沈川洲教授跨國團隊揭露四千年來西所羅門群島超級地震刊登《Nature Communications》

地質科學系沈川洲教授與合作超過15年的美國德州大學奧斯汀分校佛烈德泰勒 (Fred Taylor) 教授研究團隊,6月30日在國際著名的「自然通訊」《Nature Communications》期刊中,發表研究成果,利用生長在潮間帶的珊瑚,做為天然地震紀錄器,重建過去四千年來,發生在位於西太平洋的所羅門群島超級地震歷史。

會引發大海嘯的超級地震有多恐怖呢?西元2004年12月26日,蘇門答臘-安達曼地震規模9.0引發的南亞大海嘯,捲走近二十五萬人。2011年3月11日,日本本州外海規模9.0地震引發大海嘯,造成超過2萬人傷亡!

離臺灣五千公里,為我國在太平洋六個邦交國之一的所羅門群島西側,於2007年4月1日,發生自1900年當地有地震紀錄以來,最大規模的8.1地震,造成12公尺高的大海嘯,所幸該地區人口較為稀少,但仍奪走五、六十條寶貴生命,與難以估計的財產損失!災難之後,人們急迫想知道的是,這個地震是最大的一個嗎?未來還會發生比這個規模還要大的地震嗎?假如能夠重建過去強震歷史,應該可以回答以上的問題,也能評估誘發大海嘯的超級地震是否真的會再發生,以便提出因應對策。2007年起,由臺灣研究團隊開始規劃,科技部並於2009年起補助其相關研究經費,協助該國了解其板塊運動與地震模式,本研究成果就是其中的一部分。

如何重建史前地震紀錄?沈川洲教授表示,生活在海邊潮間帶的團塊狀珊瑚,生長位置大約到低潮位時,珊瑚頂部會因暴露出海面而無法向上生長,只有側邊的活體珊瑚持續朝水平方向、以同心圓向外不斷延續生命,外型不再是團塊狀,而是呈現扁平的月餅狀,稱為小環礁 (microatoll),於是小環礁的頂部就代表當時的海水面;另外,還有僅生長在海水表面附近的珊瑚或形成的珊瑚礁階地,也代表海水面高度。地震發生時,若引發地面突然上升、海水面相對下降,造成珊瑚暴露在空氣中而死亡。死亡後的小環礁、珊瑚或暴露的階地,與海水面的高度差,就是區域地面被地震抬升的高度;而珊瑚死亡的時間點便是地震發生的時候。換句話說,這些生長在海岸邊的珊瑚,就是天然地震紀錄器。

過去幾年,德州大學奧斯汀分校團隊,利用小環礁珊瑚化石和珊瑚礁階地的發現位置,結合臺大地質系發展的精確「珊瑚鈾釷定年技術」,利用鈾-238衰變系列中三個放射性核種,鈾-238-鈾-234-釷-230的相對比例,計算珊瑚化石年齡,重建發生在西太平洋的所羅門群島西側雷諾加島 (Ranongga Island),過去數千年來的超級地震歷史。

研究團隊於2012年5、6及8月前往所羅門群島,在長28公里、寬5公里的雷諾加島,進行3個月的全島野外工作。從南到北七個地點,共採集約30個珊瑚化石標本,在臺大地質系進行精準度極高的鈾釷定年工作,測量化石年紀,年齡分布從七千年前到現代都有,最小的誤差僅有正負11個月!

分析結果發現,雷諾加島之紐貝爾 (Newbare) 地區 (附錄地圖一C中的實心圓) 的珊瑚化石,紀錄了過去四千年來比較完整的古地震事件,期間雷諾加島至少共有四次史前大地震,平均大約500-1000年發生一次,但以目前資料看來,並無明顯的規律週期。這個結果與研究團隊在2008年12月發表在「科學」《Science》期刊中,發現蘇門答臘明達威群島,自14世紀以來的兩百年超級地震週期,明顯不同。

雷諾加島紐貝爾地區的這些古超級地震,每次引發地面抬升為2-3公尺,最近一次史前地震是750年前,地面抬升為3.4公尺。這些抬升高度都比西元2007年,規模8.1地震的1.8公尺抬升還要高,顯示這四次地震強度應該超過2007年地震。

未來西所羅門群島還會發生規模很大,久久一次的超級強震嗎?答案是肯定的,大強震必然發生!這就是板塊碰撞帶,永遠的宿命;但問題是很快會再來嗎?幸運的是,依照目前已有的證據顯示,如果板塊間相互運動模式不變,近期內當地發生誘發強烈海嘯,直接威脅該區域居民的規模8.0以上地震,機率不高。

沈川洲表示,我國位於菲律賓海板塊與歐亞大陸板塊間的碰撞帶,地殼活動激烈,地震頻繁。臺灣本島與離島也有許多珊瑚礁,如何應用這種珊瑚天然地震紀錄器,重建史前地震,是我們地質研究自當努力的方向。

所羅門群島史前超級地震研究,是由科技部卓越領航計畫與臺大共同資助,全文請參閱6月30日「自然通訊」: Nature Communications, 2015, 6:7607, DOI: 10.1038/ncomms8607, Variable Holocene deformation above a shallow subduction zone extremely close to the trench。