地震工程 海嘯的形成機制:不起眼的前世

文與圖/陳慧慈 |2015.10.14
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圖一:斷層的錯動型式。
圖二:海底斷層錯動前。 圖三:海底斷層錯動後吸引四周海水。 圖四:過多海水湧入造成高水位及退潮。 圖五:海嘯前世浪生成後向外傳播。

文與圖/陳慧慈

「海嘯」這個名詞相信大家對它並不陌生,因為只要大地震的震源是在海底下時,新聞報導就會說,位於夏威夷的「太平洋海嘯中心」或日本發布了「海嘯警報」。受限於篇幅,我打算分成前世與今生來介紹海底地震怎麼會引起海嘯,這一次先談海嘯的前世。

我們都知道地震是因為斷層的錯動而引起的。斷層錯動的四種基本型式為逆衝和正衝(合稱為傾向斷層)及左移和右移(合稱為走向斷層),如圖一所示。既然引起海嘯的地震斷層是位在海底,那麼在這四種錯動型式中,你認為是哪一種會造成海嘯呢?

圖二是一個尚未發生錯動的海底逆(衝)斷層,位在其上的海面是水平的。當逆斷層的上盤(陸地側的地盤)稍微向上抬升,而下盤(海側的地盤)下陷量較大時,會造成位在錯動區上方的海水面下陷,吸入四周的海水,如圖三所示。持續的吸入過多海水(若離岸邊近,就會發生退潮的前兆),又會造成這一區的水位過高,因而周圍的水位產生壓力差(圖四);由於地球的重力場的影響,就形成了往四周傳播的浪,以便讓海面回復到平面狀態(圖五),而這向外傳播的浪,我稱它是「海嘯前世浪」。

如果是上盤稍為下陷,而下盤抬升很多(正斷層),和前述的現象相比,只有圖二的部分不一樣,會有大量的海水流到海岸,也就是漲潮反而是成了海嘯的前兆。所以海嘯來臨之前不一定會是退潮,有可能會是漲潮的喲!

至於橫移斷層因為只是地盤平行移動(兩側沒有高程差),因此其上的海水與周圍的海水的高度沒有變化,當然也就不會產生海嘯前世浪囉。

根據經驗,地震規模大於芮氏規模七點二,且震源深度在海底下三十公里以內,就有可能造成海嘯前世浪。在開闊的深海海域中,向外傳播的海嘯前世浪的周期較長,波長可達數百公里,但實際高度通常小於一公尺,因此波高和波長之比(波的斜率)甚小,整個海面看起來仍然很平緩,航行在其間,一般人也很難察覺到這是海嘯前世浪。但是這麼不起眼的浪,為什麼最後會變成大家聞之色變的海嘯呢?我們先賣個關子,等下回揭曉。

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