地表溫度監測

概述

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        地溫監測是探討火山活動的主要研究工作之一(Tillting, 1989),如果火山地區地底下有岩漿庫、殘餘的岩漿或有後火成活動,則通常在地表附近可發現較高的地溫,地底下的地溫梯度也會偏大,並呈現較高的熱流值 (Zeni et al., 2007),然而測量這些溫度參數並無法探討火山的活動性,要了解地底下火山的活動情形,必須對地表的地溫做長期的監測,從溫度的變化趨勢才能進一步推測地下火山活動的異常變化(Sudo and Hurst, 1998)。監測地溫的變化除了有學術上的研究價值外,若能將監測資料隨時展示在公共場所(如遊客中心),讓遊客可以隨時了解這些訊息,亦是一項富有教育意義的工作。


測站資訊

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小油坑

        小油坑位於大屯火山區七星山的西側,該地區具強烈的後火山活動(Song, 2000),噴氣孔噴出的蒸氣可綿延數十公尺高,從遠處即可看到高聳的白煙(圖一),小油坑的噴氣孔分佈非常發達,從遊客


圖一 小油坑火山噴汽遠觀。圖中下方的房子為小油坑遊客中心。

中心步道入口處附近即可在地面上發現許多小型的噴氣孔(圖二),噴氣孔周圍常有黃色的硫磺結晶,噴氣孔附近的岩石受熱換質作用變成黏土,岩石強度降低,用鐵鎚輕敲即會破碎,若有地下水通過,水與黏土會混和成滾燙的泥漿池,噴氣孔的噴汽是後火山活動的流體,其溫度的變化可能跟地下的流體有關,監測噴氣孔溫度的變化將有助於我們了解小油坑地底下火山流體的活動情形。



圖二 小油坑的噴氣孔和硫磺結晶

大油坑

        大油坑地區並無遊客中心或休息亭等公共設施,溫度記錄器和資料儲存設備必須另外製作防腐蝕儀器箱予以安置。架站工作首先將溫度感應器埋在噴氣孔旁(圖三),現場主要有兩座大型噴氣孔,直徑


圖三 溫度感應器埋在噴氣孔旁。

約5公尺,不時冒出巨大的白色蒸汽,有濃烈的硫磺味,噴氣孔的組織鬆散易坍塌,不容易攀爬,為安全起見,所選的監測位置位在噴氣孔的下方,該區域坡度較穩定,岩層不易崩落,溫度感應器置於不銹鋼棒內,埋入岩層中約40公分,將來若不銹鋼棒被腐蝕掉,可更換溫度感應器,溫度感應器之訊號以抗腐蝕性的鐵弗龍電纜線,連接至80公尺外的儀器箱內,由於附近的岩層都具有強酸的地下水,野外的儀器設備應盡量採用抗腐蝕性的材質,本計畫使用之鐵弗龍電線都已在實驗室內以高濃度硫酸試驗過,品質相當可靠,儀器箱也使用鈦合金材質,可延長使用壽命,電纜線外部以PV塑膠管保護之,為保持國家公園原有的自然景觀,電纜線埋入地表下約20公分,至儀器箱前,均未露出地表,不會妨礙景觀,以降低被石塊磨壞的風險,儀器箱設置地點選在昔日的人為砌牆旁,與環境人文背景相近,較不突兀。


方法原理

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我們使用的地溫監測系統主要分成兩個部分:溫度感應器以及資料儲存設備,溫度感應器係一白金電阻,由於電阻與溫度有一定之關係函數,若能測得電阻的變化即能得知當時之溫度大小,白金電阻穩定性高,以溫度解析度0.1℃而言,並不需要經常進行溫度校正,溫度感應器感應到的溫度資料,可經由電纜線傳到溫度記錄器內,其運作方式是記錄器在電纜線中傳出一固定電流,量測流經白金電阻兩端之電壓即可得知白金電阻的大小,再將電阻大小換算成溫度值,記錄在儲存設備內,本研究使用的溫度記錄器為台灣大學海洋研究所自行研發的微小型熱探針,該熱探針已多年使用於台灣附近深海進行地熱探測,熱探針將電源和電路系統縮小在直徑2.2公分、長24公分的鈦合金圓柱管內,電路系統耗費的電量非常低,以一顆15KWhr的1號電池裝設在外加的電源供應座上來說,可維持整個監測系統運轉所需的電力約10年,記錄器使用電流差分概念,配備精密的參考電阻,可使溫度的解析度高達0.0001℃,可記錄溫度細微的變化。記錄器每三分鐘測錄噴氣孔溫度一次,記憶模組可連續記錄資料時間約2年,工作人員每一至兩個月前往現場收取資料並維護儀器設備,溫度資料可用excel程式繪圖,察看溫度隨時間的變化情形,同時也會進行頻譜分析,以了解溫度的變化是否有週期性出現,若有雨量、氣溫、微震等資料,也會進行資料的對比,以釐清各資料間的關係。