給我三十秒，我給你一座喜馬拉雅山！-在空箱中製造一個微型的山脈摺皺(Fold Mountain)
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

向學生展示菊石化石(一種滅絕的海洋生物)，如圖一所示。此種生物從出生到死亡都是在海中，但菊石化石卻出現在五千公尺高喜馬拉雅山上的岩石中。這是怎麼一回事？這個現象解釋了喜馬拉雅山乃是由於印度與亞州碰撞所形成的。例如：印度的次大陸藉由板塊運動的過成，被推向亞州陸塊。我們將模擬 在這兩個版塊間的海底岩層當時的情況。一層乾沙一層麵粉(兩種不同色的粉末即可)，這樣交錯在空箱中，鋪成數層平坦的地層，並在空箱的一端設立一個站立的隔版，如圖二所示。不要將箱子裝超過半滿。小心翼翼的將隔版往箱子的中央推，如此一來沙層及麵粉層將會被壓縮，在整個推擠的過程中，每隔一段時間都停下來看一下結果。通常，地層會彎曲形成一個摺皺，有一些會翻轉。(圖三) 最後，有一組地層會滑動超過其它的地層，形成斷層。(由擠壓造成的斷層類型為逆 斷層。) 沙子的上層表面會上升到箱子的頂部，模擬喜馬拉雅山造山運動時的岩層上升。 Continue reading →

地震（Earth Quake）搖晃
國立臺灣師範大學地球科學所科學教育組任欣怡碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

副標題: 我的房子會垮嗎?
主旨: 當遭受地震的襲擊，為什麼有的建築物可以逃過一劫，有的卻不行。
不同建築物的地基在遭受地震時會有怎樣的反應。

學生年齡: 7 – 18 歲

活動時間: 5 分鐘

學生目標: 學生可以:
• 論證當地震來襲，潮濕的土地會減低其附著力;
• 解釋為什麼地基的建造，可以增加附著力.

雖然這次的實驗並不是透過地基的建造來增加附著力，但是兩塊木頭提供建築物浮力。
內容: 這個活動除了可以算是地震與影響課程的一環，也可以提供學生在面臨地震時，所應有的反應。

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海洋大氣交互作用所帶來的地球震動 (Earth Vibrations)
國立臺灣師範大學海環所賴信安碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

在自然界中，除了地震所產生的能量會造成地球震盪之外，大氣、海洋與陸地之間的交互作用，也是地球震盪的來源之ㄧ；這些訊號都可以被地震儀記錄下來。在傳統的地震學研究中，科學家只把「地震」所造成的訊號稱為有用的訊號，藉由計算並分析這些地震波在地球內部所走過的路徑以及速度，我們可以一窺地球的內部構造；反之，非地震所引起的訊號則稱之為雜訊 (noise)，是無用的垃圾，然而近年來科學家發現雜訊的時空變化與地球氣候變遷息息相關，它們不再是無用的雜訊，因此科學家將非地震引起的訊號稱為周遭噪訊 (Ambient Noise)。

周遭噪訊的產生主要源自於海洋、大氣與陸地間的交互作用 (Rhie and Romanowicz, 2004；Kedar and Webb, 2005；Rhie and Romanowicz, 2008)。根據研究顯示，波浪碎波時拍擊水體而引發的長波振盪，即所謂的亞重力波 (infragravity waves)，與海底地形相互作用之下，可能是地球震盪（hum，震盪週期在30到200秒之間）的主要來源，其能量藉由表面波的型式傳遞到陸地上 (Henderson et al., 2006；Uchiyama and McWilliams, 2008)。當波浪行進到淺水區時，受到海地地形淺化作用，以碎浪的形式拍打沿岸，會造成震盪週期5至30秒之間的訊號。因此，噪訊的時空變化與特性不僅可以提供沿岸地形與海水運動的訊息，同時也是研究地球的氣候變遷的素材。

科學家發現，沿岸地區的周遭噪訊能量逐年上升，這可能反應了全球暖化的結果：當全球平均溫度上升，造成大氣中蓄積更多的能量，並將這些能量傳給海洋，海洋再以波浪的方式拍打陸地；此外，海洋中孕育更多的巨型風暴，更直接地反應在地震紀錄中噪訊能量的增加上！

從以上的介紹中，我們知道地震紀錄中看似無用的雜訊竟然成為現在科學家研究氣候變遷的工具之一，下面將介紹地震學家研究地球構造的新工具：「周遭噪訊法」。

系統中的噪訊 (noise) 並非無用的垃圾，早期統計物理學的研究顯示，藉由計算線性系統中任兩點噪訊的連續紀錄之交互相關函數 (Cross- correlation Function) 可以得到兩點之間的格林函數 (Green’s function)，相當於介質的脈衝反應函數 (impulse response function)；換言之，研究噪訊可以得到系統的物理特性。此概念建立在20世紀早期布朗運動的研究以及日後通訊儀器雜訊的研究上，近年來廣泛地應用在日震學 (Duvall el al., 1993)、聲學 (e.g. Weaver and Lobkis, 2001;Derode et al., 2003 )、流體力學 (Godin, 2006) 及熱力學 (e.g. Weaver and Lobkis, 2002; Godin, 2007) 的研究，而 Campillo 和 Paul 在2003年首先將此方法應用在地震學的研究上。

在地表上兩測站之間的格林函數主要反映在表面波的能量上 (Shapiro el al., 2005)，因此藉由計算測站間連續紀錄之交互相關函數可以得到兩測站間表面波之格林函數，再藉由頻散分析 (dispersion analysis)，可以得到兩測站間表面波傳遞之群速度與相速度，藉以了解淺層地殼之速度構造，這種方法稱為「周遭噪訊表面波層析成像法」 (Ambient seismic Noise surface wave Tomography, ANT )。

由於此方法並不需要天然地震的訊號，相對於傳統的分析方法它缺少了震源引起的不確定性，而其解析度與精確性乃取決於測站分佈的密度以及訊號的長度；即使在地震發生數目極少的區域，依然能夠藉此方法大幅改善表面波層析的解析度與精確性，避免侷限於天然地震發生的時空分布，而失去了表面波層析成像在空間上之解析度。

藉由以上介紹，此研究方法的發現，使得地震學家研究區域不再受限地震的分佈，此外，透過此方法可以了解淺層的地殼構造，這是傳統地震學所無法提供的訊息！

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參考資料

Rhie, J., Romanowicz, B. (2004), Excitation of earth’s continuous free oscillations by atmosphere-ocean-seafloor coupling, Nature, 431, 552-556

Rhie, J., Romanowicz, B. (2006), A study of the relation between ocean storms and the Earth’s hum, Geochem. Geophy. Geosyst.,Q10004

Henderson, M.S, Guza, R.T., Elgar, S. Herbers, T.H.C, and Bowen, A.J., Nonlinear generationand loss of infragravity wave energy (2006), J. Geophys. Res., 111, C12007

McWilliams, C.J and Uchiyama, Y., (2008), Infargravity waves in the deep ocean: Generation, propagation, and seismic hum excitation, J. Geophys. Res. 113,C07029

Kraeva, N., Pinsky,V. and Hofstetter,A. (2009) Seasonal variations of cross correlations of seismic noise in Israel, J. Seismol,13:73-87

Campillo, M., and A. Paul (2003), Long-Range Correlations in the Diffuse Seismic Coda,Science,299,547

Duvall, T. L., Jefferies, S. M., Harvey, J. W., Pomerantz , M.A. (1993), Time–distance helioseismology, Nature362,430

Godin, O. A.(2007) Emergence of the acoustic Greens function from thermal noise, J.Acoust. Soc. Am.121

Godin, O. A.(2006) Recovering the Acoustic Greens function from Ambient Noise Correlation in the Inhomogeneous Moving Medium , Phys. Rev Lett.97

Weaver, R. L., and O. I. Lobkis (2001a), Ultrasonics without a Source: Thermal Fluctuation Correlations at MHz Frequencies, Phys. Rev Lett.87

Weaver, R. L., and O. I. Lobkis (2001b),On the emergence of Greens function in the correlations of diffuse field, J.Acoust. Soc. Am.,110, 3001-3017

Weaver, R. L., and O. I. Lobkis(2002), On the emergence of Greens function in the correlations of a diffuse field: pulse-echo using thermal phonons, Ultrasonics,40,435-439

引爆你自己的火山（Volcano）!
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

利用下面兩種方法，模擬你自己的火山爆發。兩種例子最好都在戶外進行,或是使用一個平的大托盤，去承接被炸飛的液體。在兩種示範活動之前，試著問學生的想法，是什麼引起熔岩從火山中流出。

a) 肥皂泡沫火山
在塑膠瓶的一側鑽一個小洞，並將一根吸管或相似的細管插入洞中，用黏著劑或口香糖固定。設定好密封裝置，在瓶中裝半瓶的肥皂水。再鑽約六個小洞在瓶蓋上。朝吸管吹氣，然後等著看泡沫肥皂水演出大爆炸的好戲吧！你也可以使用紙繞成的圓錐片，將瓶子蓋住，去模擬火山的外觀！

b) 可樂火山
拿一罐500 ml 的未開封可樂(或類似的氣泡飲料)，並準備一顆糖塊，尺寸最好是小到能輕易丟入瓶中。將瓶蓋打開，立即丟入糖塊。建議你往後站些，欣賞可樂的泡沫爆炸秀吧！ Continue reading →

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？ Continue reading →

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？
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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） Continue reading →

判斷地層（Layer）順序原則
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

適合年紀：11-18歲學童
活動預估時間：15 分鐘
準備器材：透明臉盆或透明魚缸（作為沉積盆地）、兩種以上不一樣顏色的沙粒、勺子（移動沙粒之用）、水、木塊（截切層序之用）。
預期目標：
1. 知道各層序原理如何使用，並知道各原理在何時才適用。
2. 在判斷層序順序時，可以立即判斷此時需要用何種原則去分辨前後關係。
3. 知道哪些原則是永恆不變的法則，哪些是需要一些前提下才會成立的原則。 Continue reading →