位于七彩湖的GPS連續(xù)觀測站（臺灣中研院蘇宣翰先生提供）
（神秘的地球uux.cn報道）據美國國家地理網站（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，也被地球科學家用來觀察地殼變形嗎？癡救察地
GPS的定位精度只要達到「公尺級」，即可滿足日常生活中大多數(shù)的星也形需求。 然而，科學殼變板塊移動速度緩慢，家觀一年僅僅移動數(shù)公分，球地必須透過長時間的只路連續(xù)觀測來提升精確度。 當GPS定位精準至「公厘級」，癡救察地藉由觀測站坐標隨時間的星也形變化，地球科學家便可得知地殼在何處變形，科學殼變并推測地底下的家觀斷層活動與巖石的物理性質。
地殼變形與地震之間存在著密不可分的球地關聯(lián)。 九二一集集大地震迄今已邁入第二十個年頭，只路大地震后長達十年以上的癡救察地地表位移時間序列，隱含源自于斷層以及深層地殼的星也形變形信息。 這些長期的觀測有助于我們解析臺灣造山帶下部地殼的巖石變形特性，對于理解地震如何發(fā)生以及地震的再現(xiàn)周期而言是十分重要的一個課題。
地殼巖石的變形速率，與地殼內部能量累積的過程息息相關。 板塊運動會造成地殼不斷變形，上部地殼變形行為像木板，呈現(xiàn)「脆性變形」；下部地殼因為溫壓條件的改變，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，上部地殼內部及斷層帶不斷累積能量，承受不住時便引發(fā)地震。 假設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?shù)卣鸢l(fā)生時便會伴隨產生5公尺的位移量。
下部地殼的巖石變形行為受到巖石組成、結晶粒徑、流體、巖壓與溫度等諸多物理條件控制，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，透過長期的GPS衛(wèi)星觀測數(shù)據，我們有希望突破傳統(tǒng)上的限制。
大地震過后，地殼會經歷一段短暫且快速的變形，藉此來釋放掉地震當下尚未釋放完的能量，其持續(xù)時間因地震而異，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部許多復雜的變形機制，但一般認為斷層面上的持續(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原因。 臺灣高密度的GPS衛(wèi)星觀測網完整記錄了九二一集集地震過后大量且長期的震后地表變形，幫助我們深入剖析臺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為是一個簡單的線性關系。 也就是說，當巖石受到兩倍的力，變形速率也會相應增加為兩倍。 然而，我們的成果發(fā)現(xiàn)，集集地震后的GPS數(shù)據無法以單一的線性關系來解釋；相反地，受力和變形速率之間為非線性關系。 換句話說，巖石受力只要增加為兩倍，巖石就可能會以八倍以上的速率產生形變。 這告訴我們地殼巖石的強弱在大地震過后有顯著的變化，短期內快速的大量變形對臺灣造山亦有顯著的貢獻。
除此之外，我們也結合實驗室?guī)r石試驗測量到的巖石參數(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果相去不遠。
這說明，雖然實驗室環(huán)境與大自然之間在時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生大幅度的偏差。 換言之，GPS衛(wèi)星大地測量數(shù)據有可能彌合實驗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造的演化過程，進而估算合適的物理參數(shù)做為地球動力學建立模型的參考依據，為地震孕震過程及臺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.

(責任編輯：知識)