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2018-01-01地球自轉與地震活動─人們預防震災的作為，應受地震頻率影響嗎？
577 期
Author 作者
潘昌志／臺大海洋研究所碩士，現為臺師大心測中心研究員。馬國鳳／科技部台灣地震模型（TEM）團隊主持人，研究地震機制及危害度分析。現任國立中央大學地球科學學系講座教授。
去（2017）年的10月至11月初， Science 和《英國衛報》（The Guardian），皆刊登一則2017年美國地震學會（GSA）的科學演講《近五年全球地震危險預測》（A five year forecast for increased global seismic hazard），內容大致提到全球強震數量變化和地球自轉的相關性，並以此進一步研究分析，得到未來一年地震將更頻繁的結論。其研究團隊的地質學家，主要為科羅拉多大學地質學家比爾漢姆（Roger Bilham）和蒙大拿大學地質學家本迪克（Rebecca Bendick），他們統計了1900 年至今全球地震的活動趨勢，除了強震的時間上有些規律外，其規律亦可對應自 4年前起地球自轉速度開始減慢的情況，故根據此統計趨勢，有可能明年開始，大地震將會更頻繁，且頻率將會從過去每年約15 次，提升至20~30 次，尤以熱帶 地區（研究標定為10°N~30°S的 區間）的地震數量變化更為顯著。
圖一：1900~1989 年的地震統計資料，上圖為規模7.0 以上的地震個數，下圖為各災害性地震造成死亡的人數。（資料來源：Lay, T., & Wallace, T. C. (1995). Modern global seismology (Vol. 58). Academic press.）
圖二：1900~2017 年規模大於7 的地震逐年統計。（1900~1997 的資料來自https://goo.gl/XZuw1P，1998~2017 的資料來自美國地質調查局，由作者統整資料重新繪製。）
地震逐年變化的週期關係
的確，綜觀全球歷史強震（規模7.0以上）的逐年變化統計，可發現某些年分區間地震確實較為密集，如圖一為1900~1989年發生規模7.0 以上地震的統計圖，圖中顯示平均每年約有17 個規模大於7.0 的地震，而其分佈的 位置大略顯示其有某種週期關係。與地球地震活動的時間尺度相比，統計時間還是相當短，難以論斷週期性行為，而筆者進一步將地震的分析統計推衍至2017年，如圖二， 可見此規律到了近期趨勢似乎稍有變化，故筆者認為相關文章描述的地震活動與地球自轉變化之關係，從直觀的數據來看尚難以論斷，或許需以更精確的方式分析。
本研究者受訪時也指出，造成地球自轉速度變化的原因，或許是自轉變化與地震活動的影響機制，有待後續研究。不過，比起許多漫無目的與缺乏科學方法的地震預測而言，此篇研究立基於科學觀測與推論，不失為創新的研究方向。往例也告訴我們，如1894年日本地震學者大森房吉提出餘震衰減關係的大森法則（Omori's law），亦是統計地震後的餘震個數所建立，因此透過地震觀測試圖找出規律的地震學研究，並非沒有前例，而此研究最大的挑戰為其觀測及推論能否符合理論模型，無論預測成功與否，都是帶動科學前進的動力，對於結合地震觀測及理論的發展與議題討論都別具意義。
大規模地震可能影響地球自轉速率
在地球自轉的變化裡，這則報導中所謂的「地球自轉速度變化」改變十分微小，一年僅累積數毫秒（1 毫秒=0.001秒）的變化，儘管如此、隨著時間累積，或許這些微小變化會讓板塊運動的速率產生些微增減。然相較於每年移動數公分的板塊，兩種運動的尺度相比，自轉速度的微小變化在板塊運動上的貢獻程度似乎很小；換個度思考，是不是只要有這麼微小的變化，就能撼動某些位於臨界點上的孕震構造？當然，此想法目前仍難以證明。另外，目前科學家也已經發現，大規模地震確實也會影響地球自轉的速率，並且讓自轉軸偏移，以最近一次2011 年日本311 地震為例，震後「加速」了自轉，讓一天的長度減慢了1.6 微秒（1 微秒=0.001 毫秒）。雖從數值可見其影響之小，然一旦考量經年累月的地震活動，會讓事情變得複雜：或許地震行為可能受地球自轉影響，又或許地震還可能影響地球自轉的行為。只是，想探討的問題在空間、時間尺度上極大，且需測量的變動又相當細微，以目前的科學和科技，在測量上有所限制，要回答此機制問題還有一些挑戰。即便如此，其所延伸的科學議題──以地球的動力模式分析地球自轉速率變化，對板塊相對運動導致的應力變化分佈，是值得深究的。
如此文針對觀測之現象學上的分析，若以更嚴謹的科學角度評斷，或許也應保守看待，畢竟統計資料僅能告訴我們相關性，無法告訴我們因果關係。除了需要更多的物理機制解釋，也需要更多的「證明」，也就是實際上得等到明年過了、地震次數統計揭曉，才能了解這個研究的推論是否真能禁得起驗證，進而達到長期預測全球強震數量變化的成就。如前述大森法則，可以經過修正後持續使用至今，並非是當時研究本身特別突出，而是由於它能經過百年來的觀測重複驗證。
關於地震研究的實質意義
地震本身就是對人類生命威脅甚大的自然現象，正所謂人命關天、這項研究的目的也並非要指出未來地震的確切位置，而是告訴我們，若依研究者的觀察與理論，明年的強震在某些地方將可能變得更頻繁。就如相關地震預測的研究，以科學角度來看，此相關議題皆值得持續分析研究。但我們真正面臨的挑戰不是地震預測、而是應對方式，因為就算成功預測地震，若無相關的防災意識、地震還是會帶來災害。因此，地震防災研究與推廣是比地震預測更迫切且實際的一項工作，像是如何將科學數據，轉換成應用的成果。若地震預測無法具有效性，筆者認為以相關數據分析短、中、長期地震活動機率及其衝擊，會是更有效且重要的作法。試想，假如沒有這個研究報導，我們就不用擔心地震了嗎？實際上地震的風險時時刻刻都存在。秉持趨吉避凶的人性本能，既然地震威脅一直存在，無論這項研究結果是否真能被驗證、抑或提出2018 年的地震之多寡，仍須有防災作為！
那何處最需要地震防災？那當然就是地震的好發處。將長期觀測到的大地震紀錄畫在世界地圖上，大多數孕震帶集中在板塊邊界附近，其中也有少部分強震位於某些特定陸塊的構造帶上（圖三），這些地帶都是未來可能發生大規模地震的區域。對居住在這些地區附近的人們來說，地震防災是極其重要的公民素養，而所謂防災素養並非僅指個人的地震包、居家防護等，許多基礎建設、救災體系甚至災後重建的經費規畫，都屬防災的一部分。
圖三：世界地震活動分布圖，圖中圓點為呈現2000~2008 年規模5.0 以上的地震震央。（資料來源：美國國家教育基金會，U.S National Education Foundation）
災害防治與評估
位處環太平洋地震帶上的臺灣，自然也需與時俱進地提升防災作為，但要用什麼方式、運用什麼科學資訊才有助於地震防災？筆者將舉例輔助說明。雖然科學上還無法預測各地發生地震的時機點，但如前所述，現今的地震危害度分析，可以藉由過去的地震活動及孕震構造「評估」不同地區未來將遇上的震度情形。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，將未來強地動發生之可能性量化，進而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（圖四）。也就是說，我們可以藉由科學資料作出評估，在合理的情況下提升建築耐震度，並依不同地區的風險分配資源。（《科學月刊》第562 期有相關報導提及此概念，可作為延伸）
地表振動強度機率分布圖
本圖表示地表振動強度PGA 達0.23 g 以上及達0.33 g 以上之機率分布圖。
PGA（peak ground acceleration）：最大地表加速度值。
圖四：臺灣未來50 年，最大地表加速度值達到0.23g（相對於氣象局震度5 級）及0.33g （相對於氣象局震度6 級）以上的發生機率，而機率則代表各地遇到該震度搖晃的「風險」。（資料來源：臺灣地震模型，Taiwan Earthquake Model）
此外，透過震源參數拆解分析，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。若我們已經知道部分孕震構造發生時必然有嚴重結果，就能依據情境、事先預先投入一定資源，除了可在減災防震中有所作為，也能在預演或是救災規畫上有所本，而不至在實際發生時慌亂無章。
地震難以確知何時到來，但它必然會來。研究指出明年可能會有更頻繁的地震而需要加強準備的提醒，對提升大眾防災意識而言固然很好，然我們更加期盼的防災觀念是平時能有多一些對地震災害的警惕、並落實於生活中。為推廣地震科學及相關知識，筆者成立了「震識：那些你想知道的震識」部落格提供相關普及知識，並持續關注地震話題，也希望藉此讓大眾正視地震災害帶來的衝擊、瞭解其所在區域的風險。