又地震啦! 4級規模6.3到底什麼意思?

by:阿咖
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4月底,尼泊爾強震引發國際高度關注,在此之前,台灣的花蓮也傳出有 規模6地震發生,當新聞連日更新災情並不斷修正地震情況時,你真的分得清楚畫面或主播口中描述的地震規模和地震震度分別是甚麼意思嗎?


 

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路透社



----本文經授權轉載自應用地質技師 黃鐘----

地震的規模與震度往往會讓人搞不清楚,以至於每次地震發生之後新聞媒體或是各種談話性節目都會出現一些不盡相同的訊息,看到最後只會讓人越來越迷糊。

就拿最近發生在台灣附近的地震來說吧,這個2015年 4月20號發生在花蓮外海規模6.3的地震在花蓮造成了3級的震度,但是新北市明明離震央比較遠,震度卻有4級(見下圖)。


 

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網友

2015/ 04/20 花蓮外海地震等震度圖。淺綠色區域的震度級數較小,橘色區域震度級數較大,星星為地震震央位置。可以看到花蓮宜蘭為黃色,另外台北也有一區黃色,代表台北盆地內的搖晃程度與花蓮宜蘭類似,而台北盆地以外的新北市的晃動程度比較小。圖片來源:中央氣象局


 

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路透社



來折小黃瓜體驗一下
就我們平常的認知,會覺得距離地震震央越近的地方震度越大,但是實際上並不完全是如此,所以今天就先從地震的規模跟震度談起,然後再來簡介一下為甚麼會發生這種跟我們直覺反應不一樣的震度分布。

地震規模指的是地震發生時兩個地塊沿著斷層斷裂時所釋放的能量。相信大家都折斷過小黃瓜吧!地震釋放能量的原理跟折斷小黃瓜極為類似。折小黃瓜時第一個會發生的事情是小黃瓜開始彎曲,接下來彎到某一個程度後,小黃瓜就斷了。小黃瓜斷的時候我們的兩隻手會感到「啪」的微微震動,這個震動就代表能量的釋放,也就是地震。

只要想像我們的兩隻手代表互相推擠的板塊,黃瓜代表台灣的地層,就可以理解為什麼台灣會地震了,畢竟我們折的是黃瓜而不是鋼筋呀…

如果今天我們換個東西來折,大黃瓜吧,可以想像要把大黃瓜折斷時所需要的力道一定比折小黃瓜來的多,在折斷大黃瓜時,兩隻手感到的震動也會比折斷小黃瓜來的大。因為大黃瓜體積比較大,可以儲存較多的變形能量,所以要用比較大的力氣去折才折的斷,因此大黃瓜被折斷時釋放出來的能量也比較大。

這個例子告訴我們,如果地層內累積的能量越多,造成的地震規模也就越大,而在釋放能量的時候所產生的震動也會比較大。這也就是為什麼每次地震之後地震學家會提到小的能量釋放是好事,因為一但累積在地層(黃瓜)裡面的能量可以小部分小部分先被釋放出來,最後就不會來發大的「啪」。這就像有時後折大黃瓜不是一次啪開,而是一點點、一點點裂,最後再軟弱的兩半分開,就屬於溫和的能量釋放。


 

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地球圖輯隊

地震規模很難懂? 我們用國民小吃滷肉飯的熱量來折算給你聽。


規模6地震能量=千萬碗滷肉飯熱量
地震規模的表示方式是一個純的數值,例如圖一之中的地震規模是 6.3, 2015年 4月25日發生在尼泊爾地震的規模是 7.8(可見圖7)。地震規模是地震學家利用地震發生後紀錄在地震儀裡面的震波圖(就是有點像心電圖的那個)去計算能量的釋放,中間的公式可以參見氣象局的地震百問,或是熱心鄉民mstar在 2008年於PTT上發表的文章

以花蓮外海規模 6.3的地震為例,這個地震釋放的能量大約是 1.8x1014焦耳,換算成廣島原子彈大約為 1.4顆。當然,也可以效法matar網友的方法把能量換算成平常常見的食物熱量來做個類比。

就拿常見的滷肉飯來說吧,一碗粗估 500大卡(約 2.1x106焦耳),所以花蓮外海地震的能量約等於八千六百萬碗滷肉飯的熱量,如果將這些滷肉飯全部裝到砂石車裡面,則需要兩千六百輛才裝的完。把這個數量的砂石車頭尾相連將近有 25公里(可以順著中山高速公路從基隆排到台北,或是從台中排到彰化,或是從台南排到岡山),很驚人吧!


 

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地球圖輯隊

乍聽地震震度和地震規模的時候,你可以馬上分辨出是甚麼意思嗎? 


用保時捷體會地震震度
震度跟規模則是完全不同的東西,震度代表的是地震發生時當地的搖晃程度。測量震度的概念就跟測量汽車加速度一樣,汽車加速的時候可以測量車子的加速度,地震發生時也可測量地表移動的加速度。這個加速度的單位是伽(沒錯,是為了紀念那個物理學家伽利略),1個伽大約是 130 km/hr。

這個數字看起來沒有甚麼感覺,那就舉個例吧:保時捷 918超級跑車從 0 km/hr加速到100 km/hr只需要2.6秒,加速度略多於一千伽,要知道地球的重力加速度只有980伽,所以超過一千伽的意思是跑車的加速度超過地球本身的重力加速度。

汽車加速時對乘客推向座椅的力道也可以叫「貼背感」,在這種接近1個重力加速度的情況之下,身體向後貼在椅背上的力道就等於乘客的體重,可以想見坐在這款車上的貼背感一定相當威猛。

一般汽車加速大概震度5級
不過,因為大部分的人都沒有保時捷,所以我們可以用比較便宜的房車達得到的加速度來當做下一個例子。計程車大家都坐過吧,一般國產車的加速度(就用 0-100 km/hr等於 15秒好了)大概可以到 185伽,屬於氣象局定義的 5級震度。 5級震度大約是九二一地震時中台灣所感受到的最小震度,所以如果想要體驗一下 5級震度的加速度,只要把車開到個空曠的地方然後猛踩油門到底就能夠感受到了。

如果還覺得不夠,那可以在達到時速 100 km/hr後把安全帶解開,然後同時把煞車踩到底,這樣額頭就可以立刻感受到185伽的威力。氣象局把加速度從 0-400伽分成七級(各級級距不盡相同,細節可以在地震百問裡面看到),只分到 400的原因是大於 400的震度真的不常見,真的碰到這麼大的地震的話也只能說運氣不好了。


 

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用搖晃的布丁來想像一下震度如何? Photo credit: nonattac


美味布丁與地層
震度大小取決於距離震央遠近以及各地的地層特性,一般來說距離震央越近的地方會測到較大的震度,但是如果地震儀所在的地點位處鬆軟地層區域,或是位在地震波容易增強的地方,就會產生較大的晃動,所以地震儀測得的加速度就比較大。鬆軟的地層就像布丁一樣,如果我們把布丁倒在盤子上,然後再晃動盤子,布丁的晃動程度會比盤子本身的晃動來得大,如果我們準備兩個加速度偵測儀,一個在布丁上,一個在盤子上,則布丁上的偵測儀會測到比較大的加速度。

此外,由於地下的地層破裂時也不是同時間所有的地層都一起破裂(折大黃瓜的時候也一定是先從某一側開始破之後才會「涮」的一下整根斷開),所以破裂的發展方向也會決定地層各處的震度大小不同。

舉例來說,2015規模 7.8的尼泊爾地震,震央處的震度就略小於距離震央約80公里遠的首都加德滿都(見下圖),原因就是地層破裂的方向是從震央處向東,所以加德滿都才會有這麼大的晃動,造成了嚴重的災情。


 

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2015/04/25 尼泊爾地震等震度圖。藍綠色區域的震度集數較小,橘色區域得震度級數較大,星星為地震震央位置。圖中震央附近的震度界於七級與八級之間,但距離震央 80公里處的加德滿都卻有高達八級的震度。圖片來源:美國地質調查所

 

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用受傷來想像一下地震的規模吧。Photo credit: Bubber


當你扭到腳...
講了這麼多,如果想用一個簡單的例子來說明地震規模與震度,大概可以用以下的故事作為類比。假設今天某人打球扭到腳踝(地震發生,震央在腳踝),扭到之後可能是腫起來(規模1)、瘀青(規模2)、脫臼(規模3)、骨折(規模4)、開放性骨折(規模5)。而在發生了這個意外之後,身體各處的痛感(震度)不同,腳踝應該會痛得半死(6級)、小腿覺得很不舒服(5級)、膝蓋有點酸酸的(4級)、右手食指無感(0級)。這樣子應該就很容易分出來地震規模跟震度級數的不同了吧!

最後打個廣告,如果還想更深入的了解台灣的地震,或是世界上一些剛發生的大地震的消息,歡迎大家到台灣地震科學中心的網站找資料。網址是:http://tec.earth.sinica.edu.tw/new_web/index.php

 

編註01:本文於 2015/ 5/5取得應用地質技師黃鐘同意刊載,未經同意不得轉載。
編註02:地球圖輯隊精選評論文章,希望能幫助網友從多面向思考。本文意見為原作者所有,不代表本站立場。原作者黃鐘為專業地質技師,對於 921大地震、 天然災害、大地測量學 、山崩、台灣地質、光學雷達、地理信息系統 、地貌學、地質構造、地質學、構造地質學、遙感等領域有所涉獵。

延伸閱讀:《為什麼日本人爬活火山,火山爆炸真的不能預測嗎?
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