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【學人投稿】我們與地震預報的距離

我們與地震預報的距離

 

作者:陳宏嘉(千葉大學地球科學系 博士後研究)

 

      地震是所有自然災害中對人類傷害最嚴重的。根據聯合國減災策略組織的報告指出,1998年至2017年,地震所導致的人員死傷占所有災害的56%,而經濟損失則占23%。另外還有火山地震可能造成火山爆發,海底地震甚至可能會引發海嘯,造成如2004年的南亞以及2011年的日本東北大海嘯等慘劇。因此,實現地震預報是刻不容緩的社會任務,也是地球科學家所追尋的終極目標。

 

      然而,地震能像天氣預報一樣給出明天或未來一星期內在哪裡、多大的地震、有多少可能性會發生嗎?科學家曾懷疑,我們連折斷筷子的真相都看不清楚,還想看清楚斷層破裂的全貌?進而斷言,地震預報是不可能的。從微觀物理的角度,或許事實就是如此。但我們是否得找到地震破裂的機制、找到微觀的真相,才能預報下一次事件的發生呢?從宏觀的世界來看,地震預報或許還有一線希望。從1960年代複雜系統科學逐漸發展,科學家發現所有複雜系統在逼近臨界轉換時,似乎會普遍地表現出異常訊號。地震曾被視為地殼系統的臨界點,因此科學家合理認為地震前兆是存在的。

 

      地震前兆現象是指,在地震發生的幾天前、幾小時前、乃至臨震時,震央周圍大範圍所出現大氣、大地、動物行為等異常現象。透過科學方法的分析檢驗,地震前兆可以顯著地反映在地電磁場變化、電離層特性變化、土壤或地下水氡氣含量變化、井水水位變化等。尤其是震前的電磁場變化,科學家在實驗室透過岩石破裂試驗,量測分析受壓岩芯樣本的應力應變與電磁場,證實岩石破裂會伴隨產生電磁輻射是普遍的物理現象。NASA科學家Friedmann Freund更是提出過氧鍵結缺陷理論(Peroxy Defects Theory),來闡釋震前電磁異常的現象。

 

      過氧鍵結缺陷理論指出,所有震前現象都可以追溯至一個基本的物理過程:在強震前不斷持續累加的構造應力下,岩石內的過氧鍵結發生斷裂,因此在岩石內產生電荷(電子與正電洞)。正電洞會從應力高區流向應力低區,形成大地電流。正電洞的移動速度快且傳遞距離遠,因此在其移動過程中,產生各式各樣的次生物理與化學反應,例如土壤化學變化、電離層特性變化,甚至形成地震雲、地震光等等。

 

      然而即便如此,利用地震前兆實現地震預報似乎仍是虛無飄渺。1975年中國科學家曾經成功地利用震前的地震序列、地殼變形、地電場變化、地下水位變化等預報了規模7.3的海城地震,當地政府還在主震發生前通知民眾待在房屋建築之外。科學家事後分析此疏散之舉,可挽救至少約3萬5千民眾免於死傷。可是,中國科學家觀察同樣資料,利用相同方法,卻無法預報1976年規模7.7造成超過65萬的人員死傷的唐山地震。從1980年代開始的美國加州帕克菲爾德地震預測實驗的失敗,以及2009年義大利拉奎拉地震因科學家未能提出足夠警告,被依過失殺人處以6年刑責。種種事件讓基於前兆的地震預報蒙上一層陰影,使得大多數科學家對地震預報抱持著悲觀態度。但別人不做,我們也要跟著不做嗎?

 

      隨著科技的進步,大數據分析、機器學習的展發,以及物理、數學等基礎知識的提升,仍有部分科學家相信並持續研究地震前兆及預報的可能性。其中台灣的劉正彥教授、顏宏元教授與故蔡義本教授等學者提出台灣地震前兆的整合性研究(Integrated Search for Taiwan Earthquake Precursors, iSTEP),分析電離層與地球磁場在震前的變化。中央研究院傅慶洲研究員與李羅權教授等,利用地球化學、伽馬射線等方法,研究土壤氣體特性與地震的關連性。國立中央大學陳建志教授與其團隊則在台灣建立密集的地電場觀測網,在震電關係的研究上取得具體的成果。這些科學家的努力不懈,讓我們看見一線曙光。

 

      當前有如天氣預報一般對地震進行預報仍是不存在的,但是基於地震「前兆」的預報似乎並非遙不可及。我們誠心地相信,防災減害最好的方法是預報跟善後。如果不去試著找出答案,試著去建立預報方法,事情會在全世界各個地震帶不斷地重演。希望就在數據後面。

更新日期 : 2020/01/14