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

• 鍾孫霖的個人網頁
• 演講影片「從西藏到峇里島：地質絲路計畫與東南亞實驗」
• 採訪編輯｜歐柏昇
• 美術編輯｜張語辰

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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