防震不只是預警:面對下一個大地震前,我們準備到哪了?

震識:那些你想知道的震事/由中央大學馬國鳳教授與科普作家潘昌志(阿樹)共同成立的地震知識部落格,希望透過淺顯易懂的方式,讓地震知識走入日常生活中。

地震可以說是「一瞬間的事」,那一陣強烈的搖晃不過數十秒,卻總帶來令人措手不及的恐慌。位於菲律賓海板塊與歐亞板塊邊界上的臺灣島,板塊運動在你我的腳下地殼不斷累積「能量」,當累積到承受不住時,就會尋找機會釋放出來,於是就發生了地震。

上述概念是地震學者或工作者常用來對大眾說明「地震是什麼」的說法,然而許多人遇到地震學家時,反而更常會問:「那麼何時能預報地震?」只是現在問這個問題似乎還太早了點,雖然預測地震是地震學家的終極目標,但能回答這個問題科學還在發展中,尚未問世。所以我們只能再退回一步的思考:地震是怎麼發生的?又是如何造成災害?

從研究九二一集集地震談起

▲地震防災搜救工作需要各領域專家共同努力及合作,期許當地震來臨時,能有更完善的準備。(圖/台中市政府提供)

民國八十八年的九月二十一日,在接近臺灣島的正中間處,發生了規模7.6的強震。對多數的臺灣人來說,這天是近代地震對人們最深刻烙印,是災民們難以抹滅的傷通,而對一般大眾而言,那一瞬間雖已逐漸塵封到回憶深處,但地震當下的驚恐和對災情的震憾並不會比較少,而對地震研究者而言,地震儀留下的紀錄更成為份外沉重的研究課題。

逝者已矣,重點是活著的人還能做些什麼?以科學角度來看九二一,稍微令人感念的是,臺灣的地震學前輩們的真知灼見,在1990年代推動各種地震觀測站的建設(參見台灣發展地震預警的過往雲煙一文),全臺各地設置了多達九百多部的地震儀,因而留下非常大量又完整的科學資料,這在當時的世界上也是罕見的珍貴資料。

接著,在後續的研究中,也讓科學家見識到超凡的大自然力量:地震造成車籠埔斷層地表破裂,短短四秒之間,斷層北段滑移了十五公尺之多,也就是說幾乎在一瞬間,地表就抬升了相當於五層樓的高度,可見地震的「力量」之大。再試想一下「摩擦生熱」的基本道理:這樣快速的滑動,斷層面上的摩擦作用將讓溫度瞬間上升到上百至千度,如此的瞬間高溫,讓斷層帶的物質產生物理及化學變化,進而「潤滑」了斷層面,更加大了滑移量和滑移範圍,斷層在地表破裂的長度也長達85公里。這些研究除了來自於地震波紀錄,還包括了地質與鑽井,在震後數年間我們從這世紀末的地震更進一步推進了地震科學。

還不能預測地震,不代表科學家對地震完全無能為力,我們還有些事能做,像是前述我們對車籠埔斷層破裂過程的了解,就結合了地震科學、地質科學、地球物理學的基礎資料收集與研究,科學家才能了解斷層的力學機制、發震機制進一步推估斷層錯動的模式(詳見斷層上的短暫瞬間:動與不動之處),並以瞭解地下速度構造、場址效應的特質,了解地震波傳遞時的行為;我們也才會知道地震波至地表後的振動情況。

防震不只是「預警」而已

如果只有研究預測地震這條路,那我們就太「浪費」大自然給我們的訊息了。光是從地震波的資訊,我們就足以發展出地震「預警」的系統(詳見我們為什麼需要「強震即時警報」?警報時間越長就越有效嗎?),不過,這只能用在地震發生當下的爭取逃生,我們還有更多的事情可做,譬如「地震情境模擬」。

所謂的模擬,當然也需基於科學的根據,現今的研究已知斷層面積、滑移量與地震的規模,有一定的尺度關係(詳見斷層「動靜之間」的學問—關於「潛移斷層」。所以,以斷層的幾何資訊,就能估算其可能產生的地震規模,接著再代入許多科學數據與假設(包括從力學條件得到斷層在不同區段的錯動量差異,還有用來模擬地震波傳遞過程的地下速度構造等等),便可得到地震發生時可能搖晃情形與情境。

▲若能知道「地震來的最糟情況」,就能預先做好準備,減少大地震帶來衝擊。(示意圖/公路第四區養工處提供)

「地震預警」目的在於提前告警爭取數秒,而「地震情境模擬」並不是在探討地震會在「何時何地」來襲,而是在地震必然發生的前提下,模擬地震情境以判斷不同地點的危險程度。而知道「地震來的最糟情況」去預先做好準備,對一般大眾而言,其實與平常會做的各種保險機制無異,像是遠離風險較高的斷層帶、選擇耐震建物、準備地震包和逃生計畫等等,在日常即有此思維並做好評估補強做起;多了幾秒預警時間的準備,減少大地震帶來衝擊。

如果把預防準備的層級向上提高,就是企業和政府層級。政府可根據情境模擬的結果推估受損和災防搶救方針,也可協助大眾檢視與提升建物的耐震強度。一般企業也可以分析了解其未來面臨地震時,可能蒙受的損失成本(包含因工廠產能停擺而需承擔的經濟損失),使地震危害及風險得以量化,納入其企業決策之中。

九二一地震後的十餘載至今

臺灣近百年傷亡最慘重的地震是1935年的新竹—台中強震,其次就是九二一集集地震,所幸九二一地震的發生時間在凌晨,倒塌最為慘重的中小學校舍並未釀成更重大的傷亡。而我們可以發現,雖然隨著科技和建築技術改進,倒塌的情況會逐漸改善,但隨著社會經濟的發展,人口的密度已與百年前不可同日而語,暴露於地震危害中的生命與財產成倍數般成長。當人們開始淡忘大地震的威脅時,風險正不斷提高中,至此不禁想提問:面對下一個大地震前,我們準備到哪了?

▲九二一地震至今仍是許多台灣人揮之不去的噩夢。(示意圖/慈濟基金會提供)

要精準預測地震發生的時間位置,目前還不可能,然而由前段所述的地震預警與情境預估,已有些突破發展和技術整合,接下來我們再談深入一點。臺灣地震模型組織利用地震及地質資料,以機率式地震危害度分析技術,量化未來強地動發生之可能性,提供政府主管機關對重要場址(如:核電廠及學校校舍等)之安全評估。此外,藉由震源參數拆解分析,科學家可標定造成地震危害的主要震源。根據該震源特性,利用前項所說的地震波模擬技術,考量地震波傳遞過程的物理特性,估算該震源可能造成鄰近或目標地區的震度。政府機關則可根據該地建築物以及人口分布,擬定出因應此地震危害情境之措施,評估各地區之防災設施是否完善(如避難地點、醫院等)。

我們期許當地震來臨時,我們有更完善的準備,正視面對地震可能造成的危害及風險。地震防災工作需要各領域專家共同努力及合作,在科學上挑戰世界性的問題、提出新的理論,同時和世界上其他優秀的地震學家對話,以各國的經驗及資料,一起貢獻人類的地震知識。九二一地震後的十餘載至今,台灣地震學界與世界持續對話,分享經驗及一起面臨挑戰。科研成果與大眾的距離看似遙遠,然而地震災害本身並無差別待遇,地震研究需要紮實的基礎科學發展,以成就理論知識,有了知識才有更好的防災科技,譬如前述的「情境分析」。後續將與工程及資通科技專業合作,使其能有更有效的防災運用,得以服務人群。

地震離我們很近、地震科學當然也離我們不遠,我們期許發揮這些知識,將其帶入科技、走入產業、也走入公部門及企業部門的政策,讓知識發揮更為入世的價值。

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