地質

地球有多老?老到我們無從得知!

地球有多老?老到我們無從得知!
國立清水高級中學地球科學科周漢強老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

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著名的「藍色彈珠」照片,由阿波羅17號太空船於1972年拍攝。(圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Earth)

愛丁堡,這裡是蘇格蘭的首府,也是赫登出生的地方。書裡面幾段關於愛丁堡的歷史背景,以及當地的風土民情都相當有趣,只不過感覺上和赫登的關連性並不大。唸過這幾章,似乎只是「知道」赫登生活在這裡,卻感覺不到太多赫登和這個城市的互動。直到赫登移居愛丁堡南邊的農田,當了十三年農夫之後,他開始在這塊土地上有新的發現。農田裡的土壤來自於侵蝕作用,但是侵蝕作用卻也把土壤帶走。因此赫登開始思考,如果沒有一個循環的機制來形成新的岩石,再侵蝕成為土壤,那土壤豈不很快就會消耗殆盡了嗎?但聖經裡卻沒有提到,上帝迄今仍在創造新的岩石啊!

地質學之父赫登的故事

地質學之父赫登的故事
國立清水高級中學地球科學科周漢強老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

地質學之父--詹姆士.赫登 (James Hutton )。圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/James_Hutton


幾乎在所有地質學或地球科學入門的教科書中,都一定會提到的一個名字,那就是地質學之父—赫登。他所提出的均變說,是我們用來解釋地球歷史的最基本原則。但有趣的是,相較於哥白尼或伽利略這些「有名」的科學家,我們很少有機會看到關於赫登的故事或傳記。所以這本「發現時間的人:現代地質學之父揭開地球歷史的故事」*,是很不容易才出現的一本赫登傳記,而且還被翻譯成了中文,相當值得一看。

地球物理測勘法──甚低頻電磁法(The very low frequency electromagnetic method in geophysical exploration)

地球物理測勘法──甚低頻電磁法(The very low frequency electromagnetic method in geophysical exploration)
桃園縣私立振聲高級中學地球科學科林銘駿老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

地球物理探勘是融合物理學、數學、計算機與地質的科學,主要用來了解地球內部的結構與組織,也可應用於工程地質之地層構造、岩層深度、地層位態、地下埋設物、地下水及地下水污染調 查等。地球物理探勘有多種方法可供選擇,例如:震波測勘、磁力測勘、重力測勘、電磁測勘等,施測者必須考慮探測現場之環境、地形、地質、土層性質,以及土 地利用狀況等,依調查之目的而選定適當的探勘法。因各種地球物理探測方法各有其限制及解析能力,故有時必須應用多種地球物理探測方法聯合測勘,相輔相成, 以獲得更多之資料做正確研判解析,以供設計和施工之參考。地球物理探勘為一省時間、省費用之調查方法,並可以快速地提供地下地層變化的資料,若有地質剖面 或鑽井資料配合比對,則更可完整的解釋地下構造。

固體地球的結構
美國殖民時期的侵蝕作用可能幫助濕地的成長

美國殖民時期的侵蝕作用可能幫助濕地的成長

美國殖民時期的侵蝕作用可能幫助濕地的成長
(Colonial-Era Erosion May Have Fueled Wetland Growth)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

美國麻州(Massachusetts)李子島(Plum Island)的鹽沼,跟許多美東沿岸的沼澤一樣,在18和19世紀急遽擴大。一項新的研究顯示,這是由於森林砍伐和農業活動使沉積物的供給增加。

固體地球的結構
土石流如何發生?

土石流如何發生?

土石流如何發生?(How Landslides Get Slippery)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

利用電腦模擬土石流發生過程 (圖片來源:http://en.wikipedia.org/wiki/Landslide)

研究人員在美國奧勒岡州的山區建立水槽堆積沉積物,來測試土石流的發生,2010年12月5日,哥倫比亞史上最嚴重的暴雨導致土石流,摧毀了一個貧窮的社區,並造成超過145人死亡或失蹤。如今,研究人員找到一些線索,來瞭解多少的沉積物流動可造成這種怪物般的破壞。

巨大火山爆發的影響向下修正(Giant Eruption Cut Down to Size)

巨大火山爆發的影響向下修正(Giant Eruption Cut Down to Size)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

Toba火山在7.4萬年前大規模噴發,在印尼留下這個火山口,也是目前世界最大的火山口湖。

世界最大的火山口湖-Toba Lake (圖片來源:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E5%B3%87%E6%B9%96)

印尼的超級火山Toba在7.4萬年前爆發的規模是1980年美國聖海倫火山(Mount St. Helens)的2,000倍,當時Toba噴發出數百萬噸的火山灰、硫和其他碎屑到大氣層中。火山灰遮蔽陽光,使地球在五年內的溫度下降了10°C,並且將人類演化的過程重新定向。至少,以上所說的是部分氣候學家和考古學家的結論。但現在有新的古氣候模擬顯示,Toba火山對氣候的影響是溫和的且迅速減弱,所以人類在這次事件中所受到的影響相對較小,也較容易克服。

從岩石圈到軟流圈

從岩石圈到軟流圈
國立清水高級中學地球科學科周漢強老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

根據最新的實驗岩石學分析結果顯示,組成上部地函最主要的岩石是二輝橄欖岩,二輝橄欖岩(lherzolite)中所含的鈣鎂角閃石(pargasite)是上部地函中儲存「水」的最主要礦物。而這種礦物在3GPa的壓力下(約相當於90公里深處)會迅速分解,把水釋放出來,因而降低上部地函岩石的熔點,如果地溫超過此熔點,便產生部分熔融,也就形成軟流圈。

雪球時期(Snowball Earth)的地表有星羅棋布的水坑(Snowball Earth Was Dotted With Puddles)

雪球時期(Snowball Earth)的地表有星羅棋布的水坑(Snowball Earth Was Dotted With Puddles)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

古海洋沉積物的圓丘狀結構(岩石中帶狀的藍灰色和白色)是由暴風的波浪所產生的,是雪球時代(Snowball Earth)有開放海域的明確證據。

約20年前,科學家提出了「雪球(Snowball Earth)」來形容約7億年前,即使是在赤道地區都被大規模冰川覆蓋的地球。但是,從古老的岩石中找到了新的證據,來證明在這個連深海都被冰封的時期, 仍有一些未凍結的海洋,和認為Snowball Earth時地球完全結冰的觀點衝突。

東北角地質環境及地質現象

東北角地質環境及地質現象
桃園縣立南崁高級中學地球科學科潘建熾老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

一、台灣北部漸新世、中新世、上新地層介紹:
台灣北部地區新生代第三紀地層以沉積岩層為主,漸新世末期至上新世初期有三次海面高度循環變化,稱為野柳群、瑞芳群、三峽群(如圖一)。且在野柳群地層中可見火山噴發遺跡-凝灰岩分布其中,代表中新世初期有火山活動。

圖一、台灣北部漸新世至更新世地層

野柳群中木山層、瑞芳群中石底層、三峽群中南莊層均含煤,代表岩層為濱海或陸相沈積;而野柳群中大寮層、瑞芳群中南港層、三峽群中桂竹林層(大埔層和二鬮 層),代表岩層為淺海沈積。由木山層進入大寮層時,由濱海或陸相環境進入淺海環境,代表海平面逐漸上升的過程。而大寮層(淺海相)進入石底層(濱海、陸 相),則代表海面下降過程,如此形成海平面升降三個循環(野柳群、瑞芳群、三峽群)。

二、東北角地質現象
(一)野柳-大寮層(淺海相)
野柳地層屬大寮層,屬淺海相沉積岩,野柳風景特定區在基隆市西北方約15公里處,位於萬里鄉野柳漁村東北突出的海岬上,長約1千7佰公尺,是一突出海面的 岬角,又稱為野柳龜,是北海岸著名的風景區,設有台北縣野柳風景特定區管理所,北海岸素以海蝕、岩岸地形著稱,因海浪侵蝕與岩石風化及地殼變動的影響,可 分成主要地形景觀及小地形景觀。

單面山:是指因侵蝕作用,傾斜地層生成一翼坡度陡急、一翼緩傾的山形

石英指出了地殼的弱點

石英指出了地殼的弱點 (Quartz Fingers Weak Spots in Earth’s Crust)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

石英是地球表面最常見的礦物之一,一項新的研究顯示高含量的石英可能是地殼的弱點,進而成為山脈形成之處 (大陸裂谷例外)。

平均而言,石英的化學性質穩定,常見於花岡岩中,花岡岩組成了約12%的地殼。石英有非常多的變化,包括沙粒和半寶石(如瑪瑙和紫水晶)。這些晶體通常很難在地球表面形成,但在地殼深處的溫度和壓力,使它們很容易變軟和流動─這個特徵使得石英成為地殼最弱的礦物之一。實驗室的研究也發現,豐富的石英是使岩石在高溫和高壓下容易流動的主因。

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