地球物理學：板塊構造的壯闊之旅

一份關於地球動態與地貌成因的深度解析

請在此處插入簡報 Page 1 的地貌拼貼圖（峽谷、火山、高山、斷層）

一、序言：變動的地球

[cite_start]我們的地球並非一顆靜止的星球。我們時常感受到地震的搖晃 [cite: 4][cite_start]，聽聞火山的噴發 [cite: 4][cite_start]，並讚嘆著高聳的山脈（如喜馬拉雅山 [cite: 636][cite_start]）與深邃的峽谷。這些巨大的地表景觀是如何形成的呢？[cite: 5] 為什麼這些地質活動總是集中在特定的區域？

為了解答這些問題，科學家們經歷了漫長的探索。

二、理論的演進：從垂直到水平

早期的探索：地槽學說 (Geosynclinal Theory)

[cite_start]在 19 世紀末到 20 世紀初，科學家們（如 James Hall 和 James Dana [cite: 84, 85][cite_start]）提出了「地槽學說」[cite: 71, 76][cite_start]。他們認為，地殼的某些區域會像臉盆一樣「垂直下陷」，堆積了巨厚的沉積物 [cite: 81][cite_start]；之後，這些沉積物和地殼可能因為受熱或壓縮而「垂直隆起」，形成了山脈 [cite: 82]。

這個理論是解釋山脈成因的早期重要嘗試，但它主要強調垂直運動，無法解釋大陸的分布與許多地質現象的關聯性。

[cite_start]請在此處插入簡報 Page 4 的「地槽學說」示意圖 [cite: 80]

革命性的思想：大陸漂移學說 (Continental Drift)

[cite_start]1912年，德國科學家**阿爾弗雷德·韋格納 (Alfred Wegener)** 提出了一個驚天動地的假說：「大陸漂移學說」[cite: 86][cite_start]。他認為，在約 2.5 億年前的二疊紀 [cite: 92][cite_start]，全球的大陸是合在一起的，形成一塊名為 「盤古大陸」(Pangaea) [cite: 91] 的超級大陸。

[cite_start]隨後，這塊超級大陸開始分裂。到了約 2 億年前的三疊紀 [cite: 96][cite_start]，它分裂成北方的「勞亞大陸」(Laurasia) [cite: 90] [cite_start]和南方的「岡瓦納大陸」(Gondwanaland) [cite: 94][cite_start]，兩者之間被「特提斯海」(Tethys Sea) [cite: 93] [cite_start]隔開。這些大陸塊持續漂移，經過侏儸紀 [cite: 97] [cite_start]和白堊紀 [cite: 98][cite_start]，最終形成了我們今日所見的七大洲五大洋 [cite: 108]。

韋格納並非空想，他提出了四大關鍵證據：

大陸拼圖 (海岸線吻合)： 南美洲的東岸與非洲的西岸能完美地拼合在一起 [cite: 110]。
古生物證據： 在相隔遙遠的大陸上，發現了相同的陸相生物化石。例如：
- 淡水爬行動物 *Mesosaurus* (中龍) 的化石僅出現在南美洲和非洲 [cite: 133]。
- 陸生爬行動物 *Lystrosaurus* (水龍獸) 的化石分布在非洲、印度和南極洲 [cite: 126]。
- 蕨類植物 *Glossopteris* (舌羊齒) 的化石廣泛存在於所有岡瓦納大陸的成員（南美、非洲、印度、南極洲、澳洲）[cite: 134]。
古氣候證據： 在現今炎熱的地區（如印度、非洲、南美）發現了古代冰川活動的遺跡（如冰川刻痕 [cite: 157, 167][cite_start]）；反之，在現今寒冷的地區（如北美、歐洲）卻發現了古代熱帶環境的產物（如煤礦 [cite: 162] [cite_start]和珊瑚礁 [cite: 164][cite_start]）。這表明大陸曾經歷過緯度的變化 [cite: 137]。
地質與山脈證據： （補充內容）橫跨大西洋的北美阿帕拉契山脈，其岩石類型和地質年代，竟與歐洲的斯堪地那維亞半島和蘇格蘭高地的山脈驚人地一致。

[cite_start]請在此處插入簡報 Page 6 的「古生物證據」地圖 [cite: 134]

三、關鍵的拼圖：海底擴張學說

韋格納的「大陸漂移說」雖然證據充分，卻在當時遭到了強烈質疑，因為他無法提出一個合理的「動力機制」—— 到底是什麼力量能推動如此巨大的大陸？

這個答案，直到二戰後才在深海中被找到。

[cite_start]（補充內容）科學家利用聲納探測海底，意外發現大洋中央並非平坦，而是存在著一條貫穿全球的巨大山脈——中洋脊 (Mid-Ocean Ridge)，例如「大西洋中脊」[cite: 171]。

[cite_start]1960年代，科學家 **海斯 (Harry Hess)** 和 **迪茨 (Robert Dietz)** 綜合觀測，提出了 「海底擴張學說」(Seafloor Spreading) [cite: 169, 173]。

新的地殼在此誕生： 中洋脊是地函岩漿湧出的地方。岩漿冷卻後形成新的海洋地殼 [cite: 174]。
地殼向兩側推移： 新生的地殼會推著老的地殼向兩側擴張，離中洋脊越遠，岩石的年齡越老 [cite: 175, 177, 178]。

而「海底擴張學說」的「鐵證」，來自於 古地磁學。

（補充內容）地球的磁場在漫長的地質年代中會發生「磁極倒轉」。當岩漿在中洋脊冷卻時，岩石中的磁性礦物會像小指針一樣，記錄下「當時」的地球磁場方向。

[cite_start]科學家發現，中洋脊兩側的海洋地殼，其地磁異常呈現出 相互對稱的條帶狀分布 [cite: 215, 218, 226][cite_start]。這些條帶忠實記錄了如「布容尼斯 (Brunhes)」、「松山 (Matuyama)」、「高斯 (Gauss)」等地磁時期 [cite: 219-224][cite_start]，是海底正在擴張的決定性證據 [cite: 182]。

請在此處插入簡報 Page 9 的「海底磁性異常對稱」示意圖

四、統一的理論：板塊構造學說 (Plate Tectonics)

結合了「大陸漂移」與「海底擴張」，一個地球科學的「大一統理論」—— 板塊構造學說 於焉誕生。

[cite_start]這個理論的核心是，地球的剛性外殼並非完整一塊，而是由幾個巨大的「板塊」(Plates) 拼組而成 [cite: 239]。

岩石圈 (Lithosphere)： 這就是「板塊」[cite: 240][cite_start]。它包含了地殼 (Crust) 和一小部分的上部地函 (Upper Mantle) [cite: 241, 246]。它是剛性的。
軟流圈 (Asthenosphere)： 位於岩石圈之下 [cite: 242]。它處於部分熔融、具有可塑性的狀態。

[cite_start]岩石圈（板塊）就在「軟流圈」之上漂浮、移動 [cite: 239]。

[cite_start]全球主要的板塊包括：太平洋板塊 [cite: 264][cite_start]、歐亞板塊 [cite: 257, 268][cite_start]、北美洲板塊 [cite: 259][cite_start]、南美洲板塊 [cite: 272][cite_start]、非洲板塊 [cite: 271][cite_start]、印澳板塊 [cite: 267] [cite_start]和南極洲板塊 [cite: 274] 等。

[cite_start]而幾乎所有的地質活動——地震、火山、造山運動——都發生在這些板塊的「交界處」[cite: 283]。

五、地球的動態邊界：三種板塊邊界

[cite_start]板塊的邊界主要分為三種類型，它們塑造了地球的面貌 [cite: 377, 378, 379]。

1. [cite_start]張裂型邊界 (Divergent Boundary) [cite: 276, 391]

特徵： 板塊相互分離、遠離。

海洋中脊 (Mid-Ocean Ridge)： 如「大西洋中脊」[cite: 171][cite_start]。岩漿湧出形成新地殼，是海底擴張的發生地 [cite: 400][cite_start]。冰島 [cite: 608] [cite_start]就是一個剛好露出海平面的中洋脊火山島 [cite: 601]。
大陸裂谷 (Continental Rift)： 如「東非大裂谷」[cite: 610, 632][cite_start]。這是大陸板塊正在「解體」的初期階段，非洲板塊正分裂為努比亞 (Nubian) 和索馬利亞 (Somalian) 兩個次板塊 [cite: 614, 627]。

2. [cite_start]聚合型邊界 (Convergent Boundary) [cite: 279, 385, 393]

特徵： 板塊相互碰撞、擠壓。這是地表最劇烈的地質活動發生地。

海洋-大陸聚合： 密度較大的「海洋板塊」隱沒到「大陸板塊」之下 [cite: 406]。
- 地貌：在隱沒處形成 海溝 (Trench) [cite: 396][cite_start]，在大陸上形成 火山島弧 (Volcanic Arc) [cite: 401]（如安地斯山脈）。
海洋-海洋聚合： 較老（較冷、密度較大）的海洋板塊隱沒到較年輕的海洋板塊之下。
- 地貌：形成海溝與 島弧 (Island Arc) [cite: 397]（如馬里亞納海溝、日本群島）。
大陸-大陸聚合 (碰撞)： 兩個大陸板塊相撞 [cite: 670]。由於兩者密度都低、都很輕，誰也不肯隱沒，只好劇烈地向上抬升。
- 地貌：形成巨大的 山脈 (Mountain Range) [cite: 649] [cite_start]和 高原 (High Plateau) [cite: 652][cite_start]。最經典的例子就是 喜馬拉雅山 [cite: 636, 659][cite_start]，由印度板塊 [cite: 638] [cite_start]撞擊歐亞板塊 [cite: 637] 形成。

[cite_start]請在此處插入簡報 Page 18 的「喜馬拉雅山成因」示意圖 [cite: 670]

3. [cite_start]錯動型邊界 (Transform Boundary) [cite: 280, 387]

特徵： 板塊相互「錯身而過」、摩擦。

（補充內容）這裡不會產生火山，也不會形成高山或海溝，但會因為巨大的摩擦力而累積應力，引發 強烈的淺層地震。
經典案例：美國加州的 聖安地列斯斷層 (San Andreas Fault)（如簡報 Page 1 右下圖所示），是太平洋板塊與北美洲板塊的錯動邊界。

六、特殊機制：熱點 (Hot Spot)

[cite_start]除了板塊邊界，地球上還有一種特殊的火山活動，稱為「熱點」[cite: 404, 408]。

[cite_start]熱點是來自地函深處、位置相對「固定」的岩漿柱，就像一支「地函噴燈」(Mantle Plume) [cite: 496, 510]。

[cite_start]當「移動的板塊」[cite: 497, 523] 經過這個固定的熱點時，熱點就會像烙鐵一樣，在板塊上燒出一連串的火山島，形成 火山鏈。

[cite_start]經典案例：夏威夷-帝王海山鏈 [cite: 495, 516, 528]。

夏威夷群島中，東南方的「夏威夷大島」(Big Island) [cite: 530, 597] [cite_start]位於現今熱點的正上方，火山活動最活躍 [cite: 593]。
往西北方，火山島的年齡越來越老（如 Midway 中途島 [cite: 522]），並且已經停止活動。
科學家利用 「鉀-氬定年法」(K-Ar Age) [cite: 537] [cite_start]測定這些火山島的年齡，再除以它們與現今熱點的距離 [cite: 578][cite_start]，就能精確計算出「太平洋板塊」的移動速度——約為每年 10 公分 [cite: 576]。

[cite_start]請在此處插入簡報 Page 14 的「熱點成因」與「夏威夷火山鏈」地圖 [cite: 506, 523]

七、我們的家園：台灣的地體構造

[cite_start]板塊構造學說完美地解釋了台灣的地理環境 [cite: 672]。

[cite_start]台灣，正位於全球最活躍的板塊邊界之一 —— 歐亞大陸板塊 [cite: 680, 723] [cite_start]與 菲律賓海板塊 [cite: 722] [cite_start]的複雜聚合帶上 [cite: 719]。

在台灣東北部： 菲律賓海板塊「隱沒」到歐亞大陸板塊之下，形成了琉球海溝與火山活動（如大屯火山群、宜蘭外海的龜山島）。
在台灣東部及南部： 情況相反，是歐亞大陸板塊（的邊緣，即南海地殼）「隱沒」到菲律賓海板塊之下，形成了馬尼拉海溝以及呂宋島弧（包含台灣的海岸山脈 [cite: 720]）。

[cite_start]（補充內容）這兩種不同方向的隱沒作用，在台灣島發生了劇烈的「碰撞」（稱為 弧-陸碰撞 Arc-Continent Collision），將原本在海中的沉積物和地殼擠壓、抬升，形成了高聳的中央山脈 [cite: 721] 和整個台灣島。

[cite_start]這就是為什麼台灣島如此年輕、地勢如此高聳，同時也是地震活動極為頻繁 [cite: 674] 的根本原因。

[cite_start]請在此處插入簡報 Page 19 的「台灣地震分佈圖」[cite: 674]

八、結論：一個統一的地球觀

總結來說，「板塊構造學說」 告訴我們：

地球表面是由剛性的「岩石圈板塊」所組成，漂浮在可塑的「軟流圈」之上。
板塊的運動（張裂、聚合、錯動）是造成地震 [cite: 725] [cite_start]和火山 [cite: 725] 的主因。
地球上所有巨大的地表景觀——從 中洋脊、海溝、火山島弧 到裂谷與高山 [cite: 726] —— 幾乎都是板塊交互作用的直接產物。

[cite_start]這個理論，為我們理解這顆「變動的地球」[cite: 1] 提供了一把關鍵的鑰匙。

臺北市立大學地球環境暨生物資源學系

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