【戶外百科】「死去活來」的火山:大屯山和龜山島請多指教

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⚠大屯山、龜山島都是活火山!(蓋章)
⚠龜山島比較活躍。其岩漿庫較大、地震活動也較多。
⚠火山「不會」像災難電影突然翻臉就大爆發毀滅世界。火山噴發有跡可循,有充分時間先偵測到異常、據以應變。
⚠火山監測同列防災任務,科技部正在擴大相關地震觀測網,範圍涵蓋新北市、宜蘭縣。
㊙ 本篇有很多精彩獨家照片!
  
自 2011 年起,中央研究院 Academia Sinica地球科學所研究員林正洪與團隊在陽明山建立了「大屯火山觀測站(Taiwan Volcano Observatory at Tatun, TVO)」,監測大屯火山群的活動。

幾年下來,TVO 團隊確認了幾項典型活火山特徵,證明大屯火山群還有巨大熱能存在;此外,還記錄到全球首見的特殊現象 ──「心跳」般規律的重複性地震活動。?

「活火山」的認定有兩個條件:
1. 一萬年以內曾有噴發事件
2. 地底下有岩漿庫存在

大屯山和龜山島皆符合這兩個條件!

一萬年以內的噴發事件可從火山灰定年得知;地底的岩漿庫則是分析地震測站資料得來。

岩漿庫是液態為主的岩漿體,會造成地震的 P 波緩達、S 波無法穿透。再根據沒收到 S 波的測站位置,就能劃出岩漿庫的大致範圍。

過去一直無法確知岩漿庫到底存不存在。如今,團隊仔細分析大屯火山的地震測站資料,發現大屯火山群「同時」具備上述兩項證據,證實北部地殼內部有岩漿庫,範圍大約有1 / 4台北市面積。團隊也據此方式推估龜山島地下的岩漿庫。

*兩個火山相比,龜山島比大屯山活躍得多。陽明山地區每個月約有 150~200 次地震活動,龜山島是它的 3~4 倍,且岩漿庫是大屯山的 1.5 倍大。


與火山共存 

其實,不用擔心生活在活火山周邊 ── 不同於地震還完全無法預測,火山要噴發前往往有預兆,還能從這些跡象推估火山噴發的時間、規模、地點。

火山噴發的前兆包括地震活動增多、地震深度漸漸變淺、火山氣體濃度劇增或成份改變、地表溫度升高等等。「平常一個月一兩百次地震,火山噴發前可能一周就有幾千到上萬次地震活動。跡象是很明顯的!」林正洪說。

大屯火山群的岩漿庫距離地表約 20 幾公里,「岩漿往上竄到地表需要時間,不會一夕間冒上來。」林正洪解釋,目前國際上的火山預警大概可以提早十天到幾個月,視不同火山特性而定。

他也提到,雖然不時會看到國外某某火山爆發的新聞,附上火紅岩漿流淌、火山灰衝天的壯觀影像,但對於有做火山監測的國家來說,火山已不太威脅到人類生命。

台灣人類歷史上沒有面對火山噴發的經驗,科學監測歷程也還短。要應對新的風險,首要工作是做好基本觀測,好好認識它~


火山的「心跳」

火山的「心跳」不是日常現象,而是由其他事件誘發。

當其他地區發生地震,傳來震波,大屯火山群也跟著出現地震活動,可是這地震活動有週期性!每 18 分鐘一次,持續兩三天。這不尋常的特性被團隊暱稱為火山的「心跳」。

林正洪團隊 2015 年在大屯火山身上觀察到三次心跳,這也是全球首次在休眠中的火山看到這樣的現象。「真的很不可思議!」林正洪說,一般地震根本無法掌握頻率,可是這些火山地震的訊號卻如此規律。


為什麼大屯火山「復活」了?該怎麼辦?

很久很久以前~根據火成岩定年分析結果,學者推估大屯火山群最後一次爆發大概在 10 萬至 20 萬年前,再噴發的機率極低,大家可以放心洗洗睡。

BUT!!!

最近十幾年,綜合地球化學、地震活動等研究,在在指出大屯火山群「行跡可疑」,要重新考慮以前的結論。後來,中研院研究員陳中華用火山灰定年,更顯示大屯山最近一次噴發約在 5000~6000 年前──這時間對地球科學家來說,是值得正視的「前科記錄」。

這些成果催生了大屯火山觀測站,政府開始認真監測,也調整了相關法律。

2017 年五月,立法院修正「災害防救法」,在天然災害的定義增列「火山災害」,並指定住海邊管很寬的內政部為主管機關。

去年三月,台北市更首次舉行火山災害演習。不僅士林、北投區域的民眾會收到緊急通報警訊,政府也演練疏散、收容警戒區的民眾;而今年十月,台灣還會舉行研討會,邀集各國火山學者交流。

恐懼來自於未知,持續做好科學監測,就能洞悉火山的心~


➡下方其他照片,看看火山研究者怎麼出野外、科學家又用了哪些方式監測火山

龜山島雖然是離島,火山的直接威脅較小,但要是火山活動導致土石崩塌、引發海嘯等複合式災害,就可能波及平坦的宜蘭平原。

島上火山活動比大屯山活躍得多,但目前島上探測儀器相當缺乏,目前只有四站寬頻地震儀和一站 GPS,急待擴充相關設施。

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圖/TVO團隊提供


團隊成員在噴氣口附近採集氣體,準備帶回實驗室分析,比較成分與量的變化。執行這類實地採樣時,人員都必須著高規格防毒面具。

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圖/TVO團隊提供


除了採氣,人員也會量量地溫,通常溫度在 100~105℃ 之間。

要監測的噴氣孔有十幾個,因應不同特性,每個點的量測項目不大一樣(土壤氣、溫泉水、水質變化)。有的用儀器自動記錄,有的則需人力定期踏查。

為什麼不全部用自動化儀器呢?

「經費就是個很大的限制,像探測二氧化碳的儀器一個就要幾十萬,還要加上記錄器跟通訊設備。」林正洪老師說,在資源有限的情況下,團隊要對各站點做不同的監測配置。

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圖/TVO團隊提供


林正洪研究員在戶外的測站講解。地上圓柱體是地震儀、旁邊小房間是記錄器、像大型角架的東西是 GPS 站(精度達 1 公分!可連續記錄下地殼挪移變動)。

P.S. 因應媒體參訪,特地除了除草。原本這塊地的草就跟周圍一樣高~ 若有人去小油坑玩的時候看到這些東西,拜託別亂碰啊 >

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圖/科技部 FB 編輯攝


流動廁所X
小油坑土壤氣體觀測站O

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圖/TVO團隊提供


土壤氣觀測站的內部樣貌。儀器在塑膠箱裡,量測地表逸散出的二氧化碳濃度變化。儀器每五分鐘就記錄一筆資料;每一小時回傳 TVO 基地一次,計算每小時氣體通量。

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圖/科技部 FB 編輯攝


林正洪說,地震測站的選址有很多條件:沒有人、有訊號、有光照、地表堅固。

為了避免儀器被人為的震動訊號干擾,要選在人煙稀少的環境。有交通道路就有人煙,所以要往山林裡走。

可是啊,儀器資料都是靠手機訊號自動回傳的,所以也不能太偏僻,至少要有基地台訊號。

走在林地裡,樹蔭太密也不行,因為可能要用太陽能板供電,必須找林間空隙讓太陽能板曬太陽。找到這樣的環境後,還要看地表穩不穩,最理想是不易鬆動的岩盤地。

現在正在擴張地震觀測網,有些建設點在中央山脈,光走到預定點就要七八小時......。

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圖/TVO 團隊提供


野外的地震站就長這樣,用一個小屋子罩著裡頭的感測器、記錄器、供電系統。

人員大概一兩個月巡走野外測站一次,不時會發現不速之客。

「儀器很溫暖,很容易有蛇躲在裡面,我們每次去都要先打草驚蛇!有時候還會發現蟻窩,看了有點可怕~」林正洪說。

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圖/TVO 團隊提供


團隊正在架設太陽能板,以便供電給野外地震測站。

若測站附近有家戶,團隊就會去跟家戶或台電協調,拉電路給測站。但荒郊野外還是只能靠太陽能板。

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圖/TVO 團隊提供


團隊人員正在進行「水準測量」,量測地表變形程度。

量測地表變形有三種方式:水準測量、GPS 站、傾斜儀。前兩者的精度為一公分,傾斜儀則可達 10^-6 度!

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圖/TVO 團隊提供


大屯山觀測站的監測主要有三個方向

(1) 地球化學:噴氣孔(6站)、土讓氣監測(2站)、溫泉水監測(8站)、水質監測(2站)
(2) 地球物理:GPS(9站)、次聲波(8站)、地溫(4站)、傾斜儀站(3站)
(3) 地震觀測網:寬頻地震儀(40站)

大屯山鄰近人口密集的台北都會區,最高峰七星山距離台北 101 大樓不到 15 公里,偵測火山活動是防災要務。

科技部正在進行擴大地震偵測網的計畫,預計將地震儀增設至 140 站(就是前面照片看到的那種野外迷彩小屋),範圍涵蓋新北市、宜蘭縣。

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圖/科技部 FB 編輯攝


兩個都是硫磺結晶,左邊是在陸地上噴氣孔附近;右邊則是幾年前,人員在龜山島潛水到海底火山附近取的樣本。

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圖/TVO團隊提供

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圖/科技部 FB 編輯攝


延伸閱讀


其他連結 


相關參考文獻

  • Lin, C.H. (2016), Evidence for a magma reservoir beneath the Taipei metropolis of Taiwan from both S-wave shadows and P-wave delays, Scientific Reports, Vol. 6, 39500.
  • Lin, C.H. and H.C. Pu (2016), Very-long-period seismic signals at the Tatun Volcano group, northern Taiwan, J. Volcanology Geothermal Research, Vol. 328, 230-236.
  • Lin, C.H. (2017a), Dynamic triggering of drumbeat seismicity at Tatun volcano group in Taiwan, Geophysical Journal International, Vol. 210, 354-359.
  • Lin, C.H. (2017b), Probable dynamic triggering of phreatic eruption at the Tatun volcano group of Taiwan, Journal of Asian Earth Sciences, Vol. 149, 78-85.
  • Lin, C.H., Y.C. Lai, M.H. Shih, C.J. Lin, J.S. Ku and H.C. Pu (2018a), Extremely similar volcano sounds from two separated fumaroles at the Tatun volcano group in Taiwan, Seismological Research Letters, Vol. 89, No. 6, 2347-2353.
  • Lin, C.H., Y.C. Lai, M.H. Shih and H.C. Pu (2018b), Seismic anatomy of molten sill reservoirs by both S-wave shadows and reflections, Scientific Reports, Vol. 8, 16401.


參考資料 

  • 立法院法律系統(相當方便的小工具,可比對異動條文及理由):https://reurl.cc/QxDQ2
  • 台北市政府消防局新聞稿,〈北市地震火山災害防救實兵演練正式登場 東京、橫濱、首爾搜救隊跨國救援〉:https://reurl.cc/4O5qY

資料來源:科技部