固體地球的結構

地球的起源、探索地球歷史的方法與限制、地殼均衡理論、固體地球的觀測、地貌的變化、風化、侵蝕、搬運、沈積、地質構造、海洋地殼、金屬礦產、非金屬礦產(化石燃料)、水力、潮汐、地熱、風能、太陽能、礦產與能源的探勘、礦物與岩石、寶石與建材、水資源的分布、水資源的開發與利用

國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)【下】

國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)【下】
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

國際大陸科學鑽探計畫,成立之後已在世界各地完成不少的大陸地殼鑽探計畫,而台灣車籠埔斷層深井鑽探計畫就有接受ICDP的贊助,其豐盛的科學成果並獲登於自然《Nature》科學期刊上,以下就對此一計畫稍做說明:

台灣車籠埔斷層深井鑽探計畫(Taiwan Chelungpu-fault Drilling Project簡稱TCDP)【執行時間2003-2005】

1999年9月21日凌晨1點47分台灣發生芮氏規模7.3的大地震,是台灣20世紀末期傷亡損失最大的天災。震央位置在北緯23.87。,東經120.75。,即南投集集附近。此次地震的震源深度只有7公里,是車籠埔斷層錯動所造成的。為了詳細了解此地震的形成機制,由中央大學和台灣大學組成研究團隊,在國科會的支持下,邀請美日德等國的學者共同合作,成立了台灣車籠埔斷層深井鑽探計畫,此計畫獲得ICDP的協助,在台中大坑進行車籠埔斷層的鑽探,以取得地下岩心及地層的資料,用以分析探討921地震及斷層大量滑動的原因。

國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)【上】

國際大陸科學鑽探計畫(ICDP)【上】
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

若是要了解地下的地質狀況,鑽井探測是最直接的方法。除了廣泛的應用在石油探勘、地下水及土木工程鑽探之外,學術界也常進行大規模的科學鑽探計畫。因為從地殼鑽探所取得的岩石標本,記錄了長久以來地殼演變的物理及化學過程,因此可以應用在全球氣候變遷、板塊構造運動、礦產資源探勘、地震斷層研究及火山噴發等問題。而鑽井時必須根據不同的研究目的來挑選適當的鑽井地點,在進行鑽探之前,要先進行地表地質調查和地球物理探勘,儘可能蒐集相關的地質資料,以決定井位,並擬訂完善的鑽探計畫(包括套管計劃、鑽進計畫、費用、風險等)。依照鑽井位置的不同,鑽井設備亦不相同,可分成大陸鑽探及深海鑽探兩種,本文則是聚焦於大陸鑽探這部份。

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(下)

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(下)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

機會終於來了,1929年,古騰堡到美國加州的帕薩迪納(Pasadena)參加會議,討論成立一個地震實驗室(這個地震實驗室是由華盛頓卡內基學會贊助,後來在1936年併入加州理工學院,由伍德(Wood)主持,伍德於1947年因病退休後,就由古騰堡繼任直到1958年退休),古騰堡留了下來,並在1930年成為加州理工學院的地球物理學教授。(還好他先到了美國,不然再稍後幾年,德國開始迫害猶太人時,也要被迫流亡,塞翁失馬,焉知非福?)

在加州理工學院期間,古騰堡再創研究事業高峰,從此地震學的研究中心就由德國轉到美國,他和同事芮克特(Richter)發表了一系列研究論文和幾本重要的書,如《地球的地震活動》(Seismicity of the Earth),該書對50年代以前全球地震活動的空間分布作了詳盡的討論﹐是近代地震學的經典著作之一。1959年出版了他晚年撰寫的《地球內部物理學》(Physics of the Earth’s Interior),該書對當時的地球物理學研究作了簡要總結。

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(上)

貝諾古騰堡(Beno Gutenberg):古氏不連續面發現者的故事(上)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

貝諾古騰堡,許多人認為他是近代地球物理的奠基者。1889.6.4古騰堡誕生於德國的達姆施塔特(Darmstadt),從小他就熱愛科學,並對氣象學等發生興趣。1907年古騰堡先在其家鄉的一所技術學院(Technische Hochschule)就讀,一年之後就轉到哥廷根大學,並於1911年得到地球物理博士學位,論文的主題是關於微震,其指導老師是有名的Emil Wiechert(埃米爾 維舍特)。

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(下)

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(下)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(上)

雷曼是丹麥地球物理學會的創建者之一,並於1941至1944年擔任主席。她幫助建立歐洲地震聯盟 (European Seismological Federation),且於1950年被選為第一任主席。雷曼多次參加IUGG(International Union of Geodesy and Geophysics, 國際大地測量學與地球物理學協會)的會議,並在1936-1944、1951-1954、1957-1960期間擔任ISA(International Seismological Association, 國際地震協會)的執行委員。她熱衷參加國際科學組織,也到許多國家旅行、研究。

英奇雷曼(Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(上)

英奇雷曼 (Inge Lehmann):地球內核發現者的故事(上)
國立蘭陽女子高級中學地球科學科李協長老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

英奇雷曼於1888年5月13日出生在丹麥根本哈根的Østerbro。她的父親Alfred G. L. Lehmann (1858-1921)是一個實驗心理學家,非常重視女兒的教育,讓她就讀一所教學先進且男女兼收的高中。這是丹麥第一所男女同校的高中,校長是Hanna Adler,她的姪子就是大名鼎鼎的波爾(Niels Bohr,提出氫原子模型,創立哥本哈根學派,量子力學的奠基者之一)。

多年後雷曼寫道:「在這學校受教育時,讓我覺得男孩與女孩的智力是沒有什麼差別的,且女性的能力是被認可的;但是,在往後的生活中我則充滿失望和挫折,因為我發現一般人可不這樣想。」。身為一位女性的科學家,在以男性為主的科學界所遭受的不公平待遇,讓她憤慨不已,對此她曾向她的外甥Niels Groes說過:「你應該知道我必須跟多少不夠格的男人競爭,但結局總是白費心力。」

地熱能(Geothermal Energy)

地熱能(Geothermal Energy)
國立臺灣師範大學地球科學系林忠彥碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

近幾年,因原油價格不斷提高,讓世界各國努力在尋找一些替代的綠色能源。地熱能這個名詞,對於活在21世紀的我們,應該不陌生。此能源的運用,在人類歷史上很早就有前例,例如:溫泉泡澡、農業…等等,但真正利用它來發電是大約在1904年,義大利建造全球第一座地熱發電場,才正式的對附近居民供電,台灣也在1981年,在宜蘭清水建設地熱試驗電廠。在2007年時,地熱能大約有100億瓦特,大約可供當時全球0.3﹪電力需求。不只如此,近幾年來,在世界各國研發努力下,產能每年大約有3﹪的成長,此成長主要在於發電技術的改良,讓發電效率提升。探勘技術的提升,讓更多地熱田有嶄露頭角的機會。地熱能的儲存量比目前人們所利用的總量高出很多倍,加上地熱能還會伴隨地球構造活動所產生的能量,而加以補充。如果我們使用的速度不超過大自然補充的速度,那我們可以視它為再生能源。加上它是大自然自然形成的熱能,直接拿來發電,不會造成像火力發電,燃燒產生一些溫室氣體,而導致溫室效應加大。也不需像水力、風力和太陽能發電,需要考慮氣候因素。因此,它現在己普遍地使用,已大量使用地熱的國家有:美國、菲律賓、墨西哥、義大利、紐西蘭、日本、印尼和冰島…等等。

製作您自己的石油(Oil)和天然氣(gas)儲集層-演示石油和水如何滲透過岩石孔隙間

製作您自己的石油(Oil)和天然氣(gas)儲集層-演示石油和水如何滲透過岩石孔隙間
國立臺灣師範大學地球科學系研究所科學教育組周子宇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

首先,向學生提問:
1石油與天然氣是儲存在何處?
2他們是儲存在巨大的地下湖泊或是海床中,或是在岩石的孔隙間呢?(解答:岩石的孔隙間)

給學生們觀察裝有油、水、空氣的密封罐。
詢問他們:
*當我們將瓶子上下顛倒的時候會發生甚麼事情呢?
*而當瓶子上下顛倒的時候油、空氣、水會呈現怎樣的次序呢?

盒中沙漣漪-沙中的對稱振盪波痕(Symmetrical Oscillation Ripple Mark)是如何形成的?

盒中沙漣漪-沙中的對稱振盪波痕(Symmetrical Oscillation Ripple Mark)是如何形成的?
台灣師範大學地球科學所科學教育組林蓓伶碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

將水放入盒子中,最好是透明的容器。盡可能均勻的灑入約一大湯匙容量的沙(先用水洗淨)。先用清水洗淨沙子,是必要的手續,否則不乾淨的沙會使水變得混濁,讓我們無法清楚的看見接下來發生的事。用清水洗淨沙子數次,並將混濁的水倒掉。來回輕輕的抬起盒子的一邊,如同下圖所示,直到沙子在盒底形成圖案。
詢問學生:
 你認為沙子為什麼會形成這些對稱的圖形?
 這些圖形與水的流向與速度有什麼關係?
 我們如何使用”變成化石”的對稱振盪波痕(例如:古代砂岩)去臆測當時水的流向及流速。
 化石化的對稱振盪波痕可以提供什麼關於古代海岸線的線索?
 當波紋形成時的環境是什麼樣子?

研究風蝕現象(Wind Erosion)

研究風蝕現象(Wind Erosion)
國立臺灣師範大學地球科學系研究所科學教育組周子宇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

詢問學生,他們是否有被強風吹起的沙塵侵襲的經驗?讓我們來使用由混合沉積物組成的沙土,來創造一個’小沙漠’擺在桌面上。但在這之前,你必須確定學生沒有患哮喘或對粉塵過敏。之後拿出吸管(或沒有筆蕊的原子筆管亦可)

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