研究1:電離層濃度
不過即使目前地震前兆研究的發展,距實證預測尚有一大段距離,但仍有不少令科學家為之精神一振的初步研究成果。
台灣的福衛3號衛星,即在512四川大地震發生前的1到6天,觀測到四川上空的電離層濃度有明顯減少的現象;美國航空暨太空總署亦發現川震前震央出現異常紅外線輻射,因此打算與各國科學家合作,研究從太空觀測建立全覽式地震預警系統的可行性。
除了川震的觀測外,中央大學太空科學研究所教授劉正彥也發現,921大地震前的9月17日、18日及20日,台灣大氣上方的電離層濃度,均較前15天的中位數濃度明顯減少;他持續觀察台灣184個規模5以上的地震,更發現震源在地表深度35公里以內的地震,約有90%在震前1至5天,電離層濃度會顯著減少。
何謂電離層?電離層是距地表50至2,000公里上空的區域,其中的大氣分子因受到太陽光X射線、紫外線、超紫外線照射,會分解成帶負電的自由電子,以及帶正電離子的電漿狀態。
劉正彥指出,科學家對地震造成電離層濃度減少的可能原因有很多假設,其中之一是認為在主震發生前,地殼板塊相互擠壓,「應力」(單位面積所承受的力)變化會導致岩石類似半導體、並像電池般產生電流、釋出正電荷(電洞)。這些正電洞會浮流至地表,產生垂直向上的電場,進而影響電離層中的電漿濃度。
另一種假設是當岩石破裂擠壓會伴生電流,而引發強大的電場、磁場和電磁波;當這些電磁波輻射進電離層後,會使得電離層中的電漿溫度急速升高、膨脹而導致電漿粒子減少、濃度降低。
目前氣象局也與中央大學合作,每日定時監測北緯21度至25度的台灣上空電離層,希望透到電離層濃度變化,找到強震來襲前的蛛絲馬跡。
不過氣象局地震測報中心主任郭鎧紋坦言,這種研究方式目前仍有相當多的限制。最主要是,即使排除了太陽磁爆、劇烈雷雨或颱風等因素,仍有大半的電離層濃度驟減是不明原因的。
「過去曾有科學家以中低速子彈,射擊地底岩塊,結果發現上空的電離層濃度竟也會產生波動,顯示電離層的濃度變化是相當敏感的,」郭鎧紋說。
另外,由於發生大地震前的「醞震範圍」相當廣闊,可能包含整條斷層、甚至整個板塊,如川震的醞震範圍就長達2,900公里,因此電離層產生變化的區域也很寬廣。依目前科技,即使觀測到台灣上空的電離層濃度明顯降低,也很難精準預測究竟是台北、屏東,還是花蓮會發生地震。
「如果我們觀測到某天的電離層濃度與前15天中位數濃度相較有明顯減少現象,大概只能說未來5天內、台灣地區約有5成機率會出現規模5以上的地震。由於現階段資訊太籠統、誤差太大,做任何公開預警都是沒有意義的,只會提醒測報中心同仁要提高警覺,」郭鎧紋說。
觀測電離層電子濃度,是近年來相當熱門的地震前兆研究之一。左圖為今年5月台灣上空電離層電子濃度的觀測圖,紅線部分代表每日電離層的濃度變化,上圖為5月份規模5以上的地震報告。比較兩圖可發現,發生規模5以上地震的前1至5日,台灣上空的電離層濃度均有明顯減少的現象。