文化脈絡中的火山動能

夏威夷大島（The Big Island）善妒的火山女神Pele、菲律賓馬榮火山（Mayon Volcano）為親情犧牲生命的絕美少女―在世界各地許多與火山近距離相鄰的傳統聚落中，火山是以女性的形象在文化中以口語或文字紀錄流傳著，她們有著相同的特性，美麗而不可測、生命毀滅與重生的力量。柔美的Pele女神擁有強大的力量，在大島上奪走了火神的權柄，卻在爭戰之中不敵水神興起的波濤；因震怒而荼炭生靈，卻在悔恨之後施法讓大地重生，恰恰契合著夏威夷火山島的特性。這些神話因人們對於火山力量的未知與敬畏，僅能將有限度的觀察經驗，將其神格化，並教導部落子民有關火山之神的脾氣與習性，期望能夠趨吉避凶。

而臺灣北部的大屯火山群，相傳凱達格蘭族大屯社是最早在此墾殖的族群，但直至今日流傳下來與火山相關傳說或習俗的線索卻微乎其微。位於陽明山國家公園境內的火山群，一直到硫磺運用在戰爭技術中時，才有了詳細的文字紀錄。從明朝萬曆年間起，漢人即以毛毯、瑪瑙、瓷器等物品與凱達格蘭人以物易物，換取本區特有的硫磺；至西元1626年，西班牙人進佔臺灣北部，開始積極開發北投地區磺礦資源，並鼓勵漢人進山開墾；臺灣納入清朝版圖後，採硫磺的規模逐漸擴展。此時的大屯火山群成為具有扭轉軍事實力的礦藏，交易及探勘行為逐漸褪去她神祕的色彩，但火山惡地壯麗的景觀仍然足以震撼人心、望而生畏。清康熙36年 （西元1697年），清朝政府因福州火藥庫失火，50餘萬斤的黑火藥付之一炬，浙江籍官府幕僚郁永河因緣際會下，來臺採辦硫磺。在臺期間，他曾隨平埔族人探勘硫穴，進入人跡罕至之地，返鄉後撰寫「裨海紀遊」，其中對於火山地景的深刻印象有詩如下：

造化鍾奇構，崇崗湧沸泉。
怒雷翻地軸，毒霧撼崖巔。
碧澗松長槁，丹山草欲燃。
蓬瀛遙在望，煮石迓神仙。
五月行人少，西陲有大山。
孰知泉沸處，遂使旅行難。
落粉銷危石，流黃漬篆斑。
轟聲傳十里，不是響潺湲。

郁永河清麗的筆鋒將大屯火山群後火山活動的特徵，作了相當細緻的描述，豐沛的地熱湧泉阻斷探勘前路，硫磺蒸氣讓岩壁消蝕崩塌，不定時的硫氣噴發傳出隆隆巨響，在地熱及硫氣的燻蒸下林木稀疏枯槁，丹紅山頂上的芒草就要燃燒起來一般。郁永河在現今陽明山硫磺谷一帶進行探勘時，儘管對火山地景特性觀察入微，但以當時的科技知識，對於火山的成因以及地底力量的危險性，尚仍無法深入探索。

• 上圖：陽明山小油坑／莊信賢攝
• 下左：夏威夷火山女神／臺灣夏威夷文化中心提供
• 下右：裨海紀遊／翻拍自中央研究院傅斯年圖書館

左右文明興衰之力

地球上大規模火山噴發所產生的災害，一直威脅人類社會安全與文明進步。約2,000年前意大利維蘇威（Vesuvius）火山噴發，一夕之間繁華的龐貝古城被火山灰所掩埋。希臘桑托林（Santorini）島的火山噴發時，觸發了滔天的大海嘯（波高超過60公尺），導致公元前1470年間米諾斯文明突然消失。西元1815年印度尼西亞坦博拉火山猛烈大噴發，造成的直接死亡人數約1萬人，噴發次年全球氣候異常，有數萬人死於噴發後的飢荒和疫病。即使21世紀的今天，地球上仍持續有一些活火山活動，隨時可能會再對人類文明造成威脅。小規模的火山噴發也許僅會對其附近城市與村莊造成破壞，例如最近（2014年9月27日）日本中部的長野縣御嶽火山再度噴發，造成數十人死亡與相當程度的社會衝擊；如果是更大規模的火山活動，可能會影響全球的生態，甚至造成全面性的生物滅絕，其主要原因是大量火山灰會遮蔽了陽光，讓地球上生物無法獲取所需的太陽能，造成嚴重的生態浩劫。

雖然自有文史紀錄以來，臺灣島上沒有火山活動噴發之紀錄，但是位於臺北盆地北側之大屯火山群，未來如果再度活動，對臺灣可能會有多大的衝擊？我們應該做怎樣的準備與防患？

• 圖：磺嘴山有著大屯火山群最美的火山錐狀山形／陽管處提供

火山的成因

火山形成與板塊活動有密切關係。首先，火山常存在於板塊生成的地方，即所謂中洋脊附近。當海底擴張時，地函（Mantle）中的物質會由中洋脊底下往上湧升，產生明顯火山活動。這類火山活動發生於大洋之中，通常較不會造成災害。

雖然自有文史紀錄以來，臺灣島上沒有火山活動噴發之紀錄，但是位於臺北盆地北側之大屯火山群，未來如果再度活動，對臺灣可能會有多大的衝擊？我們應該做怎樣的準備與防患？

其次，火山更常發生於板塊隱沒帶的上方，並形成火山島弧（如琉球群島）。生成原因與板塊隱沒過程中所釋放的水或其他液態物質有關，上升的水或液態物質會幫助其附近地函產生岩漿，匯聚於地殼中的岩漿庫，再形成地表的火山。這類的火山活動，常造成很大的災害。例如太平洋的四周地區，俗稱太平洋火環（Ring of Fire）。

第三類的火山活動通稱為熱點（Hot-spots）。這類火山的成因是由幾千公里下的深部地函物質直接上湧到地表所形成的火山。例如太平洋中的夏威夷群島。其他有些許的火山是由於局部性地殼張裂所產生，其規模一般而言均較小。

休眠中的大屯火山群

大屯火山群位於臺灣島最北端，南與臺北盆地相鄰，是臺灣島上唯一具有現生活火山地質特徵的自然景觀區，地表溫泉及硫磺噴氣等地熱活動還是非常明顯。儘管如此，但過去一直認為它不會再度噴發，主要原因是依據早期的火成岩定年分析研究，推估最後一次火山噴發可能在10～20萬年前，因此評估大屯火山群可能為休火山或死火山，也就是未來大屯火山群不會再發生任何火山噴發活動。然而，最近十餘年來多項研究分析結果，卻可能顛覆上述對於大屯火山群活動性的論點。

首先針對大屯火山群溫泉水及噴氣孔中的火山氣體之化學成份進行調查，結果發現氦同位素的比值，與地球上其他活火山相近，推斷應該是大屯火山群持續有地函上湧的岩漿物質補充的原因。其次，仔細觀測大屯火山群的地震活動，清楚地發現在七星山及大油坑附近地區，淺部地殼有非常群集的微震活動，偶而會發現一些火山特有的地震波。這些地震波的波形是解讀火山活動重要的參考依據。

最近幾年內，進一步做了大屯火山群全面性高精確度的水準量測。發現擎天崗等局部地區有明顯的地表抬升現象，這可能意味著大屯火山群淺部地殼下仍然存在著很大的壓力。2010年大屯火山群火山灰定年研究中更發現，大屯火山群最後一次噴發可能在5,000～6,000年前，如此一來，大屯火山群依據國際火山學會制定的標準，從休火山一躍達到了「活火山」的等級。當研究調查證據說話時，引發了臺灣地球科學界多次討論，最後認為大屯火山群可能屬於「休眠活火山」，也就是未來再度噴發的可能性暫不可完全排除。

• 圖：地球上三種主要火山生成原因與板塊活動的關係圖／林正洪 提供

認識火山災害

假設大屯火山群未來再度活動，周遭地區將會面臨不同程度的威脅。如果火山真的噴發，高溫快速熱熔岩及碎屑流，可能直接對其流經地區造成毀滅性的破壞。可想而知，大屯火山群南側的臺北盆地必然首當其衝。假若火山熔岩或碎屑流進一步流向關渡隘口，則有可能堵住淡水河出口，無法排放之河水可能迫使臺北再度成為一個湖泊（如同過去俗稱之康熙臺北湖）。火山地區只要有岩漿活動，就會釋放出大量火山氣體：二氧化硫和氟化氫都會導致酸雨和空氣污染；二氧化碳氣體比空氣重，流入低窪地區，儲存於土壤中，常造成動植物的死亡。

此外，火山灰可能依當時氣候條件，飄向臺灣全島及鄰近國家。火山地區降落的大量火山灰，也可能因下雨造成火山泥流災害，就如同臺灣常見之土石流災害。以上這些不同形式的火山災害，均可能直接或間接造成更大規模的社會經濟、生態環境的損失。事實上，大屯火山群之最高峰（七星山）距離大臺北市中心（臺北101大樓）僅十餘公里遠。所以，針對大屯火山群的活動性之探討，不僅是科學研究的議題，更與社會大眾的生命財產安全息息相關。

• 上圖：火山噴發可能造成之多種災害圖／林正洪提供
• 下圖：陽明山硫磺谷／張秀凰攝

身負重任─大屯火山觀測站

2011年底「大屯火山觀測站」在陽明山國家公園菁山自然中心正式掛牌成立。隨著科技的演進，讓我們不再僅能像遠古的祖先揣測火山神靈的脾氣；經由精密的儀器和測量方法，能比郁永河更深入觀察及掌握火山活動的成因與動向。透過火山地震活動監測、火山氣體與溫泉水的化學成份分析調查、地殼變形的量測、地溫監測及噴氣即時影像監測等，未來正積極規劃加入重力、地磁、衛星影像等不同方法，讓火山監測更完整而全面。火山活動的測點就像是蛛網一般，分布在整個大屯火山群重要位置上，而觀測站本身就像是蛛網的中心，從各個點位收集到的數據在此進行整合與解讀。

• 上圖：大屯火山群位置關係圖／楊懷智攝
• 下圖：大屯火山觀測站主要的監測方法示意圖／林正洪提供

天羅地網─地震監測網

火山噴發時間與規模，常取決於地底下岩漿庫的大小及岩漿充填的壓力。多數岩漿庫位於距地表有數公里以下的上部地殼中，寧靜的大屯火山群底下即存在著蘊含休活火山可能再度活動的能量庫，而這是無法藉由肉眼直接觀察的。因此必須藉由岩漿庫透過地表釋放的訊息來解讀岩漿活動的狀態。當岩漿庫壓力過大，岩漿逐漸往上湧升時，常伴隨著許多微小的地震活動。因此大屯火山群內設置了一個高密度的小型地震監測網，總共包括18個地震站，對大屯火山群之地震活動進行即時觀測，絕不遺漏岩漿庫的一舉一動。岩漿活動的現象藉由儀器化作各種複雜的線形，就像是醫生透過心電圖了解心臟的健康狀況一樣，研究人員可以透過解讀這些地震波型，清楚辨識火山活動情形，甚至預估可能噴發的時間及地點，透過此即時地震監測網，等於是架起了對可能之火山威脅的第一道預警防線。

• 圖：2011年大屯火山觀測站在陽明山國家公園菁山自然中心揭牌成立／陽管處提供

摸清底氣─小油坑火山氣體測站

位在七星山北麓的小油坑，是七星山登頂步道的起點。人尚未到達小油坑，撲鼻的火山的氣息迎面而來，一股令人難忘的「臭雞蛋味」。興致勃勃登高遠眺之前，已被緊鄰小油坑遊客服務站的火山噴氣孔吸引住目光，岩壁上發亮的硫磺結晶以及涔涔的硫煙近在眼前，唾手可得的後火山美景，想必令當初得披荊斬棘的郁永河唏噓不已。岩隙吞雲吐霧，看得遊客驚嘆連連，對研究員而言這可藏著摸清火山底氣的秘密。

火山地底岩漿活動時，通常會釋放大量火山氣體到地表上。因此火山氣體及溫泉水的化學成份調查分析，是掌握火山動態的重要工作。火山氣體成份以二氧化碳含量較高，同時也是岩漿上升過程中，首先脫離的氣體之一，利用觀測土壤氣體中二氧化碳含量的變化，成為重要的火山預報機制之一。因此大屯火山觀測站於小油坑地熱區設置了國內第一座即時火山氣體連續觀測站，站內運用1公尺及2公尺鐵管打入土壤層後，接上密閉式氣罩，將冷卻樣品導入偵測儀。全自動化的流程讓科學家在安全的距離內監測火山活動，但噴氣孔直接採集氣體樣品的工作仍然是必要的。

舉地之力─GPS地殼變形監測

走在陽金公路上， 舒適的路況、寧靜的山景、沁人心扉的空氣，拜現代科技之所賜，GPS在手增加了在大屯山群尋幽訪勝的樂趣；舒適倘佯在擎天崗大草原上，清風拂過芒花，無人能覺察地底深處驚天動地的力量，正緩緩將地表抬升。

GPS不只可運用在生活中的定位導航，更是火山活動監測的利器。當岩漿往上湧升或熱水系統壓力增加時，地殼會有程度不一的膨脹隆起變形。這些變化可分別利用水準測量、GPS及傾斜儀等精密的大地測量技術來量測。目前在大屯火山群已設置6個GPS站，而為提高大屯火山群全面性地殼變形監測功能，每年也同時沿著大屯火山群主要道路，進行重複性高精確度的水準測量。

• 上圖：噴氣孔直接採集氣體樣品／林正洪提供
• 下圖：火山活動釋放之氣體示意圖／林正洪提供

大油坑溫度監測

大油坑擁有全臺灣最大的火山噴氣孔，噴氣聲隆隆震耳，四周佈滿硫磺結晶，後火山地景規模更勝小油坑一籌，但同時可想見，周圍岩石風化速度更快，崩塌危險性也更高，並不適合一般民眾就近觀察，但卻有著火山監測無可取代的重要點位，不得不說火山現地測量工作，如臨深淵、如履薄冰。我們都知道當熱源越接近時，溫度也會越高，因此從長期地表噴氣孔溫度變化趨勢，即可以推測地下火山活動的情況，例如岩漿上湧現象等。因此自2009年6月起於小油坑進行監測噴氣孔溫度監測，為進一步了解溫度的變化，2010年於大油坑另外增設一處溫度監測系統，希望對於火山的動向能百密無一漏。

• 上圖：油坑噴氣孔／楊懷智攝
• 下圖：子坪硫磺出氣口硫磺結晶／莊信賢攝

防患於未然

火山噴發曾在歷史上造成許多災害，但是以現今的科技，若能進行仔細的監測，應可即時評估火山可能活動的訊息。因為大多數火山在噴發前，必定會伴隨許多不尋常的現象產生，如火山地震大量增加，火山氣體與溫泉水成份改變，地表明顯變形及地溫增加等前兆。透過嚴謹的監測，火山之噴發活動通常是可預測的，包括可能噴發的位置，噴發的時間，甚至噴發的大小等。如此便可提前預警，減少災害的規模。大屯火山觀測站，除了肩負上述監測任務以達成防災預警功能外，未來也會將大屯火山群長期監測成果呈現給大眾，讓民眾在陽明山國家公園內除了能夠近距離欣賞火山地景的壯麗外，更能對於大屯火山群有更進一步的認識。

• 圖：大屯火山群大地水準測量野外施測照片／林正洪提供

• 作者簡歷
• 林正洪：中央研究院地球科學研究所研究員，大屯火山觀測站主任