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陽明山上的地震儀 連北韓地下核爆都能抓到!為何美國軍方透過政府科學機構 1963年來台裝地震儀?

陽明山上的地震儀 連北韓地下核爆都能抓到!為何美國軍方透過政府科學機構 1963年來台裝地震儀?
2021年1月底,總統蔡英文視察陽明山鞍部氣象站,並參觀了山洞密室內的陳年地震儀。

劉煥彥

政治社會

鄭明典臉書、美國地質調查所官網、日本每日新聞

2023-02-14 18:00

上周一(2/6)土耳其兩次強震,再度引起世人對於大自然力量的敬畏、對地震災害的痛苦記憶,以及對地震測報技術的好奇。

其實,地震學與網際網路(internet)等部分民用技術一樣,當初若非脫胎於美國的前瞻軍事技術,就是與軍方需求有莫大關聯。

原本地震學在1960年代前,幾乎是一灘死水,沒想到在冷戰初期,美國政府需要發展監測蘇聯地下核子試爆的需要,透過美國國防部旗下的先進研究計畫署(ARPA),投入大筆經費發展地震學。

這使地震學一躍成為1960年代受惠官方需求的科學領域,發展一日千里,不僅促成了1968年劃時代的板塊構造理論問世,也直接或間接帶動了全球許多國家的在地地震學研究或地震測報網建立。

其中一個受惠國家,就是台灣,地點就在台北陽明山的鞍部氣象站。

總統級問題:地震儀真的可以量到地下核爆嗎?

 

2021年1月底,總統蔡英文視察中央氣象局的鞍部氣象站時,曾參觀在山洞密室裡的陳年地震儀。

 

當時總統向陪同說明的氣象局長鄭明典問道,「那麼遠,我們的地震儀真的可以量到地下核爆嗎?可以分辨核爆和一般地震?」

 

原來,根據中央氣象局官網鄭明典臉書文章,1960年美國國家科學院委託美國海岸及大地測量局(USCGS,美國地質調查所USGS的前身)與各國合建世界標準化地震測報網(Worldwide Standardized Seismograph Networ,WWSSN)

 

 

世界標準化地震測報網 站點有台灣、日韓、香港、印尼、紐澳等

 

當時台灣省氣象所(中央氣象局前身)徵得美方同意並經台灣省政府核准,於鞍部氣象站設立國際標準地震測報網站,並於西元1961年初撥款營建站房。

 

美方贈送兩套新式電磁式地震儀,一為短週期,另一為長週期,於同年12月運台安裝,隨即展開高倍率遠地地震之觀測,並參加太平洋海嘯警報系統。

 

惟根據美國地質調查所(US Geological Survey)2014年文件設在台灣陽明山鞍部的WWSSN站點,是在1963年3月開始運作的。

 

從文件中的附圖可以看出,至少在1978年,位於東亞的WWSSN站點,在台灣之外,還有日本、南韓、香港、新加坡、泰國、印尼、澳洲及紐西蘭等地。

 

至於佈署站點的海拔高度,陽明山鞍部是827公尺,在美國本土及格陵蘭的站點有在1000多公尺的,在南美洲及非洲更有在2000多公尺以上的高海拔站點。

 

鞍部氣象站的美國地震儀,不論是1961年啟用或1963年啟用,都證明台灣早在民國50年代,已經是全球地震測報網路的一環。

 

 

美國為監測蘇聯地下核試 1959年起由軍方資助地震學發展

 

鄭明典在總統視察隔天的臉書文章指出,「鞍部站一直都是唯一的!這是冷戰時期為了監測核子試爆所建立的監測網」,這也是為何蔡英文會問到上述問題的背景。

 

為何地震學發展與核爆監測有密切關聯?

 

根據美國國家科學院2003年出版的「Living on an Active Earth」,以及2017年這本專書「軍事科技幻想工程」(The Imagineers of War: The Untold Story of DARPA, the Pentagon Agency That Changed the World)的相關章節,1950年代美蘇冷戰急速升溫,核武發展成為軍備重心。

 

兩國一度同意暫停核武試爆,但隨著國際社會希望以條約方式,限制核武大國做核彈試爆,1958年各國專家在維也納集會,討論如何以科技手段查證是否有哪些國家秘密進行核武試爆,不論是在大氣層內、在太空,或是在地下。

 

1959年,美國政界、軍方及科學界多次討論,如何自力發展查證手段,確保蘇聯不會「偷偷來陰的」。1959年底開始,在時任總統艾森豪支持及繼任的甘迺迪總統支持下,美國國防部旗下才成立一年多的先進研究計畫署(ARPA),奉令研究核爆監測技術,計畫代號是維拉(Vela)。

 

維拉計畫有三大方案,其中監測地下核爆的稱為Vela Uniform,地震學就是主要發展的領域,由ARPA出資,支持當時美國國內幾乎所有地震學家的學術研究。

 

Vela Uniform方案中另一個重點,是同樣由ARPA出資,由當時的美國海岸及大地測量局出面,號召全球建立前述的世界標準化地震測報網(Worldwide Standardized Seismograph Network)。

 

當時美方要讓各國同意建立地震測站並不難,因為設備是由美國提供,建造測站也常常是「免費」,而且由地主國的科學家負責營運,大多數地震測報資料是非機密性質,由參與世界標準化地震測報網的各國共享共用。

 

▲中央氣象局鞍部氣象站山洞內的各型地震測量設備。

 

地震 vs 地下核爆 測報波型大不同

 

那麼,同樣是地震測報資料,地下核爆與天然地震是差在哪裡?

 

根據2021年10月氣象局地震中心的臉書文章,地震時來自斷層面的錯動,因此會出現P波(壓縮波)、S波(剪力波)和表面波。

與一般斷層錯動時不同的是,核彈在地下爆炸時,衝擊波會以球形的方式向四面八方散開,四周會因為爆炸而被壓縮且遠離震源。

這時,鄰近測站只會收到很明顯的P波,而沒有S波和表面波。

地震中心總結,辨別核爆的秘訣可以簡單列為四點:

第一,通常只會明顯的P波

第二,P波初達向上

第三,初始P波震幅大,尾波迅速衰減

第四,高頻震波迅速衰減,低頻則可傳得很遠

 

 

日本311地震、四川大地震 在台灣都曾偵測到震波

 

中央氣象局在本島及外島建立了綿密的地震測報網,過去曾經偵測到2008年中國四川的汶川大地震,以及2011年的日本311地震。

 

但氣象局地震測報中心邱俊達課長說明,外國的地震如果距離愈遠,或是規模比較小,在台灣的地震儀就不見得一定收得到震動訊號。

 

其次,國內的地震儀就算收到震動訊號,只能得知發生地球某處發生了地震事件、可能規模及方位,但不易判斷距離,因此需要搭配其他國家測得的地震數據,才能有效定位外國地震的地點。

 

北韓地下核子試爆為例,日本就比台灣更能抓出地點,因為日本距離朝鮮半島更近,地震測站也更多。

 

 

另外,地震儀容易受到人為活動的雜訊影響,因此過去地震測站經常建在山區等遠離人煙的地方。

 

但在過去十年來,氣象局逐漸轉向地下化,以挖井方式,將地震儀安裝在地底數十公尺至100公尺不等的深度。

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