被世人遺棄 30 年後，每次世界大戰都成為它的力量之源：板塊構造理論的誕生

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

• 作者：陳竹亭

雅典娜的智慧與暴力：地圈

不時變動的地殼，就像希臘神話中兼具智慧與暴力的雅典娜（Athena），是她一體的兩面，從出生時就驚動了大地之母蓋婭，長成後卻又聰明地藉其暴力之美形塑、震撼了大地。

地球的陸地地景十分多樣，有高山峽谷，有平原沙漠；地表並不平靜，事實上是活力十足，有火山、熔岩，有地震，有風暴⋯⋯與無聲無息的寧靜月球形成強烈的對比。

地球屬於石質行星，「地圈」指的是地球外部固體的部分，包括地殼（crust）和上部地函（mantle）。地球中央是由地核（core）組成，這種不連續的分層結構，表示行星在形成過程中可能發生過化學凝析作用（chemical condensation），也就是從一種勻相經由溫度變化分成不同相的過程。重的元素以凝態往地心下沈，輕的物質向地表上升，甚至形成氣體。

地球半徑約 6,380 公里，有分層的結構及磁場分布。地震波（seismic wave） 顯示地下 2,900 公里處有不連續面。2,900 公里以上壓縮波（compression wave）和剪切波（shear wave）均可穿透，屬於固態結構。2,900 公里以下只有壓縮波能穿過， 且波速慢， 表示是液態物質。所以分層顯示 2,900 公里以上是鎂矽酸鹽地質，2,900 公里以下則是高壓熔融鐵，密度大的鐵核可能從熔融的矽酸鹽沉入地心。新的震波探測還顯示地核可能有液態、軟結構和硬結構，相關研究仍在進行中。

鐵元素在地球上的分布， 包括地核中有 1.87×10⁹ 兆噸，地函中有 4.11×10⁹ 兆噸，地殼及海洋中約為 0.01×10⁹ 兆噸。從岩漿的分析來看，鐵佔了 8%，但是佔地球 1/3 的液態鐵是集中在地核，可能是吸收了週期表中相鄰或附近的貴重金屬元素，而下沉至地核中，所以地表存量反而較為稀少。

地殼的成分

從地質化學的觀點，鐵、鎂、矽、氧組成的礦石主要有氧化鐵、橄欖石和輝石，這些礦石的含鐵量依次遞減。不含金屬的氧化矽晶體就是石英。鐵元素不僅形成地核，也改變了地函礦物的種類，同時也影響微量金屬的分布及地殼的成分。

地質學上，根據特定元素及放射性同位素存量的比例，可估計地核及地函形成的時間。目前科學家相信：如果地球是獨自形成，地球的分層，大約是發生在地球形成約 1 億年以內的最初期。

地球的上部地函，就是地球地殼至外核之間的部分，約在地殼以下到深度 400 公里處， 包含部分岩石圈（lithosphere）及軟流圈（asthenosphere）。岩石圈部分厚約 100 公里。地球內部放射性元素的衰變，應當是重要的能源之一。這種高溫可能使地函成為一個富彈性、易變形的半凝固地質，能夠產生對流。

海洋地殼（ocean crust）是玄武岩岩石層，也就是沉積岩，由密度較大的矽鎂質的岩石構成，矽酸鹽成分較少，偏鹼性。現存海洋地殼年齡都在 200 百萬年之內，相對而言十分年輕。

編按：內文誤植，玄武岩岩石層，應為火成岩，而非沉積岩。

陸地的花崗岩（continental crust）即為火成岩，是岩石圈的一部分，由岩漿冷卻形成花崗岩石。結晶性高，和海洋地殼共同成為地球的最外層，主要由含較輕之矽鋁質的岩石，富鋁、鈉和鉀。鐵和鎂反而較少，偏酸性。密度較海洋地殼小。

變動的地殼：分裂的大西洋脊與大陸飄移

大陸地殼浮在地函之上，厚度在 20 至 80 公里之間，約有 38 億年的壽命。地殼的變動是海洋隱沒帶（subduction zone）延伸入大陸地殼下方，沉積物帶入地函，變質、分解釋出二氧化碳，讓海洋生物可以再利用。

中大西洋洋脊（mid-Atlantic ridge）是一個縱切大西洋及北冰洋、大部分位於海底的活火山山脈。由北緯 87 度縱貫延伸至南緯 54 度，恰好是地質板塊邊界（plate boundary）的交會處。

地球內部放出的熱，對地表溫度幾乎沒有影響，但是地函的對流能使地表沉積物拉入地函中，再分解出二氧化碳，最後由火山噴出。熔岩與火山顯示地函的溫度應該仍然非常高，超過 1000 ℃，岩漿的運動提供了地球表面「建造」地殼的活力。自然界地表的地質傾軋與角力，可能是地球生機乍現的起點。

「海底擴張」（oceanic spreading）的活動，主要是由中洋脊的地底火山自海底的地殼中央噴射而出，形成了新地殼。地殼向東西兩側邊延伸，每年以 40-90 毫米（mm/yr）的速率擴展，至今仍然在持續進行，這也是大陸飄移理論最好的證據。

1915 年， 德國的偉格納（Alfred Lothar Wegener, 1880-1930）提出「大陸漂移說」（continental drift theory），認為大陸地塊會隨地質年代而漂移，這個假說在當時很少人真正給予重視。直到 1950-60 年代，放射性定年法的技術大為改進，才使得研究地球古岩石或沉積磁性的古地磁學異軍突起。

1959 年， 美國地質調查局（USGS） 和澳洲國立大學（ANU）的科學家競相發表大西洋脊兩側海底沈積岩對稱的註記了過去世代的「地磁反轉」（geomagnetic reversal）尺標。地球磁場在地球歷史中，南北極有非週期性的變換現象，可由大西洋海底地殼的磁性隨地質年代的變化獲得。地磁反轉的清晰磁條可以準確地推算出地質年代，再測量其到中洋脊心的距離，就可以估計當時海洋擴展的速率。

1963 年，英國的維尼（Frederick John Vine, 1939-）和馬太（Drummond Hoyle Mathews, 1931-1997）結合了地磁反轉和海洋擴張來支持大陸漂移說（continental drift theory）。加拿大的莫雷（Lawrence Whitaker Morley, 1920-2013）也同時獨立發表了相同的學說，但他提出發表的論文遭到拒絕，數年後才正式出版。

根據大陸漂移的理論，上部地函及地殼的岩圈分裂成幾塊「板塊」，這些板塊相互的傾軋運動，決定了地殼板塊邊緣的聚合或分離、造山運動或是海溝形成（trench formation）、還有轉形斷層（transformation fault）、地震或是火山活動。這些現象必然都和地函的對流運動之動力變化有關，但是理論有很多種，研究也都還在進行中。

宏觀來看，不僅地圈的一顰一動都與陸地生命體息息相關。地圈、水圈與氣圈的對流層也緊緊地和生物圈結合在一起，其構成多樣多姿的行星生命世界，是最令人屏息的宇宙景象。

台灣島的生成

台灣島正好地處於地質活躍帶上，西為歐亞板塊、東北是琉球板塊、東鄰菲律賓板塊及南方的巽他板塊的交界處。是世界上最頻繁的地震活動地區之一。台灣島的中央山脈主要是由 600 萬年前的蓬萊造山運動—菲律賓板塊向西擠壓歐亞大陸板塊而形成。至今，菲律賓板塊仍以每年 8.2 公分的超高速度持續向西北移動。

相對於 46 億年的地球，600 萬年的台灣是非常年輕的島嶼，那時古猿人才剛在非洲大陸出現呢。我們身在這個蓊鬱之島上，不能不知道和她有關的地質、地理與自然生態，當然還有人文、歷史及社會的形成過程。

——本文摘自《丈量人類世：從宇宙大霹靂到人類文明的科學世界觀》，2022 年 9 月，商周出版，未經同意請勿轉載。

對於年輕人來說，我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生，因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈，大家又有沒有想過我們如何找出來？

這些未爆炸的軍備，我們稱之為 Unexploded Ordnance（簡稱 UXO），有可能是水雷，有可能是深水炸彈，也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品，受到多年來沉積（即水流在流速減慢時，所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來）的影響，令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計，單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。

你也許會問，既然都已經埋藏了，何況我們仍然要處理他們？這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統，假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外，或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷，後果可真是不堪設想。因此，最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行，或是安排專家把他們處理。

真正的大海撈針：用磁場把 UXO 吸出來！

要找到這些 UXO，最容易的方法便是使用金屬探測的方法，但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的，我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行（這大大增加了磨損探測器的風險），因此我們會選擇較間接的方法：磁強計（Magnetometer）。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的，而鐵是對磁非常敏感的，因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作，我們會以兩個磁強計為一組去作探測，令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子：

在圖 1 裡，假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置，上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線，下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見，當若果沒有任何金屬物件存在的話，兩個磁強計量度的數是相近的，亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近，我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值，燈色線代表右方，由於磁場強度會隨著距離而減少，因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線，亦即是航線的上方。

我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小，但為了確保其真實性，我們亦會在附近再次航行，假如也有磁場變異，這便是一個不會移動的金屬物品（撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性）。

排除法：用側掃聲納窺探看不見的海底！

正如上文提要，磁場變異所告訴我們的，只是金屬物品的位置，但它亦有可能不是炸彈，也有可能不是埋在海床下，因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納（Side Scan Sonar） ，透過聲波反射的原理，我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的，聲波傳送及接收的時間是一樣的，因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上，聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子：

看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面，中間白色的部份是船的航道，亦是側掃聲納的盲點，而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射，讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾，如車胎、單車等，而在上圖的左上方，我們相信是一些棄置的工業廢料。

當然你也可以爭論，在圖左上方的物件有機會不是死物，而是一種未知海洋生物，因此我們也會進行多次的側掃聲納，如果在同一位置並不能再看到它，那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件，這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方，我們也會透過黑影分析其大小是否吻合，並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。

此外，在看側掃聲納，我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕，因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方，有機會是漁船拖網的地點，也有機會是大船拋錨起錨的地方，而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO，產生危機。因此，這些地方都會是我們首要處理的地方。

筆者按：假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西，如沉船、飛機等，可以到這裡觀看。

萬無一失：Mission Completed !

當然，在取得數據時，我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子，我們要確保磁強計遠離測量船，以免船上的儀器影響了磁強計。因此，我們並不會把磁強計綁在船底，而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。

另外，我們也要確保測量船要以均速航行，以確保所有數據都是一致的。最後，我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤，否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。

完成以上的工序後，我們便會製作磁梯度圖（Magnetic Gradient Map），把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來，正如圖 3，再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識，加上該海岸的戰爭歷史，對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。

要知道這些 UXO，單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命，因此這個科學命題可真是不容忽視！

延伸閱讀：

• 航海日誌：一份高風險，卻常被誤會「在渡假」的工作

參考資料：

1. Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.  
2. Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
4. Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.

本文亦刊載於作者部落格 Else Production ，歡迎查閱及留言

國民法官生存指南：用足夠的智識面對法庭裡的一切。

岩漿漫出來會很可怕嗎？有的時候其實還好，就是⋯⋯有點麻煩而已。火山的噴發就像不同人的情緒宣洩多樣性一般，不會只有一種型式，即使是生氣也有默默生悶氣的（然後就會累積更多能量噴發），也有三不五時就「正常能量釋放」一下的，當然，也有堅定地把每個字慢慢吐出來的那種。

一般大眾會受災難電影的影響，以為一定要瞬間炸裂、瘋狂噴發才算是火山爆發。但這種現象，在由火山組成的夏威夷群島上並不常見，近期（2020年12月21日）夏威夷的基拉維亞火山噴發，就是一種「一直噴一直噴」的股票火山，不過這火山再會噴也沒有造成傷亡（但還是會帶來災損，會一直噴錢⋯⋯）。

為什麼基拉維亞火山會有一直噴發，卻沒有造成太多傷害，甚至感覺夏威夷的居民還蠻能與它和平共處呢？那就得從「她是什麼火山」說起。

「熱點」火山：多半不會炸裂的火山

火山的分類有很多方式，其中一種是噴發的型式，一般會稱作寧靜式噴發 (Quiet Eruption) 或爆烈式噴發 (Explosive Eruption) ，而像基拉維亞火山的噴發型式大多屬於寧靜式噴發，顧名思義，她算是「比較安靜」噴發的火山，不會像有名的維蘇威火山那樣會有驚天一炸的情況。

而寧靜噴發的火山在外型上也和大家在流行文化中看到的「錐狀火山」不一樣，如果以外型分類的話，她會被稱為「盾狀火山」，而造成噴發與外形的差異的原因，又和形成火山的「岩漿」性質有關，形成基拉維亞火山的岩漿屬於「玄武岩」性質。

關於前面提到的火山分類方式，一般的高中參考書會要你背下面的口訣：

• （中）酸性（花岡岩質）岩漿＝錐狀火山＝爆烈式噴發
• 基性（玄武岩質）岩漿＝盾狀火山＝寧靜式噴發

但我不喜這樣敘述，因為這些分類是獨自以不同的現象學來區分的，只是分類結果能彼此解釋，但實際上在中性到酸性的岩漿中，會有更多不同的噴發表現與火山型貌，不過本文不會把故事講完（不然講到隔天天亮都講不完）。

關於基拉維亞火山的分類，或許會有人聽過「熱點」一詞，它是由地函的「熱柱」上升直接形成的火山。熱柱形成的火山和以前用板塊構造運動模型所提到的火山不一樣，板塊構造運動所形成的火山，它的熱源或岩漿的來源都相對比較靠近地表（數十到數百公里深），而熱柱則是從地函接近地核的地方（ 2900 公里深）直接上湧的物質形成，和板塊運動的模型完全不一樣。

但「熱柱」就是「岩漿」嗎？

可能會有人這麼想，實際上卻不是這樣。熱柱並不像岩漿是用「流動」的方式運動，它的性質仍屬於固態，只是在時間尺度很長的情況下，它仍會以固態的型式緩慢「運動」，而當熱柱往上到接近地殼的地方，才會因為壓力變化而融熔，而形成岩漿。附帶一提，小規模的熱柱會形成夏威夷的火山，好像對地表的生物無害，但大規模的熱柱一口氣大噴發時，可是會發生大滅絕的（如 2 億 5100 萬年前到 2 億 5000 萬年前噴發的西伯利亞玄岩武岩，造成二疊紀—三疊紀大滅絕事件）。

為什麼夏威夷的居民可以與基拉維亞火山共存？

前面提到，基拉維亞火山的噴發並不猛烈，大多時候也不會太致命，以近代的幾次大噴發中，就屬 2018 年噴發時的災情較為嚴重，約有 2000 人撤離，並造成一人重傷，而基拉維亞火山也沒有可怕的火山碎屑流或火山彈之類的，造成損害的主因還是熔岩流。

在此也再次提醒，許多電影中同時有下個不停的火山碎屑，搭配的流動性很高的岩漿，是難以並存的情況，因為大量碎屑的岩漿性質比較偏中、酸性，而流動性則屬基性岩漿的情況。

至於傷亡較少的原因，噴發方式只是其中一個，另一個因素可以說是對於火山的認識與防災體系的健全。而一個較為健全的火山防災體系應該是怎麼樣呢？

1. 對有噴發潛勢的火山有長期的研究、監測。
2. 針對火山活動的特性，規畫不同等級的警報。
3. 針對不同的火山情境，制定出不同的防災應變計畫。
4. 民眾熟悉火山的災害，也了解警報的意義、遵從疏散指示。

由於夏威夷的火山噴發頻繁，早在 1912 年即開始觀測火山，因此對於當地的火山已有長期監測研究，而美國地質調查所亦有明確的火山分級燈號，而且分別建立了地面的分級和航空代碼的分類，以本文撰寫（ 2020 年 12 月 27 日）期間，基拉維亞火山的地面分級狀態是「watch」、航空代碼是橘燈，剛好都是比完全噴發的狀況低一級(一共分四級，第四級的「normal」和綠燈代表火山處於正常無明顯活動狀態)。

而當分級的狀況提升時，會有相對應的活動，以前面提到的「watch+橘燈」為例，目前是建議民眾多注意火山狀況、避免靠近火山口，想要觀看噴發狀況的人請遵守規定並注意安全（竟然還能看耶⋯⋯）。

如果是更可怕的活火山，該怎麼與之相處？

從夏威夷的火山例子來看，火山不可怕也不難相處，但或許也有人會說：如果火山的噴發型態是爆烈性的呢？而且像近年已證實大屯火山為活火山，距離都會區這麼近的火山，該要怎麼面對？

火山的防災應對，雖然可能會因火山的特性有所差異，但就從上述「健全的火山防災體系」中從研究、監測到防災應變，概念上是一樣的。

首先需要了解火山如果噴發時會有什麼的情況、並且先把會有威脅的地區畫定、規畫警報並落實疏散計畫。只是因為我們對大屯火山的個性還未摸清楚，所以這些措施就算設立了也還難以評估其效果，加上民眾對於火山的知識和風險特性並不熟悉，所以總會有「不知道要怎麼做才好」。這邊阿樹有兩個初步想法：

1. 目前相關單位開始進行災害潛勢圖的製作，而就臺灣的經驗而言，土石流的緊急應變已較過去成熟許多，或許可以將相關的疏散避難圖的製作觀念導入火山防災應變。
2. 過去於防災宣導上少有火山的相關避難措拖整理（連 google 都很難找到），而目前開始啟用的火山警報燈號該如何應對，也應是未來的宣導重點。

夏威夷的火山雖然很遠，但他們的經驗卻相當好用呢！

想知道更多地球脈動嗎？阿樹老師每周四會在《震識談地科podcast》，分享各種地震與地球科學相關的知識！

參考資料

1. 2018 年 5 月夏威夷火山災害事件說明
2. Kīlauea Volcano Erupts
3. Kīlauea – Volcano Updates
4. Hawaii volcano: As Kilauea erupts residents told to stay home – CNN
5. New Kilauea Volcano Eruption Enters Third Day (Dec. 23, 2020) – YouTube
6. 土石流防災的建議
7. 移動中的火