引起海嘯的原因有哪些?

引起海嘯的原因有哪些?
海嘯

就是海上突然出現的巨浪

有時浪高可達十公尺以上。

這種巨浪可能在同一地點持續數小時

重複幾十次

如果沖向陸地

所到之處

破壞設施、建築

會造成生命財產的重大損失。

二○○四年十二月二十六日清晨

印尼發生 9.0 級大地震

震央位於蘇門答臘島西北部的亞齊省西南外海 160 公里處。

地震引發南亞大海嘯

巨浪沖向印尼、泰國、斯里蘭卡、印度這些印度洋周邊國家

甚至沖向遠在五千公里外的非洲東岸

一天之內造成數十萬人傷亡

數百萬人無家可歸。

海嘯發生的頻率並不低

以臺灣為例

二十世紀就有四次海嘯紀錄

但因規模不大

浪高都不及一公尺

因此未造成重大災害。

規模像這次南亞大海嘯的

倒是很少發生

全球平均幾十年才有一次。

海嘯發生的原因 海嘯發生時

沖向陸地的巨浪

速度可達每秒數十公尺。

以速度 V = 10 m/s 計算

質量 M = 1 kg 海水持有的動能 K 是K = 1/2 × MV2 = 1/2 × 1 kg ×（10 m/s）2 = 50 joule而且

海水由海面沖向陸地

至少經過幾十秒的時間

也就是這些海水「持有」這些動能至少達幾十秒。

因此

海嘯的發生

一定是有造成局部海水突然獲得大量動能的機制

海水瞬間開始快速流動

形成巨浪

這種海浪以速度V =（gh）1/2（其中 g 是重力加速度 9.8 m/s2

h 是水深）向四面八方傳播。

以水深三千公尺的海面為例

V = （9.8 × 3000）1/2 m/s ＝ 170 m/s約等於傳播速度每小時六百公里。

若海水原本的平衡狀態瞬間被破壞

破壞的能量就會轉移到海水

使海水突然獲得大量動能而引發海嘯。

這有以下三種可能的原因：（1）巨大外物（例如彗星）撞擊海洋；（2）海底山崩塌；（3）海底淺層地震。

如果不幸有一顆彗星撞擊地球

且撞到海洋

則被撞的局部海水會因此被排開

並吸收彗星的動能

而形成巨浪

引發大海嘯。

一九九四年曾有彗星撞木星的事件

至於彗星撞地球

雖然有史以來未曾發生

但在史前曾經發生過

未來還是有可能的。

美國亞利桑那州就有一個三萬三千年前產生的直徑1.2公里的彗星撞擊坑。

海底山崩塌是可能引發海嘯的第二個原因。

如果海底山發生崩塌

崩塌的部分會掉落海底地表

降低位能

轉換為海水的動能

使海水流動

產生巨浪而引發海嘯。

海底山崩塌曾經造成一九九八年的巴布亞紐幾內亞海嘯。

最近有人預測西非摩洛哥外海加納利群島中的巴爾默島

可能因火山爆發造成崩塌

而引發高達一百公尺巨浪的大海嘯。

不過筆者對發生如此大規模崩塌的可能性

抱持強烈懷疑。

最常引發海嘯的是震源在海底的淺層地震。

斷層是板塊邊界

若海底淺層地震造成斷層兩側的板塊產生垂直方向的相對位移

則覆蓋的海水也會跟著產生垂直方向的相對位移

海水原本的平衡狀態被破壞

抬升板塊上方的海水變得比較高

位能變得比較高

於是向位能比較低的下沈板塊方向流動。

也就是說

海底淺層地震可能使震央附近的海水突然獲得大量位能

這個位能因地心引力立即轉換為動能

使海水流動

而引發海嘯。

依震源深度

可以把地震分為淺層（深度 0 ~ 70 公里）、中層（深度 70 ~ 300 公里）、深層（深度超過 300 公里）三種。

斷層地震都發生在板塊邊界處

依照板塊之間相互移動的方式

斷層可分為平移型、發散型和聚合型三種。

發散型斷層是上盤向下滑移（下沈）

又稱正斷層

聚合型斷層是上盤向上滑移（抬升）

又稱為逆斷層。

正斷層和逆斷層都是傾斜滑移斷層。

如果海底地震是由平移斷層引發

斷層沒有傾斜滑移

則海底板塊只會發生水平位移。

因海水是流體

雖然會跟隨發生水平位移

但位移量遠小於海底板塊的位移量

海水原本的平衡狀態被破壞得很有限。

而且這種破壞僅限於水平方向

不涉及重力加速度

海水不會增加位能

因此即使發生海嘯

規模也不大。

如果發生海底傾斜滑移斷層地震

但震源很深

斷層破裂面並未延伸到海底地表

只局限在海底地表以下

則地震波傳到海水時

海水只是傳播震波的介質

震波傳過之後海水又恢復平靜。

震波雖然可能產生盆地效應

即震波在一個封閉水體中來回擺盪而產生加成作用

但這種擺盪只會在小面積的水體

如湖泊或內海產生。

由於封閉水體的水量有限

且傳播的只是震波

不是海浪

震波能量會由海水傳入海底而消散。

至於海水流入海底斷層的裂隙

不太可能是產生海嘯的原因。

因為斷層的裂隙通常非常小

特別是傾斜滑移斷層

裂隙多在十公分以內

幾乎看不到。

以臺灣一九九九年的 921 地震為例

在斷層面上兩板塊緊密接合

根本沒有裂隙

海水無法流入

因此不太可能引發海嘯。

斷層破裂面在陸上的地震

除非破裂面延伸到海底地表

否則海水的角色只是震波傳播的介質。

地震波到達之後

海水雖短暫獲得振動的動能

卻無法「持有」這個動能

這個動能在不到一秒之內就傳播到別處

海水又恢復平靜

不會流動。

所以陸上地震幾乎不可能引發海嘯。

最可能引發海嘯的

是斷層破裂面在海底地表的海底傾斜滑移地震。

這種地震會造成斷層兩側板塊的地表產生垂直方向的相對位移

正斷層是下盤抬升

逆斷層則是上盤抬升

由於覆蓋在板塊上方的海水隨著板塊產生垂直方向的相對位移

在抬升板塊上方的海水面跟著抬升

於是高於下沈板塊上方的海水面

這個過程只需要幾秒鐘時間。

隨後地心引力迫使具有較高位能的海水向下沈板塊快速流動

形成巨浪向四面擴散

而引發海嘯。

海底的斷層

大部分是位於海洋板塊衝入大陸板塊底下

或海洋板塊衝入另一海洋板塊底下的隱沒帶的聚合型斷層

屬於逆斷層

且斷層附近有海溝

發生地震時是上盤抬升

下盤下沈。

雖然斷層也有平移型和發散型

但比較少。

以這次引發南亞大海嘯的地震為例

就是印度板塊和澳洲板塊衝入緬甸小板塊和桑達板塊的逆斷層。

海底斷層傾斜滑移

抬升板塊上方的海水到底具有多少能量（位能）？以 1226 南亞大海嘯為例

斷層傾斜滑移造成上盤抬升達 30 公尺

斷層破裂面長度超過一千公里（106 m）。

假設上盤抬升與下盤下沈發生在斷層兩側各一百公里（105 m）範圍內

則上盤抬升的海水質量 M 是（海水密度是 103 kg/m3）M = 106 m × 30 m × 105 m × 103 kg/m3 = 3 × 1015 kg獲得的位能 U（以 U = mgh 計算

重力加速度 g = 9.8 m/s2

海水平均抬升高度 h = 15 m）U = 3 × 1015 kg × 15 m × 9.8 m/s2 = 4.4 × 1017 joule大約是兩千顆廣島型原子彈的能量！

如此巨大的重力位能瞬間轉為海水流動的動能

可以想見造成海浪及海浪衝擊的力量有多大！

由於抬升板塊上方的水體先流向下沈板塊

因此抬升板塊後方的海岸先發生大退潮

之後才會遭到海浪侵襲。

相反地

下沈板塊後方的海岸不會因海嘯發生退潮。

以這次南亞大海嘯為例

倖存的泰國普吉島遊客描述海嘯當時先發生大退潮

「來不及退游的魚在沙灘上掙扎

接著巨浪侵襲……」因為普吉島位於逆斷層上盤（抬升板塊）的後方

海水先向下盤流動

因此先發生大退潮。

一八六七年基隆大海嘯也是先發生大退潮

是基於相同的原因。

哪裡可能因地震引發海嘯 板塊邊界可分為聚合型、發散型和平移型三種。

中洋脊包括發散型和平移型板塊邊界

且占了海底發散型板塊邊界的大部分。

由於中洋脊地殼溫度很高（可能高達攝氏一千度以上）

只會發生小規模地震（規模 4 以下）

不太可能引發海嘯。

不在中洋脊的平移型海底板塊邊界則都是平移斷層

如前所述

不會引發海嘯。

由於隱沒帶占了海域傾斜滑移板塊邊界的大部分

因此可能引發海嘯的海底斷層大多是聚合型的逆斷層

只有少數是正斷層。

海底聚合型板塊邊界主要分布在：（1）環太平洋地震帶：由南美洲智利外海向北至中美洲

由北美洲阿拉斯加向西南

經阿留申群島、千島群島、日本、琉球群島、馬里亞納群島、菲律賓、紐幾內亞、所羅門群島到紐西蘭東部外海；（2）阿爾卑斯地震帶：包括地中海、孟加拉灣、印尼南方外海。

這次發生南亞大海嘯的地震震央

印尼亞齊省西南方外海

就是阿爾卑斯地震帶的一部分。

環太平洋地震帶大部分是海底隱沒帶逆斷層

阿爾卑斯地震帶則大約一半是海底隱沒帶逆斷層。

會引發海嘯的隱沒帶多在大陸邊緣

逆斷層上盤在近陸地的一邊

下盤在面向大洋的一邊。

發生海嘯時

上盤抬升的結果

海水先向下盤方向流動

因此上盤後方海岸先發生大退潮。

所以

對大多數海岸而言

海嘯的發生是先有大退潮

然後才是大浪侵襲。

臺灣是否可能發生海嘯？是的

一七八一年在臺南

一八六七年在基隆、淡水

都有大海嘯的紀錄。

臺灣位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊邊界上

斷層經過臺灣陸地

由於南方海域及東北方海域都是板塊邊界的隱沒帶（海底逆斷層）

因此

海嘯可能在南北兩端發生

侵襲臺灣。

海嘯災害防治 海嘯是自然現象

無法避免。

既然無法避免

就要面對它

與它和平共存

設法把海嘯的災害降到最低。

海嘯的傳播速度是每小時數百公里

除非正好在斷層附近

海嘯由斷層傳到陸地

總有幾分鐘以上的時間

利用這一點時間就可以減少災害。

以 1226 南亞大海嘯為例

由震央（印尼亞齊省外海）到斯里蘭卡距離約一千六百公里

海嘯的巨浪到達需 2.5 小時

如果能預先發布警報

所有的人都有足夠的時間撤至安全地點。

由於缺少預警系統

斯里蘭卡傷亡慘重

甚至遠在東非的索馬利亞也有數百人喪生。

但在震央附近的印尼錫默盧島 （Simeulue）

島民憑藉「發生地震立即往山上跑」的古老傳說

據報導在這次南亞大海嘯中竟然全島無一人傷亡！

由於地震發生後．鄰近的監測站可以在一分鐘之內測知

然後在幾秒內判定震央及強度

及時對可能受海嘯侵襲的地區發出警報

技術上不是問題。

因此

建立海嘯預警系統

並且準備好發生海嘯時的撤離路線

是必須的。

臺灣如果發生海嘯

震央可能在臺灣南方或北方海域

與臺灣陸地有數百公里的距離

因此臺灣有大約一小時的預警時間

足夠避免嚴重損失

也因此臺灣有必要儘早建立海嘯預警系統。

參考資料 http://www.nsc.gov.tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2005