地震是怎麼來的

最近東南亞發生大地震,而引起海嘯,為甚麼會發生那麼大的地震勒?

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    2 0 年前
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    ■ 為什麼會有地震?

     我們腳下的地面雖然感覺很穩定,實際上整個地球的表面是不斷在變動的。這種變動是因為地球的外殼上有許多的板塊,板塊如果碰在一起,就會產生推擠。板塊的推擠會造成陸地的隆起或陷落,在這些推擠的過程中,就會有地震的發生。

    ■ 什麼是板塊?

     地球可以簡單地分成地殼、地函及地核。另外以地球組成物質的物理性質又可以將地球分成岩石圈和軟流圈。岩石圈是指地球最外部冷而硬的物質:岩石圈之下的軟流圈則是由熱度較高的可塑體物質所組成。「板塊」指的就是岩石圈,它包含了地殼和一部分的地函。

     地球的地殼有許多裂縫。這些裂縫位在深海的海床上,從裂縫裡不斷的流出熾熱的岩漿。岩漿冷卻後,就會凝固成新的地殼。

     因為新的地殼不斷的產生,就會把原有的地殼向外推擠,於是地殼上的陸地與海洋會跟著底下的地殼一塊塊地移動。移動時,地殼與地殼下方的地函上層會跟著一起動,所以我們便把地殼連著底下一起動的一部分地函,稱作是一個板塊。

     地球表面主要劃分成7大板塊,包括太平洋板塊、歐亞板塊、北美洲板塊、南美洲板塊、非洲板塊、印澳板塊及南極板塊。

      

    全球地震分布圖

     世界上有3個主要的地震帶,分別為環繞太平洋邊緣的「環太平洋地震帶」;歐亞大陸南緣的「歐亞地震帶」;以及各大洋中的「中洋脊地震帶」。地球上95%的地震便是由板塊活動所造成,其餘的5%則是因火山活動、地下核爆、地殼塌陷、或隕石撞擊而來。

     

    ■ 台灣的地震特別多嗎?

     沒錯,台灣是地震非常多的地方,每年可能有8,000多次的地震。不過每年大約只有一次地震會造成災害。台灣的地震這麼多,是因為台灣剛好位於兩個板塊碰撞的地方。這兩個板塊是構成歐洲與亞洲的「歐亞板塊」與比較小的「菲律賓海板塊」。

     事實上,就是因為這兩個板塊的碰撞,才造成台灣從海洋中隆起,成為島嶼。只要有碰撞就會造成地震。所以我們可以說:沒有地震,就沒有今天的台灣。因為菲律賓海板塊與歐亞板塊還在繼續碰撞、推擠當中,所以整個台灣還在不斷地升高,當然地震也就會常常發生。

      

    台灣的地體構造圖

     由於不同性質的板塊不斷的擠壓,累積變形能量,直到超過岩石能夠忍受的程度,便將累積的變形能量在瞬間釋放出來,發生地震。台灣及日本位在環太平洋地震帶上,因為板塊不斷在移動,不斷地累積及釋放能量,地震便周而復始不斷發生。

    ■ 台灣哪裡地震最多?

     因為菲律賓海板塊撞擊到歐亞板塊的地方正好是台灣的東部,所以台灣東部(宜蘭、花蓮、台東)地震最多。不過由於大部分的地震都發生在海底,所以一般造成的災害比較小。

    ■ 台灣哪裡地震災害最嚴重?

     台灣的西部,包括苗栗、台中、彰化、南投、雲林、嘉義、台南等地,雖然地震沒有東部多,但是因為人口密集,而且地震發生的位置通常距離地表比較近,所以震動強烈,容易造成重大的災害。

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    2 0 年前

    地震的形成

      成因包括火山爆發、地下核爆、山崩、岩溶塌陷、隕石撞擊、地函物質相變化、地下核爆斷層錯動及其它人為因素。

    其中則以『 斷層錯動 』引發的地震約佔百分之九十以上的比例。

    什麼是地層錯動 ( 斷 層 ) ?

      從自然史的角度來看,地球是處於變動狀態的。地殼上許多大陸地塊的分散與聚合,大陸內部蒼海桑田的變化,都是最好的說明。地殼變動的過程,一般是持續而緩慢的。只有在特定的地點,因蓄積過量的熱能或應變能或其它外來的能量,才會發生突然的變動,例如:火山爆發、地震....等,引起人類的注意。

      按目前的瞭解,斷層錯動是發生地震最主要的原因;其發生次數最為頻繁,造成災害的機會也最大,尤其是發生在陸地上的斷層錯動,更是造成災害性地震(disastrous earthquake)最主要的原因。當地殼受力時,較柔軟的部份,例如斷層 帶及其鄰近之受擾動的地層,較容易發生變形。地殼不斷的受力後,當斷層內部承受的剪應力超過斷層本身的剪力強度時,斷層即發生滑動。當滑動發生時,扭曲的地盤同時回彈,並向四面八方傳遞彈性波。這種彈性波傳至吾人的腳底,我們感覺到的也就是地震。 一般而言,斷層破裂的長度越長,地震的規模越大,而振動的強度也越強。但是,振動的強度會隨斷層距離之加大而減弱。沿斷層附近地帶通常也是地振動最激烈之處。

      一般而言,海嘯是海底地震、火山爆發或海底大規模塌陷等活動。在海裡激起的巨浪,湧向岸邊時形成對地表產生破壞性的作用。海嘯發生於地震的震源深度常小於五十公里,地殼變動引發的地震,常會形成海底地殼急劇變動,擠壓海水,形成海嘯。當海水受到強烈地震,釋放出巨大的能量作用時,便會很快以波動形式把所得到的能量傳播出去。

      地球是由許多大板塊所組成,如其表面的地形,即是因板塊碰撞所形成的高山及海溝。地球的組成由地表向下,就組成物質而言,概分為三大部分:地殼、地函、地心。但是就物質的強度及行為表現而言,卻可分為岩石圈、軟流圈、中層圈及地心。岩石圈由冷而剛硬的岩石所構成,包括了地殼及一部份的上地函,其厚度約為1 0 0 公里。岩石圈可在細分為許多獨立的單元,每個單元有它自己的運動方向及速度,這每個單元即稱之為「板塊」。

      全世界大致可分為六大板塊,其分別為:非洲板塊、美洲板塊、歐亞板塊、印度洋板塊、太平洋板塊、及南極板塊。這六大板塊可再加以細分為較小的獨立板塊,如位居台灣以東,馬里雅納海溝以西的菲律賓海板塊為一例,如圖一。

      板塊運動學說是二十世紀自然科學發展上一項重大的成就。簡單而言,此學說主張板塊不但會運動,而且其運動模式遵守一定的法則:板塊的新物質在中洋脊生成,然後向外擴張直到與另一板塊相遇後,較重的一方就向下衝而返回地函,如圖二所示。因此整個運動過程即相當於一巨大的循環運輸系統,而板塊向下衝回地函的地區即稱之為「隱沒帶」。

      板塊運動學說之所以成功而廣為接受是因為它能同時滿足許多我們觀測到的地質、地球物理及地球化學的現象。舉例來說,有世界屋脊之稱的西藏高原就是由於印度板塊向北與歐亞板塊碰撞下的結果,海洋中愈老的地殼則距離中洋脊愈遠,這種現象即是新物質由中洋脊生成後,向兩側擴張的證據。而太平洋上自夏威夷開始向西北方綿延的一連串火山島則正是太平洋板塊不斷地向西北方運動下的產物。

      由於板塊是堅硬的岩石圈一部份,因此在兩個板塊邊緣相互碰撞的地區(例如隱沒帶)即會產生相當大的應力,當此應力超過了岩石所能承受的強度時,岩石即產生破裂,這就是地震。這也就說明了為何地震活動的分佈與板塊邊界為何有如此密切的關係,全世界的地震活動,大都環繞著太平洋;也因此,稱為「環太平洋地震帶」。

      地震生成的條件錯綜複雜,至今仍未完全暸解。一般而言,有兩個最重要的因素,一是產生地震的物質來源,如火山、斷層、相變等,二是造成應力、應變的動力來源,如板塊間的撞擊、火山的噴發等。缺少任何一項時,地震都不後發生。

      板塊運動為地震創造了良好的生成條件。首先就「淺震」而言(震源深度小於7 0 公里),各個板塊的邊界本身就是巨大的斷層,一旦板塊相互運動產生足夠大的硬歷時,斷層即產生不穩定滑動,因而引發大地震。這類地震的例子多得不勝枚舉,而且一再重演,美國加州地區及日本關東地區極為明顯的例子。

      另外由於板塊相互之間的作用,部份累積的應力會向板塊內部傳遞,進而引發板塊內地震,一九九四年著名的日本阪神地震即為一例。可惜的是我們至今對這類地震的生成條件仍然知道的相當有限。就深震而言,由於板塊運動將地表岩石運送到地表下數百公里的位置,其原本較為寬鬆的礦物結晶排列受到高壓、高溫的作用,重新排列為較高密度的物理相。這種快速的相變就是深層地震生成的原因。關於這些地震的詳細發生過程及條件,則仍是世界各地地球科學家努力研究的課題之一。

      依據板塊間相互碰撞的類型,大致可分為:

    (一) 板塊分離區,中洋脊:因新地殼的生成,所造成的地震活動,大都為淺層地震且規模較小。

    (二) 陸與陸的碰撞:兩大陸板塊互相擠壓形成的碰撞帶,最明顯的例子為印度洋板塊與歐亞大陸板塊的碰撞,形成西藏高原及世界最高高峰-聖母峰。

    (三) 海洋板塊與海洋板塊間的相互碰撞,最有名的例子為阿硫申群島一帶的海溝,因海洋板塊間的運動,形成隱沒帶,由於隱沒帶的向下隱沒,使得產生部份融熔,形成火山島弧,而其間亦因互相碰撞形成地震,此地形成的地震,因在海溝一帶,容易形成海嘯。

    (四) 海洋板塊與陸地板塊的碰撞,此碰撞為地球中板塊運動的典型聚合運動,當海洋板塊向外擴張而與大陸板塊碰撞時,海洋板塊因密度較大而向下俯衝,形成下插的隱沒帶,最著名的典型為南美洲一帶,如一九六○智利大地震即由此類型板塊運動所造成,而台灣也是屬於此種板塊類型的運動。

    (五) 轉型邊界,因板塊的隱沒作用,使得中洋脊一帶接近其它板塊邊界,形成轉型邊界,最有名的例子為北美洲的聖安德烈斯大斷層,如加州的幾個大地震,大部與此大斷層的活動有關。台灣即位處於兩大板塊的碰撞帶,因此地震活動頻繁,如圖三所示,在花蓮一帶,菲律賓海板塊向下俯衝,形成隱沒帶;在南部,歐亞大陸板塊向菲律賓海板塊隱沒,如得台灣地區在東北部及南部有較深層的地震活動,而西部地區則因板塊碰撞形成許多斷層分布。板塊間雖由於交互的運動而造成許多地震,但地震所釋出的地震波,也成為了解地球構造的最有利工具。地震發生時,放出了兩種最典型的體波,P 波及S 波。此體波會穿透地球內部,在地球內部傳遞。P 波速度較快且其粒子振動與波進行方向相同,因此若地震發生在腳下,則首先感受到上下振動﹔S 波速較P 波慢,且粒子振動與波進行方向垂直,分為S V 及S H ,因此,若地震發生時,物體會形成左右震盪,因振幅較P 波大,所以感受特別明顯。而P 波及S 波在通過不同界面時,則會形成反射、折射等互相轉型的波相。早期對地球構造的了解,即由P 波與S 波等之反射、折射波相的確認而來,如在一九一○年M o h o r o v i c i c(莫氏﹔1 9 1 0 )由一九○九B a l k a n 地震,由地震記錄之時間走時,觀測到地殼之速度不連續面,也因此使我們了解到地殼的存在及其大約厚度約3 0 公里。大約亦約在一九一○年前後,許多地震學家投入地球內構造之研究,O l d h a m(1 9 0 6 )由地震訊號發現地核之存在,而L e h m a n n(1 9 3 6 )發現了內核的存在,借此得出地球大約構造。除此之外,借由其它的相關地球物理,化學的工具,我們了解到地球內部P 波及S 波的分佈及其溫度,壓力及密度的分佈等,使得人類對於地球內部有更深入的了解。而因地球的組成及板塊運動等現象,得出地球內部的可能對流系統(圖四)。由此種種,皆顯示地球的活躍,而人類只是聚居在活躍地球面上的小部份生物。地震是地球運動的自然現象,我們無法使其不發生。但地震學家嚐試著及努力的,希望將它對人類的影響,降至最低。

    參考資料: 活躍的地球
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