地震發生就如同折竹筷? 清華教授新發現

記者季大仁/新竹報導 2016-01-12 05:54

 
地震發生的時機和地震釋出的能量大小至今仍難以預測,原因是除了板塊推擠的狀況外,科學家實在無法同時掌握包括地層結構在內的眾多複雜因素。不過,藉由分析主震和餘震的震度與發生頻率,科學家已經歸納出地震學最主要的三條經驗定律。清華大學物理系教授洪在明和他的研究團隊發現,折斷一支竹筷子或是一把義大利麵所發出的聲音,竟然符合這三條定律,或許能作為往後地震研究的一項參考。

洪在明表示,雖然科學發展已經有幾百年的歷史,新的物理原理或定律仍然可能從日常生活現象,或是唾手可得的普通物體中發現。之前曾帶領學生「揉紙」做實驗,在皺折力學上推翻了過往的定論。這次特別用外國人少見的竹筷做實驗,分析折斷竹筷時所產生的聲音,沒想到我們每天吃便當用的簡便竹筷竟然與複雜的地震一樣,符合地震三大定律:古騰堡-芮克特定律 (Gutenberg-Richter law)、大森定律 (Omori’s law) 和巴特定律 (Bath’s law)。

 
洪在明表示,就目前所知無感地震經常發生,而大地震較為少見。古騰堡-芮克特定律是說明地震規模與其發生頻率成反向關係,符合統計學中的冪次法則(power law),折竹筷所發出的聲音同樣也滿足這麼特別卻簡單的關係。大森定律則描述距離主震發生的時間愈長,餘震發生的頻率愈低,折斷的竹筷也有同樣的現象。最後,巴特定律指出主震與最大餘震的震級比,大致和主震震級無關,在折斷竹筷的聲音表現上也有這個特性。
 
儘管有這三項經驗定律,但人類仍無法準確預測餘震發生地點、時間與強度,因為有太多變數會影響到預測的準確率,科學家寄望藉由理解這三個定律背後的機制,或許可以幫助改善在預測上遇到的困境。
 
洪在明表示,以橫斷面來看,一把義大利麵的構造,與竹筷子的維管束構造頗為相似,因此在實驗中獲得相同的結果或許不是那麼令人訝異,但是重要的是義大利麵證明了這個發現,並不僅限於竹筷,條狀或層狀(例如地層)的結構都有機會適用,有可能成為探索地震奧秘的新線索。


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