地球科學

消失又發現的紐西蘭粉紅階地

消失又發現的紐西蘭粉紅階地 (New Zealand’s Lost-and-Found Pink Terraces)
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

Rotomahana 湖的粉紅階地 (Pink Terraces) 曾經是紐西蘭最自豪的旅遊景點。當地人稱這個巨大的矽土沉積層為世界第八大奇景。然而,1886 年時附近的火山活動改變了地貌,且湖水水位大幅上升後,粉紅階地便消失無蹤。現在,實地調查又發現了湖面下殘存的自然景觀。

洛磯山脈的中段是如何形成的?

洛磯山脈的中段是如何形成的?(How the Rocky Mountain Range Got Its Midsection)
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

洛磯山脈沿著北美西部延伸,是地球上最長的山脈之一。雖然地質學家已經瞭解山脈北段和南段是如何形成的,但洛磯山脈的中段─從懷俄明州到新墨西哥州─的成因仍還是個謎。現在,這個長期困擾科學家的問題可能已經得到答案,這也能解釋在科羅拉多州盛產的白銀、黃金等礦藏。

最初的洛磯山脈形成於 6600 萬前到 7500 萬年前之間,北部和南部的山脈出現在 200 公里的大陸西岸,沿著今日的喀斯開特山 (Cascade Range) ,發生大規模的火山作用而形成,喀斯開特山從卑詩省 (British Columbia) 向南延伸到北加州。

地面看雲和衛星看雲

地面看雲和衛星看雲
高雄市立瑞祥高中地球科學教師莊福泰老師/國立台灣師範大學地球科學系陳正達教授責任編輯

傳統上的雲分類牽涉到雲的高度、分布與形狀。地面測站的雲類觀測受到視點的限制,當低雲覆蓋量高時,便無法進行中、高雲的觀測。而從衛星看雲則只能看到雲的頂部,也無法完整瞭解雲下的狀態。

基本上,低雲族在紅外線衛星雲圖中看起來溫度比高雲族溫度較高,顏色比較偏向灰黑色,而高雲族在紅外線衛星雲圖中頂部看起來溫度低且較亮。但是在可見光衛星雲圖中亮度的意義完全不同,低雲族所伴隨的雲滴量多,在可見光頻道的散射作用,使低雲在雲圖中的亮度高,但是除非是深厚的對流雲,卷雲類的高雲所含冰晶的散射作用有限,在可見光衛星雲圖並不明顯。

以下分別針對低、高雲族的觀測進行說明:

低雲族
層雲(stratus clouds)和積雲(cumulus clouds)是最常見的兩種低雲族,但它們分別是由非常不同的機制形成的雲。

積雲
當空氣塊由陽光加熱以至於上升速度高過於周邊大氣時積雲就常常發展起來,這個過程一般稱為對流(convection),到達大氣的某一定高度空氣冷卻水氣開始凝結並發展成雲。

地面看積雲:對流積雲形成後看起來像是蓬鬆的棉花團

大氣中水氣含量的觀測

 

大氣中水氣含量的觀測
國立台灣師範大學附屬高級中學地球科學科洪逸文老師/國立台灣師範大學地球科學系陳正達教授責任編輯

由於水氣的變化是天氣現象的重要主角,因此對大氣中水氣的觀測一直是一個重要項目。傳統上,是利用探空氣球,然而其施放時間與空間上的限制,讓我們無法對水氣分布具有整體的了解。後來種種的遙測儀器與載具陸續發展出來,例如氣象雷達與衛星;遙測技術也日新月異,利用可見光、紅外線與微波頻道,近幾年更可利用 GPS 訊號反推大氣的水氣含量。

 

 

圖片所有::F. Hasler et al., (NASA/GSFC) and The GOES Project
圖片來源:http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap990904.html

地球的好姐妹,但卻不同命

地球的好姐妹,但卻不同命
臺北市立建國高級中學地球科學科江豪章老師/國立台灣師範大學地球科學系陳正達教授責任編輯

金星,是地球的姐妹星,何以說它是地球的姐妹星呢?兩者不論是內部成分、結構、質量及半徑等都非常相近,且根據地球與金星的火山活動推算,兩者從內部噴發出來的二氧化碳及水氣的數量大致上相等,但兩者卻有不同的命運,金星地表溫度高達約攝氏500度,地表大氣壓也是地球的90倍,是什麼原因造成金星大氣與地球大氣有天壤之別呢?目前科學家們認為金星可能發生了失控的溫室效應(runaway greenhouse effect),導致無法挽回的命運。

 

同位素於古環境研究上的應用(三)

同位素於古環境研究上的應用(三)
臺北市立建國高級中學地球科學科葉昭松老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

1953年Epstein等人根據實驗結果,首次發表方解石的碳酸鈣溫度轉換方程式,經過多位科學家研究並修正,於1991年Hays and Grossman綜合前人研究,並重新整理方解石同位素溫度方程式。

同位素於古環境研究上的應用(二)

同位素於古環境研究上的應用(二)
臺北市立建國高級中學地球科學科葉昭松老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

經由質譜儀分析而得的同位素數值要運用在古環境研究的解釋上,必須先瞭解自然界的同位素在反應過程中如何交換。雖然同位素有著相似化學性質與電子結構,但在物理性質上仍表現出質量數與比重的不同,因此在物理或化學反應過程中,會存在微量的變化,稱為「同位素分異作用(isotopic fractionation)」。

同位素於古環境研究上的應用(一)

同位素於古環境研究上的應用(一)
臺北市立建國高級中學地球科學科葉昭松老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

為了瞭解地球在漫長時代的氣候變遷歷史,除了分析文史記載外,科學家也發展了各種化學分析及統計方法,希望透過生物性或非生物性的地質材料,獲知古環境的訊息。在各種地質材料中,海洋生物的化石證據著實成為一個非常重要的紀錄來源,除了開放大洋可連續沉積的特性外,沉積在海床上的化石,也較陸地上的地層(無論是陸上沉積或抬升至地表的地層)而言,較不受到構造運動的影響,這些材料中又以具備碳酸鈣質殼體的生物化石最為重要。除了可使用肉眼或顯微鏡觀察組成分層外,若想進一步瞭解其中所含各種元素比例,就得藉助儀器分析,質譜儀在同位素分析化學中便是一個很重要的工具,利用外加磁場的作用,使得不同質荷比的帶電粒子,在飛行過程中,產生路徑偏轉差異,進而偵測其含量。   

腕足動物

腕足動物
臺北市立建國高級中學地球科學科葉昭松老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

圖一、學名 Spiriferina rostrata 的腕足動物門生物化石。此圖為來自作者 Didier Descouens 原創 (採 CC 授權)

腕足動物(Brachiopods)在生物分類學上屬於動物界的一門,與帚形動物門親緣較近,外型雖類似軟體動物門斧足綱(二枚貝類),但無親緣關係。腕足的兩瓣殼體位在軟體之背腹面,不同於二枚貝之左右面,且兩殼大小不等,一般較大的為腹殼(或具有莖孔,稱為莖殼),另一較小的為背殼(或具有腕骨,稱為腕殼),幼年期分泌之殼體具鉤狀似鳥嘴稱為喙部。腕足動物門主要分成兩綱:無鉸綱和有鉸綱,有鉸綱的背腹兩殼間有齒和槽可絞合,無鉸綱則否。殼體的化學組成也不相同,無鉸綱腕足動物殼體以幾丁質、磷酸鹽為主要成分,有肛門。有鉸綱腕足動物殼體則主要是碳酸鈣質,無肛門,排泄器官為原腎。因不同於軟體動物中的其他貝類,具有伸出殼外的肉足,用於固著於海床中,所以稱為腕足動物。

三葉蟲的二三事(三)

三葉蟲的二三事(三)
台北市立建國高級中學地球科學科蔡哲銘老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

根據化石的紀錄可知在寒武紀初期,三葉蟲就已有很多的種類,且廣泛分佈在各地,之後三葉蟲快速演化,到寒武紀中期,極為興盛。不過寒武紀末期時,發生了三次的三葉蟲滅絕。到了奧陶紀初,三葉蟲適應輻射,可能是因為他的天敵也在之前大量滅絕,所以進入奧陶紀時,得以再次輻射演化;但是奧陶紀晚期,又再次出現物種滅絕的情形,三葉蟲的種類就大量的減少了。志留紀、泥盆紀時,持續減少。到了石炭紀、二疊紀時,就只剩下極少數幾個種屬,最後在古生代結束時,正式宣告完全滅絕。

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