波塞頓之力-海嘯

觀眾操作教具擾動水體,觀察「溯上」效果。(圖/巫心婷)

海嘯是地震引發的二次效應,因為震央在海裡的大地震,常可以擾動整個洋盆的海水,形成的海嘯來侵襲沿岸。為了讓大家了解海嘯與一般波浪的差別,921 地震教育園區利用「自動造浪機」及「海嘯模擬」教具,讓觀眾實際操作,以理解海嘯的可怕之處。

近年來,海嘯的災情不斷,尤其是震驚世界的 2004 年南亞海嘯以及 2011 年日本東北大海嘯,造成上萬人罹難,可怕的災情至今仍歷歷在目。而身處環太平洋地震帶的臺灣,我們對海嘯又了解多少呢?

「海嘯」的成因與威脅

到底是什麼原因,才會造成海嘯?海嘯發生原因除了海底地震外,海底山崩、火山爆發、核彈試爆,以及隕石撞擊也可能會引起海嘯。但也並非所有海底地震都會引起海嘯,能夠引起大海嘯必須是海底地震造成海水大規模垂直方向的擾動。想像一下, 921 大地震時的車籠埔斷層如果是在海底,當斷層錯動瞬間導致海底地形的變化,造成海水向上抬升,這便是地震引起大海嘯的主因。

世界上的大海嘯,主要是由海溝型地震所引起,臺灣周圍有兩條海溝,分別是馬尼拉海溝及琉球海溝,這兩條海溝附近的斷層錯動,皆可能形成海嘯侵襲臺灣。臺灣自 1867 年的基隆海嘯後已經 150 年以上沒發生過大海嘯事件,科學家認為當地的海嘯週期約 170 年,已經接近下次海嘯週期發生的時間。身處在臺灣的人民,不常受到海嘯的威脅,很容易忽視它的威脅及破壞力,一旦發生海嘯,所造成的生命及財物損失,都是相當可觀的。

「海嘯」的破壞力

海嘯的形成,大約分成 4 個階段:生成、傳播、放大、溯上。其中放大及溯上,就是海嘯破壞力大的主因。當海嘯波浪接近岸邊時,受到海岸及海底地形水深變淺的影響,造成海嘯波浪隨地形被抬起,前一波海嘯波浪傳遞的速度因水深變淺而變慢,後一波海嘯波因速度未降而堆疊上來,造成波浪升高及「放大」。而波高被放大的海嘯,對於近岸的破壞力道也隨波高的增加而增強,海嘯進入陸地時,波浪會在近岸斜坡爬升並開始破壞,前緣會以撞擊方式將房屋或結構物破壞,並弱化結構物的強度,緊接而來的海嘯則會沖刷地表的所有物,造成道路或房屋路基嚴重流失,破壞力遠比洪水強大,這整個過程,就是「溯上」;海嘯能夠抵達陸地的最高處,稱之為「溯上高」。在溯上的過程中,是海嘯造成災難的時候,海嘯在溯上後還會再度返回大海,這段過程將產生更可怕的二度破壞。

溯上示意圖。(資料來源:921地震教育園區)。(圖/巫心婷)
溯上示意圖。(資料來源/921 地震教育園區)

海嘯 VS 瘋狗浪

海嘯源自日語「津波」的發音,意指「港內的波浪」。同樣是波浪,風吹的波浪到底跟海嘯的波浪有什麼差別。一般的波浪可能波長僅數公尺,很快就通過一個週期,影響範圍很小,無法侵襲到內陸。但海嘯的波長相對很長,波長可以高達上百公里,一個週期可達數十分鐘或長達 1 個小時,所以海嘯完全不同於一般的波浪,海嘯蘊含的能量非常大,經歷的時間可達數小時,甚至可以侵襲內陸達數公里。我們常見的地震,只有幾十秒鐘,歷時也非常短,強震在幾秒鐘的時間雖可造成房子倒塌,但海嘯影響的時間相對非常長,在第一波海嘯侵襲後,仍要擔心幾個小時後續到來的海嘯。

臺灣最常聽到也覺得最可怕的浪,大概就是俗稱的「瘋狗浪」,它其實就是異常的波浪,也是海洋中的一種湧浪。瘋狗浪對於人類或船隻產生的嚴重威脅,也是令人聞風喪膽。而瘋狗浪好發的地點,包括直立的海岸礁石、直立壁近海平臺、海堤面海消波塊、燈塔附近防波堤、海底礁石多的海灘等,即使再怎麼大的風浪,也不會直達內陸。但海嘯就不同了,因為溯上的關係,總是會帶著大量且具有破壞力的海水體,快速的直衝內陸,所到之處殘破不堪,造成的人員傷亡及結構體的損壞,更甚於一般的巨浪。

海嘯模擬演示與觀眾反饋

為了讓大家了解海嘯與一般浪的差別, 921 地震教育園區利用量身訂做的「自動造浪機」及「海嘯模擬」教具,讓觀眾實際操作及演示,加深印象並理解海嘯的可怕之處。本活動教具,也曾在 2023 臺灣科學節亮麗登場,現在就讓我們一起來探索海嘯的奧秘吧!

在 2023 科學節中, 921 地震教育園區分為 2 個攤位活動。其中 1 個每半小時進行活動演示,每場次大約有 40 名觀眾參加,解說員透過 15 分鐘的說明,引導觀眾實際演示並觀察差異;另 1 個活動,則是讓觀眾在等待過程中,自行操作教具製造海嘯及波浪 。

利用Arduino程式來驅動步進馬達,在推動的過程中,造成符合海嘯效果的浪。(圖/巫心婷)
利用 Arduino 程式來驅動步進馬達,在推動的過程中,造成符合海嘯效果的浪。(圖/巫心婷)

這次科學節海嘯教具演示,共吸引大約 1200 名觀眾參加。雖然活動當天天氣炎熱,但無論是大朋友或小朋友,都很興奮、積極地參與,這種自發性的學習意願與態度令我們敬佩,尤其參與學員們透過教具演示,都能理解風浪及海嘯的差異,這無疑是給予我們最大的鼓勵,不禁感嘆這一切努力都值得了!

對臺灣而言,海嘯災害是相當陌生的,因此更要防患於未然,我們希望藉由這次活動的演示,能讓民眾了解海嘯的成因與影響。期望大家都能正視臺灣所面臨各項天災的威脅,一起逐步建立起防災、減災、避災的觀念。

自動造浪機演示,讓觀眾更了解海嘯的溯上過程。(圖/巫心婷)
自動造浪機演示,讓觀眾更了解海嘯的溯上過程。(圖/巫心婷)
利用吹風機演示波浪推進的過程。用吹風機製作一般波浪,雖可以看到水體表層有很大波浪,而風吹的波浪週期較短且無法爬坡,故無法達到溯上效果。(圖/巫心婷)
利用吹風機演示波浪推進的過程。用吹風機製作一般波浪,雖可以看到水體表層有很大波浪,而風吹的波浪週期較短且無法爬坡,故無法達到溯上效果。(圖/巫心婷)
觀眾操作教具擾動水體,觀察「溯上」效果。(圖/巫心婷)
觀眾操作教具擾動水體,觀察「溯上」效果。(圖/巫心婷)
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