台北可能發生火山爆發嗎？科學家用切蛋糕的方式

其中的大屯山近年被科學家斷定是活火山，中研院科學家用切蛋糕的方式， ... 的話，就可以讓整體圖像的解析範圍延展到更深處，解析度也更上一層樓！ Share 【為什麼我們挑選這篇文章】 台北大縱走，沿臺北盆地外圍山脊線的一條行山徑，串連臺北市之五大山系：大屯山、七星山、五指山、南港山、二格山。

其中的大屯山近年被科學家斷定是活火山，中研院科學家用切蛋糕的方式，解析大屯火山群的岩漿庫構造，進一步評估大屯火山群對大臺北地區的災害風險。

（責任編輯：陳怡君） 採訪撰文／陳儀珈，美術設計／林洵安 解析大屯火山群的岩漿庫 天哪！原來我家旁邊住了一座活火山？位於臺灣北部的大屯火山群，近年已被地球科學家推斷為活火山，繁華的天母、北投與士林就在它的山腳，距離臺北101大樓甚至只有15公里。

為了評估災害風險，發現活火山還不夠，我們還必須深入了解岩漿庫。

「研之有物」專訪中央研究院地球科學研究所黃信樺副研究員，看他如何將地震波當作X光，解析大屯火山群的岩漿庫構造。

用震波，幫大屯山拍一張「X光」照片吧！ 自中央研究院於2016年證實大屯火山群為活火山以來，科學家不斷試圖了解更多大屯山岩漿庫的資訊，以評估大屯火山群對大臺北地區的災害風險。

今年，中研院地球所黃信樺副研究員利用震波資料，進一步找出宛若圓柱牛奶罐、位於地下8公里的岩漿庫，其直徑約8公里、高度約12公里，論文已於2021年3月初發表於《科學報告》（ScientificReports）。

這個藏在地底下8公里的岩漿牛奶罐，是怎麼被黃信樺找出來的？ 蛋糕只要一刀切開，就可以把內餡看得一清二楚；然而礙於技術和成本，面對腳下的土地，我們不能像切蛋糕一樣，一下就看清楚地底結構。

那科學家是怎麼分析火山的「內餡」呢？ 聰明的地球科學家，搬出了「地震波」這個媲美X光的好工具！ 地球每天都會發生成千上萬的地震，當地震波傳過重重地層、抵達地表測站後，就像是替地底做了一次完整掃瞄，而地球科學家只要蒐集這些地震波，就可以破譯出藏在震波中的地質訊息。

由於地震波可以穿透地底，因此地震波就像是地球科學家的「X光」，只要蒐集這些地震波，就有機會破解地層下的秘密。

受到地質構造與折射的影響，其中P波經過液體的內地核會減速，而S波無法直接通過液體的內地核。

目前我們熟知的地殼、地函、內外地核等分層，也都是藉由這些原理得出的研究成果。

（圖片來源：報地震-中央氣象局） 對地球科學家來說，每一個地震，就像一個個X光的發射器，而發射出的地震波就是X光，因此，用地震波去理解地底構造，就像是用X光去拍地底的X光照片。

這個技術，就是大名鼎鼎的震波層析成像（SeismicTomography）。

當地震波經過不同地質條件的地層時，會改變地震波傳遞的速度和性質，例如P波經過液體時，速度會下降，而S波因為穿不過液體，會直接不見。

因此，當地球科學家只要收集到來自四面八方的地震波後，就可以推估出地底構造的幾何形貌。

從黃石公園的超級火山，到「死而復生」的大屯火山群 為什麼一直到了2021年，地球科學家才順利解析大屯火山群的岩漿庫？這是因為有了震波層析成像技術還不夠，還要有工具和震波資料才行。

2014年時，黃信樺正在美國猶他大學進行研究，機緣巧合之下，他參與了黃石公園的計劃，使用震波層析成像技術，在原本已知的大型岩漿庫底下，找到了一個更深、更巨大的岩漿庫。

如此意想之外的研究發現，也讓黃信樺的論文成功登上《科學》期刊（Science）。

黃石公園岩漿庫之模型示意圖。

2014年時，在原本已知的流紋岩岩漿庫之下，大約地下20公里至45公里處，黃信樺找到了另一個更巨大的玄武岩岩漿庫，登上《科學》期刊。

（圖片來源：黃信樺） 反觀臺灣，因為不像美國一樣擁有密集、均勻的地震測站，不足以讓學者對大屯火山群做完整的「X光掃描」，因此在2014年時，臺灣學者對於大屯火山的岩漿庫仍然是一知半解。

直到2016年，中央研究院林正洪研究員成功找到了大屯火山的岩漿庫，並證實為活火山後，臺灣才開始大力推動進一步的研究計畫，在北部地區逐步設置超高密度的寬頻觀測網——臺灣陣列（FormosaArray），探索這位危險鄰居的秘密。

臺灣陣列地震站分布圖，圖中約有140個測站，安裝有寬頻地震儀並即時蒐集傳送地震資料，此計畫由中央研究院地球科學研究所（IES）與大屯火山觀測站（TVO）共同執行。

（圖片來源：FormosaArray臺灣陣列） 臺灣陣列的地震測站有多密？從2018年開始，每間隔5公里，研究人員就會設立一個地震測站，站點橫跨山區，目前在臺灣北部設立了相當均勻的測站分布。

無論是遠方的地震，還是臺灣的地震，我全都要！ 有了技術，又有了密集的測站，摩拳擦掌的地球科學家，終於可以來一窺岩漿庫的秘密了。

黃信樺學成歸國後，受到了計畫主持人林正洪的邀請，帶著黃石公園的研究經驗，正式加入了大屯山岩漿庫的研究中，他藉由臺灣陣列取得了遠震震波資料（teleseismicdata），並利用氣象局與中研院原有的地震觀測網獲取近震震波資料（localearthquakedata），最終為臺灣地球科學界描繪出了大屯火山群岩漿庫的模樣：一個牛奶罐。

為什麼要特別同時使用來自遠方的「遠震」和附近的「近震」資料呢？事實上，這跟解析度也脫不了關係！ 受到地震波傳遞路徑的影響，近震的震波只會經過淺層地底，帶來淺層的地質資訊（灰色），而遠震可以帶來深層和淺層的訊息（淺橘色），聯合遠震跟近震就可以加強整體的解析度並得到更完整的訊息（深橘色）。

（圖片來源：研之有物，資料來源：黃信樺） 從圖中我們可以發現，地震波在地球內部傳遞的路徑是弧線，其中近震的地震波只會經過比較淺層的地底構造（灰色），反之，若使用遠震震波，就會帶來地球深部的訊息（淺橘色），並再次加強淺部的資訊（深橘色）。

因此，如果地球科學家有辦法同時使用遠震、近震的資料來推算的話，就可以讓整體圖像的解析範圍延展到更深處，解析度也更上一層樓！ 看圖說故事的功力，取決於你對這塊土地的了解 費盡千辛萬苦，有了技術、有了工具和震波資料後，地球科學家終於得到了地底「掃瞄圖」，但這一場大屯山岩漿庫探索之旅，仍然還沒有停歇！ 比如說，當我們拿到一張涵蓋整張嘴巴的全口X光照片，一般人只看得懂黑色是軟組織、白色是硬組織，並猜測出骨頭和牙齒的位置。

然而，對一位經過6年訓練、擁有專業醫學知識的牙醫師而言，卻可以一眼看出你的蛀牙、發炎、阻生齒、牙周病等等資訊。

P波在臺灣北部不同地底深度的傳播速度分布。

（圖片來源：黃信樺） 震波層析成像也是如此！以上面這張論文中的圖片為例，P波速度較低的紅色，代表該區的地質構造比較「軟」，反之波速高的藍色則為較「硬」的區域。

但，這到底代表什麼意思？啊岩漿庫又在哪裡？此時，地球科學家者對這塊土地的了解和專業知識，就派上用場了！ 以2公里深為例（上圖a），可以看到大面積的紅色、藍色對比，其中藍色代表中央山脈，也就是很硬的變質岩；而紅色是西部麓山帶，屬於較軟的沉積岩，並包含林口臺地（很厚的紅土層）、臺北盆地（沉積物）等明顯的地質構造特徵；東方小塊的紅色，則代表宜蘭平原的沉積物。

承上，圖a大屯火山群的位置為白色，沒有明顯特徵；然而到了8公里深（圖b）和16公里深（圖c）時，黃信樺卻發現，大屯火山群底下從白色變成紅橘色。

火山下方突然出現一塊軟軟的紅橘色，P波的速度甚至降低到19%這麼多，這意味著什麼？主要有兩種可能：含水，或是有岩漿。

然而，地底8公里深的壓力過大，地下水較難以滲透，「含水」這個理由並不可行，因此，黃信樺結合了地球化學、地質學的研究和數據後，認為目前最合理的解釋是：它就是大屯火山群的岩漿庫！ 大屯火山群（綠色三角形）地貌剖面的P波波速變化。

可看到從8公里深開始，隱約存在一個紅橘色的圓柱體，該區P波速度大幅下降，岩漿庫是最合理的解釋。

其中：Topo為地表高度，Depth為地底深度，綠色三角形為大屯火山群的主要火山口與噴氣孔，紅色三角形為其他北臺灣火山位置。

（圖片來源：黃信樺） 這個岩漿牛奶罐，究竟從何而來？ 找到岩漿庫的位置後，黃信樺開始思索，這一個體積約600萬立方公里的岩漿庫從哪裡來？透過震波反演出的圖像中，我們也可以窺得一絲的線索。

北臺灣的P波波速（Vp）模擬結果，以C-C’切面為例，圖b為P波速度擾動強度分布圖，而圖c為P波速度絕對值的分布。

（圖片來源：黃信樺） 關於「岩漿」的由來，我們第一個想到的，或許就是因為板塊隱沒、部分熔融產生的岩漿。

而在上圖（b）中，我們可以從紫色的小圓圈的分布看出菲律賓板塊隱沒產生的地震帶，以及隱沒後出現的部分熔融區（紅橘色的L2）。

然而黃信樺卻發現，在大屯火山岩漿庫（紅橘色的L1）、板塊隱沒產生的部分熔融（紅橘色的L2）之間，有著一大段很遠的距離，也沒有出現相連的通道，因此，黃信樺猜測，大屯火山岩漿庫應該與板塊隱沒帶沒有直接的關係。

不是板塊隱沒，那會是什麼呢？另外一種可能，就是後碰撞時期的弧後張裂。

目前臺灣東北部的地震，大多都是來自琉球島弧後方沖繩海槽（OkinawaTrough）的張裂環境，根據論文的反演結果，黃信樺也認為，大屯火山群、基隆火山群等北部火山，比較有可能是由此機制而生。

但請大家注意，以上對於大屯火山岩漿庫的成因的討論，僅僅還在「推論」的程度，我們尚且無法證實大屯火山就是由此而來，未來仍然需要更多相關研究的佐證。

「所以，它就像一個裝滿岩漿的牛奶罐嗎？」 大錯特錯啊！雖然前文都將這個岩漿庫形容像牛奶罐一樣，然而，如果你覺得它是一個裝了滿滿液體岩漿的牛奶罐，那可就不對了。

黃信樺笑著說，「如果它真的是一個空空的牛奶罐，我馬上就會搬家！不騙你啦！」。

海綿的孔隙率有多少、岩漿的性質是什麼、地震波會降多少速，都可以透過地震和地質資料算出來，例如論文中的「P波波速下降19%」，就是從已知的安山岩數據相互推論而來。

此外，雖然論文結果看起來是一個牛奶罐的形狀，但事實上圓柱狀的岩漿庫並不常見，反之，大部分的岩漿庫都和黃石公園一樣，是屬於扁平狀的，因此黃信樺認為背後可能仍然有解析度的問題。

這次黃信樺是用最容易取得、最精準的P波來反演，未來他可能就會用S波、雷利波、洛夫波等震波資料來彼此檢驗，找出更精確的岩漿庫訊息。

這次大屯火山的岩漿庫解析，黃信樺採用容易取得且精準的P波來反演，未來他將用S波、雷利波、洛夫波等其他震波資料交互檢驗，讓岩漿庫資訊更精確。

（圖片來源：研之有物） 從「岩漿庫變淺22公里」，一窺大屯火山的研究展望 在2016年林正洪「起死回生」的大屯火山研究中，乃是透過兩個近震資料，保守的推算出岩漿庫的位置落在30公里深左右，這一次，黃信樺透過解析度更高的反演結果，推斷出岩漿庫的深度其實只有8公里。

五年內，岩漿庫的深度從30公里變成8公里，雖然變淺了很多，但黃信樺表示，一般火山岩漿庫的深度大都落在5~15公里之間，大屯火山的8~20公里其實已經相對比較深了。

那些很活躍的、頻繁噴氣的火山岩漿庫，深度甚至只有3~5公里，例如黃石公園就在4~12公里的位置。

因此，我們並不需要因為這22公里的差距而感到焦慮或慌張。

話雖如此，我們仍須正視大屯火山這個距離臺北101不到20公里的活火山，畢竟大臺北地區的居民數量超過700萬，旁邊甚至還有兩座核電廠，面對這一位風險不明的火山鄰居，我們絕對不能視而不見。

今年（2021年）八月初，有一篇發表在《自然通訊》（NatureCommunications）的評論指出，過去以來，人們都只關注那些大規模的火山噴發，卻忽視了即使是小規模的火山噴發，也有嚴重危害全球經濟的風險，並把臺灣大屯火山列入全世界7個最關鍵的要點之中。

評論的作者表示，臺灣是台積電（TSMC）的所在地，而台積電負責供應全球高達90%最先進的晶片和節點，也是全世界技術與汽車行業的主要供應商，一旦大屯火山爆發，嚴重的火山灰和沉積物將會破壞全球的科技業與金融市場，帶來驚人且可怕的連鎖反應。

面對大屯火山的眾多未解之謎與潛在風險，黃信樺認為，震波層析成像只能給我們空間的資訊，既然我們已經確認大屯火山底下擁有岩漿庫了，接下來，科學家必須更進一步認識這位熟悉又陌生的朋友，像是岩漿庫的特性、火山的定年、噴發週期、模擬噴發形式，甚至是防災的疏散方案與宣導，都是我們需要努力的未來。

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首圖來源：維基百科） Share 最新文章 夏季電力不足，核能是不是最安全選項？哈佛教授用6場核災告訴你 2022-06-15 為什麼疫情下行人死亡數更多？納什維爾用大數據找出高傷亡網絡、「修復」高危險路口 2022-06-15 不符合排放標準的車輛不准再進城！蘇格蘭四大城設立低排放區，民眾可開車但製造空污就免談 2022-06-13 我們會進化到什麼地步？牛津大學學者：人類已走向「超人類計畫」，升級後可突破老化與死亡 2022-06-10 【進擊的園丁】園藝游擊隊用綠手指找回與社區的連繫，創造自己的城市花園！ 2022-06-09 NowReading 台北可能發生火山爆發嗎？科學家用切蛋糕的方式，分析危險鄰居大屯火山的秘密 5minread 最新文章 宜居城市 全球公民意識 定義未來生活 超廣角視野非讀book 科學新知 文化觀察 人物故事 觀點 0% ✕ Close 最新文章 宜居城市 全球公民意識 定義未來生活 超廣角視野 非讀book 科學新知 文化觀察 人物故事 觀點 關於CO│CitiOrange公民報橘 聯絡我們 ✕ 最新文章 宜居城市 全球公民意識 定義未來生活 觀點 超廣角視野 非讀book 科學新知 文化觀察 人物故事 聯絡我們 LatestPosts 夏季電力不足，核能是不是最安全選項？哈佛教授用6場核災告訴你 為什麼疫情下行人死亡數更多？納什維爾用大數據找出高傷亡網絡、「修復」高危險路口 不符合排放標準的車輛不准再進城！蘇格蘭四大城設立低排放區，民眾可開車但製造空污就免談 我們會進化到什麼地步？牛津大學學者：人類已走向「超人類計畫」，升級後可突破老化與死亡 【進擊的園丁】園藝游擊隊用綠手指找回與社區的連繫，創造自己的城市花園！ 為提供您更好的網站服務，本網站會使用Cookies及其他相關技術優化用戶體驗，繼續瀏覽本網站即表示您同意上述聲明了解隱私權政策同意並關閉視窗Manageconsent Close PrivacyOverview Thiswebsiteusescookiestoimproveyourexperiencewhileyounavigatethroughthewebsite.Outofthese,thecookiesthatarecategorizedasnecessaryarestoredonyourbrowserastheyareessentialfortheworkingofbasicfunctionalitiesofthewebsite.Wealsousethird-partycookiesthathelpusanalyzeandunderstandhowyouusethiswebsite.Thesecookieswillbestoredinyourbrowseronlywithyourconsent.Youalsohavetheoptiontoopt-outofthesecookies.Butoptingoutofsomeofthesecookiesmayaffectyourbrowsingexperience. Necessary Necessary AlwaysEnabled Necessarycookiesareabsolutelyessentialforthewebsitetofunctionproperly.Thiscategoryonlyincludescookiesthatensuresbasicfunctionalitiesandsecurityfeaturesofthewebsite.Thesecookiesdonotstoreanypersonalinformation. Non-necessary Non-necessary Anycookiesthatmaynotbeparticularlynecessaryforthewebsitetofunctionandisusedspecificallytocollectuserpersonaldataviaanalytics,ads,otherembeddedcontentsaretermedasnon-necessarycookies.Itismandatorytoprocureuserconsentpriortorunningthesecookiesonyourwebsite. SAVE&ACCEPT