液化現象是為什麼
地面會變得像「水」一樣？
在大地震後的新聞畫面裡，你或許看過地面湧出水和沙，建築物傾斜下沉的畫面。原本應該堅硬的地面，卻表現得像水一樣。這就是「液化現象」。
在河川附近，或是填海造陸而成的住宅區。發生了一場大地震，搖晃持續了一段時間後，終於平靜下來。從外觀看，地面和平常一樣。
然而，馬路的縫隙和庭院各處，卻開始像泉水般湧出灰色的水和沙。隨著時間過去，你發現房屋微微傾斜，路上的人孔蓋竟從地面突出了幾十公分。
這一帶發生的，正是地面暫時具備「像水一樣的性質」的現象——液化現象。
液化現象發生的原因，只有兩個
砂質地盤之所以能支撐建築物，是因為顆粒與顆粒直接接觸，彼此互相推擠。這股推擠力，就是地盤強度的真面目。
強烈搖晃會使顆粒間的水壓急速升高，顆粒之間互相推擠的力量因此被奪走。失去力量的顆粒，就會像浮在水中一樣散開。
接下來，讓我們依序仔細看看。
原因1：地盤的強度，來自顆粒之間的「互相推擠」
想像一下沙灘上的沙子。乾燥的沙子上，你可以穩穩站立。這是因為沙粒之間直接接觸，彼此推擠，才能支撐住上方的重量。
然而，含水的砂粒之間，一定也夾雜著水。平常，這股水的壓力（孔隙水壓）並不高，顆粒之間仍能緊密接觸。顆粒之間實際互相推擠的力量，專業上稱為「有效應力」。這個有效應力，就是地盤強度本身。
液化現象並非到處都會發生。填海造陸地、舊河道（過去曾是河川流經之處）、含砂量高，且地下水位高（地面淺處即有地下水）的地方，特別容易發生。地方政府公開的「液化現象災害地圖」，可以事先確認自己居住地區的傾向。
原因2：地震的搖晃，會讓水壓急遽上升
鬆散堆積的砂粒，原本就有變得更緊密的傾向。強烈的地震反覆搖晃時，顆粒會試圖更緊密地聚集，把顆粒間隙裡的水擠出來。
然而，水要從間隙中逃逸需要時間。搖晃太快的話，水就會無處可逃，被封閉在顆粒間隙中，壓力持續急遽上升。當這股壓力超過顆粒之間互相推擠的力量時，顆粒就不再接觸，整個地盤變得接近液體，像沙子浮在水中一樣。這就是液化現象。
在液化的地盤上，重的建築物或水槽會下沉，反而埋在地下的輕型結構物（如人孔蓋、化糞池等）由於比周圍的砂子輕，可能會浮出地面。地表脆弱的部分，也會出現壓力升高的水夾帶砂子噴出的「噴砂」現象。
那麼，該怎麼辦呢？
- 事先確認自己住的地方是否容易發生液化現象可透過地方政府的液化現象災害地圖確認。
- 地震發生時，先保護自身安全，等搖晃停止後再行動採取能保護頭部的姿勢，等搖晃停止後，再冷靜地前往安全的地方避難。
- 不要勉強走過可能已液化的地面該處可能泥濘或凹陷。移動前請先確認安全的路徑。
如果發現地面湧出水或沙、出現裂縫、建築物傾斜等情況，請立刻遠離該建築物或地面，前往安全的地方避難。電線桿或電線附近有倒塌、斷線的危險，請避免靠近。
若建築物傾斜或損壞嚴重，不要勉強留在室內，請撥打119，並遵從指示行動。液化現象不只會在主震後發生，餘震也可能再度引發，因此搖晃停止後也不可掉以輕心，須持續保持警戒。
總結
液化現象之所以發生，是因為①砂粒之間互相推擠的力量（有效應力）支撐著地盤，以及②地震的搖晃使顆粒間的水壓急遽上升，奪走這股推擠力，這兩者同時發生所致。地面這個「固體」的強度，其實建立在顆粒互相推擠這個意外纖細的平衡之上。
支撐著地面的，並非堅硬本身。
而是砂粒之間，那微小的互相推擠。
- 在透明寶特瓶中放入沙子（或細土）和水，水量約能淹過一半的沙子
- 蓋上蓋子，用力搖晃一段時間後，靜靜放在桌上觀察
搖晃時沙子和水會混合成泥水狀，沙子呈現浮在水中的狀態。靜置後，隨著時間經過，砂粒會再次沉澱堆積，與上方的清水分離。這種「一搖就散、靜置就凝固」的變化，很接近液化現象及其後地盤恢復的樣子。
想了解更多 ― 術語、公式、與教科書的關聯從國中理科到大學專業科目，明確標示各段落屬於哪個程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「物理基礎」課程範圍
- 高中＋高中「地球科學」，或教科書中的進階、專欄內容
- 大學高中不會教、大學專業科目（土壤力學）的內容
- 研究連大學都不會當作「定論」教授、屬於研究人員正在調查中的內容
國中術語：與液化現象相關的詞彙
- 孔隙水壓：土壤顆粒之間縫隙中的水壓力。
- 有效應力：顆粒之間實際互相推擠的力量，是地盤強度的來源。
- 噴砂：液化現象發生時，砂子隨水從地表噴出的現象。
高中用公式驗證：地盤的強度如何計算
有效應力，一般以下列關係式表示。
有效應力 ＝ 總應力 − 孔隙水壓
| 總應力 | 該深度以上所有土壤與水的重量所產生的壓力［kN/m²］ |
| 孔隙水壓 | 顆粒間隙中的水壓力［kN/m²］ |
| 有效應力 | 顆粒之間實際互相推擠的力量，是地盤強度的來源［kN/m²］ |
| 飽和砂土的單位體積重量（假設值） | 19 kN/m³ |
| 水的單位體積重量 | 9.8 kN/m³ |
| 總應力（深度5公尺） | 19 × 5 ＝ 95 kN/m² |
| 平常時的孔隙水壓（深度5公尺） | 9.8 × 5 ＝ 49 kN/m² |
| 平常時的有效應力 | 95 − 49 ＝ 46 kN/m² |
※ 單位體積重量的數值，是為了說明機制所採用的代表性估算值。實際數值會因土壤種類而異。
| 地震時，孔隙水壓上升至與總應力相同時 | 95 kN/m² |
| 此時的有效應力 | 95 − 95 ＝ 0 kN/m² |
有效應力變成零，代表顆粒之間互相推擠的力量完全消失。顆粒不再接觸的地盤，失去支撐上方建築物或人孔蓋的力量，表現得像液體一樣。這就是液化現象的真面目。
高中＋為什麼「鬆散的砂」「地下水位高」的地方容易發生
顆粒堆積越鬆散的地盤，顆粒間隙越大，因搖晃而變得更緊密的空間也越大。想要變緊密的力道越強，被擠出的水壓也越高。此外，地下水位越高（被水填滿的間隙越多），孔隙水壓越容易升高的條件也越齊全。相反地，原本就緊密堅實的地盤，或地下水位低的地方，據信較不容易發生液化現象。
大學用數值判定液化現象的發生可能性
在實際的地盤調查中，會比較地震預期施加於地盤的力量（地震時剪應力比）與該地盤抵抗液化的能力（液化抵抗率），並以稱為「FL值」的指標來判定液化的可能性。FL值小於1時，液化的危險性被評估為較高。這套理論以土壤力學家太沙基（Terzaghi）提出的有效應力概念為基礎，屬於大學土壤力學、地盤工學的學習內容。
研究目前尚未明朗的部分
- 準確預測液化現象會在何處、以多大規模發生，精確到狹窄範圍，目前仍被認為相當困難。 地盤的性質即使在很近的地點也可能有很大差異，精密的預測需要大量的調查資料。
- 關於地盤改良等對策工法效果的長期驗證研究，目前仍在進行中。 夯實、排水等對策工法有很多種，哪種工法在哪些條件下最有效，仍需要累積實際地震中的驗證資料。
- 長時間持續的搖晃（長周期地震動）對液化現象有何影響，研究人員之間仍持續討論。 搖晃的持續時間或周期差異，如何影響液化現象的發生機率，是仍在研究中的領域。
與教科書的關聯（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文哪個部分 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・壓力、地層與大地的變化 | 顆粒互相推擠支撐地盤的基本原理 |
| 高中 | 物理基礎・壓力的計算 | 公式驗證①②③的整個計算過程 |
| 高中＋ | 地球科學・地盤與地震災害 | 鬆散砂土、地下水位與液化現象發生可能性的關係 |
| 大學 | 土壤力學・地盤工學 | 有效應力理論、以FL值判定液化現象 |
| 研究 | 地盤工學・地震工學（研究中） | 液化現象預測精度、對策工法驗證、長周期地震動的影響 |
| ― | 防災・安全教育 | 災害地圖、地震發生時的行動、對餘震保持警戒 |
- 國土交通省（日本國土交通省，相當於交通建設部）及地方政府公開的液化現象災害地圖、液化對策相關資料。
- 土壤力學教科書中，關於有效應力原理（太沙基提出）的一般性敘述。
- 地盤工學相關學會、專業團體，關於液化判定方法（FL值）、過去液化受災情況的解說資料。
- 防災相關機構，關於地震發生時的行動、對液化現象的警示資料。
※ 單位體積重量、應力等數值，是為了理解機制所採用的概算・假設值。實際數值會因地盤種類、調查結果而有很大差異。
※本文為一般大眾取向的科學解說。實際的防災判斷、避難行動，請依循地方政府、氣象機關、消防等專業機構的資訊與指示。文中數值為理解機制所用的概算・假設值。