名人推薦：專家推薦

（依姓名筆畫順序排列）

淺顯易懂，讓正確的地震科學知識變得生動吸引人，

是地震科學教育的範本。

——石瑞銓，中正大學地球與環境科學系副教授兼系主任

地球科學課本中，所有關於地震的知識，

都在本書中轉化為有趣的科學發現故事了！

——金若蘭，北一女中地球科學教師

這本書不愧出自英國首席地震學家之手，

從地震學的起源至現今最新的發展，都囊括其中，

以說故事的語法，讓讀者輕鬆的閱讀，

然而，其所帶來的地震學知識又能精確的傳達，

中譯者也極具文學及科技素養，

這是我見過最佳的中文地震科...

第二章

地震是什麼？

西元前六世紀初，某天傍晚，一個賣橄欖油的商人正準備要提早享用晚餐。

最近生意不錯。小亞細亞這部分的市場大多被他壟斷，所以他在米安達河口上方的山丘上，擁有一處宜人的莊園，從他的豪宅向遠處望去，就能看見蔚藍的愛琴海。這天傍晚，當夕陽緩緩的沉向海面，他坐在爬滿藤蔓的露臺上，手裡拿著一杯酒，聽著廚房裡奴僕準備晚餐時所發出的聲音。多麼美好的傍晚；白天的高溫逐漸散逸而變得溫暖舒適，夕陽餘暉將天上幾抹微雲染成了粉紅色。

他喝了一口酒（有教養的希臘人喝的是摻了水的酒），心想：生活是多麼美好。

然後，他聽見遠處傳來低沉的轟隆聲。聽起來像是雷鳴，但天空藍藍的。接著，他又聽到另一種聲音：眼前桌上的杯子正碰來碰去叮噹作響。事實上，桌上所有的東西都在輕微顫動，而垂掛在葡萄藤架上一串串成熟的葡萄也在晃來晃去。

當他還在納悶究竟發生什麼狀況時，他的椅子開始劇烈搖晃。桌子也在搖晃；瓶瓶罐罐傾倒，酒灑了一地；盤子和刀子紛紛從桌上飛落到地上。如雷的轟隆聲變成呼嘯聲。他想要從椅子上爬起來，但是來不及了，椅子倒下來，把他重重的摔個四腳朝天。廚房裡嚇得半死的奴僕們看到油罐翻倒、摔破而尖叫連連，廚房裡的用具從架子上如雨般掉落地面，很多都摔破了。可怕的噹啷聲和爆裂聲中，不時夾雜著驚恐的慘叫聲。當橄欖油商人試著要站起來時，竟感覺到露臺堅硬的石板彷彿是暴風雨中船上的甲板，一樣顛簸不已。

突然間，一切都停止了。他腳下的大地又穩固了，除了被嚇得到處飛竄的鳥群之外，天空寂靜無聲。他爬著站了起來。露臺一片狼藉。雖然他的奴僕們驚嚇過度，還在抖個不停，至少沒有人受重傷；事實上，他自己也因大難不死逃過一劫而顫抖不已。損失最慘重的是那些陶器瓦罐，不過，他在屋子的某面牆上還發現了一道以前沒有的大裂痕。幸好，看起來只是牆面的石灰泥爆裂而已，應該很容易就能修補好。

剛才到底發生了什麼事？他親眼看到的是什麼？至少他可以用一個字彙來形容：地震（sismos，如今所謂的earthquake）。然而，究竟什麼是地震？

這個字彙最簡單的解釋，是指他剛才目睹的現象：突如其來的噪音和搖晃。但是這樣只是敘述而已，並沒有說明那是什麼，或從什麼地方來。在一股看不見的力量作用下，什麼樣的過程機制能夠讓大地瞬間晃動？

答案顯然是：天上的神！廚房裡的奴僕們就是這麼想的，事實上，他們還知道是哪個天神：波塞頓（Poseidon）。波塞頓是海神，暴風雨使海洋劇烈搖晃，所以當大地晃動時，顯然也是波塞頓的傑作。祂一定是在生誰的氣，等一下最好趕緊去附近的神廟參拜祭祀祂，山下的米利都（Miletus）就有一間神廟。天神動不動就施展法術，所以凡人想太多也沒用啦。

不過，這位橄欖油商人是受過教育的，早就對這種說法心存懷疑。當然，這是宇宙初始創造萬物的神奇力量，但是我們將世上發生的所有事物都歸因於天神施展的神奇力量（很奇怪，天神總是真人不露相），是無法解決問題的。以日食為例，迷信的說法是怪獸把太陽吃掉了——但商人知道，日食是因為月球移行到太陽的前方，而且他可以證明這一點，因為利用這項知識，他早已能夠預測日食。

因此，地震同樣也應該有自然的過程隱含其中，而不是波塞頓揮舞著祂的三叉戟，作法施展不可知的神奇力量。問題是，首先，這個自然的過程是什麼？再者，我們要怎麼把它找出來？從零開始，如何展開研究，一時還真毫無頭緒。

天文學反而比較簡單。我們每天每夜都可以觀察太陽、月球和行星的移動，進而獲得許多資料，從中發現一些重要的模式——希臘人對此產生興趣之前，埃及人早已經在觀察星象了。但是，什麼樣的資料才能解開地震的難題？

橄欖油商人把椅子扶正，坐下來，試圖回想他剛才所經歷的一切。他還約略記得事件發生的先後順序，即使他毫無防備且嚇得半死，而難以理性的仔細觀察。這是他第一次經歷這種狀況，很可能再也沒有機會遇上，可以把情形記錄得更詳細。

他曾聽說過其他地震的故事，是在愛琴海周圍發生的。如果他能列出這些地震，會不會有幫助？如果知道在第三十四屆奧運期間，在斯巴達曾發生地震，會不會有用？如果真的有用，為什麼這些資料會有用？

還有什麼會和地震有關？是不是某些行星跑到了什麼特殊的方位？天氣呢？和這些有關聯嗎？

到目前為止，任何人都看得出來，西元前六世紀和現代一樣都有很多天才。他們的條件不像我們現在這麼好，因為他們沒有幾世紀以來所累積的知識可任意使用。二十一世紀的科學家可以理所當然的擁有大量關於大自然的基本資料，以此為基準點，再繼續於不同的專業領域往前探索。

但是古時候的人只能從起跑線開始。沒有先前的知識，如何才能想出地震是什麼？我們再回到橄欖油商人的現場，還之以真實姓名，他就是泰勒斯（Thales, 624 BC-546 BC）。

第一套地震科學理論

泰勒斯的晚餐是否真的被地震給毀了，我們無從得知真相，但是他對地震真的很感興趣。事實上，他對任何事情都很感興趣，而且還提出了一套萬物的理論，簡單來說是這樣推論的：

世界上有很多種不同的物質，但是不可能從開天闢地就是這樣。世界應該是從某一種元素開始衍生而變得多樣化。那麼，這個最初始的基本元素可能會是什麼呢？答案顯然是水。水加熱會變成蒸汽，一種氣體。有水的沼澤乾涸之後會變成土。所以水可以變成氣體或土。反過來說，土絕不會變成水或氣體。下雨時，氣體可能會變成水，但也絕不會變成土。火也不會變成任何東西。所以，水是最基本的元素。

再說，世界上有很多水。就古希臘人所知，世界上的海洋比土地還多。而且，土地比海洋高，所以土地漂在海洋之上，而不是反過來。所以最初應該有一個大海洋，然後土地才從海裡變出來，漂在上面。

如果以上為真，一套地震的理論就呼之欲出了。暴風雨來襲時，整片汪洋波濤洶湧，或許隱藏在地底下的海也有同樣的情形。上述故事中，泰勒斯發現露臺的地板像是驚濤駭浪中船上的甲板一樣顛簸不已，由於經常四處旅行，他才得以做此聯想。

因此，如果土地像海浪一樣會移動，原因顯然是最初的大海洋在興風作浪，撼動了漂在上頭的土地，如同愛琴海的海浪令船隻翻來覆去。不只這樣，泰勒斯還很清楚，地震過後有時會湧出新的泉水，顯然是水在土裡到處亂竄而冒了出來。

太好了！很合理的理論，而且很符合觀察到的現象。

所以我們將第一套地震科學理論歸功於泰勒斯。而且說也奇怪，兩千年來，這套理論在某些方面竟比其他理論還管用。1

和古時候很多希臘作家一樣，泰勒斯的著作沒有任何一本被保存下來。他的理論都是從後來作家的著作中才得知的，尤其是塞涅卡（Seneca, 4 BC-65）的著作。

塞涅卡是羅馬作家，如今主要以戲劇作品聞名。但他也嘗試編纂自然科學的百科全書，稱為《自然的問題》（Naturales Quaestiones）。作品第六冊中都在討論地震問題，部分題材來自發生於西元48年2月5日、義大利南部強烈地震的記載。這場地震造成龐貝城和赫庫蘭尼姆城嚴重受損，兩座城都在三十一年之後毀於維蘇威火山爆發。

塞涅卡是一位很有才能的雄辯家，他的作品描述細膩而風格華麗，他將前人提出的更先進的各種地震理論，從頭到尾融會貫通，然後串聯起來，兩三下就把可憐的泰勒斯給解決了。如果土地浮在水上，地震就應該不是偶發事件；相反的，土地應該是幾乎一直在上下顛簸。再說，假如土地被地底下的水波晃動，當其來回傾斜時，整個浮在水上的大陸兩端應該移動同樣的程度。但事實顯然並不是這樣，在羅馬感受不到坎佩尼亞的地震，所以一定是單純由當地的因素引起的。

塞涅卡最後的結論是，地震可能是空氣引起的。由於這個想法和亞里斯多德（Aristotle, 384 BC-322 BC）有很大的關係，我們先把鏡頭轉向他。

【大標】亞里斯多德如是說……

亞里斯多德當然是最偉大的希臘哲學家之一；或者應該說是馬其頓（Macedonain）哲學家，因為他在西元前384年生於斯塔基拉，其東邊就是現在的塞薩洛尼基。雖然亞里斯多德在雅典工作生活了二十年，但後來因受到國王腓力普二世（Philip II）的邀請，而回到馬其頓。

亞里斯多德的作品題材相當廣泛，以前沒有所謂的專業學習，一般來說，一個有學問的人應該要精通所有的事情——古時候任何事情都所知不多，所以還不算太難。亞里斯多德比較幸運，很多著作都給保存下來，他的大部分前輩就沒那麼好運。亞里斯多德的手稿本來被扔在地窖裡，過了幾百年之後，才被後人發現而帶回雅典。這是很重要的，因為亞里斯多德所建立的邏輯理論和科學推理，對後代的科學發展有很深遠的影響。

和塞涅卡一樣，亞里斯多德也是先從研究以前的理論著手，以便反駁它們。他將早期幾位希臘哲學家的理論串聯起來，不包括泰勒斯，而是包括另一位米利都學派的哲學家阿那克西美尼（Anaximenes, 585 BC-528 BC），他認為地震是由天氣引起的：豪雨浸濕土地使其失去凝聚力，所以土地分裂而產生地震。另外，土地在乾旱的時候也會裂開而分離，所以乾旱或豪雨時都會發生地震，這是阿那克西美尼的推理。

亞里斯多德完全推翻了這個論點。假如土地常常裂開，那裂開來的這些土地碎塊應該會沉沒——但並非如此。而且，地震常常發生在既無乾旱也無豪雨的地方。

看來亞里斯多德已經蒐集了一些地震發生於何時何地的紀錄，並且善加利用。最後他指出，分裂的地方還是保持分裂的狀態，所以若土地因連續的乾旱和豪雨而愈來愈支離破碎，地震應該變得較不頻繁。但事實也並非如此，所以阿那克西美尼的理論是說不通的。

這是科學推理，不只是邏輯應用，因為亞里斯多德顯然利用過去地震的資料，來支持他的推理。亞里斯多德的主張很清楚，他提出了幾項證據：

一、地震大多發生在夜晚，如果是白天，通常是在中午。

二、地震容易發生在有強勁海流、許多洞穴或溫泉的地方。

三、地震通常發生在春季或秋季。

可惜以上沒有一項是正確的，亞里斯多德手上到底有多少資料？真不知道他是如何蒐集來的。

亞里斯多德的基本推理是：由於地震很劇烈，一定是源自空氣，因為空氣是四種基本元素中最容易變動的。強風的移動速度讓水、火或土都望塵莫及。亞里斯多德的推論如下：雨水滲入土地，太陽加熱土地，水氣蒸發，蒸發作用使土地內部產生風，風急速衝撞因而造成地震。他寫道：「我們必須假設風在土裡的作用，相當於我們身體裡風的力量所造成的身體顫抖和悸動。」2

亞里斯多德提出：當天氣平靜無風的時候，這些氣體比較容易噴發出來，夜晚比白天少起風，而中午是白天裡最沒有風的時刻，因此地震傾向於發生在夜晚或中午。地震在春天或秋天一定比較多，因為夏天太乾燥（沒有足夠的水氣可蒸發），而冬天太冷（沒有足夠的熱量來蒸發）。很明顯的，土裡有很多洞穴的地方，地底下的風就會有很多通道可以吹來吹去，而在海流強勁的地方，海流會擠壓空氣，使其變得更狂暴。

亞里斯多德同時注意到隨著地震發出的轟鳴聲響：這不是風穿越狹窄洞穴所發出的狂嘯，還會是什麼？至於泰勒斯發現地震後會形成溫泉，亞里斯多德也有所解釋：地底下的風會強迫地下水冒出地面。畢竟，風會驅動海面的浪，浪則不會驅動風。

亞里斯多德也指出，強烈地震之後，通常還會有許多較小的地震——所謂的餘震。他認為這也合情合理。如果說地震是由受抑制的風一旦釋出所造成的，不太可能所有的風都立刻釋放完畢。應該是一陣主要的疾風之後，跟著一些較小的風，然後再一些，直到完全釋放為止。

地震的神學解釋並沒有銷聲匿跡，泰勒斯的奴僕們仍虔誠的祭祀波塞頓。當基督教傳遍歐洲時，科學和宗教的結合形成一種特殊的混合體，亞里斯多德的理論變得至高無上，形同聖旨一般。十三世紀時的大阿爾伯圖斯（Albertus Magnus）是他的頭號粉絲。大阿爾伯圖斯對科學的興趣廣泛，而且經常藉由觀察而來。他吸收了亞里斯多德的理論，並以道明會修士的觀點將其重新詮釋。他的學生聖湯瑪斯（St. Thomas Aquinas）所撰寫的著作，後來成為基督教教義的基礎，使亞里斯多德關於自然界的著作成為不容懷疑的正統學說。

然而，如果亞里斯多德知道他的理論在中世紀歐洲如何演變，說不定自己都不會認同。身為科學家，亞里斯多德的目的是利用經驗或觀察到的證據，來推論自然界的原由。相反的，中世紀觀點卻是二元論。首先最重要的，地震是上帝派來的。不過，上帝不是利用法術（像波塞頓那種），而是利用自然的力量。如果地震是由土裡的「空穴來風」所造成，上帝便決定何時何地讓風出洞（動）。

因此從中世紀的觀點來看，如果想了解地震，必須考慮神學上的含義，地震要不是為了懲罰壞人（大地震），就是為了警告人們（小地震），如果不好好改過向善，將來一定會有報應。

由於教會已經頒布命令，認定亞里斯多德說什麼都是對的，因此任何質疑都會招致危險。科學變成附和亞里斯多德的實踐手冊，任何爭議都可用「嗯，亞里斯多德如是說……」來解決。

要解除這種禁錮的唯一方法，就是找出亞里斯多德的某個明顯錯誤，這樣就可以打開其餘理論的可議空間。十七世紀初，伽利略（Galileo Galilei, 1564-1642）終於以他的天文理論完成這項突破。亞里斯多德舊有的宇宙論認為，太陽和星星都是繞著地球運行，這個說法一旦被證明且公認是錯的，整套亞里斯多德的理論架構便岌岌可危，質疑他的其餘理論再也不用冒著被宗教法庭審判的風險了。

震動牛津的一個小地震

十七世紀科學改革的特色，是經由實驗方法來學習的一股熱情。當時的許多業餘科學家發現，科學界有個管道，讓志同道合的學者們可以聚會交換心得與發現，那就是1660年成立於倫敦的皇家學會（Royal Society）。最早的會員例如波以耳（Robert Boyle, 1621-1697，以其在化學研究的進展著稱）、虎克（Robert Hooke, 1635-1703，發現虎克定律及命名「細胞」）、佛蘭斯提（John Flamsteed, 1646-1719，首任皇家天文學家）、以及華理斯（John Wallis, 1616-1703，數學家及密碼家，最著名的是以∞符號來表示無限大），都是大名鼎鼎的人物。

1666年2月29日發生了一個地震史上名不見經傳的小地震。沒有任何災情，實在是件微不足道的小事，僅足以震動英國某兩小區的窗戶而已。冬天雪夜，燭光昏暗，華理斯坐在牛津家中的鑲木書房裡，所經歷的情形和泰勒斯極為不同：微弱的轟隆聲，起先華理斯還以為是街上的馬車，結果是地震。

波以耳也有同樣的經歷。當晚他騎著馬，正前往距牛津幾英里外的鄉間小屋和朋友聚餐。天氣很不好，又冷又濕，他沿著一條陰暗的鄉間小路快馬加鞭，到達終點後沒多久，正當他在爐火邊取暖時，注意到整棟房子發出一種奇怪的轟隆聲。當他發現屋裡其他人也都感覺到了，才恍然大悟剛才經歷的是什麼情況。

以地震的標準來說，這場地震實在算不了什麼，旦這仍然是一場地震，而且對從未經歷過地震的牛津學者們來說，這是很好的研究題材。他們對任何事情都很有興趣，即使是小小的地震。波以耳和華理斯兩人開始努力蒐集資料，到處訪談附近的朋友，作成紀錄。

這是真正的科學方法——他們仔細的匯整資料、歸納，並試著解釋現象，最後資料再出版、公諸於世，讓大家都能分享。3

很可惜，他們的研究結果對於地震來說沒有太多的新意。這並不意外，因為從這麼小的地震，能得到的資料畢竟有限。然而，最重要的是研究的態度。尤其他們所感興趣的，不只是亞理斯多德所蒐集的那種定性資料，他們要的是用科學儀器所獲得的精確數據。這可是破天荒第一遭。

波以耳和華理斯並沒有任何儀器可以記錄地震；就算有的話也沒太大用處，因為已經來不及了。但是他們可以做的是蒐集天氣資料，例如地震當時溫度計和氣壓計的讀數。這可能是歷史上第一次有人嘗試蒐集儀器數據來研究地震。

如今，這類的氣象資料對研究地震似乎沒什麼用，但是波以耳和華理斯當時並不知道。因為他們完全不知道地震是什麼，所以無法確定它到底是發生在地底深處，還是發生在大氣中。畢竟，如果地震聽起來像打雷，搞不好是某種形式的雷。也許是大氣中形成的某種類似閃電的電荷，以震動的形式傳送到地面。如果真是如此，氣象資料就很有關係，蒐集起來準能派上用場。

事實上，還有其他的觀點也認為地震可能源於大氣。

源自地上還是地下？

1690年代早期，地震已經成為新聞了。1692年，地震於6月7日摧毀牙買加的羅亞爾港之後，9月又造成北歐一場極為強烈的地震，震源在亞耳丁山地，靠近比利時的韋爾維耶。法國北部、低地國家，甚至英國都受到地震撼動。接著在1693年1月，義大利發生強烈地震，西西里島東部受到襲擊，諾托市被夷為平地，卡塔尼亞市也遭到嚴重損毀。

最後的這場地震驅使天文學家佛蘭斯提，開始動筆整理地震的問題4。首先，他認為地震總是發生在平靜無風的時候（不正確，但他的資料有限）。再者，在搖晃開始之前，空中總會出現噪音。第三，地震在海上也能感覺到。海上的地震對水手來說，感覺和船擱淺一樣（雖然看不到有什麼東西可以擾亂海面），佛蘭斯提有很多關於這點的紀錄。第四，有些地震影響範圍很大，例如西西里島和義大利南部，有些只影響到小區域，例如1666年的牛津。最後，也是最有用的一點，他提到，1692年的倫敦地震報告記載，在樓上感受到的地震比較強，在街上或地窖裡幾乎感覺不到地震。

這提供佛蘭斯提所需要的證據，顯示地震不可能是由地底下的震動或爆炸所造成的。如果發生於地底下，那地震發生在惡劣天氣或雨天的情況下，和晴朗的情況下應該一樣多。而且，空中的噪音代表空氣中有狀況發生，而不是在地面。再來，地底下的震動如何能造成海面上的船隻震動，而海面本身卻仍維持平穩？如果地震在大範圍內都能感受到，假定是由地底下洞穴裡的爆炸所造成，洞穴系統隨後必定會四處延伸，常理來說這似乎不太可能。最後的結論是，源自地底下的震動在地面的感受應該最強烈，在建築物高樓層的感受應該較弱，但觀察到的情形卻相反。

由此可見，地震一定是大氣中的爆炸。

這是個科學推理的精采範例，從觀察到結論貫徹始終。但是很不幸，這完全是錯誤的。然而，從所有可能蒐集到的資料中，這個推論很完美的示範了企圖求得地震理論的過程。

在科學史上，成功者便成名，但是錯誤示範者沒有功勞也有苦勞。佛蘭斯提的確說對了一件事：地底下的洞穴蔓延至整個歐洲令人難以置信。至於地震只發生在天氣穩定的時候，如果屬實，他的推斷還算合理。但是他手上的地震實例太少了，事實上，地震也會發生在任何的天氣狀況下。其餘部分呢？他缺少了整幅拼圖中最關鍵的一塊，而這塊拼圖缺角直到下一世紀中葉才會出現。這塊拼圖缺角，竟是來自一場嚴重的地震災難。

第二章

地震是什麼？

西元前六世紀初，某天傍晚，一個賣橄欖油的商人正準備要提早享用晚餐。

最近生意不錯。小亞細亞這部分的市場大多被他壟斷，所以他在米安達河口上方的山丘上，擁有一處宜人的莊園，從他的豪宅向遠處望去，就能看見蔚藍的愛琴海。這天傍晚，當夕陽緩緩的沉向海面，他坐在爬滿藤蔓的露臺上，手裡拿著一杯酒，聽著廚房裡奴僕準備晚餐時所發出的聲音。多麼美好的傍晚；白天的高溫逐漸散逸而變得溫暖舒適，夕陽餘暉將天上幾抹微雲染成了粉紅色。

他喝了一口酒（有教養的希臘人喝的是摻了水的酒），心想：生活是多麼美好...

目錄

誌謝
關於單位的說明
常受強震襲擊的熱區與最強烈的地震

第一篇　問題所在

第一章 尖聲慘叫的城市

第二章 地震是什麼？

第三章 地球內部之旅

第四章 追蹤不可見之物

第五章 規模多大？震度多強？

第六章 震驚世界的巨浪


第二篇　解決之道

第七章 四P對策

第八章 能不能預測地震？

第九章 爭取早期預警時間

第十章 地震不會致命，建築物才會

第十一章 大災難的機率

第十二章 當心險境，保持安全

參考資料

目錄

誌謝
關於單位的說明
常受強震襲擊的熱區與最強烈的地震

第一篇　問題所在

第一章 尖聲慘叫的城市

第二章 地震是什麼？

第三章 地球內部之旅

第四章 追蹤不可見之物

第五章 規模多大？震度多強？

第六章 震驚世界的巨浪


第二篇　解決之道

第七章 四P對策

第八章 能不能預測地震？

第九章 爭取早期預警時間

第十章 地震不會致命，建築物才會

第十一章 大災難的機率

第十二章 當心險境，保持安全

參考資料