分享本文至 E-mail 信箱
學術引用格式
MLA
APA
EndNote(.enw)

走過「世界屋脊」追尋它的誕生——摩登探險家的地質調查之路

為什麼要到世界各地採集火成岩?

中研院地球所所長鍾孫霖院士,在 1997 年展開「東亞地體構造演化整合型研究計畫 (CREATE) 」,二十年間到西藏、高加索、伊朗、東南亞等地做地質調查。利用火成岩樣本的地球化學分析結果,重新詮釋東亞地體構造的歷史,揭開山脈形成的奧秘,也有助於人們了解臺灣周圍的板塊活動。

鍾孫霖與團隊在西藏進行地質調查。 資料來源/鍾孫霖提供

地質學家過著什麼樣的生活呢?「有些朋友開玩笑,說我們到處去遊山玩水」鍾孫霖笑著說。

實際上,地質調查相當辛苦,工作的地方都在荒郊野外,吃、住經常感到克難。在西藏、雲南做調查的時候,找到能住的地方就住,雖然是冬天,但是棉被味道很重而無法直接蓋在身上。附近有公共水池,但是冬天實在太冷,在野外多日都無法洗澡。

走遍天涯海角追尋線索

我們像福爾摩斯探案、或是李昌鈺博士探案。他們研究的是人的犯罪紀錄,我們研究的是「老天爺」的犯罪紀錄。大自然的紀錄,主要就保留在石頭裡面。

鍾孫霖跑遍世界各地,做地質調查。先去了越南,又到了西藏。接著沿著絲路,往伊朗、安納托利亞高原前進。近幾年,則轉向東南亞探勘。走遍天涯海角,目的就是想要解答:地球的板塊過去如何活動?世界上的大山,如何在板塊的擠壓下誕生?

孫霖團隊的 CREATE 計畫,從 1997 年發展至今,調查過西藏、 CIA 地區 (Caucasus-Iran-Anatolia)、東南亞等地。 資料來源/鍾孫霖提供;圖說重製/歐柏昇、張語辰

地質學家想追尋板塊活動留下來的蛛絲馬跡,需要跑野外找石頭,甚至要經歷長途跋涉的探案過程。

最初,因為「南海張裂」與「臺灣島的誕生」相關,鍾孫霖想了解南海張裂的過程,於是到南海另一端的越南,尋找紅河斷裂帶的地質紀錄。「紅河斷裂帶」的形成,則來自於一件重大的地質事件──「印度與歐亞大陸碰撞」。為了尋找碰撞的線索,鍾孫霖先追到雲南,又繼續追到西藏。

追查世界屋脊的誕生

地球的故事是這樣的:恐龍滅絕(6500 萬年前)以來,最重要的造山事件,就是約 6000 萬年前發生的印度與歐亞大陸碰撞。這次碰撞造就了「世界屋脊」,造出喜馬拉雅山和青藏高原。此外,還引發諸多效應。

一方面,印度撞上亞洲,後來阿拉伯也撞上來,把特提斯洋(古地中海)關掉,改變全球洋流系統。另一方面,有一塊陸地在擠壓過程中脫逃出去,那就是中南半島。紅河斷裂帶的脫逃,就造成南海的張裂。

鍾孫霖談到,世界屋脊的地質研究有許多天然限制。可能在地質圖上看到某個區域值得採樣,卻發覺位在海拔七千公尺的高山上,根本到不了。就算能夠到達,可能因為冰雪覆蓋而無法取得石頭樣本。就算取得樣本,也可能經過風化、侵蝕,不再保持原來的地質紀錄。

鍾孫霖前往西藏研究世界屋脊的誕生。圖為羊卓雍錯。 攝影/鍾孫霖

在斷簡殘編的地質紀錄當中,鍾孫霖的團隊仍然得出了不少成果,包括把西藏的岩漿紀錄整理了出來,找出規律。

過去有個說法, 3000 公里寬的印度撞上歐亞大陸,是西邊的角先撞上,東邊的角稍晚旋轉過來撞上。不過,鍾孫霖經由地球化學的分析,推翻過去的說法,證實碰撞過程是東、西兩端「齊頭並進」。

解開謎團的秘密武器:摩登地球化學

地質學家的「探案」過程,是怎麼抽絲剝繭呢?

鍾孫霖說明,他的專長領域地球化學,是透過推知岩漿活動的年紀,以及火成岩的成分、地球化學特性,來反推當初發生事件的時代,或者是地質動力的過程。

地質調查工作的第一步,是到野外找石頭。 攝影/張語辰

石頭採集回來之後,用最新的儀器,準確測量石頭的年齡。測量年齡非常重要,如果有不同時代的紀錄,較能看到事情的全貌。經由岩石學與地球化學分析,可了解岩石的特徵是哪些地質作用造成。結合各種證據,最後回推當初演化的過程。

我都說,我是做「摩登地球化學」,用最新的儀器和設備。

鍾孫霖的實驗室中,使用數種的質譜儀,測定岩石的成分與年齡。其中有一項新技術,是利用火成岩當中的一種礦物「鋯石」來定年。

鋯石是抵抗力很強的礦物,可以忠實保存形成時的紀錄原貌,很適合拿來定年。但是一顆鋯石只有 100 微米左右大小,過去很難分析,直到近年才有新技術。實驗室裡的分析方法,是將雷射光打在鋯石上,打出一些小顆粒,用氣體送到質譜儀裡,測量放射性同位素含量。如此可以估算出鋯石的年齡,也就知道整個火成岩的年齡了。

鋯石是一種適合拿來為火成岩定年的礦物。實驗室中將其置入樹脂做成樣品靶,再用雷射將顆粒打出,送入質譜儀測量。資料來源/中研院地球科學研究所 – 質譜儀實驗室;攝影/張語辰。

 

除了石頭樣品靶,另一種方式是使用石頭粉末溶液,透過進樣機送入質譜儀測量。資料來源/中研院地球科學研究所 – 質譜儀實驗室;圖說設計/歐柏昇、張語辰。

受到馬友友啟發,沿著絲路探險

大約十年前,鍾孫霖把研究焦點離開西藏,轉向所謂的「CIA (高加索 / 伊朗 / 安納托利亞)」地區。

西藏是 6000 萬年前碰撞的老造山帶,很多年輕的紀錄已經消失,而 CIA 地區則是約 3000 萬年前碰撞的年輕造山帶。鍾孫霖當時就想,也許可以透過兩邊的對比研究,彌補西藏缺乏的年輕紀錄。「雙城記」是「兩個城市一個故事」,這個研究的出發點則是「雙山記」,「兩個造山帶一個故事」。

鍾孫霖展開一系列的「絲路計畫」,其實受到了馬友友的啟發。馬友友玩音樂多年,想要突破,因而找了一群絲路國家的音樂家,組成絲路樂團,希望創造出新的音樂形式。鍾孫霖則想要以地質絲路計畫,「創造」新的解釋、新的地質模型。而團隊於 1997 年開始的研究計畫,就是簡稱 CREATE ,意即創造。

但沿著絲路調查好幾年,才發現真實情況與原來想像的「兩座山一個故事」並不一樣。 CIA 地區的造山帶,其實不是西藏的年輕版。真正與西藏相似的造山帶,其實是「東南亞」。

轉向天然的實驗室──東南亞

我們何不趕快回到東南亞,回到這個天然的實驗室──板塊運動正在進行的地方,有很多年輕的紀錄。我們不只看到遺跡,還有機會看到過程。在犯罪現場,可以直接看到兇手怎麼造這個紀錄。

現今的東南亞正在發生造山事件,類似西藏在 6000 萬年前發生的事。 資料來源│Ren, J.S. et al. / Journal of Asian Earth Sciences 72 (2013) 3-11。圖說重製/歐柏昇、張語辰

亞洲大陸的形成過程,是一塊又一塊的陸塊貼上來,把中間的古海洋關閉,匯聚成大陸。「印度」撞上「亞洲大陸」是 6000 萬年前的事情,而「澳洲」撞上「東南亞」則是正在發生的事。東南亞的邊緣受到擠壓,未來將造出「東南亞的岡底斯山」,出現新的亞洲大陸。現在印尼有大量的活火山,那就是造山運動的前奏。

從「他山之石」了解我們的家園

鍾孫霖回到東南亞研究,其實也跟臺灣有關。臺灣是非常活躍的造山帶,只花了 600 萬年,就完成別的地方 6000 萬年才完成的造山事件──這也就表示臺灣的地質過程非常激烈,天然災害也就多了。從東南亞取經,可以更容易了解臺灣。

地球科學是「對比」的學問。到別的地方借鏡,就聯想回來,有沒有可以比較的過程在我們家裡發生。

最近,鍾孫霖與臺大地質系陳文山教授合作,發表玉里變質岩帶的新詮釋。根據鈾-鉛同位素定年的結果,玉里帶的石頭並不是原來以為的形成於中生代,而是更年輕。

年紀改寫,整個故事就要改寫了。

研究結果顯示,臺灣的弧陸碰撞,也就是「呂宋島弧」撞上「歐亞大陸」生成臺灣島的過程,可能沒有那麼單純。歐亞大陸不是一直停在那裡,等著呂宋島弧來撞。事實上,太魯閣、中央山脈東側等地,當初可能是「南海張裂」時裂出去的一塊,後來因板塊運動而被運送回來。這就像一個溜溜球的過程。

鼓勵年輕人多出去走一走

鍾孫霖強調,地球科學是對比的科學,研究者需要有寬廣的知識面,必須走出去擴大眼界。野外地質調查非常辛苦,但是跑了這麼多的地方,才能從對比研究看見板塊活動的全貌。不僅如此,他們也在跑野外的過程中,看到各地的風貌。

地質學家跑野外,常常吃得很糟,但是可以遇見不同的食物、不同的文化、不同的人、不同的語言、不同的思維方式。

鍾孫霖前往伊朗跑野外地質調查,發覺當地民眾十分友善。 資料來源/鍾孫霖提供。

鍾孫霖去越南的時候,有人跟他說「越南這個小國家」,其實這是夜郎自大。事實上,透過學術研究的合作,軟實力到達了越南,讓臺灣多了很多資源。

另外,去伊朗的時候,鍾孫霖發現,這個平時大家都認為很危險的地方,其實與們想像不同。在伊朗鄉下跑野外,跟當地老百姓第一手接觸,才發現當地人非常友善,看到外地人來,把最好的水果、茶都拿出來迎賓。到了高加索三小國之一喬治亞,那裡則有很好的葡萄酒,令人感到野外工作沒那麼辛苦。

不只地質學家需要走出去,鍾孫霖更鼓勵年輕人多出去走一走,去欣賞不同的文化。如果板塊會移動,人又豈能只留在原地呢。

 

延伸閱讀

 

CC 4.0

 

本著作由研之有物製作,以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位

你的行動知識好友泛讀已全面上線

每天有成千上百則內容透過社群與通訊軟體朝你湧來,要從混雜著偽科學、假消息、純八卦的資訊中過濾出一瓢知識解渴,在這時代似乎變得越來越難?

為了滿足更多跟我們一樣熱愛知識與學習的夥伴,現在我們很害羞也很驕傲地宣布,手機閱讀平台——泛讀 PanRead iOS 版和「泛讀」Android 版都上架啦!使用後有任何心得或建議,都歡迎與我們分享喔

立即下載 優質知識不漏接

 

 

 

關於作者

研之有物│中央研究院

研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook