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預測地震可能嗎?

臺灣地區位於環太平洋地震帶 (Pacific Ring of Fire),無時無刻都會面臨地震的威脅,如果在人口稠密的大城市發生強烈地震,生命財產的損失將會極為慘重,因此許多人都希望地震也能像天氣預報一樣,有所謂的「地震預報」,讓我們能提前做好防震措施。有時在報章雜誌或網路上,會有所謂專家發表「預知」地震發生的消息,但是地震真的能被預測嗎?

預測地震是可能的嗎?

科學家認為地震發生的原因可能有三種,分別是「構造性地震」、「火山地震」與「衝擊性地震」,其中以「構造性地震」、也就是「板塊運動」造成的「地殼變動」為主;地殼由板塊組成,漂浮在地函之上,這些板塊受到各種張力、壓力、重力和地函對流的作用,彼此之間以每年幾公分的相對速度緩慢移動,這時地殼因為受到擠壓而產生應力,當應力累積到地層可以承受的極限時,地層會瞬間破裂產生位移,這時擠壓變形所累積的能量在瞬間爆發,造成地層「錯動」而引發地震。
我們目前知道「斷層」是地震釋放能量的地方,但是科學家卻無法預測地震發生的時間、地點與規模,主要的原因是地震發生在地底下,我們無法一眼看穿,對於地震發生的機制與過程,科學家們還沒有辦法充分理解,更不要說「預測地震」了。雖然民間有許多謠傳預測地震的方法,但這些理論都無法通過科學的方法驗證,就算真的成功預測也只是機率問題僥倖猜中而已!無法作為地震防災預警的依據。

根據彈性回跳理論,當地殼受到擠壓產生應力時,這時候的地層已經產生變形但還沒有破裂,一旦應力累積至地層極限時,地層瞬間破裂產生位移,造成地層「錯動」而引發地震,當應力釋放完全後地層又回彈到無應變的位置。

彈性回彈理論

地震前兆觀測

雖然現在還沒有能預測地震的方法,但由於地震是因為地層錯動所造成,在錯動之前所產生的一些變化,包括地層受到擠壓產生的變形、以及相關的地球物理或地球化學現象,可以作為地震前兆 (Earthquake Precursor) 研究的依據,科學家們針對可能與地震相關的物理量進行量測,例如地下水、地殼形變、地磁等,比較其是否有明顯差異,以作為地震前兆進而探討是否有大地震發生的可能性。以下針對幾項重要的地震前兆觀測做簡單介紹。

  1. 大地測量(全球衛星導航定位):
    造成地殼累積應力而發生地震的原因,主要是板塊運動。因此利用目前的衛星定位系統(如:GPS、GLONESS、Galileo、Baidou等)進行長時間與高精度的即時測量和記錄,假如測量到地殼的變動情形有異常,或許可能作為地震前兆,這是目前科學界認為最可能預測地震的方法之一。

  2. 大地電場(地電)或大地磁場(地磁)變化:
    當地層錯動岩石破裂的時候,除了會釋放震波之外,也會釋放電磁波,影響到鄰近的電磁場分布,所以觀察地震前後訊號的變化,可研究這類異常變化與大地震之間的關聯性。

  3. 電離層濃度異常:
    電場或磁場的變化會影響電離層(地球大氣層被太陽照射電離的部分)的電子濃度變化,可以透過全球導航衛星系統的觀察資料,來推算電離層電子濃度變化,作為地震前兆的研判。

  4. 地下水的物理或化學性質異常變化:
    當岩石受到強大的壓力擠壓時,岩石內部會產生許多細小的裂隙,當地下水滲入這些小裂隙時,地下水位會因此有所變化,又或者地下水會溶入更多岩石中的放射性物質,因此透過觀察地下水的水位或者地下水化學成分的變化(例如:曾經觀察到地下水含氡量的異常與地震發生有關),可以作為地震前兆判斷是否有地震發生的可能。

  5. 其他地震前兆研究
    非典型的「長微震 (Tremor)」是近年來逐漸受重視的地震前兆研究之一;長微震跟一般我們感受的地震不同,多半只會產生極微弱且連續的地震波,但不至於造成地面搖晃。長微震一開始在火山地區發現,後來在非火山區也發現長微震的存在;非火山區的長微震經常發生在「無震滑移(指斷層兩側發生緩慢且幾乎不間斷的持續錯動,但是沒有地震發生)」與「孕震帶(指地層能量累積和應力增強,最終會導致地震發生的地區)」之間,被認為是地震前兆的研究方法之一。

中央氣象局在全臺灣各地,共設置六處地下水觀測站,藉以建立地下水位變動的相關研究參數,作為地震前兆偵測的研判。

監測地震前兆的地下水觀測網示意圖

長期連續的觀測資料是地震前兆分析很重要的基礎。既然地震目前還沒有辦法透過任何科學的方式作有效預測,未來除了需要繼續研究發展地震的預測方法之外,也應該提高「地震預警系統」的精準度並縮短時效,同時透過平時的教育宣導及落實地震防災演練,並提高一般大眾的防震意識,才能在地震發生後短暫的應變時間內,做最有效的防震準備。

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