【明報專訊】台灣花蓮本月3日發生黎克特制7.2級地震,隨後美國東岸和日本宮崎縣先後也有地震,地震於多地接連發生,是一種自然循環。在本港發生的有感地震強度,當然不如位處板塊邊緣的台灣,但有學術研究發現原來山泥傾瀉可觸發一連串地表災害,形成地震災害鏈。山泥傾瀉向來是山多平地少的香港常見自然災害之一,香港是否能從這條地震災害鏈中獨善其身?
白格堰塞湖最佳例證
地震成因涉自然和人為因素,自然地震大致可分為構造性地震、火山地震和衝擊性地震等,當中構造性地震就是由眾所周知的板塊運動令地殼變形而產生;人為地震則可能是利用炸藥破壞地表開採地下資源時造成。地震可引發地表災害如山崩(俗稱山泥傾瀉),亦可觸發火山爆發和海嘯,不同災害之間甚或存在因果關係,但香港中文大學地球系統科學課程助理教授陳衍佐說:「沒有單獨一個災害自己可以形成(引發)其他所有災害。」意即自然災害的成因各有不同。
由陳衍佐領導研究的中大理學院地球與環境科學團隊(下稱研究團隊)首次發現,當山泥傾瀉的崩塌物阻塞河谷或河牀,形成堰塞湖,隨後積水使水位上升,增加水壓,致岩石斷層的應力隨堰塞湖的重力負載和流體壓力上升,繼而部分湖水流入地下孔隙,增加孔隙壓力,兩種壓力聯動下會觸發地震,證明山崩和地震互相影響。
山崩後地震頻率多20倍
地震是地殼應力釋放的過程,應力即物體承受的作用力,當應力超過岩層本身可承受強度時,岩石破裂錯動,把長期積累的能量釋放,導致地震。地震一般發生在板塊邊緣地帶,因板塊邊緣地帶的構造應力較大,譬如說位於環太平洋地震帶的台灣,位處歐亞板塊和菲律賓板塊之間,陳衍佐說這兩個板塊約以每年8厘米的速度移動,「兩個板塊相撞的速度很快」,本月台灣花蓮的地震正因傳統板塊運動造成。弔詭的是地震造就、也破壞自然地貌,陳衍佐說像太魯閣國家公園裏那樣的高山多數經板塊間的激烈碰撞才形成,該處現時卻因地震而山崩。
2018年中國金沙江兩次因山崩而堵塞,兩次崩塌物的體積相當於1.3萬個奧運標準游泳池,形成白格堰塞湖。研究團隊分析了白格堰塞湖一帶2018至2023年間約5年的地震活動數據,發現該區於山崩後1周內發生逾60次地震,頻率比堰塞湖形成前多20倍,第二次堰塞湖形成期間地震活動率明顯增加。陳衍佐指地震引發山泥傾瀉,形成堰塞湖的情况,同樣見於2008年四川汶川大地震。汶川大地震造成的唐家山巨型山體崩塌後,形成34處堰塞湖,堰塞湖一潰壩便引發洪災。他對比台灣花蓮月初發生地震前後的衛星影像,明顯見到地震引發的大型山崩,而研究團隊發現地震、山崩和堰塞湖可互相觸發,有機會形成災害循環。
冰川湖結構類似堰塞湖
坊間有聲音流傳極端天氣增加地震風險,其中有說氣溫上升令地殼熱量上升,熱力循環加快板塊活動引致地震,陳衍佐表示暫未有可靠的科學證據,「氣溫急升對地殼溫度影響不會太大,因為氣溫說的是大氣(溫度),地殼本身的熱量已經很高」。不過,研究團隊成員劉敏指全球暖化使冰川融化,增加冰川湖的體積和重量,結構類似堰塞湖,或會透過同樣機制,令冰川湖附近斷層的應力變化而誘發地震,但除此之外,「還沒看見氣候變遷會影響地震活動」。
是次花蓮強烈地震至少造成16人死亡,逾1100人受傷,再次令人感受到人類面對自然災害時之渺小,問陳衍佐會否有科學手段避免地震,他說「地震是地球演化的必要環節」,必然會發生,無法控制,但若說預防山泥傾瀉造成嚴重影響,正如香港現行做法,可在斜坡設泥石壩或柔性防護網,阻擋塌下的泥石湧出。
那麼地震可以事前預測到嗎?陳衍佐坦言:「地震發生之前,我們(現時)沒辦法預料。」但長遠而言可以透過以往地震數據,計算一個地區在特定時間內發生指定級別地震的概率和風險,地震發生後則可利用地震儀探測地震波,即時傳訊通知市民,可警戒與地震央相隔較遠的人。他指就算是不熟習地震應對措施的港人,出外旅遊遇上地震,也能在Google Maps看到災害警示,及時遠離危險。台灣中央氣象署委託國立中央大學地震災害鏈風險評估及管理研究中心,打造新一代AI地震預警系統(TT-SAM),在地震觸發當下,透過卷積神經網絡(CNN)擷取地震波特徵來預警和評估餘震強度。
有賴內地數據推進研究
換言之,面對地震這種無法預計的災害,最重要還是災民和政府的應對措施。陳衍佐頓時憶起1999年台灣集集鎮發生地震(又稱「921大地震」),那次的震級達7.3級,與花蓮這次地震規模相若,惟921大地震中逾2400人罹難。死亡人數有如此大差異,陳衍佐說:「這個不是地震(強度)的分別,是建築、科技的分別。」他認為經過多次地震,台灣的建築愈起愈抗震。回望香港,香港位處歐亞板塊之內,非板塊邊緣,理論上不會發生具破壞性的5級或以上地震,他說香港反而是「颱風多,這裏發生很大很大(強烈)地震的風險很低」,故建築具防風特性,卻防不了地震,但「花多點錢防颱風」屬合理的資源分配選擇。由此可見,應變地震從來都不是香港人要上的課。
陳衍佐記得幾年前留在美國東岸做地震科學研究時,感受過一次約5級的地震,「那時我在圖書館,看到天花板的燈在晃動」。對比他在香港遇到的地震,香港的地震強度較輕微,像「貨車經過時地面微微震了一震的感覺」。那麼缺乏地震「演練」的港人出外遇地震該怎辦?陳衍佐提醒地震發生時,不要出於本能往建築物外面跑,因為隨時可能被塌下物砸到而受傷,甚至死亡;感受到震動時應留在建築內,找穩固的遮蔽物,例如躲在枱底趴下。
陳衍佐研究地震學約10年,曾在美國史丹福大學地球物理學系擔任博士後研究員,卻於2020年來港後才開始研究亞洲發生的地震,為何要在不常有地震的香港做地震學研究?他說除了較美國靠近家鄉馬來西亞外,「在美國很難access(讀取)內地地震數據,香港都好難,要到內地找人建立合作關係,分享數據給我」,例如今次刊登在國際學術期刊Nature Communications有關堰塞湖可觸發地震的研究數據,也是由內地的研究所提供。
憑縱橫波能量 揭發北韓核試
難獲取地震數據主要出於軍事考慮,陳衍佐說2022年為了研究,曾在美國的海域放置地震儀記錄數據,1年後取回地震儀卻不能讀取數據,要跟當地海軍交涉,因為「他們(美國海軍)潛艇的活動,我們可以聽到看到(偵測到)」。他續指,其他軍事測試,例如爆炸測試和核武測試也可通過地震波來偵測,正如2017年北韓發生兩次地震,經他國分析地震數據後發現是核武爆破試驗引發的。
地震波分為縱波(primary wave,又稱P波)和橫波(shear wave/secondary wave,又稱S波),陳衍佐說核試時產生的地震波形和方向有別於一般地震,核試產生的橫波能量比地震小得多,故地震儀只會測到明顯的縱波,是「人工地震」的特徵,由此可分辨出自然地震和核試。
港多冧山泥 但難形成堰塞湖
說回研究團隊的最新發現,山崩後形成堰塞湖觸發的地震屬於哪種地震?陳衍佐稱堰塞湖誘發的地震未有正式名字和分類。香港時有因暴雨造成的山泥傾瀉,也有會引發地震的堰塞湖嗎?陳衍佐不敢妄斷:「有這個可能,但以我所知,香港過去10多年來都不太看到。」因為香港的山相對不算高,以他身處的中大望出去的九肚山為例,也不到海拔400米,即使山石坍塌,落下的沙石量也未致於堵塞河堤,「水可以直接冲走,不會形成堰塞湖」。但除了天然形成的堰塞湖外,陳衍佐說人工水壩和人造湖也算是堰塞湖的一種,避免在地震帶建水壩,勉強可說是預防手段。
跟地震一樣,陳衍佐說山泥傾瀉也不能事前預測,只能知道哪個地區經歷暴雨或地震後,較大機會出現山崩。他續說全世界因山崩形成的巨大堰塞湖數量不多,暫時留意到高山地區,如喜瑪拉雅山脈一帶,較容易出現堰塞湖,並時有地震發生。他希望延續今次研究成果,進一步了解其他地方曾否出現2018白格堰塞湖附近山崩引發地震的現象,以及這種現象出現的頻率,再尋找預測突發山泥傾瀉引發災難的方法。自然災害造成的嚴重後果視乎地區而異,就香港而言,陳衍佐再次強調,從對社會影響來說,「颱風一定比其他災害強很多」。但比起地震,至少颱風的形成可提前預測,市民還可預先用膠紙貼緊窗戶,鎖好門窗,避免外出來防備。
最後再問未來科技發展能否預測地震什麼時候發生,陳衍佐只是笑了笑道:「希望有,沒辦法擔保一定做到。」