談起地震只想到板塊運動？快來惡補丟了很久的地球科學吧

過往許多教育或某些片段的科普知識，在「地震成因」的部分，經常會以板塊構造運動的學說，來解釋板塊運動伴隨而生的地震。

不過，事情才沒這麼簡單呢！ 集團資訊關於我們集團介紹我們的團隊旗下媒體關鍵評論網everylittled.INSIDE運動視界Cool3c電影神搜未來大人物歐搜哇旗下節目多元服務Ad2Taketla拿票趣關鍵議題研究中心Cr.EDShareParty達思智能科技與我們合作內容行銷與廣告業務異業合作原創內容暨內容媒體業者合作加入我們新聞中心 2017/11/23,生活photocredit:REUTERS/IvanAlvarado/達志影像震識：那些你想知道的震事《震識》專門跟大家「聊地震的事」，由中央大學馬國鳳教授與科普作家潘昌志(阿樹)共同成立的地震知識部落格。

我們希望透過淺顯易懂的分享方式，讓地震知識走入日常生活中，同時也會藉由分享各種地震的歷史或生活故事，讓地震知識也充滿人文的溫度。

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過去，如果有機會和對小朋友講到地震成因時，我經常會提一個很簡單又不簡單的問題：我：「地震是怎麼來的？」小朋友：「是板塊運動！」我：「那板塊是什麼？」小朋友：「是我們腳下的地方」我：「板塊『運動』就會地震？那板塊是地震時才運動？還是一直都在動呢？」我可不是故意要刁難孩子們，而是在科普推廣的經驗中發現了許多常見的盲點，一有機會我就會想盡辦法導正。

過往許多教育或某些片段的科普知識，在「地震成因」的部分，經常會以板塊構造運動的學說，來解釋板塊運動伴隨而生的地震。

不過，事情才沒這麼簡單呢！人們嘗試用不同方式去了解地震成因的歷史已有數千年，不過到了1906年舊金山地震後，人們才連結了地震與斷層的關聯。

至於1960年代才興起板塊學說，也和地震的關係密不可分，板塊學說可以用來解釋地震，地震其實也是建構板塊學說模型的佐證，今天我們不只談科學，也談歷史，從地震的科學史來看人們探尋地震成因的脈絡。

將地震和斷層摻在一起的第一人：萊尹爾爵士由John&CharlesWatkins-，公有領域，維基連結。

萊伊爾爵士（1865~1870之間拍攝照片）最早的人們觀測地震的狀況，不過就是「地在搖晃」而已，但因為大地沒事不會搖晃，加上古代人也不會知道地下除了石頭之外還有些什麼，所以也根本想不懂地震是哪來的。

自古以來有許多人嘗試了解地震，不過因為距離理論仍太遙遠，我們直接跳到較重要的一位主角：英國地質學家萊尹爾爵士，你可能沒聽過他，但他是在地質學和演化論的發展上皆扮演了重要角色，他支持赫登的「均變說」，覺得世間的許多地質的現象都是經年累月慢慢形成的，就像滴水能穿石般的緩慢……而後來達爾文在發展演化論時，多少也受到地質學的影響（這又是另一個故事，我們之後再聊）。

　回到正題，萊伊爾走遍大江南北，看了很多「斷層」，他的想法是：「斷層不是一天造成的！」我們在國中課本上看到的斷層，經常都會看得出它的「錯動」方向，但實際上很多時候斷層長得又是另一種樣子，甚至斷層兩側是八竿子打不著邊的岩層，認真一算，搞不好從古至今滑動了好幾十公尺。

所以，萊伊爾就覺得這應該是一點一滴累積而成的。

這時，恰巧有一起證萊伊爾想法的地震發生，1855年地震發生時紐西蘭雖不能算是殖民地，但也是英國的好朋友，萊尹爾就從紐西蘭地震後得到的資料，確認了地震與斷層的關聯。

不過對於當時萊伊爾的想法僅止於找出「相關」而非「因果」，這就像是雞生蛋在先，還是蛋生雞在先的問題一般，到底地震是「怎麼樣發生」，還無法解釋。

圖片來源：取自USGS網頁1906舊金山震後因斷層錯動變形的圍籬不止摻在一起想，還想了合理解釋時間跳到近50年後，1906年舊金山地震造成加州灣區嚴重的傷亡，但也因為它發生在人們已充分開發的地區，所以有完整的測量資料，就像是我們現在家家戶戶都有畫好地圖地籍一樣。

地震後重新測量，發現有些地方的錯動量十分驚人啊！欸？不對啊，這件事不是跟萊伊爾看到的狀況一致？到底是要怎麼看出斷層「怎麼動」的？這時就要感謝辛勤的加州的畜牧業者，幫我們記下了斷層在地面留下的痕跡，如果要開個牧場，勢必要蓋圍籬。

有些牧場的圍籬就正好蓋在斷層線上，在地震過後，正好就發現了這些先來後到的圍籬，記下了截然不同的變形。

如果是已經蓋好非常久的圍籬，地震後幾乎完美的截成兩半，明顯的看出斷層的變形。

不過，如果是地震前沒多久才蓋好的圍籬，卻是斷成弧形的，這樣太奇怪了！PhotoCredit：震識型式一：完整的變形。

型式二：同震變形。

（這兩者差異於後面的文章中將說明）然後，在1906地震後多達一千六百多頁的報告中，有一篇「地震的機制」，作者里德（HenryFieldingReid）闡述了地震與斷層的關係，提出彈性回跳理論來解釋斷層上發生的現象和地震之間的關係……真要細講應該寫個三個星期都講不完，所以還是先跳結論——斷層錯動引發地震的過程可以分成三個階段： 第一階段：斷層未受外力的作用也沒產生變形的階段。

第二階段：隨著力量的累積，變形也慢慢的變化，而此時斷層面因為摩擦力的作用，是整塊卡住還沒有斷開的，整塊地層像有彈性般變形。

第三階段：斷層上面的作用力和摩擦力的平衡達到臨界點，一口氣錯動開來，並同時發生地震，地震就是釋放突然錯動產生的能量變化。

就加州的聖安德列斯斷層來說，斷層上的地震便以這樣的方式周而復始發生，在一次大地震後，就有點像是重置這個循環回到第一階段一樣。

這個理論不是隨便說說，而是建立在精密的震後測量上，包括前面提到的圍籬變形方式。

我們先來看看，彈性回跳理論的基本示意圖：PhotoCredit：震識彈性回跳理論的三個基本階段循環的示意圖，斷層面在地震發生前會「鎖住不動」而累積應力，直到臨界點才會一口氣錯動，並周而復始重覆。

而前面提到的「型式二」的變形方式與彈性回跳理論並不矛盾，反而是忠實呈現接近同震的變形：PhotoCredit：震識我們可以想成在斷層面開始累積應力與應變時，才蓋上了新的籬笆，所以離斷層較遠的地方已經先變形了，而斷層面在地震當下的錯動才是最劇烈的！更重要的是，上述用圍籬的示意方式，不僅僅是個概念上的理論，還能用數學式子來解釋。

因此現在我們才能運用地震波、精密測量與地震後的觀察紀錄來研究斷層的行為，雖然並不是每個斷層的特性都相同，但多數經過重覆的觀察後都可以簡化成上述的行為與方式，這也是目前我們對於地震成因的認識。

雖然這個理論至今仍普遍用來解釋地震的成因，不過其實當時的這個理論還沒辦法完全幫我們解開問題。

從前文的脈絡至少就可以列出幾點疑問： 這個理論有沒有例外？ 讓斷層附近變形和錯動的「外力」是哪來的？ 理論上提到的狀況是已經有斷層了，那斷層又怎麼「從無到有」？我們先來聊聊「例外」的情況，有沒有不是循這種模式的呢？有！譬如火山地區岩漿庫內的岩漿增加、移動或冷卻時所造成的地震。

而就算是與斷層作用相關的地震，也不是百分之分就能分成這三個階段，有些斷層經常緩緩的錯動，不發生地震或是僅發生規模很小的地震，有些斷層則是既會發生大地震，也會發生無震的滑移或是小地震，這些差異受了很多因素影響，像是斷層面上的摩擦性質、外力作用的大小與變化，甚至鄰近地區的大地震，也可能間接改變了斷層面性質與能量累積的臨界等，這種種差異，也讓現今科學家不斷修正、調整各項理論的看法。

至於第2和第3點疑問，其實現今的科學已早有解答。

板塊構造學說用板塊運動解釋了「為什麼會有外力」讓地表附近的岩層產生各種變形，而斷層怎麼「從無到有」，則又可以從實驗室中岩石力學的實驗來驗證。

不過這兩項又得再花個兩篇文章來細說分明，就暫且賣個關子或請參閱延伸閱讀略知一二吧。

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