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揭開高頻率地震波的神秘面紗

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陳彥伶｜國立臺灣師範大學大眾傳播研究所

過去對於高頻率地震波的原因了解不多，但現在有科學家找到新的解釋。2012年10月底發表於《自然》期刊的研究指出，斷層在各次地震間癒合的時間越長，一旦斷層再次錯動破裂，地震波的速度就會越快。

「我們可以將斷層想像成地層中的裂縫或傷口。當斷層癒合時，與人皮膚癒合時的情況很像，表面會產生一些物理或化學變化。」作者麥可是美國地質調查所博士後研究員，他表示實驗模擬顯示出斷層在它們癒合時變得更有力，而癒合的過程也影響了下一次的地震。

麥可更提到，雖然下一次的地震，就規模而言不見得會比較大，但強度卻可能變得更為強烈，並伴隨更多快速震動的發生。這影響到的不只是斷層的力量，還有斷層破裂時地層震動的方式。斷層癒合的程度越大，地震發生時所產生的快速震動也越多。

了解地層活動的方式

另一位研究作者葛拉瑟是加州大學柏克萊分校地震工程學教授，他表示地震工程師希望能更了解及預測地震波，但高頻率地震波讓他們難以測量或用電腦進行模擬。

在地震發生時，高頻率地震波會造成許多損害，是因為它能與人造建物，像是住宅、橋墩或道路產生共振現象。葛拉瑟表示，這個斷層癒合模擬模型，可以解釋311日本大地震複雜的高頻率地震波紀錄。他說，日本大地震的高頻率地震波源位於斷層深處，離斷層滑動最大的地方有一段距離。如果這些區段癒合的程度越大，就更可能發出高頻率的地震波。

模擬地震

為了模擬高頻率的地震波，研究者首先用樹脂玻璃磚做出8吋大小的斷層模型，葛拉瑟表示，這是模擬岩石的好素材，且為了讓模型更加逼真，研究團隊還讓磚塊的表面變得崎嶇。

接著研究團隊開始對磚塊施加壓力，模擬在地震斷層上作用的摩擦力。當斷層癒合時，研究人員看到個別接觸點滑動，能量也隨之轉移。當擠壓持續進行、更多接觸點滑動，壓力在連鎖效應下持續轉移，直到最強的接觸點也滑動後，便釋放出累積的能量，就像地震的發生一樣。

研究人員將他們在實驗室的觀測結果，與在聖安德烈亞斯斷層帶（San Andreas Fault）重複地震的記錄進行比對。這些數據取自加州的帕克菲爾德，世界上地震發生區域中最被密集記錄的地點之一。

湯瑪斯與麥可兩位科學家研究帕克菲爾德的地震紀錄，指出自前次地震以來，距離上次地震的時間越久，小地震的震動越快，就像實驗室所預測的結果。

了解地震，更進一步

專門研究地震波的華盛頓大學教授菲多雖然沒有參與這項研究計畫，不過他認為這是個嚴謹的研究。他也提到，發現癒合程度較多的斷層，比過去預期還更具破壞力，令人有些沮喪，藉由斷層活動來評估危險性也還不夠準確。不過，比起較難了解的斷層史，這會是全面評估潛在威脅的關鍵。

研究團隊計畫擴大他們實驗模型的規模，並加以調查地震的觸發機制（triggering mechanisms）。

麥可表示，實驗室模型與真實斷層之間有段距離，但這項研究確實是更進一步了解地震的成果，因為他們已經開始了解一些潛在的物理原理，並將之與地震發生的方式進行連結。（本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣｣執行團隊撰稿）

責任編輯：鄭國威｜元智大學資訊社會所

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