評估震度值，而如果描述地震情況的客觀資料越明確，就能有更好的震度分布，反之則就越加困難。譬如「地大震」這類的描述，我們只能知道可能至少有四級，但到底是四級、五級還是六級就不能百分百確定；而樓房倒塌的數量、搖晃大略的時間、是否一直持續有餘震等等，都是比較明確的資訊。
甚至在 1862 年臺南地震的資料還有土壤液化的資訊，如下圖所示：

八里溪灣告示（石碑，位於今台南歸仁區）：同治元年五月間地震，該園地高者崩裂，低者湧出瘠鹵黑
沙，崩陷不堪耕種，無力墾複。　圖／臺灣地區歷史地震文獻資料庫

所以這些歷史地震紀綠實際上能提供的科學資料雖有限，但有時還是有很大的助益！

進階研究：推估震央與規模

當資料量夠充足時，除了能畫出較精確的等震度圖，還能推估出震央，而多數的情況會將震央定在震度區最大的地方，但震央的位置就會隨著更多資料的補足而換位置。像 1845 年台中地震更新後的震央地點與之前的判定一下子就差別了幾十公里，因為這個地震在早期研究中較被忽略，一開始的受災資料多集中於彰化，自然會認為震央在彰化。而後來學者找多更多在台中的災情，進而將震央位置一口氣修正到台中，當然後續的分析也就差很多了，等等我們會繼續以這個地震來談研究方式。

1845 年台中地震，依資料量不同而使震央位置產生變化。
圖／作者截自塵封的裂痕 – 歷史地震第六講：1845 年台中地震 1848 年彰化地震投影片

利用震度的分布除了可以推估震央，也可大致評估規模的規模的範圍，但是單只有這樣的評估是會有些誤差的，那是因為我們不知道斷層的位置、錯動方式，而震源的深度只能粗略的推估，譬如是超過 100 公里，抑或是少於 30 公里的範圍。這時如果我們可以利用震央鄰近的斷層研究成果作為模擬的基準，我們就能進一步縮小這些參數的誤差範圍。

利用歷史資料得到等震度圖的分布，圖中綠色線段由左至右分別為彰化斷層、車籠埔斷層與雙冬斷層。黃色為推估震央，紅色為研究模擬部分車籠埔斷層錯動的區段。
圖／作者重繪自塵封的裂痕 – 歷史地震第六講：1845 年台中地震 1848 年彰化地震

在 1845 年台中地震的例子，因為推估的震央最近的斷層為車籠埔斷層，而等震度圖又呈南北向延伸，又大致以車籠埔斷層為中心線分布，因此鄭世楠教授在研究時便以部分車籠埔斷層錯動發生地震的情境來進行模擬，並藉此得到等震度圖，因為像地震規模、斷層位態、震央位置、震源深度等資訊都有某程度的假設，因此算出來的等震度圖和利用歷史分析的資料一定也會有些誤差。以此地震為例，可以發現斷層西側的模擬與歷史資料結果相近，但東側則相差甚遠，但實際上科學上所能做的就是盡可能找尋合理的數值模擬、並找尋最適當的結果。

紅色星號為研究模擬時推估的震央，紅色線段為模擬部分車籠埔斷層錯動的區段，紫色等震度線由內而外分別代表震度 7 級、6 級、5 級的等震度區範圍。
圖／作者重繪自塵封的裂痕 – 歷史地震第六講：1845 年台中地震 1848 年彰化地震

到底要怎麼找到對應的斷層？

接著來看 1848 年的彰化地震，和 1845 年台中地震類似，它的資料也不算多，不過或許是地震較大、災情較為嚴重，細究後發現資料稍多一些，比較特別的還有詩詞創作（如林占梅的地震歌），因此仍可簡單的做出等震度分布圖。

不過，這回的震度分布情況比較特殊，雖然最大震度區亦大致呈南北走向，但在南段卻往東方延伸，因此斷層的對應可能性就包括了彰化斷層和大甲斷層，而在考量上就有三個可能性：只有大甲斷層錯動、只有彰化斷層動或是大甲斷層和彰化斷層同時錯動。不過三者中模擬結果對應的較好的只有兩斷層同時連動的狀況，但這同時也意味著斷層帶的錯動範圍會更大（兩斷層長度加起來達 66 公里）、產生的地震規模也就更大了（超過 7.0）。

歷史地震研究幫助再現地震周期，「趨吉避凶」

在看完這些地震的分析，可以發現好像有許多無法對應的很好的情況，也有或多或少的誤差存在，既然不確定的事很多，那我們要怎麼看待這樣的研究結果？

百分之百重現當年的情境大概是不可能了，因為我們沒有精準的量測數據，但透過嘗試評估當時各地的震度並求得大略的地震規模，並連結到現今對斷層的研究與認識，有助於我們了解這種主要活動斷層或構造的地震再現週期統計，進而調整我們對未來地震潛勢、地震動機率的評估，就算有誤差，在理解誤差或假設的前提下合理的運用資料，歷史資料仍有一定的科學價值！所以「以史為鏡」，不僅僅是可以知興替，還能知災厄，助你我趨吉避凶。

參考資料：

臺灣地區歷史地震文獻資料庫
塵封的裂痕 – 歷史地震第六講：1845 年台中地震 1848 年彰化地震
蔣正興，從廟宇史料回顧 1848 年彰化地震，國立自然科學博物館館訊 328 期
鄭世楠、江嘉豪、陳燕玲，台灣地區歷史地震資料的建置，中央氣象局

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《歷史地震為科學研究捎來的訊息》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。

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文／阿樹 │《震識：那些你想知道的震事》副總編輯

地震總來的突然，其實自古就有當災情嚴重時人們捐款救助的各種例子，來源有官方的補助、也有來自民間的善款。在臺灣過去的歷史震災中，這些賑災、重建、捐助、受助等情形是怎麼樣呢？有沒有發生過很扯的事？阿樹從幾個歷史地震的例子，讓大家看看過去的做法，也順便思考一下現在有沒有更好的方式。

圖／nattanan23 @Pixabay

清領時期的做法（以 1848 年彰化地震為例）

清領時期臺灣發生大地震後的撫恤金和重建經費來源，可以分成下列幾項：

朝廷專款賑恤：就是直接由中央政府從國庫提撥經費，簡單來說就是國家出錢。
臺灣府庫儲備金：地方政府（臺灣）先出錢，再向中央政府（清廷）報備申請經費。
官紳捐款：當地的官員、有錢的知識分子士紳捐款。
民間捐款：就是向一般縣民大眾勸募，未受災的人發揮人飢己飢、人溺己溺的精神（就像今日我們遇到大地震時會去捐款或物資一般）。

1848 年的彰化地震，最主要的撫恤金經費來源就是來自「官紳捐給」，少部分為各縣自己勸募。

為什麼會有大量的官紳捐款呢？因為這樣可以「買官」。清代的買官的情況十分嚴重，只是官方說法不是用「買」的，而是用「捐」的，而要捐也不是隨隨便便就能捐，當政府有事需要用錢時才能提供，「海疆捐輸章程」便是這項災害後捐官的法源依據，可謂是「依法行政」。捐得越多，就能得到更好的官職品銜，因此震災、風災、民變等需要經費的事件發生時，便是一個很好的機會，你看，這樣助人又助己啊，豈不是好棒棒！（咦這其中一定有什麼誤會）

1848年彰化地震後，官紳捐給和其用途的上奏文書。

不過，值得一提的是，除了屋倒、壓斃者之外，這些經費有一定的比例是用在「極貧」者的身上，也就是低收入戶可以得到多一些補助（富人有錢，應當能自食其力），說起來雖然士紳花錢買官的行為不妥，但至少這筆官紳所捐的金錢還是用在救災上，而且規定上也有排富條款，似乎也還算正當（但難免捐輸的官紳也有些貪官汙吏，但這些從資料上看不出來，就暫不討論了）。

這些補助有些是以銀兩文錢，有些則是用洋圓計算，而像彰化對極貧戶則是提供「米糧」的方式，這些由鄭世楠老師的演講中整理如下表：

表來源：塵封的裂痕：1845 年台中地震與1848年彰化地震(投影片)

不過或許也因為接受撫恤金多數以屋毀、傷亡和貧戶為主，是否有將捐款和經費用於振興災後經濟的用途，就不得而知了。不過阿樹個人推論既然有類似排富的條款，可能有錢的商號等未必能得到補助。

日治時期的做法（以 1903 梅山地震、1935 新竹─台中地震）

阿樹手邊的日治時期的史料相對多一些，因此可以多看到一些端倪，簡單來說這個時期災民的撫恤的主要來源多了一些：

來自日本政府的資金（天皇、滿州國）
地方政府的災害救助基金
第二預備金災害費（1906 梅山地震比預期的災害救助基金多太多了，所以臨時多了這項）
臺灣島上的民間捐款
臺灣島上的民間捐款
國際捐款（當時不管是清代或是中國對臺灣都算是「國外」）

1906 年梅山地震款項運用如下，這部分應該是上述 1~3 項來自官方的補助：

表來源：塵封的裂痕：1906 年梅山地震（投影片）

至於 4~6 項的民間捐款，捐助最多的還是來自臺灣自己，當時臺灣日日新報的強力勸募下，共募得 52,600 餘圓，而來自日本也約有 35,900 餘圓，加上國外的數千捐款，已經超出前一張表的罹災救助費支出，而這點亦讓當時的日本總督府感到意外（可見民間捐助的力道在那時就很大了）。

在產業和教育方面，梅山地震的災後處置也看得出一些政策上的端倪。譬如糖業本來是臺灣本土產業，但卻因為震災和日資的介入而使產業整個被替換；而教育上也因當局較重視殖民地的日語教育，因此對於中文教育的書院和日語教育的學校態度不同，如新港的登雲書院也隨著地震而消失了。反而來自日本的教育系統，就有受到捐款的幫助，在 1906 年和 1935 年所有的震災捐款中，有「指定用途」的部分，教育類別算是大宗，可見當初的政府對此是十分重視的。

上圖來源：塵封的裂痕：1906年梅山地震（投影片）

然而我們現在看到嘉義市方正的道路設計，也是拜地震災後的市區改正計畫所賜；這種「將整個城市規畫砍掉重練」的情況，在 1923 年關東地震、1935 年新竹─台中地震的災後重建都可以見到。

但這樣對當地人來說，無論是生活起居還是情感寄託皆有重大影響，畢竟沒受災的老房子也是要拆掉、地籍也會重新設計。阿樹認為這或許是當時在帝國主義盛行下才有辦法實行的做法，即使會對原來的居民造成諸多不便，但因為之後的街道市容方正、災害管理方便，還是藉由公權利強制執行（這做法在現在根本行不通啊）。

至於 1935 年地震，阿樹從昭和十年臺灣震災誌（原為昭和十年新竹州震災誌）上面找到了一些資訊可以供大家參考，首先是所有捐款、政府賑災和使用的大略款項用途：

資料來源：昭和十年臺灣震災誌（點圖放大）

可能是因為 1923 年關東地震時臺灣也捐輸不少給日本，加上當時為殖民地的關係，因此最大宗的捐款反而來自日本本土，而這些款項再加上恩賜金、救助基金大多都用在救助災民上，不過還是有一小部分用來輔助災民就業。

有趣的是，看似占救災款項比例最少的恩賜金，卻得到了官方最大的宣傳，在災震誌上也有寫到，要領這筆錢，還得要「謝天皇恩典」，裡面不乏有許多謝恩的作文比賽文。在這篇臺史博館研究員所撰述的文章中也提到，這筆錢還要拿來買日本國旗之類的，這在現在也是看起來令人不可思議的事。

但話說回來，似乎現今也是有些人捐款時還會有媒體大肆報導，也是類似的概念。而加加減減下來，竟然還有將近 50 萬圓（原來的救災加捐款經費近 200 萬圓），除了有部分用來救助 7 月份餘震的災害（約 8 萬圓），而剩下的經費似乎就留在災後復興委員會來處理了。

至於產業方面的救助，震災誌上並沒有說到有利用這些捐助款項來復興產業，反而是以政府的經費補助約占一半，而另一半則是提供業者以低利貸款或國庫補助利息的方式借貸。震災誌上說明產業重建補助約需 74 萬多，其分配如下：

資料來源：昭和十年臺灣震災誌

雖然重建補助金額也不少，但震災誌中也提到，重建復興最重要的是「自力更生運動」，意思就是災民不能因為受災而消沉，需要振作來幫助復興建設。講起來似是合理，但其政策還是看得到日本力行皇民化運動的痕跡，阿樹看了覺得甚是有趣。但即使這樣的復興運動並不單純，卻還是有許多令人值得學習之處，譬如市區改正計畫的落實、防救災體系的設置（有許多做法也是借鏡過往日本震災的處理方式），讓災後的社會民生能更快趨於穩定。

結語：過去和現在的相似與相異

或許我們會發現這些歷史有些荒誕之處，譬如官紳捐錢得官、人民得感謝天皇浩恩等情事，但卻可能讓我們反思一些事情。比如：「有沒有因震災而得利的人呢？」或許這種利益並不是實質金額，而是像知名度、好感度等等，又或者是「捐款要怎麼運用？」「重建經費從哪來？」有些的問題不單單是數學或科學問題，涵蓋了政治、經濟、社會等面向。

此時就不一定會只有一個答案，甚至還會產生爭議；而我們在此也只是想提供一些過去不同歷史、政經脈絡下的做法，讓大家可以有更多思考空間，說不定會比直接看待當下的情況還來得客觀。

圖為1966年河北地震。source：Wikimedia

話又說回來，有沒有人試想過，如果重大天然災害發生時，政府準備的救災與預備金難以面面俱到的因應受災和重建事宜，我們是否可以做好相關調整、在下次災前先盡可能做好因應措施呢？譬如參考過往的經驗，制定適合的法源以發揮款項用途，又或者是在長期都市計畫上多下點工夫、在地震或是各種天災保險上有更多的考量？這雖然不是震識能幫忙回答的問題，但卻是對大家都重要的震事，讓我們一同關心！

本文轉載自《震識：那些你想知道的震事》。原標題為〈歷史上的地震捐款從哪來？又到哪去？過去又曾有什麼關於捐款和使用的荒謬之事呢？〉。

參考資料：

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用 GPS 觀測地殼變形

因斷層活動而無時無刻都在變化的地殼狀態，與地震、海嘯、山崩等現象的發生息息相關，因此「地殼變形」便成為了地震學家無法忽視的觀察標的，換句話說，地殼變動就像是地球在表露情緒一樣，不注意它可是會出大事的。那麼「地球的情緒測量師」又是在做哪些事？肩負了哪些任務呢？讓我們一起來看看吧！

地球情緒量測師──許雅儒

中研院地球科學所許雅儒研究員主要的研究項目，是利用全球衛星定位觀測系統（GPS）、地震及井下應變儀觀測資料，綜合分析陸地及隱沒帶斷層在地震周期中不同時段之地表變形。簡言之，她是一位「地球情緒量測師」。

中研院地球科學所的許雅儒研究員。攝影／張語辰

談起踏入這一行的由來，許雅儒表示從碩士畢業後，起初其實沒有繼續進修打算；但在中研院地球科學所擔任研究助理期間，恰巧碰上了台灣地震史上的重大事件： 921 地震。親眼目睹了斷垣殘壁和慘重傷亡，許雅儒決定步上探索地球科學之路，深入探討那些災害背後的真正成因。於是，接下來的故事我們都知道了：她成為了地科研究員，成為了能看懂地球情緒起落的人。

今天地球心情如何？觀察「地殼變形」就知道

位於臺灣汐止的 GPS 固定觀測站。半圓形遮罩是為了避免蟲鳥、外力等因素造成天線損毀。　圖片來源／許雅儒提供

發生地震時，避難是當務之急，但地科所的研究員們最先想到的卻是：

全臺超過 400 個 GPS 固定觀測會往哪個方向位移？

GPS 觀測是經由衞星量測地表測站的座標位置，並加入時間變化數據計算位移速度，藉以推測地底斷層的活動情形。也因為它由衛星量測的特性，GPS 固定觀測站的設立位置需具備良好透空度（仰角 10° 以上無遮蔽物）、地質穩定、遠離電磁波干擾源等，臺灣目前設置有 400 多座GPS 固定觀測站，大抵沿著主要斷層帶擺放，與斷層垂直及平行方向皆有設置測站。

日常 GPS 導航的量測精度頂多是「公尺」，而 GPS 觀測地殼變形卻精準至「毫米」。

地球的板塊移動十分緩慢，一年僅移動幾毫米至幾十毫米，必須透過長時間的連續觀測以換取精度。研究員收集的資料，藉由觀測測站的位置隨時間之變化，取得測站的位移速度，反推出地下斷層的滑動情形（如下圖）。

分析全臺各地 GPS 測站的座標變化，得出 2003-2010 年間臺灣地區的地殼變動。　圖片來源／臺灣地震科學中心

以地殼變形最顯著的「地震」為例，平常測站會呈現長期、穩定的線性運動；而一旦發生地震時，時間序列上就會出現不連續的狀態（如下圖）。藉由計算地震震央附近測站的「位移量」，便可得知地殼何處出現變形，並推測斷層如何活動、滑移。

GPS 測站的座標時間序列。縱軸的 U 為垂直分量、 N 為南北分量、 E 為東西分量。線條錯開處為地震造成的不連續。　資料來源／許雅儒提供

臺灣位處隱沒帶、地震頻繁，地球的「情緒」時常在地表數十秒震動、板塊幾公分的移動間展露無遺。所以，地震正是觀測「地殼變形」的重要時機啊！研究員們當然第一個先想到的是「觀測」！

斷層滑移 ≠ 地震

講解「斷層滑移」之前，許雅儒表示我們應先建立一個觀念，才能正確的看到斷層活動的全貌：

了解斷層活動不能只看當下，因為斷層滑移歷史很長，可能長達數萬年。斷層活動是能量累積的結果。

我們對於「斷層滑移」的認知通常只想到地震；但其實斷層隨時都在累積、釋放能量，而其中伴隨地震的斷層滑移稱為「同震滑移」。

隨著板塊運動，地殼會不斷變形，而「地殼變形」分為兩種：「脆性」變形與「塑性」變形。上部地殼一般為脆性變形；下部地殼則因為有地球內部的溫壓，所以是塑性變形。上下部地殼也因為各自的變形特性，有不一樣的能量承接方式：上部地殼可以積聚能量，並承受下部地殼的推擠，當上部地殼承受不住便引發地震。舉例來說，若下層每年推進 5 公分，假設 100 年後地震能量才一次釋放，便會產生位移 5 公尺的地震。另一方面，下部地殼因為其質地宛如年糕，通常不會造成大地震。

知道地殼形變的種類與對能量的因應方式後，許雅儒說，接下來要注意的就是斷層滑移的「歷程」了。斷層滑移有三個階段──間震期、孕震期與震後期，如下圖：

同震滑移、震後滑移、間震期滑移，可描述斷層累積及釋放能量的歷程。　資料來源／Scholz, 1998

而這三個階段滑移事件如下：

間震期滑移：上部地殼沒有大地震發生，主要能量由深處斷層緩慢釋放的斷層滑移。

同震滑移：伴隨地震的斷層滑移稱為「同震滑移」。

震後滑移：若在同震滑移後，地殼能量未釋放完全，而於地震時產生破裂的周遭發生斷層潛移、慢慢釋放能量，稱為「震後滑移」。許雅儒說，通常潛移是一種緩慢釋放能量的方式，時間可能長達一、二年以上。不過震後滑移還是有可能引發較大餘震。

為了更了解地震滑移的特性，許雅儒近期也進行了「山崩」的研究。她說，研究斷層難度較高，因為斷層所在的位置很深層，訊號傳到地表已經很微弱了，反之，滑動特性和斷層活動有部分類似的山崩事件，卻因山坡滑動面淺，在地表就可以接收足夠的訊號以了解滑動行為隨時空如何演變，因此，研究山崩也許就能推測地震孕震的過程。

（編按：關於山崩的相關研究成果，讓許雅儒獲得 2017 年臺灣傑出女科學家「新秀獎」。）

陸地之外，藏在海底的地球脾氣

除了陸地觀測，隱沒帶海底斷層活動也是不容忽視的一環。

海底監測同樣透過 GPS 定位系統，不過因為衛星訊號無法穿透海水，所以必須同時使用聲波定位。觀測時，陸地的 GPS 站會先跟船的位置做一般 GPS 相對定位，船的位置再跟海床聲波回應器做聲波定位，由此得知海床聲波回應器相對陸地 GPS 站的位置及位移速度。

海床聲波回應器，將之放入海中。　圖片來源／許雅儒提供

許雅儒說，近年的研究成果顯示，隱沒帶的地震規模相當驚人，如較為人所知的 2004 年蘇門答臘地震與 2011 年日本 311 大地震。許雅儒在蘇門答臘隱沒帶的研究成果（註一），首次收集到了近海溝的 GPS 觀測資料，並且驗證了隱沒帶淺層有「速度強化」此一摩擦性質；亦即隨著斷層的滑動速度增加，其摩擦強度也隨之增加，並有顯著的「震後滑移」。

此外，臺灣的鄰近海域還有許多大型的隱沒帶海溝值得進行觀測，包括琉球海溝（長約 2200 公里）與馬尼拉海溝（長約 1100 公里）。她說，雖然自 16 世紀至今馬尼拉海溝未曾記錄到大規模的地震，但因為無法排除未來發生的可能，仍需持續監測；如同在 2004 年發生大地震之前，蘇門答臘也沒有相關紀錄，地震發生後斷層破裂卻超過 1000 公里。

臺灣位處歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊交界處，有可能發生隱沒帶大地震。周遭海域有二大主要海溝：琉球海溝、馬尼拉海溝。　圖片來源／許雅儒提供　圖說重製／張語辰

海床監測面對的障礙較多，相較於陸地監測可以隨時驅車前往測站；海床監測受限於臺灣研究船少，有時只能租用漁船出海。海床監測工作不僅要搶船期，還得避開海象洶湧的冬天與颱風季；這項工作一年出海二次，一次一星期，期間研究人員需要 24 小時輪班。而且海床監測的定位誤差比陸地監測大，所以監測海床更需要長時間的觀察，平均需要五、六年才能累積出研究成果。

海洋研究船、漁船的海床監測工作景象。　圖片來源／許雅儒提供

GPS 測站守護者的野外挑戰

各地的 GPS 測站肩負感測地球一舉一動的任務，而研究者的野外工作就是守護這些測站。許雅儒表示，海床聲波回應器可能會被海底泥流掩埋而失聯、難以回收，除非派機器手臂下潛維護。而陸地上的觀測站則容易遭雷擊損毀，在非常嚴重的情況下，一年會有三座測站遭損毀。

許雅儒的野外研究，始於中央大學應用地質研究所時期於南橫測站的工作經驗。她說，觀測站大多位於人煙稀少的地區，分為固定站和野外站。固定站每天都會回傳資料，野外站則靠研究者平均每年一到二次野外工作收集資料。觀測工作的主要內容乍看單純，不外乎設置腳架、量測、紀錄等，但在野外進行研究就是一場場的冒險，許多時候得學會砍草、劈樹、挖地等技能，才能找到測站點完成工作。

許雅儒與團隊前往宜蘭太平山野外觀測站，進行研究工作。　圖片來源／許雅儒提供

野外工作充滿各種出乎意外的時刻。許雅儒分享，有次劈草開路，不小心與草堆中的墳墓照片四目相交，瞬間背脊發涼。也曾發生野外測站所在處山路險峻，車子踩滿油門居然還是因為太陡峭往後滑。更甚者還包括，設置好的測站因學校整地而被掩埋，必須親自拿鏟翻掘。野外活動也免不了與蟲蟻過上幾招，許雅儒曾於菲律賓野外研究，但因站點偏遠，僅有零星住家燈火，因此必須架燈擺站；殊不知燈一架，蟲黑壓壓地鋪天蓋地趨光而來，一張口吸進不少隻，還外帶了幾隻回旅店。

許雅儒強調，觀測地殼變形對其實對預警災害有著實質貢獻。例如監測一路延伸至菲律賓的馬尼拉海溝的狀況，可以告訴我們這條海溝是否可能發生地震、從而引發海嘯；這項資訊對整個南海，包括印尼、馬來西亞、越南等東南亞國家都至關重要。而若馬尼拉海溝附近的斷層發生地震引發海嘯，因臺灣西部海岸海底深度較淺，海嘯放大後也機會對臺灣造成嚴重災情。

預測地震很難，但有正確防災概念就可以減少地震損害

地震與海嘯的破壞力固然讓人恐懼，但並不若諸多影視文本可怖。

電影都太誇張了，每次看都覺得導演很有想像力。

許雅儒笑著說，民眾對地震了解不夠深入，而地震電影也時常「誇大」地震形象；例如地表嚴重破裂會讓人直墜地心，根本是無稽之談。她轉而正色且科學地解釋：地殼的確會破裂，但隨著深度增加，岩壓就越大。所以不管地震時地殼發生了張裂或聚合，深度增加時岩壓也會變大，因此最終深處裂面都會閉合。人們對地震缺乏透徹了解，因而帶來了諸多錯誤的災難想像。

至於地震觀測研究是否能達成「預測」、減少傷害？她坦言：

地震預測難度很高，因為地震孕震週期長，目前對地震觀測頂多百年以內，但是地震周期可能長達千年，從小窗口看出去，難以窺其全貌。

許雅儒說，各種預測方法不同，目前可感測的程度也不同。目前科學面推測可能可從地球化學、地震活動度、電離層、地球磁場等方法著手，不過要達到有效預測，需要長期研究排除其它非地震因素可能造成的擾動，最終才可能達成目的。最常被謠傳的生物表現其實也還需要嚴謹的測試，才能知道引發鳥鳴、馬陸大規模逃出地面的唯一原因是不是地震。

「就像這棟樓不久前才測得傾斜 2 公分啊」許雅儒手指天花板表示，中研院地球所頂樓就有一個 GPS 測站，後方新建大樓挖地基，在尚未建造連續壁時，頂樓的測站資料顯示地球所向南傾斜 2 公分。她說，若不曉得測站附近正在施工興建大樓，可能會誤判為其它因素。

預測難度高，主要由於斷層訊號傳到地表都很微弱，必須排除很多不相關的因素，因此要判斷地震前兆還有一段艱辛的路要走。

然而，面對地震的風險，具備防災觀念可能比追求預測地震更加更重要。許雅儒說，預測或改善現有的預警系統都還在努力中，但要真正減少地震的損害，其實不如從小教育地震防災的正確觀念；如此災害來臨時，才能將傷害減至最低。舉例來說，在地震如此頻繁的地區，臺灣仍然並非家家戶戶都備有最簡單的地震包。

不只是紙上談兵的「地球情緒測量師」

「地球情緒量測師」的研究並不是只限於「紙上談兵」的基礎研究，更深具社會責任、對防災做出貢獻。運用現今的科學技術，善用 GPS 和其她方法覺察地球的情緒起伏，雖仍不足以全面「預測」地震的發生，卻已能掌握地殼如何變形及斷層活動的情形。她也將量測方法、研究方法應用至了解滑坡、降雨及地下水位之關聯（註二），藉以瞭解大規模崩塌潛勢區域之滑坡活動，供防災與避難疏散之用等等。

在訪談最末，因為想到正身處傾斜的中研院地球所之中，我的眼神似乎透露出「傾斜 2 公分頗嚴重」的訊息，許雅儒連忙笑說：「還好啦，已經建造連續壁，不會再傾斜了」。對這件事的輕描淡寫不是忽視，而是許雅儒長期觀測地殼變形培養而來的淡定；「地球情緒量測師」慣於感測隨時隨地都在變動的地球情緒，靠的是正是準確定位、細心觀察、再下結論的紮實研究功夫。

延伸閱讀

許雅儒的個人網頁
【演講影片】隱沒帶大地震與海嘯，講者：許雅儒
《科學月刊》在熱誠之中追尋人生理想－許雅儒專訪
2017 年臺灣傑出女科學家獎－「新秀獎」得主許雅儒簡介
（註一） Hsu, Y. J.*, M. Simons, J.-P. Avouac, J. Galetzka, K. Sieh, M, Chlieh, D. Natawidjaja, L. Prawirodirdjo and Y. Bock (2006), Frictional afterslip following the Mw 8.7, 2005 Nias-Simeulue earthquake, Sumatra, Science, 312, 1921-1926.
（註一） Briggs, R. W., K. Sieh, A. J., Meltzner, D. Natawidjaja, J. Galetzka, B. Suwargadi , Y. J. Hsu, M. Simons, N. Hananto, I. Suprihanto, D. Prayudi, J.-P. Avouac, L. Prawirodirdjo, and Y. Bock (2006), Deformation and slip along the Sunda megathrust in the great 2005 Nias-Simeulue earthquake, Science, 311, 1897-1901.
（註二） Hsu, Y. J.*, Y. S. Chang, C. C. Liu, H. M. Lee, A. T. Linde, S. I. Sacks, G. Kitagawa, and Y. G. Chen (2015), Revisiting borehole strain, typhoons, and slow earthquakes using quantitative estimates of precipitation induced strain changes, J. Geophys. Res., 120.
（註二） Hsu, Y. J.*, R. F. Chen, C. W., Lin, H. Y. Chen, and S. B. Yu (2014), Seasonal, long-term, and short-term deformation in the Central Range of Taiwan induced by landslides, Geology, 42, 991-994.
Chen, Horng-Yue, Ryoya Ikuta, Cheng-Horng Lin, Ya-Ju Hsu, Takeru Kohmi, Chau-Chang Wang, Shui-Beih Yu, Yoko Tu, Toshiaki Tsujii, Masataka Ando (2018), Back-Arc Opening in the Western End of the Okinawa Trough Revealed From GNSS/Acoustic Measurements, Geophysical Research Letters, 45(1), 137-145.
Wu, W. N., Y. T. Yen, Y. J. Hsu, and W. M. Wu (2017), Spatial variation of seismogenic depths of crustal earthquakes in the Taiwan region: implications for seismic hazard assessment. Tectonophysics, 708, 81-95.
Hsu, Y. J.*, S. B. Yu, J. Loveless, T. Bacolcol, R. Solidum, A. Luis Jr, A. Pelicano, and J. Woessner. (2016), Interseismic deformation and moment deficit along the Manila subduction zone and the Philippine fault system, J. Geophys. Res., 121, 7639–7665.

本著作由研之有物製作，原文為《地球情緒量測師許雅儒》以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位

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文／張建興｜前中央氣象局地震測報中心簡任技正

關於地震儀的歷史與科學

中央氣象局地震測報中心外的震波類比紀錄器，潘昌志攝影。

「解析地震波」所帶動的地震學發展

註解

根據文獻記載，張衡的「候風地動儀」嚴格來說僅是「測震儀」，因為其不具紀錄效果。
米契爾（John Michell）在 18 世紀中就提出地震是彈性波的想法，而到 1820 年代帕松（Simeon Poisson）和柯西（Augustin-Louis Cauchy）以數學的方式推導出彈性波的方程式，這些研究都遠早於機械式地震儀問世（1890 年之後，也驗證了彈性波的理論）。
天然地震若以斷層錯動型態發生時，會依錯動方向而形成不同形式（壓縮或伸張）的波動，其空間上相對應的關係如下圖所示。
震源（focus, F）發生錯動瞬間造成波動的質點運動示意。圖取自維基百科 Focal mechanism 條目，圖片作者與來源：Mikenorton-Own work, CC BY-SA 3.0。
前述內容如震源破裂幾何、衰減效應、場址反應等研究題材，皆為來自地震資料的解析結果，這些均屬地震科學的「基礎研究」範疇。
在 1999 年之前，臺灣因過去國內的數次震災與其它國家的借鏡下（如 1995 日本阪神地震），已開始啟動多項與防災作為有關的科學研究。雖然地震災情嚴重，但許多觀測和研究也藉由九二一地震有更長足的發展，如當時剛起步的強震警報與強震儀的設置等等(詳見本站「臺灣發展地震預警的過往雲煙」一文)。

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《地震觀測紀實：一個地震觀測工作者的故事》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。

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