位于七彩湖的GPS連續(xù)觀測(cè)站（臺(tái)灣中研院蘇宣翰先生提供）
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)美國國家地理網(wǎng)站（撰文：唐啟賢）：你知道GPS除了能幫你輕松地找到想要去的地方之外，也被地球科學(xué)家用來觀察地殼變形嗎？癡救察地
GPS的定位精度只要達(dá)到「公尺級(jí)」，即可滿足日常生活中大多數(shù)的星也形需求。 然而，科學(xué)殼變板塊移動(dòng)速度緩慢，家觀一年僅僅移動(dòng)數(shù)公分，球地必須透過長(zhǎng)時(shí)間的只路連續(xù)觀測(cè)來提升精確度。 當(dāng)GPS定位精準(zhǔn)至「公厘級(jí)」，癡救察地藉由觀測(cè)站坐標(biāo)隨時(shí)間的星也形變化，地球科學(xué)家便可得知地殼在何處變形，科學(xué)殼變并推測(cè)地底下的家觀斷層活動(dòng)與巖石的物理性質(zhì)。
地殼變形與地震之間存在著密不可分的球地關(guān)聯(lián)。 九二一集集大地震迄今已邁入第二十個(gè)年頭，只路大地震后長(zhǎng)達(dá)十年以上的癡救察地地表位移時(shí)間序列，隱含源自于斷層以及深層地殼的星也形變形信息。 這些長(zhǎng)期的觀測(cè)有助于我們解析臺(tái)灣造山帶下部地殼的巖石變形特性，對(duì)于理解地震如何發(fā)生以及地震的再現(xiàn)周期而言是十分重要的一個(gè)課題。
地殼巖石的變形速率，與地殼內(nèi)部能量累積的過程息息相關(guān)。 板塊運(yùn)動(dòng)會(huì)造成地殼不斷變形，上部地殼變形行為像木板，呈現(xiàn)「脆性變形」；下部地殼因?yàn)闇貕簵l件的改變，變形行為像年糕，能量容易以「塑性變形」的形式釋放，而不易發(fā)生地震。 受到下部地殼持續(xù)變形的影響，上部地殼內(nèi)部及斷層帶不斷累積能量，承受不住時(shí)便引發(fā)地震。 假設(shè)斷層帶下部每年位移5公分，且地震能量每100年釋放一次，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)便會(huì)伴隨產(chǎn)生5公尺的位移量。
下部地殼的巖石變形行為受到巖石組成、結(jié)晶粒徑、流體、巖壓與溫度等諸多物理?xiàng)l件控制，使得了解巖石如何在自然環(huán)境下受力變形一直是一大挑戰(zhàn)。 然而，透過長(zhǎng)期的GPS衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)，我們有希望突破傳統(tǒng)上的限制。
大地震過后，地殼會(huì)經(jīng)歷一段短暫且快速的變形，藉此來釋放掉地震當(dāng)下尚未釋放完的能量，其持續(xù)時(shí)間因地震而異，一般為數(shù)年至數(shù)十年不等，我們稱之為「震后變形」。 震后變形的成因涉及地殼內(nèi)部許多復(fù)雜的變形機(jī)制，但一般認(rèn)為斷層面上的持續(xù)滑移、以及下部地殼受地震激發(fā)的塑性變形是最主要的兩個(gè)原因。 臺(tái)灣高密度的GPS衛(wèi)星觀測(cè)網(wǎng)完整記錄了九二一集集地震過后大量且長(zhǎng)期的震后地表變形，幫助我們深入剖析臺(tái)灣造山帶下部地殼的巖石變形特性。
巖石的受力與變形速率通常被認(rèn)為是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。 也就是說，當(dāng)巖石受到兩倍的力，變形速率也會(huì)相應(yīng)增加為兩倍。 然而，我們的成果發(fā)現(xiàn)，集集地震后的GPS數(shù)據(jù)無法以單一的線性關(guān)系來解釋；相反地，受力和變形速率之間為非線性關(guān)系。 換句話說，巖石受力只要增加為兩倍，巖石就可能會(huì)以八倍以上的速率產(chǎn)生形變。 這告訴我們地殼巖石的強(qiáng)弱在大地震過后有顯著的變化，短期內(nèi)快速的大量變形對(duì)臺(tái)灣造山亦有顯著的貢獻(xiàn)。
除此之外，我們也結(jié)合實(shí)驗(yàn)室?guī)r石試驗(yàn)測(cè)量到的巖石參數(shù)估算「地溫梯度」，代表地殼溫度隨深度增加的比值，這對(duì)于研究山脈隆升的歷程十分重要。 地溫梯度越高，暗示山脈抬升速率快，使深層較熱的巖石來不及冷卻就往上隆起。 從臺(tái)灣西部平原到中央山脈的地溫梯度，大致從20°C/km向東遞增為30°C/km，顯示中央山脈為主要隆升區(qū)域的地溫特征，與過去利用其他方法所推算的結(jié)果相去不遠(yuǎn)。
這說明，雖然實(shí)驗(yàn)室環(huán)境與大自然之間在時(shí)間與空間尺度存在巨大的落差，巖石的變形特性似乎并沒有產(chǎn)生大幅度的偏差。 換言之，GPS衛(wèi)星大地測(cè)量數(shù)據(jù)有可能彌合實(shí)驗(yàn)室以及大自然之間的差異，用來研究巖石變形行為和大地構(gòu)造的演化過程，進(jìn)而估算合適的物理參數(shù)做為地球動(dòng)力學(xué)建立模型的參考依據(jù)，為地震孕震過程及臺(tái)灣造山提供新的思維與見解。
文章來源：Tang, C.-H., Y.-J. Hsu, S. Barbot, J. D. P. Moore, and W.-L. Chang (2019), Lower-crustal rheology and thermal gradient in the Taiwan orogenic  belt illuminated by the 1999 Chi-Chi earthquake, Sci. Adv., 5, eaav3287.

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