1999 年 9 月 21 日凌晨 1 時 47 分，全台一陣劇烈搖晃，台灣的胸口在天搖地動中被撕裂；起源於中部車籠埔斷層錯動，芮氏規模 7.3 的地震，造成全台 2415 人死亡、29 人失蹤，上萬人受傷、5 萬多間房屋全倒，這是台灣戰後最嚴重的地震，史稱「九二一大地震」。

民眾憂心忡忡，不禁問：台灣為何會有這樣的巨震？何時還會再發生？這一連串問題，同樣讓世界地震專家高度關注，紛紛搶進研究。

在尋找這些攸關台灣民生、重大急迫答案的研究中，台灣並沒有缺席，而是做出了重大貢獻。其中，領軍的是一位不讓鬚眉的女科學家──中央大學地球科學系教授馬國鳳。她是國際知名的地震學家，專門研究地震物理學，探討地震形成、破裂、結束的過程。

馬國鳳曾於 2011 年榮獲台灣傑出女科學家獎。圖／取自書籍《她們，好厲害：台灣之光．18位女科學家改變世界》

放下計算，用斷層鑽探驗證理論

2004 年，馬國鳳參與並主持「台灣車籠埔斷層深井鑽探計畫」，透過台、美、日、德四國學者跨國際合作研究，鑽取斷層帶的岩芯試樣，探究九二一大地震的成因和生成機制，並將研究結果成功發表在《自然》(Nature) 期刊上。

馬國鳳曾進行國際合作研究，並將結果成功發表在《自然》(Nature) 期刊上。圖／jstor

幸運加上努力，他們取得了傲人的成績，對九二一地震的成因假設，透過取得的斷層岩芯均獲得驗證，詳細描繪出這場災難的全貌。

馬國鳳說：「這些理論以前只能透過數學物理計算來驗證，沒有人真正把那塊石頭拿出來看看是什麼樣子，而這次斷層鑽探，真正檢證了這些理論。」

這就好比愛因斯坦在 1905 年發表相對論後，沒有人可以確認對錯；直到 1919 年，英國愛丁頓爵士率領探險隊，發現在非洲觀測到日蝕光線的偏折角度，是牛頓理論預言偏折角的兩倍，這才證實了相對論，愛因斯坦旋即獲得諾貝爾獎。馬國鳳在地震理論界的學術貢獻，也許就如同當年驗證相對論的愛丁頓爵士。

以肉眼判讀，用微小訊號改寫地震理論

透過鑽取的岩芯內容，團隊發現到：「滑移帶的厚度」是了解地震能量的重要參數，而厚度則影響了能量的釋放。這是世界首次觀測到大型地震的斷層滑移帶的厚度，同時也成功量化出地震時的破碎能及熱能。

另外，「主要滑移帶」也看出了每一層紋路平穩類似，顯示地震的行為不斷重複，驗證了相似性質的地震會重複發生的假說。

也就是說，九二一地震這樣形式的大地震，在車籠埔斷層地區將會再度發生。不過，令人鬆一口氣的是，雖然 12 公分厚的滑移帶至少滑過 33 次，代表發生過 33 次地震，但推估起來，大概要到四百年後才會有機會再發生。

跨國合作中的在地研究優勢，讓馬國鳳團隊搶占先機；她卓越的整合能力，讓四國團隊發揮最大戰力，迅速繳出亮眼成績。

2012 年，馬國鳳發表在《科學》(Science) 雜誌的文章，更是真功夫的理論突破，更證實她的成功沒有任何僥倖。

這第二篇登上一流期刊的論文，成功改寫了地震的基本理論，馬國鳳訓練出的博士生林彥宇，秉持著她要求的科學信念：「要看別人看不到的東西」，因而捨棄機器判讀訊號，長達一年時間裡，透過肉眼天天研讀放在車籠埔斷層的井下探測儀訊號，發現到長期存在著「只有 P 波（上下動），沒有 S 波（左右動，也可以理解成第二波）」的特殊訊號，訊號雖微小，但十分奇特。

這種微小到一般學者會忽略、機器會濾去的訊號，在馬國鳳的眼裡卻看出不一樣的風景，成為她改寫地震理論的契機。

有些微小到一般學者會忽略、機器會濾去的訊號，在馬國鳳的眼裡卻看出不一樣的風景。圖／論文圖片

一般說來，地震形成的原因，包括：斷層錯動、火山活動、岩溶塌陷、隕石撞擊、地函物質相變化，以及地下核爆及其他人為因素，其中以斷層錯動為最主要的原因。但是，馬國鳳證實了一個新原因假說：「其實地下水水壓引發爆裂，也會引發微地震。」

這樣的假設，過去理論界也有很多，但都苦無證據。馬國鳳根據一年來的數據發現，這些極微小地震的震源，全都在車籠埔斷層面下方，大部分都位於深度 1300 至 1800 公尺處，那裡含有豐富的地下水，且具有高滲透性的桂竹林層（以砂岩與頁岩為主）。

馬國鳳推論，當年車籠埔斷層錯動時，巨大作用力把斷層面磨成極細的不透水斷層泥，造成地下水無法向上，只能繼續累積在下方，液壓不斷增加，最後將積水區周圍的岩石「瞬間撐裂」出 2 至 5 公分的裂縫（人造地震的特色是單一點引發，P 波遠大於 S 波，岩石爆裂也會造成類似 S 波甚微的效果），才引發了微地震。

車籠埔斷層說明圖。圖／經濟部中央地質調查所

這項有理有據的創新結果，成功改變了地震學的根本理論，成果發表在 2012 年 7 月 27 日的《科學》雜誌，該類型地震由馬國鳳命名為「均向地震」(Isotropic Events)。

難以想像的是，做出這些精彩學術研究的馬國鳳，另一個身分是兩個女兒的單親媽媽。不同於其他科學家常廢寢忘食，晚上還常流連實驗室長期抗戰，她的學生透露，老師下班時間一到一定準時回家，因為要做飯給兩個小孩吃。

科學家就是科學家，不分男女

什麼時間該做什麼事情，一切都要有效率、充分利用，這是馬國鳳的長處。儘管這樣拚命工作，也常「把自己逼到牆角，瀕臨崩潰」，反而激盪出驚人的爆發力，成就斐然。

跟其他同年齡的女性比起來，五十二年次的馬國鳳，算早婚生子。中央大學地球物理系、台大碩士畢業後，申請到美國加州理工學院地球與行星科學系博士班，與當時先生聯袂出國唸博士時，接連生了兩個女兒，一邊照顧女兒，一邊完成學業。博士資格考時，還抱著女兒去參加口試達三小時，進場時只能把嬰孩交給同學抱著。

資格考完後三個月，馬國鳳開始帶著女兒跑研討會，小孩才三、 四個月大。幸好主辦單位理解，讓她抱著小孩坐在最後排，小孩一哭，她就抱出去。輪到她報告時，小孩交給老美同學先抱著，每個經過的人都很疑惑，「為什麼一個老美抱一個華人小孩？」

從這裡就可以看出馬國鳳不服輸，打死不退的韌性。

不少留學生夫婦一旦生了小孩，做妻子的常放棄學業，以先生、子女為重。可是馬國鳳認為，好不容易進了這麼好的學校，應該堅持下去。這是頭一次，她把自己逼到牆角，戰鬥力大爆發，不但拿到博士，還是以四年半的驚人速度唸完。

「在職場上，我一直覺得並相信，科學家就是科學家，不分男女。但在家庭裡，世俗的期待還是男女有別的，沒有支援體系支持，女科學家還是相當辛苦，」馬國鳳娓娓道來箇中甘苦，她指出，二十五歲到三十五歲間，孩子小、研究生涯正是奮鬥期，是最艱難的時刻。

2006 年，當馬國鳳準備那篇重要的車籠埔斷層論文時，她同一時間身兼研究、行政（擔任系主任），加上家庭牽絆一併襲來，但她還是咬緊牙一一面對，設定目標，堅持到最後，她再度在置於死地之後，有了突出的學術表現。

像「車籠埔鑽探計畫」這樣的大型跨國計畫，必須協調多國學者，沒有過人的溝通整合能力難以推動，而當年竟交給了資歷最淺的馬國鳳主導，當時她才四十歲。

切菜也切得很科學，受哥哥啟發的研究路

馬國鳳一方面慶幸前輩的愛護，給她機會，但她不好意思地說：「就拍板分配這麼做、那麼做，大概我是女生，大家都讓著我，事情就這麼成了，哈哈！」或許這就是所謂有領袖魅力 (charisma) 的特質吧。

沒錯，多跟馬國鳳相處一會兒，會發現她時不時有著陽光般的燦爛笑聲，她自稱是無可救藥的樂觀主義者，是那種巴不得把所有事情掏心掏肺說給人聽的老師，她的學生形容：「老師在一樓說話，二樓都聽得到。」馬國鳳就是這樣一個人，說起話來手舞足蹈，頭也跟著擺動，說到興奮處，自己先哈哈大笑；說到低微處，眼中也淚光閃閃，讓聽者完全被她感染。

馬國鳳是怎麼走入這個冷門卻又重要的領域呢？「大概受我哥哥的影響很大吧！」她的大哥好思敏學，是個學者型人物，她回憶：「哥哥唸中學時，在課堂上學到什麼東西，就會告訴我。比如他切菜，切著切著就問：國鳳，你知道為什麼這麼切會比較好切？有什麼物理現象，連倒杯水也會跟我解釋表面張力。」

切菜也可以討論物理，生活處處是科學。圖／Giphy

大哥上國中時學到英文，也會教還在唸小學的馬國鳳，因此她提早接觸英文，也愛上英文；高中時，她猶豫要唸文組還是理組，大哥告訴她，理組轉文組相對容易，一槌定音，影響了她的一生。

受唸物理系的大哥影響，妹妹自此愛上數學與自然科學。想唸物理系，考大學選填志願，傻呼呼看到中央地球物理系有物理兩個字就填了，而且就考上了。完全沒有想到地球物理跟一般物理差距甚大。

「那個年代誰知道地球科學是什麼啊？」馬國鳳大咧咧地坦白，唸什麼也是緣分。大學聯考時，還沒考完最後一科物理，就自己鬆懈了，開起了慶功宴，「當時覺得好興奮，終於快考完了，只想著要把書全都燒了。」

「囂張」的結果，是最熱愛的物理考得最差，僅略高於低標。考完後，馬國鳳跟老師對答案，物理老師當場臉色鐵青，無比樂觀的她還安慰老師：「老師，考過就算了。」

既來之，則安之。在中央大學時，馬國鳳按部就班，該唸什麼就唸什麼，盡本分不蹺課，仍在班上維持前幾名。

直到大四修習地震學，一向喜歡數學、物理的馬國鳳，看到滿黑板的方程式，有些同學很吃力，她卻好像蜂兒看到花，開心得不得了，當老師在講台上說：「不好意思，寫了很多數學。」她還納悶：「教授幹嘛道歉？」

這門需要學習「波動方程式」、「破裂物理的力學」，結合了數學、物理還有地科知識的學問，讓馬國鳳完全入迷，從此決志要當一個地震學家。

為科學發現狂喜，為人生短暫執著

拿到博士後，馬國鳳已經成為一個對地震研究狂熱的科學家，九二一地震後回校召開地震研究成果記者會，馬國鳳當時只想著：這是重大的科學發現，跟我的研究符合。她陳述成果時喜形於色，下台後學生狐疑地問她：「老師，妳好像太興奮了？」

這時馬國鳳才驚覺，「對科學發現的狂喜」，讓自己忘記了這是場大災難，她也深自反省「地震學」這門災難科學的特殊性。做為「災難的獲利者」，她必須從地震成因的研究中，積極提出防災與減災的建言。

而這場地震，也讓馬國鳳首度震懾於造物者的巨大力量。在霧峰斷層的現場，她有著一次近乎「天啟」的奇特經驗。那天她看著大甲溪裡因地震板塊運動形成的大瀑布時，心中的驚詫讓她不停喃喃自語：「我相信板塊運動，我相信恐龍是會滅絕的！」

弔詭的是，對地震學家而言，「板塊運動」應該是近乎信仰、寫過 N 次的專有名詞。馬國鳳這時才體悟到，「知道跟相信，竟有如此的不同，」這時她才真的感覺到，地球是這麼動盪，人們覺得「不動」，是因為生命短暫。當時馬國鳳暗自下決心，人生短暫，必須做一些特別的東西。

體認到生命短暫，馬國鳳暗自下決心，人生短暫，必須做一些特別的東西。圖／取自書籍《她們，好厲害：台灣之光．18位女科學家改變世界》

遇見科學界大師，學習「為科學而科學」

在學術這條路上，馬國鳳屢逢貴人。唸碩士時，她跟著中央研究院王錦華教授做研究，自此，有了第一個學術典範。她記得，王教授常對她說，做科學要想著：「我們可以為人類做什麼？」

申請博士班時，馬國鳳竟然申請到非常難申請的加州理工學院，當時台灣已經有十年沒有人進這所學校。馬國鳳說，收到入學許可時的情形，至今還歷歷在目。她形容：「當我知道要收我了，就從那個走廊頭一路跑到走廊尾，一直『啊──』這樣尖叫，衝到王老師辦公室報喜，說加州理工接受我了，探頭出來看的老師們也直呼不可置信！」

馬國鳳成為該系多年後第一個台灣學生。之後，台灣開始與世界頂尖的加州理工學院，在地震與地體構造研究上密切相連。

王錦華曾給馬國鳳許多第一流的文章閱讀，她從中認識了兩個大師的名字──加州理工學院的金森博雄 (Hiroo Kanamori) 與麻省理工學院 (MIT : Massachusetts Institute of Technology) 的安藝敬一 (Keiiti Aki)，這兩位日裔學者，後來也成為她學術路上的貴人。

兩位大有來頭的教授，提攜馬國鳳不餘遺力；九二一大地震後，安藝曾訪台，晚餐時勉勵她：「國鳳，妳現在應該做的，就是把九二一地震所有的訊息整合，寫出妳非常重要的文章。」

「當時我說我會做，但到他過世的時候，我還沒有做完。我就覺得，他交代我的事情我還沒做完，他怎麼可以就過世了，」說到這，一直情緒高昂的馬國鳳突然靜默好一會兒。

在加州理工求學時，馬國鳳拜入另一位大師金森博雄門下，他學術成就斐然，現今地震學界通用測量地震大小的量度，就是他在 1977 年提出的；金森也是世界地震預警制度的重要推動者，日本為世界所稱道的預警制度，就由他奠基。

2005 年發生蘇門答臘大地震，引發大海嘯，讓金森十分懊悔，認為延誤了警告，是地震學家的失誤。因此，他開始研究如何在數分鐘內預警出規模九級的海嘯。這樣的努力讓後來日本三一一海嘯發生時，民眾儘快知道地震及海嘯的可能性而提前疏散。

2004 年蘇門答臘大地震直接影響的全部國家。圖／Wikimedia Commons

馬國鳳曾跟金森說，雖然三一一海嘯不幸造成一萬五千人死亡，但這要是發生在其他地方，死亡人數絕對超過。金森只遺憾地說：「我不喜歡聽到這種話，我們可以做更多。(We can do more.)」就是這種關懷社會的精神，深深影響著馬國鳳。「金森老師是我的人生導師 (mentor)，我崇拜他！」她說。

金森曾建議馬國鳳，如果要對社會有更實質的貢獻，應該結合地震學與工程，對社群做出影響，這也成為馬國鳳現在努力的方向。

為了參與社會，少有學術第一線上的學者，像馬國鳳這麼勤於科普演講；用 Google 搜尋，你會發現她在全台包括北、中、南各地做地震教育演講的影片，遍及各高中、大學、活動中心。影片裡，她熱情洋溢地介紹豐富材料，每次到快結束時都焦慮地跟聽眾說：「我還有好多沒講完！」學生私下透露：「其實有的演講，車錢開支都比車馬費高。」

馬國鳳總結兩位大師對自己的影響：「他們不為功名、也不求名利，你會發現他們就是科學家，為科學而科學，就是這麼單純。」她說，他們不但科學研究非常先進，更與「應用」達到平衡，這也成為她追求的典範。

別停下腳步，下一步來研究地震的「稗官野史」吧！

有兩篇論文名列第一流的期刊《自然》與《科學》，馬國鳳自認對學術已有交代；現在手頭上最燙手的任務，是推動台灣地震模型計畫 (Taiwan Earthquake Model)，目前已加入全球地震模型組織 (Global Earthquake Model) 這個聯合國世界地震組織的會員。推動這個計畫，需要國家科學委員會跟許多學者支持，處理很多行政事務，相當繁重。

「回到家時我常想，自己沒事找事做！孩子也大了，可以悠閒過生活了，幹嘛去提地震模型計畫啊？」馬國鳳苦笑。

但話鋒一轉，樂觀主義者馬國鳳又彷彿看到陽光，希望台灣走出去的使命感，深深影響了她，「台灣這方面的經驗，是值得全世界學習的。再者，我希望透過模型計畫，整合台灣地質、地震、工程設計；這些領域過去各自為政，但是現在能建立共識，這讓我很感動。」

說著說著，馬國鳳又拋出一個夢想：「我也希望可以做個有關地震的『稗官野史』。例如：1906 年的梅山地震，女性死亡比男性多，就是因為女性裹小腳，相關資料如果整理得齊全，也許能出書，哈哈！」講到高興處，笑容燦爛的馬國鳳又手舞足蹈起來。

看來，馬國鳳即便有一天沒在科研最前線，恐怕也沒有閒下來的時候。

新聞出處：
活躍星系核(民108年12月31日)。地下水也會引發微地震？成功改寫地震理論的馬國鳳——《她們，好厲害》，取自https://pansci.asia/