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更新日期:104年7月17日

沈川洲教授跨國團隊揭露四千年來西所羅門群島超級地震刊登《Nature Communications》

地質科學系沈川洲教授與合作超過15年的美國德州大學奧斯汀分校佛烈德泰勒 (Fred Taylor) 教授研究團隊,6月30日在國際著名的「自然通訊」《Nature Communications》期刊中,發表研究成果,利用生長在潮間帶的珊瑚,做為天然地震紀錄器,重建過去四千年來,發生在位於西太平洋的所羅門群島超級地震歷史。

會引發大海嘯的超級地震有多恐怖呢?西元2004年12月26日,蘇門答臘-安達曼地震規模9.0引發的南亞大海嘯,捲走近二十五萬人。2011年3月11日,日本本州外海規模9.0地震引發大海嘯,造成超過2萬人傷亡!

離臺灣五千公里,為我國在太平洋六個邦交國之一的所羅門群島西側,於2007年4月1日,發生自1900年當地有地震紀錄以來,最大規模的8.1地震,造成12公尺高的大海嘯,所幸該地區人口較為稀少,但仍奪走五、六十條寶貴生命,與難以估計的財產損失!災難之後,人們急迫想知道的是,這個地震是最大的一個嗎?未來還會發生比這個規模還要大的地震嗎?假如能夠重建過去強震歷史,應該可以回答以上的問題,也能評估誘發大海嘯的超級地震是否真的會再發生,以便提出因應對策。2007年起,由臺灣研究團隊開始規劃,科技部並於2009年起補助其相關研究經費,協助該國了解其板塊運動與地震模式,本研究成果就是其中的一部分。

如何重建史前地震紀錄?沈川洲教授表示,生活在海邊潮間帶的團塊狀珊瑚,生長位置大約到低潮位時,珊瑚頂部會因暴露出海面而無法向上生長,只有側邊的活體珊瑚持續朝水平方向、以同心圓向外不斷延續生命,外型不再是團塊狀,而是呈現扁平的月餅狀,稱為小環礁 (microatoll),於是小環礁的頂部就代表當時的海水面;另外,還有僅生長在海水表面附近的珊瑚或形成的珊瑚礁階地,也代表海水面高度。地震發生時,若引發地面突然上升、海水面相對下降,造成珊瑚暴露在空氣中而死亡。死亡後的小環礁、珊瑚或暴露的階地,與海水面的高度差,就是區域地面被地震抬升的高度;而珊瑚死亡的時間點便是地震發生的時候。換句話說,這些生長在海岸邊的珊瑚,就是天然地震紀錄器。

過去幾年,德州大學奧斯汀分校團隊,利用小環礁珊瑚化石和珊瑚礁階地的發現位置,結合臺大地質系發展的精確「珊瑚鈾釷定年技術」,利用鈾-238衰變系列中三個放射性核種,鈾-238-鈾-234-釷-230的相對比例,計算珊瑚化石年齡,重建發生在西太平洋的所羅門群島西側雷諾加島 (Ranongga Island),過去數千年來的超級地震歷史。

研究團隊於2012年5、6及8月前往所羅門群島,在長28公里、寬5公里的雷諾加島,進行3個月的全島野外工作。從南到北七個地點,共採集約30個珊瑚化石標本,在臺大地質系進行精準度極高的鈾釷定年工作,測量化石年紀,年齡分布從七千年前到現代都有,最小的誤差僅有正負11個月!

分析結果發現,雷諾加島之紐貝爾 (Newbare) 地區 (附錄地圖一C中的實心圓) 的珊瑚化石,紀錄了過去四千年來比較完整的古地震事件,期間雷諾加島至少共有四次史前大地震,平均大約500-1000年發生一次,但以目前資料看來,並無明顯的規律週期。這個結果與研究團隊在2008年12月發表在「科學」《Science》期刊中,發現蘇門答臘明達威群島,自14世紀以來的兩百年超級地震週期,明顯不同。

雷諾加島紐貝爾地區的這些古超級地震,每次引發地面抬升為2-3公尺,最近一次史前地震是750年前,地面抬升為3.4公尺。這些抬升高度都比西元2007年,規模8.1地震的1.8公尺抬升還要高,顯示這四次地震強度應該超過2007年地震。

未來西所羅門群島還會發生規模很大,久久一次的超級強震嗎?答案是肯定的,大強震必然發生!這就是板塊碰撞帶,永遠的宿命;但問題是很快會再來嗎?幸運的是,依照目前已有的證據顯示,如果板塊間相互運動模式不變,近期內當地發生誘發強烈海嘯,直接威脅該區域居民的規模8.0以上地震,機率不高。

沈川洲表示,我國位於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊間的碰撞帶,地殼活動激烈,地震頻繁。臺灣本島與離島也有許多珊瑚礁,如何應用這種珊瑚天然地震紀錄器,重建史前地震,是我們地質研究自當努力的方向。

所羅門群島史前超級地震研究,是由科技部卓越領航計畫與臺大共同資助,全文請參閱6月30日「自然通訊」: Nature Communications, 2015, 6:7607, DOI: 10.1038/ncomms8607, Variable Holocene deformation above a shallow subduction zone extremely close to the trench。

  • 地質科學系沈川洲教授與德州大學奧斯汀分校佛烈德泰勒教授一起參加國際會議。

    地質科學系沈川洲教授與德州大學奧斯汀分校佛烈德泰勒教授一起參加國際會議。

  • 分布圖

    (A)東亞與西太平洋地區自西元1980年以來誘發海嘯的大地震 (星星) 分布圖,大多集中在赤道兩側及北緯35-50o。2007年於所羅門群島西側發生規模8.1地震,造成12公尺高的大海嘯。(B) 所羅門群島。(C) 研究團隊於雷諾加島7個地點 (圓圈) 採集現生與化石珊瑚標本,重建數千年來古地震歷史,其中的紐貝爾地區 (實心圓) 的珊瑚化石,紀錄了過去四千年來比較完整的古地震事件。

  • 雷諾加島。

    雷諾加島。

  • 第一作者德州大學奧斯汀分校博士班學生Kau Thirumalai與佛烈德泰勒教授勘查雷諾加島上的小環礁珊瑚。

    第一作者德州大學奧斯汀分校博士班學生Kau Thirumalai與佛烈德泰勒教授勘查雷諾加島上的小環礁珊瑚。

  • 德州大學奧斯汀分校佛烈德泰勒教授進行小環礁珊瑚取樣。

    德州大學奧斯汀分校佛烈德泰勒教授進行小環礁珊瑚取樣。

  • 古地震事件圖表

    所羅門群島西側的雷諾加島之紐貝爾地區 (圖一C 實心圓) 的珊瑚化石紀錄了過去四千年來較完整的古地震事件。研究發現每次引發地面抬升為2-3公尺,都比西元2007年,規模8.1地震的1.8公尺還要高,顯示這四次地震強度應該更大。

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