火山|利用震波帮火山拍「X光照」！找出埋在地下8公里的「岩浆牛奶罐」 x光|科学家|地震波

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解析大屯火山群的岩浆库
天哪！原来我家旁边住了一座活火山？位于台湾省北部的大屯火山群，近年已被地球科学家推断为活火山，繁华的天母、北投与士林就在它的山脚，距离台北 101 大楼甚至只有 15 公里。为了评估灾害风险，发现活火山还不够，我们还必须深入了解岩浆库。
用震波，帮大屯山拍一张「X 光」照片吧！
今年，科学家利用震波数据，进一步找出宛若圆柱牛奶罐、位于地下 8 公里的岩浆库，其直径约 8 公里、高度约 12 公里，论文已于 2021 年 3 月初发表于《科学报告》（Scientific Reports）。
这个藏在地底下 8 公里的岩浆牛奶罐，是怎么被科学家找出来的？
蛋糕只要一刀切开，就可以把内馅看得一清二楚；然而碍于技术和成本，面对脚下的土地，我们不能像切蛋糕一样，一下就看清楚地底结构。那科学家是怎么分析火山的「内馅」呢？
聪明的地球科学家，搬出了「地震波」这个媲美 X 光的好工具！
地球每天都会发生成千上万的地震，当地震波传过重重地层、抵达地表测站后，就像是替地底做了一次完整扫瞄，而地球科学家只要搜集这些地震波，就可以破译出藏在震波中的地质讯息。
由于地震波可以穿透地底，因此地震波就像是地球科学家的「X 光」，只要搜集这些地震波，就有机会破解地层下的秘密。受到地质构造与折射的影响，其中 P 波经过液体的内地核会减速，而 S 波无法直接通过液体的内地核。目前我们熟知的地壳、地函、内外地核等分层，也都是藉由这些原理得出的研究成果。
对地球科学家来说，每一个地震，就像一个个 X 光的发射器，而发射出的地震波就是 X 光，因此，用地震波去理解地底构造，就像是用 X 光去拍地底的 X 光照片。
这个技术，就是大名鼎鼎的震波层析成像（Seismic Tomography）。
当地震波经过不同地质条件的地层时，会改变地震波传递的速度和性质，例如 P 波经过液体时，速度会下降，而 S 波因为穿不过液体，会直接不见。因此，当地球科学家只要收集到来自四面八方的地震波后，就可以推估出地底构造的几何形貌。
从黄石公园的超级火山，到「死而复生」的大屯火山群
为什么一直到了 2021 年，地球科学家才顺利解析大屯火山群的岩浆库？这是因为有了震波层析成像技术还不够，还要有工具和震波数据才行。
2014 年时，黄信桦正在美国犹他大学进行研究，机缘巧合之下，他参与了黄石公园的计划，使用震波层析成像技术，在原本已知的大型岩浆库底下，找到了一个更深、更巨大的岩浆库。如此意想之外的研究发现，也让黄信桦的论文成功登上《科学》期刊（Science）。
黄石公园岩浆库之模型示意图。 2014 年时，在原本已知的流纹岩岩浆库之下，大约地下 20 公里至 45 公里处，黄信桦找到了另一个更巨大的玄武岩岩浆库，
反观我们自己，因为不像美国一样拥有密集、均匀的地震测站，不足以让学者对大屯火山群做完整的「X 光扫描」，因此在 2014 年时，学者对于火山的岩浆库仍然是一知半解。
直到 2016 年，科学家成功找到了火山的岩浆库，并证实为活火山后，才开始大力推动进一步的研究计划，在北部地区逐步设置超高密度的宽带观测网，探索这位危险邻居的秘密。
地震站分布图，图中约有 140 个测站，安装有宽带地震仪并实时搜集传送地震资料。
地震站有多密集？从 2018 年开始，每间隔 5 公里，研究人员就会设立一个地震测站，站点横跨山区，目前设立了相当均匀的测站分布。
无论是远方的地震，还是本地的地震，我全都要！
有了技术，又有了密集的测站，摩拳擦掌的地球科学家，终于可以来一窥岩浆库的秘密了。
黄信桦学成归国后，受到了计划主持人林正洪的邀请，带着黄石公园的研究经验，正式加入了大屯山岩浆库的研究中，他取得了远震震波数据（teleseismic data），并利用气象局与中研院原有的地震观测网获取近震震波资料（local earthquake data），最终为地球科学界描绘出了大屯火山群岩浆库的模样：一个牛奶罐。