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台灣的地史與「滄海桑田」的真正意義!

本文由民視《科學再發現》贊助,泛科學獨立製作

其實,台灣的地史研究由來已久,即便對於各項演化過程的機制仍有一些疑惑,但整體的架構也在過去數十年來的許多學者的努力下,已大致底定,如今我們可以很容易的搜尋到一些地質學者撰寫的圖書與文章,如師大陳培源老師的「台灣地質」一書、台大鄧屬予老師刊於地球科學園地的東北角的往日雲煙一文,以及非常科普化,在陳文山老師網站「台灣的地史影片」台灣島的大地架構等等。這些知識對於熱中地球科學的青年學子或許是一帖良劑,可以很快的知道台灣島的成因。但一般大眾在閱讀台灣島的地史之前,不妨先複習一下關於各項岩石、地層的知識,或許可以更輕鬆的了解台灣的地史與地層特性,增加我們探索大自然的背景知識與邏輯推理的合理性!

台灣最古老的岩系的岩石,筆者攝於砂卡礑溪,2004。

台灣最古老的岩系的岩石,筆者攝於砂卡礑溪,2004。

生生不息的岩石循環

最容易在我們身邊觀察到岩石形成的現象,就是沉積的作用,岩石經過風化會讓碎屑逐漸變小,經由河流、風力、海浪等不同的過程移至別處,最後會受重力影響而停留下來,在大規模的尺度中,這類沉積作用最初會以水平沉積為主,而隨著時間演進,越老的沉積物會被埋至深處,因此在沒有任何影響的情況下,地層應該是下老上新、水平的狀態為主。附帶一提,所謂的「化石」,大多也是會出現在沉積岩層中,生物的殘骸隨著沉積物一起被掩埋了。除此之外,沉積岩也是用來進行環境分析的重要指標,沉積岩可能會透露出水流的能量、方向、來源、氣候狀態、海平面高低…等等,簡單來說,就是「地表歷史」的紀錄。

第二種岩石形成現象是偶爾會發生,但有絕大多數是看不見的,就是火成岩,火山作用會造成岩漿噴出地表後再凝固、或是岩漿凝固的碎屑被拋的老遠,像是惱人的火山灰,會影響航班、造成空氣品質危害。當然還有些火成岩是直接在地下形成的,會有結晶、有時還能作為建材,這點大概一般人較容易能理解,就是岩石可融熔成岩漿,也會再凝固成石頭。

第三種就超級抽象,所有的作用都不在我們的眼前完成。原先已經存在的岩石,受到地質環境中高溫、高壓與流體的影響,在岩石仍保持固態的狀況下,其礦物排列情形可能會發生改變(例如:片狀礦物轉成垂直壓力的方向平躺),或者有些礦物結晶會增大、甚至轉換形成其他礦物(例如:本來是含水礦物,變成不含水礦物…所以玉、藍寶石這種只有變質作用下才可能形成的礦物,並不常見),這樣的過程就稱為變質作用,而原先的岩石就轉變形成「變質岩」;可以想見變質岩在(古今)板塊碰撞帶中最為常見。如果原本的岩石是含有化石的沉積岩,受到變質作用後,化石輕則發生變形、扭曲,嚴重點就面目全非、無法辨識。(註)

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現今的台灣地質

台灣地質背景分區示意(摘自東北角的往日雲煙)

回過頭來看台灣的地質圖,這是數十年來學者們的心血結晶,一般會將台灣分成5個主要長條的部分,依岩石性質來分的話,是海岸山脈的火成岩、脊樑山脈與雪山山脈的變質岩,接著是西部麓山帶和海岸平原的沉積岩。

除了表面看到構造,台灣的底下其實還另有玄機,為於板塊交界的台灣,地震乃是家常便飯,而隨著板塊學說的建立與完備,配上地質與地震、地球物理的資料,也為台灣島今日的樣貌提供了解答。1986年法國學者Jacques Angelier提出了台灣的大地構造架構,在台灣的南邊與東北邊各存在一個隱沒帶,而中間的部分則以碰撞作用為主,雖然板塊撞過程的細節仍有部分爭議,但這個架構大致已成為學者們的共識,是綜合目前所有的資料後,較為合理的解答。當然,為了更接近真理,科學家仍努力不懈的在進行相關研究,像是2008年PTT火紅的新竹地震新聞,就是在進行台灣地下構造探究的震測實驗,就是名為「台灣大地動力學國際合作研究計畫」(TAiwan Integrated GEodynamic Research, TAIGER)的研究,要來了解台灣底下的構造(見台灣山根有多深,科學人雜誌)。

台灣的地體構造,修改自Angelier J. (1986)。

台灣的地史簡述與現今出露岩層的年代

我們先從脊樑山脈談起,大概在這區塊中,有很多很老的變質岩,它是台灣本島最古老的岩石,為古生代晚期(約2億多年前)的產物,但因為經歷了上述的變質作用,而且還有兩次(另一次等一下會提到)!很難保有當時的化石,甚至連沉積的環境也不明,唯一大約50年前在台灣東部大理岩(變質岩)中找到的二疊紀(古生代末期)紡錘蟲(蜓科有孔蟲)、珊瑚化石。這是該大理岩中唯一的化石發現紀錄(註)。

之後就是雪山山脈,當時台灣的西邊正變成張裂的環境,張裂形成的半地塹讓沉積物一直掉進去,然而這已經是新生代(6千萬年前~2千5百萬年前)之後的事了。接著海岸山脈的火成岩(也是新生代之後的產物),是像蘭嶼一般的火山島弧形成後,逐漸撞上台灣島(這件事發生在5百萬年前左右),讓剛才提到的脊樑山脈再被變質一次,也讓雪山山脈不止被抬升起來,也經歷了輕度的變質,多形成板岩、變質砂岩,在北部不用上山,東北角海岸的鼻頭角以南的地質多以雪山山脈地層為主,海邊就有了!

最後,西部麓山帶指的就是中央山脈以西,大多海拔2000公尺以下的山區部分。這些岩層雖然有時會傾斜、發生褶皺,但實際上沒受到什麼變質作用,以後會隨著碰撞向西傳遞的力量逐漸長高,然後會因風化作用移除上面較年輕的岩層,露出和雪山山脈、脊樑山脈一樣較老的岩層。

至於海岸平原區,代表的是完完全全沒有受到變形的地方,而其年代又十分年輕,基本上以人力挖掘的岩石,頂多到新生代早期,目前所出露的岩石中,連個中生代指準礦物菊石都看不到了,要是看到古生代的化石,那就更匪疑所思了。但要是真的有看到,也請切記不要亂動它,先拍照記錄存證後,記得去找專業的來鑑定,說不定就會一舉登上Nature期刊之類的!

白堊紀以來台灣地史(摘自東北角的往日雲煙)

在我們了解台灣地史之後,再來看最近與化石有關的新聞,或許會更容易解惑!   參考資料:

註:部分文字由台大海洋研究所朱美妃助理教授提供建議。 本文同時發布於作者部落格地球故事書

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關於作者

潘昌志

「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。