台灣地質聊齋系列-鬼吹燈之地下有鬼

在超級忙碌的工作、 外務、口試…..，差點變成徹底的”廢血”之後，費雪我終於又等到了暑假……。可以來應景發個久違的七月廢文，舒發一下近來的感想啦!!!

自從齊柏林導演墜機後，台灣掀起了一股聲討財團開發山林採礦的聲浪，但是費雪今天要說的，不是大財團的故事，卻是發生在你我身邊的事實。費雪從事的是地下探勘的工作，常常會用一些像是透地雷達、地電阻掃描這種高科技方法，對地底下進行”拍照”。但是在我的工作中，卻常常在台灣遇到不可思議的現象。費雪去過美國，也在中國大陸作過地下探測，探測出來的影像幾乎都是相當的「乾淨」，也就是會呈現正常的地層變化反應，就算是人造物的探測，也都幾乎跟施工計畫是一致的，很少出現與預期不一樣的狀況。

我們在進行探測前，其實都會先針對可能的情況預演，利用程式與模型推演可能的訊號反應。但是這種規律，在台灣就是不太適用，常常地下影像會出現”鬼影”。這些鬼影，來自於台灣燦爛又孤單的神人們，在絞盡腦汁創造個人最大利益，改造地球後，所發展出來鬼怪工程的偉大奇蹟。這些鬼影，有些是圍墾河道後被廢棄的古堤防，有些是被土石流埋掉的擋土牆，有些是偷排東西的暗管，有些是私自打的水井，還有些是偷埋的不明廢棄物，有些是不照工程計畫施工的東西…………。種種不一而足，實在讓費雪大開眼界，但因為它們都入土了，所以簡單來說都成”鬼怪”了。

圖1、國外利用高精細度地球物理探測地下構造遺跡的影像(http://www-users.york.ac.uk/~jes1/Images/Subsurface/Fountains%20Guest%20Hall%20plan.jpg)

前幾天，費雪下南部去幫南霸天大學的學生口試 (話說這一趟來回，扣掉高鐵車資後，費雪只有不到一千元的收入~~~唉!小小抱怨一下南霸天，可以行行好嗎?可連一下我退休金都砍半了~~題外話……) ，結果又在學生的地下影像中，看到兩坨”鬼影”，費雪覺得怪怪的，這種荒郊野外，還能有萬里長城?回來後，為了解決疑惑，便找了谷哥大球神來時間回溯一下，結果果然在2008-2009年間，看到此處進行了地球表面改造工程，作了一格又一格的牆體，不曉得是要幹嘛? 然後，在大自然的威力下，這些牆體在2014年後又逐漸被埋在地下。翻了下文獻，1986年王鑫老師這裏的研究，也同樣的敘述了有直接丟廢棄箱型車在凹處及廢棄物掩埋的描述。天呀!又是地下有鬼的鬼影幢幢!

圖2、2004-2015的某地地景變化，注意2008年的牆體工程

費雪常說，齊柏林導演是讓大家看見台灣，我們則是看見台灣的”下面”。但台灣人透過空拍影像看見台灣山林的疤痕，有時卻看不見台灣下面的魑魅魍魎，這些個魑魅魍魎，往往才是你我應該憂心的，因為就在身邊，卻看不到，但是它們卻會在某個時刻，冒出來成為影響你我健康與生活安全的鬼怪!!

地球科學狂想曲: 2037年地球科學家的工作與生活

2037年2月28日，天氣晴，10年前才從父親力力教授手中，接下了研究棒子的小力博士，今天要到著名的台灣碧侯地區進行野外，這個在台灣東北部，蘇澳到花蓮間的地區，在本世紀初，還是一片蠻荒，山高水急，稀少有人能踏及的區域，由於是幾乎沒有道路與住民，只有在上世紀的時候，靠著幾個熟悉山區狀況的原住民的協助下，有幾位地質研究學者曾經到此進行野外調查與採樣工作。但是最近十年來的科技進步，已經使得進入到碧侯地帶，不再是困難的事情。

小力博士事先上網預約了兩架Uber無人機的運輸服務，將野外工具與各種裝備裝入了一個小型的一公尺立方貨櫃行李箱中，然後與兩個碩士班研究生，小楓和小雪，一同搭上了放在庭院中的透明運輸膠囊，小力博士按下放在手腕上的手機按鈕，不到五分鐘，兩架六個旋翼的Uber無人機來到庭院上空，利用懸吊掛勾精準的夾起運輸膠囊和貨櫃行李箱，朝向台北市區東南方飛去，由於是上班時間，因此空中交通比較繁忙，在自動導航儀的指示下，無人機避過了松山起飛爬升的大型越洋客機，沿著比山略高100公尺的3號近地路線前進，大約僅過了四十分鐘，就抵達事先選定的河邊空地，當小力博士等人卸下裝備後，無人機就帶著透明膠囊和空的行李貨櫃離去。

Cover of the first issue of Science Fiction, dated March 1939. The artwork is by Frank R. Paul

為了避免受到野生動物、蜂群以及有毒昆蟲的侵害，博士和研究生們都穿上了連身工作服和工作靴，特別的工作服具有特殊塗料，會發出特殊的驅除蚊蟲及野生動物的氣味，而工作靴可以適合全地形，甚至在需要時可以自動烘乾通氣。小力博士沿著溪流上溯，尋找露頭。順便沿途佈設地震和電磁感測器，由於微型電路的進步，每個感測器的大小都只有大拇指大小，只要把尖端插入地下，就可以佈設完成。感測器可以偵測地下電流與磁場的變化，以及區域微弱的地震，並自動同步連線，利用通信寬頻網路即時傳遞資訊到小力博士的位於Google的雲端硬碟和博士護目鏡裡的微電腦，博士和助理們只要在幾個地點，埋入小型高能電磁源或高頻震源器，就可以得到地表下100公尺內的地球物理參數分布情形。

在前進之前，博士打開了擴增三維實境地質圖，讓博士看到的，不只是景色，而是地層與構造在視線內的可能分佈。小力博士先放出蜂鳥探測器，探測前方500公尺內的地質情形，蜂鳥探測器是一種仿生微型機器人，利用探測器收納箱充電，一次可充電及放出10個蜂鳥探測器，每個可以飛行約15~20分鐘並自動飛回收納箱，具有高分辨率多光譜及熱感測器，與最小可以看到1毫米物體的鷹眼鏡頭；資料會即時傳到博士的護目鏡中，會自動辨認資料庫有的岩石種類、礦物屬性，以及化石分類，讓小力博士可以充分掌握可能的地質狀況，並進行採樣。

今天，憑藉著好運氣，蜂鳥偵測器在博士的護目鏡中，顯示了附近的幾個可能的化石及新鮮礦石露頭，於是博士來到其中一個露頭的位置，首先開啟了連結在護目鏡上的3維光達掃描，自動記錄及素描露頭情形，並顯示採樣位置在三維地質圖上。然後拿出機械地質槌，拿在手上，地質槌根據露頭採樣的需求，建議了最佳敲擊點，小力博士輕輕一敲，槌上的爆發加力器，自動調整敲擊力道，就把一塊巴掌大小的岩石標本敲了下來。博士連忙拿出地質標本感測布，包裹了岩石標本，感測布上密密麻麻的電極可以放出電磁波，進行快速三維內部掃描，然後把資料即時傳到小力博士的實驗室中，根據博士的野外指示，用列印機自動進行三維列印，放大印出岩石標本裡的大型有孔蟲化石結構，等到小力博士回到實驗室，化石的解剖結構已經印好放在桌上了。當博士完成所有的採樣以及資料收集，雲端資料庫很快自動分析所有資料，建議博士標本的最佳後續分析、定年的工作以及可能協助的實驗室，並且更新三維地質圖。小力博士很滿意今天的工作成果，於是來到了早上的降落地點，按下了手表通話器的召喚鍵，四十分鐘後，無人機又帶著貨櫃箱和透明載人膠囊出現，抵達不到五分鐘，博士一行就再度出發回程，在太陽下山前回到溫暖舒服的家中。

泡在熱水浴缸中，喝著調酒，小力博士心想，像今天這樣一天來回的野外，還有地球物理跟地質繪圖、標本採樣的工作量，20年前的前輩，恐怕是做不到的吧?科技的進步真是驚人呀!

地球誤理，地球霧裏，還是地球誤理霧裡誤你?

由於去年實在是太多煩惱的事，讓費雪著實忙到沒有閒暇時間聊天南地北。最近費雪聽到太多人來詢問有關某個由大陸開發，號稱用”弦論”原理進行地質探測的儀器，根據詢問的人告訴我，大力推廣的團隊宣稱這儀器可厲害了，又可測出地下應力/應變分佈，又可測地質構造情況，解析度比透地雷達還好，探測深度堪比大地電磁法，費雪看來，簡直是已經到了能”張目對日，明察秋毫”的地步。這種了不起的成就，直直讓費雪生鏽已久的手和筆都不自覺得癢了起來，有人吹牛就有人抓，覺得不上來部落格寫一篇”抓牛”文都不行呀………!

先來談談”弦論”這個東西，根據費雪Google的結果，他的核心是用波動的能量弦線作為宇宙的微觀單位，去解釋所有微觀物質的基本組成及相互間的關係，但是，至今仍沒有人可以作出實驗驗證”能量弦線”的真實存在，因此在物理學界仍有許多辨證爭議。所以費雪一聽到竟然有可以利用”弦論”原理的儀器，馬上是驚呆了，這絕對可以獲得諾貝爾獎的發明，怎麼從來沒有聽過呢?結果翻了一下儀器公司的技術網頁，除了”弦論”之外，好像就沒提到其他的理論細節了，網路上查到的相關”論文”，也都沒提到其他的物理推導，這…..使得費雪我開始覺得這麼牛逼的神器，怎麼物理理論中，就沒更淺顯的學說來陪襯，真是不可思議!!~~這些物理學家、大師等的，什麼霍金、楊振寧之流的，真的該打屁股。

圖1 找到錢流的地球"誤"理 (from: https://www.cartoonstock.com/directory/r/revenue_stream.asp)

既然理論不可得，費雪就覺得看看儀器的技術成分好了，或許能讓費雪這種水平不夠的魯蛇一窺堂奧。根據說明指南，這一儀器收取的是天然電磁場變動，使用的頻段是100-3000 Hz，由於這個頻段的大地電磁場，來自於高空閃電、太陽風與電離層交互作用等現象，發生的電磁波一部分傳入地下，一部分被反射回來，該儀器就是用磁力線圈放大被地層反射回來的電磁波訊號，轉換成電磁電阻率，用來分析地下構造…初看好像很合理，但，且慢……這不是”電磁學”嗎?跟”弦論”有什麼關係?

好吧，先撇開弦論，來看電磁學。這頻段的電磁波長，約在100-3000 公里，遠大於地殼厚度(最大約50-70公里)與目標構造地層(通常幾百公尺到幾公里)的深度，所以我們只能用電磁波的擴散理論，而非傳遞理論去解釋我們探測地殼中地層結構的結果。要用電磁探測，一般你要有一個穩定或已知的電磁波源，利用接收到的電磁場，相對於已知源的電磁場強度衰減，才可以推算出地下構造變化。通常這個源是人工發射的，因為才會穩定、已知，所以大部分的電磁地球物理探勘儀器與方法，都是採用人工發射源的”主動”方法。如果要探測不同深度，就要利用不同頻率的電磁波，因為不同頻率電磁波的穿透深度不同，但是一般儀器要發射很多不同頻率的電磁波是很難達到的，所以通常只有少數1-3個頻率可調整使用，也因此，這樣的電磁探測方法沒有太多深度分辨能力。

圖2 大地電磁方法原理( from: http://userpage.fu-berlin.de/mtag/mt-basics1-engl.jpg)

少數的方法，例如”大地電磁方法”，才會利用天然的寬頻電磁場。因為天然的尚好~天然的電磁場可從很低頻到很高頻(除了在1Hz附近的”死頻之外)。但是問題來了~~天然的雖然好，但是我們卻不確定它的源的強度，事實上天然的電磁場源強度一直在變化，因此除非有目探測區域上高空(約數百公里高)的直接觀測資料，不然我們是沒法從電磁場的衰減推算出來地下電阻率的。於是，”大地電磁法”用了一個很巧妙的設計，就是用磁力線圈和電極，同時分別觀測電場跟磁場，然後利用同一個源，電場和磁場的相關特性，推算地下地層的電阻率。所以要利用天然的電磁場，”同時觀測”電場和磁場是很重要的。

剛剛提到的神器，看來並沒有電極的設置，所以想必是個磁力線圈為主的儀器。單單只量測磁場，恐怕僅僅能知道地球磁場的異常變化程度，說穿了，也就是個磁異偵測器，可以推測造成磁場異常的區域，但造成磁場異常的是地層、人為雜訊、或其他，就沒辦法分辨了。很重要的是，拿一個根本沒有功能的儀器來作地下探測，真的就變成地球誤理探勘，或是地球霧裏探勘，跟瞎猜或擲爻的成功率差不太多，費雪還是勸大家真的要擦亮眼睛，別掏出大筆金額便成地球誤理在霧裏誤你囉!!!!