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九二一教會我們的一些事情

1999年的9月21日,橫跨臺中南投的車籠埔斷層發生了一場大地震,造成萬餘人死傷。災難的創痛或許可以忘卻,但經驗務必要被傳承,這二十年來學界和產業界針對包含九二一的各種地震做了許多更深入的研究和新科技的研發,如何面對下一個潛在的大規模地震,是九二一震災二十周年的今日最重要的課題。
 
 
1999/9/21九二一集集地震
 
1999年的9月21日,橫跨臺中南投的車籠埔斷層發生了一場大地震,造成萬餘人死傷(死亡2415人、受傷11305人),以及大樓校舍倒塌、橋梁斷裂甚至水壩潰堤等極度慘重的災情。災難的創痛或許可以忘卻,但經驗務必要被傳承,這二十年來學界和產業界針對包含九二一的各種地震做了許多更深入的研究和新科技的研發,並獲得許多寶貴的成果。
 
九二一大地震造成臺北市東星大樓以及光復國中校舍倒塌 (左圖出自慈濟基金會,右圖出自中大應地所)
▲九二一大地震造成臺北市東星大樓以及光復國中校舍倒塌 (左圖出自慈濟基金會,右圖出自中大應地所)
九二一大地震造成埤豐橋與石岡壩斷裂(By 李錫堤)
▲九二一大地震造成埤豐橋與石岡壩斷裂(By 李錫堤)
 
首先,從科學的數據上來看,九二一地震達到芮氏規模7.3,名列臺灣百年來陸上規模最大的地震,且最大震度甚至已超過中央氣象局原本設置的0-6的七個分級,這促使學者推動新地震的分級制,增加了「震度七」。直到今日,科學家仍在九二一的地動資料中發現許多可用以定義震度的參數(如最大地表速度PGV,可參考吳逸民等。2004)。中央氣象局預計將於2020年採用十個分級的新震度制,其最高震度仍維持七級,但新增5弱、5強、6弱、6強等4個次分級。
 
18世紀來臺灣災害地震的規模比較(作者自製)
▲18世紀來臺灣災害地震的規模比較(作者自製)
 
其次,由於地震的不可預測性,使得九二一地震造成了大幅的傷亡,但其後無論是學界或政府,仍還是投以更多的資源在研發地震觀測與預警系統上。近年被熱烈討論的手機國家級警報就是中央氣象局和國家災防科技中心共同研發的強震即時警報,這個警報系統的原理是:地震時會有兩種不同性質的震波產生,即P波和S波,P波是縱波,其傳遞速度比會造成水平搖動致災的S波還快,故若有足夠多的地震觀測站能偵測P波的振幅,就可以快速計算出主震的初估規模,再透過簡訊系統達到即時預警的效果。九二一大地震發生之前,中央氣象局在蔡義本教授的建議下,就已和中研院合作建置了相當完善的強震觀測網,時任氣象局測報中心的吳逸民教授並開發了警報系統的雛形,在兩分鐘以內就可透過email和BB call發出速報給縣市政府,這是首次證實了地震預警原理在臺灣的可行性。 
 
地震即時警報原理示意(By Denelson83 & Samchtt)
▲地震即時警報原理示意(By Denelson83 & Samchtt)
九二一當下氣象局透過email和BB call等科技發出地震速報(吳逸民老師提供)
▲九二一當下氣象局透過email和BB call等科技發出地震速報(吳逸民老師提供)
 
九二一大地震當下這些強震觀測網的測站所收到的許多資料,更是國內外地震學界的重要研究資源。因為大地震資訊搜集不易,而大部分的地區都是在遭遇大地震後才開始投入資源建置觀測網,然而建置完成後短期內並不容易再遇到另一次大規模的地震。
 
九二一大地震時沿著車籠埔斷層有中央氣象局密集地震資料(馬國鳳老師提供)
▲九二一大地震時沿著車籠埔斷層有中央氣象局密集地震資料(馬國鳳老師提供)
 
那,我們距離下一次類似車籠埔斷層的大規模地震還有多遠?
 
為了回答這個問題,2004年臺灣地震學界聯合了美國、日本、德國的科學家和鑽井公司的支持,成立了「臺灣車籠埔斷層深井鑽探計畫」(TCDP),回到斷層線上進行完整的雷達波掃描,建置了斷層帶的3D模擬,最後挑出了兩個最合適的點鑽了長達兩公里的深井,為的就是能取得車籠埔斷層的岩心,研究地震當下究竟釋放了多少能量。結果發現當時錯動的速度快到讓岩石都變質,被磨成了奈米級顆粒,這些發現再結合地球物理學的能量模擬結果,終於推敲出車籠埔斷層的地震周期可長達四百年。
 
臺灣車籠埔斷層深井鑽探計畫示意圖(by 洪日豪教授)
▲臺灣車籠埔斷層深井鑽探計畫示意圖(by 洪日豪教授)
 
雖然理論上同一個地方再次產生同等級地震的機率並不高,但臺灣位於板塊交界上,光是已知的孕震構造(包含斷層、隱沒帶等)就有38條。科學家透過上述的地球物理模型以及過去發生地震的數據,2015年統整出一套「臺灣地震模型」來預測這些斷層未來50年內再次錯動的機率與規模,而這幾年包含2016的美濃地震、2018的花蓮地震(美崙斷層)都和當時提出高風險的錯動區域相當一致,而下一個令人警惕的高風險地區就是南臺灣,梅山斷層和中洲構造,模型預測其未來發生規模大於6.5地震的機率高達64%。

未來50年臺灣各地發震機率圖 (臺灣地震模型團隊)
▲未來50年臺灣各地發震機率圖 (臺灣地震模型團隊)
 
如何面對下一個潛在的大規模地震,是九二一震災二十周年的今日最重要的課題。九二一震災後政府透過災防法的修訂、各地震區的調整以及國家災防科技中心的成立等行動,大幅提升了建築耐震以及救災動員的能力。近年手機國家級地震警報,除了讓民眾於地震來臨的當下可有數秒的準備時間外,更能幫助產業界及時停下產線以防止二次災害。至於個人,地震時除了適當的應變外,平日更應具備防災思維做好抗震的準備,例如了解逃生路線與避難場所、在家裡事先準備好緊急避難包,確保家具的固定與防震處理等等。如此一來在地震災害來臨之際,應可有效減低傷亡並能儘速回復日常生活。
 
緊急避難包的組成 (by 臺北市政府消防局)
▲緊急避難包的組成 (by 臺北市政府消防局)
 
參考資料
1. 震識九二一專題│科普一傳十
2. 臺灣百年來的大地震│科技大觀園
3. 集集地震帶來的功課及學習│科技大觀園
4. 探索大地的能量–臺灣車籠埔斷層鑽井計畫│科技大觀園
5. 臺灣發展地震預警的過往雲煙│震識:那些你想知道的震事
6. 地震如何致災?科學家如何知災?我們又該如何防災?│震識:那些你想知道的震事
7. 臺灣地震模型團隊:殺人的不是地震│報導者
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