台灣山根有多深？
"台灣島底下的地殼長得什麼模樣？學者如何利用天然地震，並以炸藥製造人工地震，來調查我們腳下的地層？ "
撰文／李名揚
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重點提要
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草有草根，樹有樹根，連山都有「山根」！由中央大學主導的兩項國際合作計畫發現，台灣島的面積雖小，但中央山脈底下卻有著非常深厚的山根，和北美洲西部綿延4500公里的洛磯山脈之山根接近，比橫跨歐洲多國的阿爾卑斯山之山根更深！
地球的內部構造由內至外分別是地核、地函及地殼，地核半徑約3500公里，地函厚度約2900公里，地殼分為陸地地殼及海洋地殼，陸地地殼平均厚度約30公里，海洋地殼則為5~10公里。當板塊擠壓產生造山運動時，地殼向上凸起形成山脈，地殼也同時會向下凸出，擠入下方的地函，這種比平常厚的地殼就是山根。台灣島是由於菲律賓海板塊擠壓歐亞大陸板塊、在600萬年前透過造山運動而突出海面，這樣的造山運動至今仍一直持續，造成台灣島上地震頻繁；若能深入了解台灣的地殼構造，掌握山根的結構，就可進一步探討台灣的地震形成與在地底傳播的情形。
透過地震了解地底世界
要了解地殼的構造，主要可從地殼的物質分佈著手。我們其實無法直接知道地底有哪些物質，但可以偵測地殼中的物質密度分佈情形，而不同密度即代表不同物質。方法是利用地震波在地殼中傳遞時，經過不同密度的物質後速度會發生改變，密度越高，波速越快；若我們在地表設置很多部地震儀，發生地震時，這些地震儀同時測量地震波傳到的時間、強度等各種參數，不但可以定出地震的震源，也可推算出震波從震源傳到不同地震儀的各別速度；累積測量許多次地震後，就可以繪出地底的詳細三維速度構造，也就是物質密度分佈情形。
歐美各國在1980年代大量進行這類研究，中國則在1990年代開始。台灣的中央大學地球科學院院長王乾盈經過長期規劃，在2004~2009年率領國際團隊執行「台灣大地動力學國際合作研究計畫」（TAiwan Integrated GEodynamic Research, TAIGER），充份利用這六年間在台灣測量到的3000多次地震，以及使用炸藥製造的10次人工地震，分析台灣的地底結構。
研究團隊首先在全台各地佈放2700多部地震儀，並在周邊海域佈放100多部海底地震儀；接下來的工作分為兩部份：測量天然地震以及製造人工地震。用地震波來探測地底結構時，能夠看透的深度與震波強度有關，而解析度則與震波頻率有關，越高頻的振動，解析度越高，即地底結構的細節可以看得越清楚，但高頻振動的地震衰減很快，在地底傳遞的距離較短。相較於天然地震，人工爆炸引發的地震威力較小，因此只能偵測出深度20公里之內的地殼結構，看不到深度超過30公里、地殼與地函交界的「莫合面」（Moho）。」
研究團隊主要是偵測3000個發生在台灣附近的地震，以及500個遠從南太平洋、美洲、歐洲傳來的遠地地震。台灣附近的地震可解析出地底100公里內的地質結構，遠地地震甚至可解析地底300公里內的情形。
除此之外，為了能更清楚確認莫合面的位置，王乾盈又在2010~2013年執行了另一項國際合作計畫「跨越台灣海峽震測實驗」（Across Taiwan-Strait Explosion Experiment, ATSEE），在福建安排了與台灣不同距離的四處炸點，埋設炸藥引爆，透過觀測爆炸震波經由莫合面傳遞的折射波，進一步定位台灣地底莫合面的分佈。
團隊中的中央大學地球科學系助理教授郭陳澔解釋，在接近地表處製造的爆炸震波，若以較為傾斜的角度發散，會形成折射波，沿著莫合面傳遞一段較長距離後，再重新發散回地面。這種折射波必須距離爆炸處150公里左右才能偵測到，台灣島橫寬僅120公里，無法進行這種偵測；若在台灣南端或北端埋設炸藥，讓震波南北傳遞，又會因台灣的山脈構造太複雜，影響震波訊號品質。因此最好的方法是和中國合作，讓震波穿過台灣海峽，同時中國的地球科學家也可利用這些震波進行相關研究。
經由偵測天然地震及ATSEE計畫，研究團隊定出台灣地底的莫合面分佈，發現中央山脈底下的地殼厚達45公里，比陸地地殼的平均厚度多出15公里，顯示中央山脈確實有「山根」。郭陳澔表示，大型造山帶例如喜馬拉雅山，地殼厚度達80公里，南美洲的安第斯山也厚達70公里，可是洛磯山脈的地殼厚度才40幾公里，阿爾卑斯山更只有30幾公里。
以台灣這麼小的面積，這樣深厚的山根顯示這裡的造山運動非常激烈。這還可從另一項發現看出：台灣的山根並不在中央山脈最高聳的地方，而是往西邊偏了10幾公里。研究團隊認為這是因為板塊擠壓與造山的過程太激烈，撞出的山根才會是歪的。
此外，研究團隊還發現台灣各處的地殼厚度不一樣：桃園以北地區的地殼厚度為正常的30公里，沒有山根；中台灣的地殼厚度較厚，仍有山根，這顯示北台灣的造山運動已經結束，不像中台灣正在造山。地球科學學者認為台灣的造山運動是由北往南的漸進過程，南台灣未來才會造山，TAIGER計畫的研究結果正可以提供佐證。
