2017年2月15日 星期三

【國語日報專區】地震專題:聆聽地下的聲音-地震儀

地震波除了會使地表晃動,還會在地底下穿來穿去,科學家也藉著穿過地球的地震波認識了地球的構造。但是,這些研究都需要一樣非常重要的工具:地震儀,那麼地震儀是怎麼幫我們把地震波記下來的呢?

日常生活常見的「慣性」作用
搭車時,如果車子突然間緊急煞車,坐在車上的我們會發現自己會有要向前飛出去的感覺;停住的車子忽然間快速開動,我們也會覺得有種向後的力量拉著自己。這種向前、向後的感覺,都是生活中常見的「慣性作用」。而地震波傳到我們腳下時,也正是我們的身體原本不動,而震波讓大地晃動而使我們感受到天搖地動!

利用慣性的地震儀
地震儀的原理,就是利用前面提到的慣性,最早的概念就是利用一個懸吊的重錘,連接上一個紀錄器和阻尼,便能記錄下地震來時的地表晃動。重錘因為很重,又僅用細線懸吊著,所以地震來時,重錘相對地表不動,而連在重錘上的記錄器,便來回畫下地震的波動。
那麼地震儀上的「阻尼」又是什麼呢?其實它是用來防止震議記下「不是真正的地震波動」。簡單來說,阻尼就是用來阻止多餘的晃動。假如只有重錘,當地震晃動一陣子,它便會被帶著一起晃動,就像是地震過後,仍然不斷晃動的吊燈一般,假如把這些晃動記錄下來,我們就會誤會地震結束的時間,當然也會錯估了地震真正的威力。

地震儀原理的示意圖,主要由重錘、紀錄器、阻尼組成。左方的地震儀可以記錄上下的晃動,而右方則可記錄水平的其中一個方向晃動。


地震儀的演進
既然是用重錘來做地震儀,那地震儀一定很大囉?一開始的地震儀的確如此,有些地震儀的重錘十分巨大,需要好幾個人才搬得動。而且紀錄紙也需要定期更換。最初的地震紀錄紙需要利用燻煙將紙燻成黑色,然後紀錄器就像是一根針一般在上方「刮」出痕跡,研究人員要定時更換,並在表面途上保護漆才能永久保存。但隨著科技進步,即使原理不變,地震儀仍然可以縮小尺寸,能偵測的地震也更多。而電腦與網路的普及,讓我們隨時都能快速知道哪邊發生地震,現在氣象局已經能在三至五分鐘就能找出地震發生的位置,其實在三十年前時,還要花上三十分鐘才能知道地震發生在哪呢!

 
一個地震站往往有許多不同的儀器,像照片中的黃色的儀器與為強震儀,最重要的功能就是告訴我們當地的震度為幾級。另一種紅色柱狀的地震儀,則可以偵測到很細徵的地震,而分成三種不同的擺設方式,才能完整的記下不同方向地震波。

上山下海又遁地的地震儀
地震的位置若要定的又快又準,就需要裝設更多的地震儀,透過網路連線變成「觀測網」,就像撈魚的網子一般,網子如果越密,就能抓到更小的魚,而網子若越多越廣大,就能抓到更多的魚。所以地震學家走遍臺灣各地,連人煙稀少的山區都裝設地震儀,甚至把範圍延伸到海底,而且畢竟地震來自於地下,也開始有許多地震站是設置在地底下,也就是鑽一口井在地下放置地震儀,以求能夠更快的接收到地下的地震波。

但這些「下海遁地」的地震儀仍是少數,目前擁有井下與海底地震儀較完整的國家,也只有地震同樣頻繁的日本,而臺灣各地在也近年來才開始發展,但或許我們可以期待不久的將來,這些地震儀可以帶動更多新的地震研究,讓我們更加了解地震!
 
常在電視或報紙上看到的中央氣象局內的地震紀錄器,實際上現在的地震資料皆已經自動儲存在電腦當中。