怎樣用地震記錄看出核彈爆炸?

核彈爆炸和真的地震,如何從地震資料上來判斷呢?讓我簡單來說明。

既然是「地震儀」,當然基本功能是用來觀測地震的,所以我們先用一般的地震來說明地震儀觀察到的「正常」地震是什麼樣子的。


假設上圖的上方是北、右側是東、下方是南、左側是西。
假設圖中紅色星星是震源的位置。
圖中紅色虛線是斷層。
斷層兩側的大紅色箭頭是斷層錯動的方向。

當斷層照著紅色箭頭的方向錯動,發生地震的時候,震源東南方(圖的右下方)和西北方(圖的左上方)的地震測站,最早感受到的震動(P波),是被「推」了一下。

但是震源東北方(圖的右上方)和西南方(圖的左下方)的地震測站,最早感受到的震動(P波),是被「扯(拉)」了一下。

然後我們把第一時間感受到被推一下的方位畫黑色,被扯一下的方位畫白色,就是地震學家用來描述地震發生時的斷層機制解,俗稱海灘球。

所以不管斷層的方向和地層錯動的方向如何排列組合,總會有些方向的地震測站第一時間感覺被「推」了一下,而其他方向的地震測站第一時間則會感覺被「扯」了一下。

下面就是我們常見各種地震斷層錯動所對應的海灘球模樣。

但如果是核彈爆炸呢?因為爆炸是從中心往四面八方「推」出去,所以不管哪個方向的測站,第一時間感覺到的一定都是被「推」了一下。當然一般的爆炸也會,例如臺灣以前發生過爆竹工廠爆炸,也出現在地震記錄上。還有火山爆發也是,隕石撞擊地球也是。

下面就是北韓2017核子試爆時的「全黑」海灘球。

如果再把被「推動」的程度以及爆炸地點的距離加以計算,就能夠換算成爆炸的能量大小。所以地震測站在美蘇冷戰時期,觀察敵對國家核彈的威力,也是重要任務。

因為現在的地震儀已經非常靈敏,所以像「核彈」這種威力強大的爆炸,全世界的地震測站幾乎都收得到訊號。所以雖然是在北韓境內的核子試爆,我們也不用冒險到北韓周圍的地震測站去收資料,只要在臺灣就可以收到北韓核彈所造成的地表震動。但是因為臺灣的測站幾乎都在北韓的同一個方位,沒有四面八方的資料就沒辦法畫出海灘球,這時候就需要結合世界不同國家的觀測資料,才能夠畫出海灘球,確定是核子試爆這個類型成因所造成的震動。

圖片來源:
IRIS
https://iris.edu/hq/inclass/animation/focal_mechanisms_explained

Wikiwand
https://www.wikiwand.com/en/Focal_mechanism

Science
The rise, collapse, and compaction of Mt. Mantap from the 3 September 2017 North Korean nuclear test
https://science.sciencemag.org/content/early/2018/05/09/science.aar7230

地震儀可以分辨核爆和地震嗎?蔡英文問倒鄭明典
2021-01-28 09:24 聯合報 / 記者曹悅華/台北即時報導


蔡英文總統(右)日前視察中央氣象局的鞍部氣象站,問倒氣象局長鄭明典(左)。圖/取自鄭明典臉書

蔡英文總統日前視察中央氣象局的鞍部氣象站,聽取氣象局長鄭明典介紹辦公環境、大氣及酸雨監測、地震儀器、觀測坪等設備,並頒發加菜金,感謝氣象站工作同仁的辛勞付出。鄭明典在臉書自己爆料被蔡總統現場發問的問題問倒,就是「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?」引起網友討論。

鄭明典表示,他現場沒資料,「這應該值得請地震中心補充說明吧!」蔡英文總統的問題引起網友討論,有網友打趣「這題很有『深度』」、「這題不能用技術解,要用隱喻」、「地下核爆的偵測依靠的是衛星對放射線異常的追蹤吧」、「地震跟核爆波形不一樣」、「可以!因為震源機制不同,就是力在三軸方向的分布不同,地震比較像扯東西斷掉的力,爆炸就是都往外爆開」、「核試驗產生的地震波與正常地震不同,很容易檢測和分辨出來」、「蔡教授出的考題都好難」。

鄭明典也在臉書介紹鞍部站,指有個山洞裡的小密室。看紀錄,鞍部站曾經有10人的大編制,還蓋了不小的宿舍區,宿舍區啟用時間和山洞密室相同。山洞裡是第一代的世界標準地震測報網的儀器,那是1960年代初期,美國用來監測蘇聯核子試爆的系統,想必設站當初應該是很有隱密的需求。「這種東西當然要秀給總統看,只差現場不能玩玩人工地震」。

蔡總統還問了一個問題:「為什麼觀測坪裡要放那麼大一個蒸發皿?」鄭明典說,感覺就是高考題目。有網友表示,「我覺得不大可能是許願用的吧」,鄭明典妙回「心誠則靈,也不能說完全沒道理」。


蔡英文總統日前視察中央氣象局的鞍部氣象站,問「為什麼觀測坪裡要放那麼大一個蒸發皿?」圖/取自鄭明典臉書


蔡英文總統日前視察中央氣象局的鞍部氣象站,參觀山洞密室。圖/取自鄭明典臉書

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