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2010 年 9 月 6 日2021 年 3 月 18 日

認識宜蘭河川活動

[河川願景‧第6談]0911宜蘭河川~從安農溪出發-宜蘭社大

2010 年 8 月 30 日

「生物多樣性」這個議題是近年受到廣泛的關注！越來越多人了解生物多樣性對人類與其它生物的重要，生物多樣性為人類生存與福祉的基礎，它提供人類民生必需之各項資源、藥物和工業原料以及農林漁牧品種改良的基因來源，也為人類提供穩定的水文、氣候調節、促進養分循環以及維持物種演化等重要的功能。此外，生物多樣性在育樂、美學、科學、教育、社會文化、精神與歷史各方面均扮演著重要的角色，而「保護區」對保有生物多樣性有著重要的位置。
宜蘭縣政府在農業委員會林務局的補助下，長期經營「蘭陽溪口水鳥保護區」、「無尾港水鳥保護區」、「雙連埤野生動物保護區」三個保護區，成效卓著！為讓更多民眾更為了解，特將歷年執行成果，以展板展示巡迴各地。8/26-9/8日為期14天於羅東林業文化園區-生態竹屋進行展示，展板內容同時融入生物多樣性與環境教育等理念，為環境保育宣導。活動提供團體15-30人的預約解說服務。有需要可洽執行單位：荒野保護協會-宜蘭分會電話: 03-9580891。

2010 年 8 月 30 日2021 年 3 月 18 日

全台的活動斷層

尋找全台的活動斷層

台灣的活動斷層分佈在全島不同地區，要找出這些隱身地下的活動斷層，科學家有什麼好辦法嗎？

文／楊嘉慧
審稿／經濟部中央地質調查所構造與地震地質組科長盧詩丁

近幾個月來，全球各地不斷發生大地震，不免令人擔憂台灣發生大地震的可能性。台灣的地震絕大部份是斷層錯動所引致的結果，若能知道活動斷層的位置，將有助於防範地震造成的災害。

活動斷層是指最近 10 萬年內曾經活動並引發地震的斷層，若在 1 萬年內曾經活動，歸類在第一類活動斷層，其再度活動的機率較高；1 萬年以上未曾活動的斷層，則為第二類斷層。1998 年時，學者根據文獻資料統計出全台有 51 條確定及存疑的活動斷層，經濟部中央地質調查所經兩年調查，至 2000 年公佈台灣有42條活動斷層，其中 23 條確認是活動斷層；再經過 10 年研究，現在確定的活動斷層數增至 33 條，有 4 條因資料不足，無法判斷，另 5 條斷層則與其他活動斷層合併，或排除其為活動斷層的可能性。這 33 條斷層主要集中在中部、西南部以及東部地區，人口密集的大台北地區則有一條山腳斷層（見下圖）。

2010年2月底最新公佈的33條活動斷層中，有20 條屬於第一類，其餘為第二類；另外還有4條因資料不足，目前尚未確定是否為活動斷層。（資料來源：中央地質調查所；電腦繪圖：姚裕評）

挖井鑽探尋找斷層

有些斷層活動只使地表產生破裂，斷層沒有出露，這時得仰賴如地球物理測定法調查。（影像來源：張中白）

由於斷層在地底下，研究人員無法看見斷層的完整面貌，往往要搭配空中調查（如衛星定位、航照影像）、地表調查（如地質鑽探、找斷層露頭、地形分析）及地下調查（如地球物理測定法）等多種資料類型綜合分析，才能知道每條斷層的特性及長度範圍。

經濟部中央地質調查所構造與地震地質組科長盧詩丁表示，斷層活動過程通常會留下位移錯動的痕跡，此為尋找斷層的重要線索之一。若從航照圖或衛星影像找到斷錯河、斷錯山腳等水平斷錯地形時，即可依此判斷該處可能為走向斷層所在；若發現斷層露頭（即斷層在地表裸露出來，沒有被泥土、植物、建築物等覆蓋），也可從裸露出來的地質狀況，分析斷層類型。

然而大部份的斷層露頭都會被植物、泥土、沉積物等覆蓋，常常得從其他調查管道尋找斷層位置，例如有地形落差的地方也可能存有斷層，而斷層露頭就在地形落差處附近。不過，侵蝕作用會改變地貌，所以得同時從當地的地質條件預測斷層露頭及斷層可能存在的範圍，例如林口台地和台北盆地之間因長久侵蝕，只能預估斷層露頭存在的可能範圍，而無法知道確切位置。推測斷層露頭所在範圍後，便可用地質鑽探法確認斷層的實際位置。

進行地質鑽探時，為了盡快鑽到斷層面，鑽探的地點必須盡量靠近露頭。鑽探時會同時挖好幾個井，取數個岩心樣本相互比對。從地下取出的岩心樣本呈圓柱狀，若能從岩心的岩性或沉積構造看出地層的不連續性，或出現斷層擦痕（上下盤錯動時，斷層面留下的擦痕），即可能是斷層面所在，如林口台地邊緣的岩心就有發現斷層擦痕的存在。如果於上、下盤之間發現斷層泥，表示此處受斷層活動頻繁，因而岩層被磨碎成泥狀。

找到斷層面後，若鑑定出地質年代為較舊的岩盤疊在較新的岩盤上時，即是下盤往上盤移動的逆斷層，反之為正斷層。從岩心樣本也可推估斷層的傾斜角度，在知道露頭的位置時，只要將其中一個岩心樣本找到的斷層點與露頭點相連，即可求出斷層傾斜角度；或可將兩個斷層點相連，也能算出斷層的傾角。

通常地形落差處可能為斷層所在，不過地形可能被侵蝕，而造成地形落差位置改變，斷層位置被錯判。鑽探採到的岩心樣本，若可看見斷層泥，表示為斷層的所在深度。若將兩個斷層深度A、B連線，可求出斷層傾角。（電腦繪圖：姚裕評）

用機器判讀地底下的秘密

斷層的長度可由數公分到數百公里，雖然挖井鑽探可得到較精確的斷層所在深度與位置，但此法較耗時，且私有土地不易取得鑽井同意，因此研究人員輔以地球物理測定法確認斷層長度。最常使用的是反射震測法，即人工產生一個震波向地底下傳遞，當震波穿過波速不同的地層層面會形成反射與折射，在地表接收反射回波並計算回波數量、角度及傳回來的時間等，就能分析底下的地層結構，並判斷有無斷層。

其他尚有電阻法、微震法等。前者是將電流導入地下，利用不同岩層的導電性不一樣，而測出淺層的地下結構；微震法是量測近期內發生小於 3.0 的無感地震，分析該處的斷層型態、大地應力走向等等。

活動斷層的調查，主要是為了確定斷層的位置、長度範圍，好藉由限建或補強，降低震災的嚴重性。學者也可針對已確定的活動斷層，在斷層所在地，開挖長、寬約數公尺至數十公尺、深度在 10 公尺之內的槽溝，以尋找過去的斷層破裂面，研究古地震，進而推測以前地震發生的時間，並預估地震的週期，都有助於預警工作。

台灣百年來的大地震

下表為台灣本島 100 多年來規模 7.0 以上的地震。其中，1935 年的大地震發生在新竹至台中之間，研究人員發現獅潭斷層與屯子腳斷層有顯著地裂、地陷等斷層錯動現象。1951 年發生的大地震為花東縱谷地震，從 10 月至 11 月共記錄了 4 次規模 7.0 以上的大地震，震央間相距分佈長達 100 多公里，4 次大地震引發台東米崙及花蓮玉里、池上等斷層錯動。

延伸閱讀
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〈地震災害及防治〉，羅俊雄撰文，《科學月刊》1999年08月號

〈新城斷層的古地震研究〉，陳文山、劉力豪、盧詩丁等撰文，《經濟部中央地質調查所特刊》2003年12月號

《九二一地震車籠埔斷層沿線地表破裂位置圖》，經濟部中央地質調查所編著／出版

高中課本《地球科學》

資料來源:科學人雜誌http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?FDocNo=1621&CL=72

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飛碟讓海水淡化

小東西大發明

發明的題材就在生活中處處可見

有興趣嗎

在生活中找個問題

試看看做個創意發明吧

飛碟讓海水淡化

只要兩個鍋子、一層隔熱板，以及創意巧思，即可讓海水源源不絕變成淡水，供應人們使用。

文／楊嘉慧
審稿／台灣亞洲大學創意發明中心主任鄧鴻吉、中原大學土木工程學系陳泊翌

海水是地球上最豐富的水資源，許多人一直努力研究，希望讓覆蓋地球表面 70% 的海水可以源源不絕變成淡水使用。2008 年工研院 U19 創意競賽中，明倫高中畢業生陳泊翌、陳崇文、杜佳蓉、莊沛霖、鄭奕彰和潘貫佑設計出一個直徑約 30 公分的飛碟造型海水淡化器，只要將它置於海面上，即可使海水淡化而得到清水。這項設計於該競賽中獲得「最具想像力獎佳作」與「評審團特別獎」，是相當實用的發明。

陳泊翌表示，構思海水淡化器的起因是看到澎湖鬧水荒的新聞。一開始他們想的解決方式很直接，只要取兩個桶子，之間以管子相連，其中一個桶子裝海水，當海水在太陽下蒸發，水蒸氣碰到管子凝結成水滴後，再設法使其沿管子滴進空桶，就可收集使用（見下圖）。不過此法收集淡水的速度極慢，之後雖然嘗試更換管子材質，如改成熱傳導較高的銅管，但所能提高的淡化速率有限，而且收集到的淡水會再度蒸發，毫無實用價值。後來，陳泊翌無意間看到大同電鍋的水蒸氣遇鍋蓋凝結成水滴後，水滴會順著蓋子往下滑落，啟發他們設計另一種具更高效率的海水淡化器。

利用兩個空筒收集淡水示意圖。裝有海水的集熱量筒吸收太陽熱輻射後，海水會升溫蒸發成水蒸氣。當水蒸氣踫到管線、遇冷時，就會凝結成水珠滴到淡水收集量筒被收集。此設計是將淡水收集量筒浸泡在24℃的海水中，目的是降低淡水再度蒸發回水蒸氣的速度。（電腦繪圖：姚裕評）

他們從十元商店買了兩個大小一樣的不鏽鋼圓形鍋子，其中一個當蓋子，另一個當做淡水收集槽，蓋子與收集槽之間以隔熱板分隔，隔熱板上鑽洞做導流孔。另拿較小的不鏽鋼鍋裝海水，置於隔熱板上，最後蓋上鍋蓋，簡易版的海水淡化器即組裝完成。接著，將海水淡化器放在海面上，利用太陽熱輻射，使海水升溫蒸發。水蒸氣遇鍋蓋凝結成水珠後，會順著蓋子滴至隔熱板，再從導流孔進入收集槽。

簡易模型照。將具有數個導流孔的中央隔板放在兩鍋子之間，隔板上置海水槽。如此，可讓凝結成水滴的淡水流入下層的淡水收集槽。（影像來源：陳泊翌）

陳泊翌表示，此設計於 8 小時內可蒸發數百毫升的海水，當中的隔熱板扮演相當重要的角色，因為它使得隔板上、下層的溫差高達 60℃ 左右，上層約 86℃，下層為 26℃（收集槽浸泡在 24℃ 的海水中）。也就是說，上層的熱氣不容易因熱傳導與下層冷空氣混合而降溫，可長時間保持在高溫的蒸發環境，而下層的淡化水也不易再度蒸發。

實驗數小時後的成果照片。（影像來源：陳泊翌）

從電鍋到飛碟造型的淡化器

海水淡器化3D模擬圖（影像來源：陳泊翌）

由數個不鏽鋼鍋子及隔熱板拼裝成的簡易海水淡化裝置因有不錯的蒸發效率，由明倫高中畢業生陳泊翌、陳崇文、杜佳蓉組成的研究小組便以此構造為基礎，逐步修改設計。他們原本使用容易導熱的金屬做上蓋與底鍋，但金屬容易被海水腐蝕，便改以不易遭腐蝕的 ABS聚合物（acrylonitrile butadiene styrene copolymer，為丙烯晴、丁二烯、苯乙烯三種單體的聚合物）替代；他們也將鍋蓋加上數個可聚焦陽光的凸透鏡，以加快蒸發速度；最後，融入飛碟造型，兼具實用與造型的海水淡化器便誕生了。

飛碟淡化器概念圖。此設計利用上蓋數個凸透鏡聚光，增加海水溫度的上升速率。而裝海水的槽壁上端也有內折設計，防止海浪太大使槽中海水灑出。中央隔板具有數個導流孔，讓凝結的淡水流入下層的淡水收集槽。（電腦繪圖：姚裕評）

未來，研究小組希望可在飛碟器上加裝兩條連通管，一條使海水直接流進海水淡化器內部，另一條可直接從陸地上抽走淡水（見下圖），如此一來，居民就能方便取用淡水，也不需常常補充海水淡化器裡的海水。這項發明還有一項優點是海水淡化器是浮在海面上，不佔陸地空間，在地狹人稠的地區如台灣、日本等，將有相當好的發展潛力。