#發行日期:1993、08

#期號:0284

#專欄:

#標題:地震、火山與海嘯

#作者:鄧大量 主講 陳燕玲 整理

地震、火山、海嘯三者的關連

雖然「地」變形很慢但它一直在變

地為什麼會變動?

三種不同的板塊邊界會產生不同的地震

熱點

兩種火山型態

從震災得到的教訓

岩漿、火山灰

海嘯在幾萬里之外仍具有催毀能力

:1980年五月十八日,美國華盛頓州的聖海倫斯火山爆發,噴出柱狀煙灰雲及二氧化硫氣體高達19公尺。

:1975年三月四日羅馬尼亞的布加勒斯特大地震中,一排公寓倒塌損毀的情形。

:1923年九月一日,時逢日本關東大地震之際,橫濱慘遭海嘯襲捲(浪高2.3公尺)。

 

 

 

 地震、火山與海嘯


在台灣大家都很關心地震的事情,因為台灣常常發生地震;近幾年來有幾個相當大的火山爆發,尤其是菲律賓的皮納土波火山爆發把美國克拉克空軍基地都搞到關門。於是也有人在問這個問題:台灣的大屯山、觀音山、七星山、蘭嶼、綠島等等火山是真的死了嗎?還是說沒死,只是像一般地質學家所說的死得差不多了但是還沒斷氣?因此火山爆發在台灣目前來講可能性很小,但是還是值得注意;在大家出生以後台灣並沒有受到任何嚴重的海嘯損失,因此對海嘯的認識也就少得多,所以我今天想就三種天然災害:地震、火山、海嘯之間的關係及其成因和現象跟大家做個討論。

地震、火山、海嘯三者的關連

我希望在一個鐘頭的演講之後各位至少抓到三個重點:第一點就是希望能講清楚地球上的地質構造有三個重要的邊界(boundary,就是板塊的邊界);第二點我想講清楚的就是地球上可能發生兩種截然不同的火山,一種是可以要命的,一種是還不怎麼要命的;第三點我想講清楚海嘯最重要的成因。知道了地震、火山、海嘯的成因之後就不會覺得這東西的可怕,也就不會很笨的忽略一些事情而平白遭受損失。

在歷史上,我們常認為地震帶、火山帶及海嘯成災區常連接在一起,這個連繫尤其是在環太平洋帶上特別明顯,而從歷史上的紀錄我們得到以下的結論。第一:大地震通常不會引發火山爆發,也不常引發海嘯;第二:火山爆發前,尤其是大的火山爆發之前,一定會有很多小震群的活動,今天科學家已經達到一種地步就是可以用這些小震群來預測火山真正爆發的時間,但是我們今天還是無法預測大地震發生的時間;第三:海嘯的發生必須是某一類型的大地震在某一個特殊的地理區域才能發生,而不是說任何地方都會發生海嘯,另外一個可能發生海嘯的原因是很大的火山爆發,而火山恰好是在海邊,則於爆發時也會引發海嘯;第四是當大地震還有火山爆發時,災區多半是在地震震央或火山附近,但是由地震引發的海嘯,在甲地發生的海嘯可以波行太平洋幾萬里,一舉摧毀太平洋另一岸的重要港口設施,這一點等一下再多做說明。這一點也就是說明了海嘯的攻擊能力並不在海嘯生成範圍的附近,它可以在遙遠的地方造成摧毀性的破壞,所以台灣的地震也許不一定會引發海嘯,但是我們並不能排除阿拉斯加或是智利發生一個大地震之後,它所引發的海嘯會由太平洋的彼岸對台灣造成威脅,這不是完全不可能的,這個問題還需要進一步研究。

雖然「地」變形很慢但它一直在變

現在我想講一下引發地震、海嘯、火山的原因。我們俗話常說:一個人做人要「腳踏實地」;又說,你這次考試是「穩如泰山」。腳踏實地、穩如泰山的意思是地不太動,但是實際上地不是不動,地是動的,甚至於在孔子出生前老早就有歷史紀錄了。中國歷史上的地震紀錄比任何一個國家都早,像加州只有二百年的紀錄,在中國則有四千年的紀錄了。實際上在中國不僅有地震紀錄,同時在東漢的時候已經利用物理來測量地震波的方向。東漢張衡設計的地震儀周圍有八個龍頭,每個龍頭都口含一顆珠子。如果說地震由東方來,地震儀裡頭有一個擺,擺動了以後其中一個龍頭就開了口,就會有一顆珠子吐了出來掉到下方張開嘴巴的蟾蜍口中。這個地震儀設在洛陽。比如說龍頭測出地震是由西安方向來的,過了幾天就有快馬從西安來報告說西安遭受嚴重的損失。這種事情在歷史上有很多記載,所以中國人在地震工作方面發展得很早。雖然說後來因為科學發展的關係我們沒能繼續跟上,但是實際上在歷史上漢朝有許多大大小小的地震,尤其常看到「京師地震」(當時的京師是洛陽)。所以中國人很早就曉得地是靠不住的。而且中國歷史上也講了「滄海桑田」,認識到基本上地是動的。

問題是:地在不停地變形,而這個變形到底有多快呢?地球基本上分為三層:最上面的是大氣,再來是海洋,底下是地殼,後者我們又稱為岩石圈。所以地球三圈分別是固體、液體和氣體。大氣運行的風速會高達每小時200∼300公里,這東西我想各位在台灣都很熟悉,颱風一來各位就明白了;海洋的變化是大約每小時10公里;大地的變形,比如說紅海之形成,實際上是表徵出岩石圈的一個新裂痕。拉開了阿拉伯和非洲,遲早會變成兩塊陸地。早年的時候非洲還分離出了一大塊陸地,跑了幾千公里變成今日的印度,這點我們等一下再談。

陸地變形的速度到底有多快呢?這速度大概每年有8公分左右。所以拿大氣和海洋來比,大氣比海洋快了幾十倍;如果拿岩石圈運行的速度與海洋運行的速度比,海洋的速度比岩石圈速度快了將近10億倍。所以說岩石圈運行的速度很慢,難怪我們平時察覺不出來。但是地球的歷史是很長的,有四十幾億年,如果岩石圈每年變化有8公分,那一百年就有8公尺,8公尺的錯動就相當於世界上發生了最大的一個地震;那一百萬年就是80公里,80公里這麼大的運動也許在竹東的某一塊荒地在這段時間就移到忠孝東路來了,或者是說你在忠孝東路上的房子就移到基隆海外去了。不過這些事情在你我有生之年都不會看到,因為我們只有近百年的生命,地殼的移動最多也只是10公尺、8公尺的變化而已,但是長期的話我們知道地殼一定會變且正在變的。

現在我來舉個短期也可以看到變化的例子:在舊金山南部有一個城,有戶人家門前的人行道在七、八年前是直的,但是過了不久之後它就整個彎了過來,原來是聖安德列斯(San Andreas)大斷層經過他們家旁邊,所以可以很明顯看到地在變。還有一個比較好玩的例子是:當你坐飛機由洛杉磯到舊金山時,飛行員很聰明,他知道由洛杉磯起飛之後馬上就可以看到聖安德列斯大斷層,所以他一起飛跟本不用找舊金山在那裡,他只要沿著這條斷層線飛到底就是舊金山了。又比如說,南加大在洛杉磯,史丹福在舊金山,南加大是在聖安德列斯斷層的西邊,而史丹佛是在聖安德列斯斷層的東邊,我們知道這個斷層每年的位移大約是3公分,我在教學生的時候常在考試時要學生計算何時南加大和史丹佛會成為相鄰的大學?他們要算得對的話,大概是1千3百萬年左右。這個例子表示了:地雖然變形很慢但是它一直在變,而且是很有規律的,在沒有其他的干擾下,它是永遠不會停下來的。

地為什麼會變動?

為什麼地會發生變動呢?我們現在已經相當清楚知道地球由表面到地表下約100公里的地方是岩石圈,而在岩石圈之下則有一層軟流層。這層軟流層由於要導熱,也就是要將熱由地球內部傳導到地表來,因此形成了對流。在對流的同時也將岩石圈拉開,而在拉開斷裂的同時就發生了我們所謂的「地震」及等一下我們要討論的「地球板塊」。

那地球的岩石圈是不是很硬呢?硬到一個地步使它完全無法變形呢?那又不對!這時我們就要考慮到「時間」的因素。假使是在很長的時間內任何岩石都是可以變形的。有些岩石切割下來可以鋪在地上做石材,但是在高溫高壓下,這岩石就可以產生任何的形變。我記得小時後去買一種白色的麥芽糖,賣麥芽糖的人可以將麥芽糖拉得像拉麵一樣賣給你,或者他會用釘鎚將糖敲成很多塊賣給你。所以任何物質都一樣:你在很短的時間給他一個衝擊,他就是一個很脆硬的東西;如果你在很長的時間內給他一個變力,則他是一個很柔軟的東西,這是岩石的基本性質。因此任何的大山,譬如說玉山、喜馬拉雅山,你把它一切開來裡面都是原來在海底生成的岩石,由於這些岩石經過壓力及高溫的變化才把它堆疊起來變成一座高山。

所以我們現在得到一個概念就是說:地球最上面有一層叫岩石圈,大約100公里厚,這一層比較脆硬;底下一圈叫做軟流圈。實際上由於熱傳導使得軟流圈有對流的發生,所以軟流圈運行的時候,軟流圈就像工廠裡的傳輸帶一樣,把躺在軟流圈上的地殼拉到不同的方向去,因此在這種情況之下地殼就被拉扯出很多塊來。我們知道由於軟流圈的旋轉、帶動,造成很多板塊。地殼上大概總共有十幾塊大的板塊,但是板塊的邊緣並不是由陸地的邊緣來定義。

早年我們知道環太平洋帶上有許多的地震與火山。但是當時地震的定位很不準確,火山發生的情況與地震的關係也很不清楚,因此我們就籠統地說環太平洋帶是一個火圈(ring offire)。也就是說這一區有地震也有火山。但是附帶一點我也要指出來的就是環太平洋帶之所以會這樣漂亮也是因為有火山與地震。在沒有火山與地震的地方恐怕就沒有這麼漂亮了。舉例來說:加州有地震,有人就說這裡太危險了,搬吧!搬到那裡去呢?搬到德州,德州一點地震也沒有,但是你想在德州要到那裡去滑雪?去登山?一望無際的平原,比起加州的風景真是差太遠了!所以實際上只要知到怎樣跟地震共存,有地震的地方比起沒地震的地方日子生動多了!

三種不同的板塊邊界會產生不同的地震

板塊的發現也是一件很有趣的事情。早年我們不太了解地球上有所謂的板塊,而在1960年代美蘇冷戰高峰的時候,尤其是美國,一直想要十分精確地找出蘇聯到底造了多少原子彈?原子彈有多大?爆炸的威力有多少?他們做了多少次試爆?為什麼要做這個試爆?……為了要解答這些問題,而蘇聯人又不讓美國人跑到他的領土上去觀察,所以美國就跟許多所謂的友好國家合作,造了許多地震台。台灣在這一計畫下的地震台在大屯山上,叫鞍部地震台。這是相當花錢的,國防部當時花了差不多十幾二十億的1960年代的美元才把台網統統建立起來,表面上是經由美國的商務部跟各個國家做科學合作,骨子裡是要把蘇聯包圍起來,用以偵測核爆的活動,這就跟我們以前讀的三國演義中,叫「明修棧道,暗渡陳倉」一樣,只是他們暗渡陳倉倒給他們渡出花樣來了。由於他們將很先進的儀器裝設在世界各地,不出十年的工夫就得出了很重要的結果,那就是把全世界的板塊以地震震央給勾畫了出來。

板塊並不是大陸和海洋交界的地方,而是由地震震央畫出來的分界。板塊絲毫沒有政治上或地理上的劃分,這些板塊就像大海中的大船,板塊的運動方向完全取決於地底下熱能的供應方式。當太平洋板塊與南美洲相撞形成地震,近地表的地震稱為「淺震」;距離地表二、三百公里遠的稱為「中震」;再更深的就稱為「深震」。利用這些不同的震動可以把板塊的幾何形狀勾畫出來。我們現在知道有三種重要的板塊邊界:第一種板塊邊界是兩個相鄰板塊向互相分離的方向走,這個邊界稱為「擴張邊界」(divergent boundary);第二種是兩塊板塊撞在一起,其中一塊板塊還俯衝下去,這個稱為「聚合邊界」(convergent boundary);第三個邊界稱為「轉換邊界」(transform boundary),這個邊界與擴張邊界都是近乎垂直的面,其中最重要的一個轉換邊界是由墨西哥經過加州而造成的聖安德列斯斷層。台灣可能是一個轉換邊界,而菲律賓有一部分也是。這三種不同的邊界會產生三種不同的地震,而由此也可以清楚刻畫出來在什麼樣的邊界裡會有什麼樣的火山。太平洋板塊是最大的板塊,全世界十幾塊板塊在運行時的摩擦就是地震發生的主要原因。

「擴張邊界」是由於底下熱流物質湧上來把洋底往兩個板塊相反方向推,洋底一擴張開來在海底就形成一條像山脈一樣的突起。這事情在二次世界大戰時就發現了。尤其是潛艇作戰時必須了解海洋地形,因此在二次世界大戰時有相當仔細的偵測。當時偵測出來的結果發現在大西洋中間有許多條山脈,大家都搞不清楚是什麼原因,現在我們知道了,這是由於擴張邊界底下軟流層像燒稀飯一樣不斷把東西推出來,以致於於推出一條條的山脈。而這些跟地震、火山有什麼關係呢?擴張邊界底下熱的東西上來以後,往兩旁推帶動著上面岩石圈也往兩邊推,在此就會產生一個張力的斷層,之後也會產生由張力所引發的地震。這種地震是小地震、淺地震,而在此邊界上會有許多火山產生。但是這些火山並不重要,這些火山是洋脊的火山,等一下我們會談到。

另一種「聚合邊界」就是指:海洋地殼與大陸地殼撞上了,海洋的岩石圈是比較重的,所以它就會潛到底下去,而大陸地殼會跑到上面來,因此會造成很多高山。像南美西部的高山、台灣的高山、美國西部的高山,都是由這個原因造成的。當岩石圈向下沈,兩板塊互相擠壓在一起,由於壓力就產生一種「逆斷層」。這種斷層是由於壓力產生而非張力,因此該斷層常會造成很大的地震。這個地震可以大到造成一個斷裂面,這斷裂面的深度可以到達好幾百公里,長度可達一千公里,所以世界上最大的地震是產生在聚合邊界上的。

現在來看看台灣邊界的情況到底如何:菲律賓板塊在琉球群島俯衝下去,所以中國的東海是壓在菲律賓板塊的上面,因此在琉球群島造成一個地震帶;但是到了台灣以後,在宜蘭、花蓮外海反而變成南海的板塊壓在菲律賓板塊之下,在此也造成了另一個地震帶。所以台灣是在一個扭曲的、兩個地震帶的節骨眼上,因此地震也特別多。同樣的在印尼這帶也有很多地震,同時也有很多火山。南美、琉球群島及日本也位於聚合邊界而有許多地震及爆發性的火山。

還有另外一個東西:假如兩個大陸板塊碰在一起而且誰也不願意低頭那就真撞上了,這一撞就產生了很多高山而發生了很多很大的地震。這類型的例子不多,比較顯著的例子是西藏,幾千萬年以前印度是南非洲的一部分,後來印度與南非洲分開而與歐亞大陸撞上了。另外還有剛剛我們講的阿拉伯半島遲早要與非洲分開的,即使蘇彝氏運河不開挖,它也會分開的;馬達加斯加島事實上以前是和東非連在一起的,非洲這塊土地以後再繼續分崩是可以預見的。印度以前是和非洲連在一起的,現在印度不僅和非洲分開,而且和歐亞大陸碰撞而造成巨大的山脈:喜馬拉雅山、唐古烏拉山、崑崙山等。

現在科學家已經把這些東西都弄得很清楚了,在各種不同的緯度上、特定的時間裡,古印度會出現在那一個位子,現在都可以推算得出來,甚至在做海底地形時,也可以把印度板塊經過時的變形給找出來。當然這不是開卡車的速度,而是一年幾公分的速度,但是如果你給它幾百萬年的時間,它也可以像開船一樣開到很遠的距離。

第三種邊界就是「轉換斷層」,就是在洋脊之間發生的斷層,這個斷層在加州登陸形成聖安德列斯斷層,也是造成加州時常發生地震的原因。

熱點

除了這三種邊界以外還有一種很有趣的東西叫「熱點」。在地球底下由於某種原因,在某個地方發熱發得特別厲害,就像底下有個大爐子在燒一樣。當板塊運行得比較慢的時候,它就把板塊燒了一個洞。岩漿出來就成了火山。過了不久板塊繼續移動到了某一點,又移動稍慢時又會燒出一座火山。就這樣它會燒出成條狀的一群火山。所以在太平洋板塊向西北移動的過程中,由於在太平洋中間的一個大熱點不斷的灼燒,這就變成了卡威夷島、歐胡島、毛伊島和大島,這一連串的火山島。現在的卡威夷島、歐胡、毛伊沒有火山,而大島的火山則集中在東南邊,原因就是在過去幾千萬年以來整個太平洋板塊向西北移動,而這個板塊在其西緣和日本撞在一起。但是無論如何地球內部有很大的熱量要傳出來,所以它會在板塊上燒出一連串的洞。由於地球上的三種邊界及比較特殊的熱點,所以才會造成許多的火山與地震。

兩種火山型態

現在來談一下火山:火山就是軟流圈裡面的物質慢慢升到地面上來而形成的。這有兩種情況:一種情況是軟流圈裡的岩漿上來後遇到海洋的地殼,海洋地殼有個特徵就是二氧化矽很少,二氧化矽少的話上來的岩漿就很稀,所以它流出來的時候不會有怎麼爆發,它僅是流出來而已。

而聚合邊界上的火山就不同了,當板塊下沈之後,它就跟附近的岩石融在一起,在大陸底下有很多二氧化矽那類的東西,這些東西一融到岩漿裡就會把岩漿弄得很稠,就好像煮菜的時候勾芡一樣,芡粉放得多東西變得很稠。岩漿變得很稠有什麼問題呢?岩漿很稠的話它湧上來的速度就會很慢,前一部分的岩漿上到頂的時候已經變冷了,它就會像一個塞子一樣塞住洞口,但是後面的岩漿要繼續上來,壓力一直不斷繼續增加的時候,就有點像你在廚房用壓力鍋燒菜一樣,壓力鍋底下繼續加熱,等到有一天塞子塞不住了他就會爆炸!在這個情況之下,聚合邊界的火山常是爆發性的火山。

所以基本上我們比較清楚地說:地球上有很多板塊,板塊互相運動之後就造成有不同的板塊邊界,一種擴張邊界有火山但所造成的火山岩漿很稀;而在聚合邊界的板塊所造成的火山岩漿很稠。剛剛講的有三種邊界,有兩種火山型態,稀的多半是在海洋脊上造成的火山及夏威夷的火山。如果你到夏威夷的話,你可以到火山口去看,岩漿就在你身邊沒多遠流過,當然太近的話就會被烤得比較熱但是不會有太大的危險。假如在聚合邊界,比如說皮納土波火山還有美國西北的聖海倫火山,你如果靠近的話,不要說是幾公里,就算是幾十公里都會有生命危險。

從震災得到的教訓

知道了這些成因之後,我們再來看看地震、火山、海嘯的種種現象,我再解釋一下這些現象及那些是我們需要注意的。地震最主要的問題就是會造成地震動,如果房子造得不好的話,比如說北非有一個風景區,由於偷工減料,在地震發生之後大觀光旅館就變成一堆土了。而偷工減料的事在貧窮的國家特別的多。再舉一個例子來說,1985年墨西哥大地震,墨西哥城裡最大的醫院,一棟十幾層樓的房子就這樣一層一層的塌了下來,在當時墨西哥城一下子死了二萬五千人。在地震過後我到過墨西哥城去看,你可以拿一把小刀把水泥切出來。它的水泥成分根本不合乎施工的標準。所以在一個國家建設的時候,不但設計上要有防震設計,同時施工要能達到一定的標準。在很多國家有紅包制度,施工情形往往會打很大的折扣,所以往往不發生地震則已,一發生地震許多災情就不可避免。

但是在某些地方則有另外一種地震災害,它發生的時候是可以讓土壤崩塌。比如說阿拉斯加1964年的地震,在海濱一些很好的建築通通垮下來了。那一部分的住宅區是造在冰積石之上,以此做基礎是很不好的。雖然房子造得很好,但是基礎整個垮掉了。所以房子不但本身的結構要好,其基礎也要穩固才行。比如在台灣,假如你隨便在邊坡蓋房子,如果在地震之前整個邊坡因為下雨而弄得很軟滑,再遇到地震的話,整個邊坡滑下來,你再怎麼結實的房子都沒用。

另一個教訓是在洛杉磯,當時認為土石壩很好,但是土石壩太靠近斷層時,土石壩的土石就會通通垮下來,假使1966年聖佛南度的地震其強震再延長幾秒鐘,這整個Van Norman湖就會坍下來。這湖下面差不多有八萬人口,很多家庭都會被淹在水裡。這個情形在台灣是值得留意的!還有一個問題是土壤液化(liquefaction)。比如在日本,房子不管是施工或是設計都很好,但就是沒有把基礎打好。當1964年新潟地震發生,震動得很厲害的時候,整個土壤就液化了,就像一塊重的東西放在液體上一樣。許多公寓房子只有倒臥了下來。在這種情形之下,既使沒有死人,但這種傾斜了45°的公寓住起來也沒什麼意思了。

還有一個例子就是在祕魯北部有一個漂亮的滑雪城市,但在1970年發生地震時,高山上發生雪崩。雪塊崩到湖裡面,湖水滿溢從山上流下來。經過一千多到兩千公尺的距離,一路含沙量漸增,到了這個城市的時候其泥石流已有五十多公尺高,速度大概是每秒鐘幾百公尺,在幾秒鐘之內就把這個城市整個給埋了下去。這個情況也是我們需要注意的,尤其是我們跟自然搶地,在邊坡愈造愈高,如果在都市計畫中發生這種祕魯的事就不好了。近來,在加州的聖塔克魯茲1989年發生地震,但是損害最嚴重的卻是75公里外舊金山一帶。原因是這一帶的土壤基礎太差勁了。比如最嚴重的地方叫Marina District,這裡大概是舊金山最好的住宅區,這一帶都是由海裡挖土填到這裡來。這一帶震災損失得特別厲害。原因就是以前這裡都是沼澤區,所以震波一傳到這裡振幅就增加得很厲害;還在Oakland有一段高速公路塌了下來,也是淤泥填土的結果。另外還有很多例子不多贅述。

以上要指出的:就是在淤泥填土地上與岩石上受到的強震動反應截然不同,在淤泥上受到的震動可遠比岩石上受到的震動高出五倍之多!近兩年來我到台灣來看,台灣造的不管是台北捷運也好或是高速公路也好,已經接受了這個教訓,在大的鋼筋水泥柱裡的cross tie做的很先進,希望它能禁得起下一次的地震。

岩漿、火山灰

在火山爆發的時候災害是怎麼樣呢?我剛剛講的兩種岩漿:一種是流出來很稀的岩漿,沒什麼危險性;一種是爆發性的岩漿,也就是很稠的岩漿。如美國西北部華盛頓州與奧勒崗州,它之所以有很多火山是由於它是一個聚合帶又是一個俯衝帶,因此造成了一系列的火山如:Mt. Hood、Mt. Adams、St. Helens、Mt. Rainier、Glacier Peak,從此一直到北部加拿大。很有趣的是:由洛杉磯到舊金山駕駛員是跟著聖安德列斯斷層飛,但是由舊金山到西雅圖則是跟著火山飛。1980年的時候,熄火了三百年的St. Helens火山爆發了。它是一個大陸性火山,也就是爆發性火山,我把它爆發的情形做一個介紹。聖海倫山有一個很漂亮的湖,湖邊上有一位老人,他與杜魯門總統同名。在火山爆發前已有很多小地震,那時已知道火山快要爆發了,因為它自1980年三月就開始有一些小噴發。依據歷史地震紀錄,它周圍幾乎沒有什麼小地震。而在快要噴發前半年則有許多火山造成的微地動(vocanic tremors)。一天到晚有不少震群發生,就意味岩漿已在地底下晃動了,它在躍躍欲試要出來了。因此,在這種情況下科學家可以相當準確地預測何時將有相當大的爆發。有一位先生叫David Johnston是我們的同事,三十歲,在離開火山大約八公里之處做觀測。但他站的位子恰巧是火山的下風,火山爆發後就找不到他,成了殉難的科學家之一。其實這位先生在此四年前到阿拉斯加探測火山時曾有可能死在阿拉斯加,如果不是直升機意外地找到他,把他救了出來。但是這次他覺得他自己已經夠小心了,站在八公里之外。但是他正好在下風處,火山爆發後巨大的熱風暴與火山灰接踵而來跟本找不到他在那裡。而杜魯門先生誰也請不走他,他說:我在這裡一輩子了,從來沒有發生過火山爆發。結果後來他的房子及其他等等絲毫沒有留下半點痕跡。

由太空梭相片可以看到,St. Helens火山爆發之後火山灰在很短的時間內就可以擴散到相當遠的地方,這對飛機的影響很大。我記得爆發當天我由東部回來飛到芝加哥,由芝加哥飛到洛杉磯應是直線飛過去的,但是實際上我們是先飛到德州再飛到洛杉磯兜了個大彎以避免飛越火山飛灰。後來的阿拉斯加火山爆發,有一架飛機就衝到火山灰裡,一下子由1萬2千多公尺的高空掉到3千多公尺,幸好能及時拉平回來,不然又是一次大空難。所以火山有兩種:一種是爆發性,一種是非爆發性。爆發性火山是跟聚合邊界在一起,而非爆發性火山則是跟擴張邊界在一起,至於轉換邊界則沒有火山活動,因此加州就沒有火山的活動。

海嘯在幾萬里之外仍具有催毀能力

最後我們提到海嘯。阿拉斯加是一個聚合邊界,由於聚合邊界才會發生很大的地震,也因為大地震時發生大區域的海床上升與下降才會引發大海嘯,不然海嘯是很難引發的。比如說1964年阿拉斯加的大地震有一帶海底突然上升好幾公尺,另一帶海底突然下沈,在此情況之下,由於其區域相當於十幾個台灣這麼大,因為它的突然上升與下降就觸發了海嘯。海嘯是什麼東西呢?海嘯就是很長很長的波。它的波長有多長呢?大約有200∼300公里。海嘯的震幅,也就是波峰到波谷的距離,大概只有十幾二十公尺高,所以海嘯發生的當時,如你在大海中駕著小船,你是不會感覺到海嘯的,因為海嘯的波長比船大的太多了。但是由於它是長波,所以它可以行進到很遠的地方都不會衰減。因為其波速很容易可以算得出來,因此海嘯一發生之後可以算出多少個鐘頭內可以到達某岸。像上次在阿拉斯加發生大地震之後就有預測說海嘯四個鐘頭會到加州。警報一發布之後,特別有一個城市Crescent City(在舊金山北邊),老百姓不但不避海嘯反而到海邊去看奇觀,因此在Crescent City雖然離震央有幾千公里之遠,但是也死了不少人。真是死得很愚蠢。由於海嘯波長很長,因此在海上根本感覺不到。常常在日本發生海嘯時,漁夫在海上捕魚,根本不知道發生了什麼事,一直到靠進港口,看見許多浮屍漂木,才知道海嘯發生過了,卻已經無家可歸。所以海嘯的威力是在淺水處才散發出來的。

海嘯現在在太平洋中已經被弄得很清楚了,海嘯的速度也已經算得很清楚,大致上海嘯的速度跟噴射機的速度差不多,每小時大約700∼900公里,依海水的深度而有不同。比如說在夏威夷發生海嘯,等它到達智利的時候已是15個鐘頭之後了。所以遠處地震引發的海嘯可說是完全可以預測的。又,如果在智利發生地震而引發海嘯,它到台灣的時間大約是20個鐘頭。因此國際上就在夏威夷組織了一個海嘯中心專門發布海嘯預警。所以在任何地方發生地震,它就會立刻把資料傳送到夏威夷,經過他們一算,就會跟世界各處宣布說海嘯幾點幾分會到達。因為夏威夷是在太平洋的中央,因此太平洋岸任何一點發生海嘯都一定會先經過夏威夷,所以夏威夷往往遭到海嘯災害。海嘯警報通常在較遠的距離比較有用,太近的話來不及撤退,所以不大有用。海嘯發生時泊在港裡的船隻,如果有時間的話應該要駛離港口到港外去避難。

基隆在上世紀發生過一次海嘯,那次海嘯整個海水退潮,但是在退潮後的二、三十分鐘內海水一定會倒灌回來。在歷史的記載是:很多老百姓一看到退潮就跑到海裡去,因為大家看到乾涸的海裡有很多魚,於是大家都跑到海裡去抓魚,等二十分鐘後那海水回來了,因此造成了很大的死傷。這事情在日本也很普遍。另外有一個智利大地震所引發的海嘯,它一發生即將整個沿岸的房子都摧毀,海嘯在智利地震發生後22小時到達日本。到了日本之後它仍有足夠的力量把港口的船隻推到街上。所以不像地震跟火山,它們摧毀的地方只能在火山與地震發生的附近,海嘯則是在萬里之外仍具有摧毀能力。

所以對一個在太平洋邊的國家因為地震是不斷發生的,你必須要有足夠的研究能力去了解:什麼地方的大地震會激發大海嘯,以及各處引發的海嘯對台灣會有什麼影響。比如在阿拉斯加發生的海嘯對蘇澳的影響;在菲律賓發生的海嘯對恆春的影響,都值得事先妥為弄清楚。

當海嘯由夏威夷發布之後,我們在台灣就可以立刻知道說從那裡來的海嘯對台灣的那裡有特殊的影響,這個港口就要採取緊急措施。而不是說夏威夷一通知台灣有海嘯,台灣就叫所有船隻都開出去,這個費用就太大了。所以要經過研究,在各港口對應於各個地區發生地震所引發的海嘯做進一步的研究才能做判斷。那才能最有效應用科學知識來減少人類遭受到的天然災害。對於台灣來說,其意義尤其迫切。

(去年七月十三日鄧大量院士,應中國時報及科學月刊之邀,在台大醫學院第一講堂講演。本文即為該場講演的錄音整理稿。)

鄧大量任教於美國南加州大學地質科學系

 

 

 
   

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