〈研之有物〉大屯火山群不可怕，可怕来自不懂它 — 专访林正洪

大屯火山群是活火山？喷发会有大灾难？

2019 年 5 月 27 日，在大屯火山群观测研究成果记者会上，中研院地科所研究员林正洪与研究团队经过长期监测，认定大屯火山群及龟山岛为活火山。消息一出，因大屯火山群紧邻大台北地区，喷发是否会影响民众安全引发热议。但科学上如何证明大屯火山群是活火山？火山喷发会造成哪些灾害？应该如何监测和预防？本文专访林正洪研究员，一一来破解。

先来瞧瞧大屯火山群的范围有多大！大屯火山群包含 20 多个火山体，如大屯山、七星山、纱帽山、竹子山和大尖山等。这些火山体紧邻台北地区，其中天母、北投、士林皆位于山脚，即使台北市中心的 101 大楼距七星山也不过 15 公里。

早期学者认为大屯火山群最近一次喷发已超过 10 万年，而且不再活动，应是休火山或死火山。

“但近年研究显示：大屯火山群喷发纪录应为 6 千年前，而且地底有岩浆库，这些都可以证实大屯火山群是活火山！”林正洪表示。

如何判断火山“是死是活”？

死火山，顾名思义它不再活动，即使曾经活动，也是发生在一、两百万年以前，甚至更久。

而活火山，如夏威夷的火山、日本阿苏火山和樱岛火山，几乎随时在喷烟，甚至偶尔还有岩浆跑上来，就是现生的活火山。

但科学不能只用描述，所以还有两个方式来判定：其一是“凭经验”，研究火山 1 万年内是否曾经喷发，其二是“看现象”，看看底下是否有岩浆库。

所谓凭经验，就像发生窃案，警察会先找这两、三年犯过窃盗罪的人，而不是 30 年之前有前科的人。以火山来说，喷发的历史纪录就是火山的“前科”，可以作为评定标准；至于为什么是 1 万年，是没办法中的办法，因为非得订个标准。而在地质学研究中最年轻之地层为全新世 (Holocene) ，是大约 1 万年前开始沉积之地层。

再以现象来看，如果找到岩浆库，也就是火山的“弹药库”，那么不管过去有没有喷发，就要把它归为活火山。

科学界多用以上两个标准，如果都符合，就更没有质疑的空间。

过去认为大屯火山群是死火山，近年研究却说它是活火山，这是怎么回事呢？

判断大屯火山群在 10 万年前喷发，大概是 1980 年代的研究，那时多用钾氬做岩石定年。这种定年方式，用来测量百万年或亿万年尺度的现象，10 万年是它的“最小刻度”。

换句话说，使用这种方法来做大屯火山群的定年，就像拿一把刻度很粗的尺测量，发现最小刻度内有东西，但已到极限无法再细看，只能说是 10 万年。

直到 2011 年，中研院地科所同事陈中华和俄罗斯学者，将大屯火山群的火山灰拿去做碳十四定年。这种方式的“刻度”比较细，可以到千年、万年。结果发现：大屯火山群最近一次喷发应该在大约 5 千到 6 千年前，符合 1 万年内有喷发纪录的活火山标准。

除了喷发纪录，还有证据说明大屯火山群是活火山吗？

火山地震波也能说明大屯火山群在活动。

大屯火山群的地震波，跟宜兰、花莲、嘉义的地震波很不一样。宜兰、花莲地震是断层错动，就是岩层被扯断造成的地震振动。这种振动就好像一把吉他的弦同时扯断，高频、低频、中频各种频率都有。

但在大屯火山侦测到的火山地震，是单一频率的水滴状地震波，以及多个频率共鸣的螺丝钉状地震波。而不论是单频或多频火山地震，统统都是活火山才有的现象。

为什么？因为活火山有热量，可以产生高压气体或液体，当它们从地底沿着岩缝往上窜，因为岩壁长宽固定，就会产生特定频率的振动，好像火山在“吹直笛”！因为这个原理就像吹直笛时按住特定的孔，形成固定长宽的空气柱，就会吹出单一频率的声音。

反过来说，死火山没有热能，不能产生这些高压气体和液体。就像煮开水，瓦斯还在底下烧，蒸气不断往上冒，锅盖就会动、然后呼呼作响；如果把瓦斯关掉，没有了热源，水会慢慢冷掉，锅子也就不再发出声音。

除了火山地震，火山气体氦同位素比例以及地壳变化，也都间接支持大屯火山群是有能量的火山，不是死火山，但最直接证据还是确认它底下真的有岩浆库。

如何确认大屯火山群底下有岩浆库？您是像电影一样开潜舰钻入地底吗？

哈哈，现在的科学技术不可能带人钻进炽热的地底，亲眼证实岩浆库的存在。我是用自己发明的“阴影法”，标定大屯火山群岩浆库的位置和面积。

原理如下：在透明的盒子里吊起一颗金球，假设盒子上方是北台湾地表，盒子里的金球是岩浆库。然后关上灯一片漆黑，看不见盒子里的情况 (就像在地底一样)，盒子上方的人要怎么知道金球的位置和大小呢？

这时可以在盒子底下放手机，让手机的光向上照，光被盒内金球挡住，盒子上方就会出现金球的阴影。如此一来，不但知道盒子里有金球，还能从阴影推知金球的位置和面积。

当然，地底下不会有光源，但有和光波很像的地震波，可以形成另类的地震波“阴影”。

地震波怎么取代光波呢？地底下一、两百公里发生地震，就会发出地震波传到地面。不过地震波中的 S 波，无法在液态物质中传递，所以当 S 波遇到液态的岩浆库会被挡下来。

如下图左边的示意图，地表的六个测站，发生地震时，黄色的地震观测站因为位于岩浆库正上方，接收不到 S 波，岩浆库范围以外的绿色测站才收得到 S 波。

于是，我就可以从哪些测站收到 S 波、哪些收不到，收不到的“阴影范围”有多大，来估算岩浆库的位置与面积了。

不过 S 波阴影只能算面积，无法估计厚度，因为无论岩浆库厚度多少，S 波统统会被挡掉，这时就需要 P 波了。

地震波中的 P 波 在固体中跑得快，液体中跑得慢。所以就如上图右边示意图，同样地表有六个测站，岩浆库外的绿色测站会先收到 P 波讯号，岩浆库正上方的黄色测站会晚一点收到。

而且岩浆库越厚， P 波受阻碍的距离越长，黄色测站就越晚收到 P 波。因此从 P 波的延迟时间反推，就能估算出岩浆厚度。

根据估计，大屯火山群岩浆库所在位置，大概在金山、万里附近，面积约四分之一台北市行政区的大小，厚度约 4 至 10 公里。

如果大屯火山群喷发，会有哪些危害？

先来了解活火山喷发会有哪些危害。全世界标准的火山灾害中，“熔岩流”算是大家最熟悉的，像电影中常看到岩浆从山上流下来。其实，熔岩流对人的生命威胁很小，因为它是慢慢滚过来，看得到也跑得掉。

但有一种跟它很像的“碎屑流”，才是真正可怕的火山杀手。当岩浆从火山口跑出来，碰到空气时从液态变成固态，先在原地不断堆叠增高，直到撑不住才轰然垮下……

在那一瞬间，温度高达摄氏数百度的石头和火山灰，以时速一、两百公里的惊人速度向下俯冲。历史上所有火山灾害中，由碎屑流造成的死伤非常可观，因为看到了大概也跑不了。

此外，还有“火山泥流”。当火山灰喷出后先堆积在山上，就像铺上一层厚厚的灰。遇上降雨或台风，灰变成泥巴，像泥石流一样冲刷下来。

当泥流冲进河谷，会把谷地填满，之后降雨没有河道可去，就会满溢出来。这种灾情菲律宾很多，每次台风一来，村庄就会淹大水，持续二、三十年。

回到大屯火山群喷发可能造成的灾害，主要看它喷发的量有多少。如果是小规模的火山灰和熔岩流，会影响山区周遭居民。

但我们强烈怀疑火山群里的七星山可能会活动，届时熔岩流、碎屑流、火山泥流会沿着磺溪，冲到北投、天母一带，对当地造成冲击。

若熔岩流和碎屑流等流到关渡大桥一带，那里的河口比较窄，如果堵住淡水河、基隆河道，河水流不出去，也可能造成灾害。

这次研究提到龟山岛也是活火山，规模如何？可能造成什么灾害？

根据火山灰定年，龟山岛距今 7 千年内就喷发了 4 次，而且目前估算龟山岛底下的岩浆库，是大屯火山岩浆库的 1.5 倍大，这些都符合活火山标准。

如果龟山岛喷发，比较可能的灾害是引发海啸，将冲击低浅、平坦的宜兰平原。

若大屯火山群要爆发，多久前可以知道？平时该如何监测？

科学家和政府要预报火山即将爆发，只能根据火山的异状。但从火山开始不安定，要等多久才会爆发就很难说了。有些火山一发现异常，一个礼拜后就喷发。但峇里岛曾有火山撑了两个月，日本的云仙火山则撑了五、六年。

不过，民众可以安心的是，很少火山从出现异状到喷发短于一个礼拜的。换句话说，只要做好监测，至少有一周时间可以应变。

若要即时预警，就得依赖平时监测，包括地表温度、火山气体、地壳变形和地震活动等方式。因为预测常要知道火山喷发的时间、大小和地点，我觉得通过地震监测非常有用。

我们可以从地震的位置，判断哪里的地底开始有岩浆活动，再由多少观测站侦测到地震波，估计火山喷发的可能规模。

再来，从地震所在深度，估算目前岩浆离地表的距离和移动速度，例如岩浆跑到离地表 9 公里时，会在 9 公里附近产生很多地震；隔了一个礼拜，在 7 公里深处侦测到地震，代表岩浆在过去一周跑了 2 公里。

虽然时间和岩浆跑的距离，不一定是线性关系，但这些数据仍可提供科学家参考、评估火山喷发的可能时间，必要时通知政府撤离附近居民。

但就像是照片的像素越多，影像越清晰；地震测站要够多，侦测解析度才会够好。所以未来，我们将增加北台湾地震测站的数量，从原本的 40 个测站，扩大到 140 个，并在测站之间，每隔数十米布置一台简易、小型的地动感测器，尽可能提高侦测的解析度。

这些年研究大屯火山有没有难忘的回忆？

我过去不是火山学者，而是做传统地震的，天天都在研究地震波。十多年前接触到火山地震，发现世界上怎么有我一辈子投入，也不曾见过的地震波。这就好像小孩子每天关在房间玩，一不小心打开门，发现外面的世界完全不一样。

不过，十几年前开始研究大屯火山群，除了我和少数学者，没有人相信它是活火山。但我觉得做科学，最诱人就是你的兴趣，如果是喜欢的东西，你会不计成败荣辱去研究它。

火山地震就这样一直吸引着我。即使现在手边有很多事，但每天动不动就盯着地震波看。地震波对我来说，胜过所有一切。也因为在中研院工作，让我无后顾之忧做自己喜欢的研究，才能“十年磨一剑”得到如今的研究成果。

如果下辈子还可以再回来，我也要回中研院。地球科学还是超吸引我，一辈子还是做不完，如果还有来生，Why not？

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延伸阅读：

• 林正洪个人网页

• 大屯火山观测站

• 大台北都会区下岩浆库存在之证据

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