固體地球的觀測

比寒武紀更久遠的歲月─元古 – 2:中元古代(16~10億年前)、新元古代(10~5.42億年前)

比寒武紀更久遠的歲月─元古 – 2:中元古代(16~10億年前)、新元古代(10~5.42億年前)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

元古宙 ( 25~5.42 億年前) 為前寒武紀中,最接近現代的時期。由於缺乏化石,因此主要是根據地質事件來進行劃分。元古宙的中期即中元古代 ( 16~10 億年前),中元古代又更進一步劃分出蓋層紀、延展紀、狹帶紀: 而元古宙晚期稱為新元古代 ( 10~5.42 億年前),並劃分為拉伸紀、成冰紀和埃迪卡拉紀。

蓋層紀 (Calymmian)  16~14 億年前 Calymma = cover

蓋層紀的特徵是此時有大規模的沉積物和火山沉積物覆蓋在地盾之上 (platform covers),或者以地盾為基底形成新的台地。另外,超級大陸哥倫比亞古陸 (Columbia) 在這個時期 ( 約 15 億年前) 開始分裂,算是存在相當久的超級大陸,哥倫比亞大陸分裂原因有可能是因為非造山的岩漿活動普遍,而分裂的各陸塊則在約 5 億年後形成羅迪尼亞古陸。

超級大陸羅迪尼亞(Rodinia)

比寒武紀更久遠的歲月─元古宙 – 1:古元古代(25~16億年前)

比寒武紀更久遠的歲月─元古宙 – 1:古元古代(25~16億年前)
桃園縣立同德國民中學地球科學科邱宇平老師/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

長期以來,寒武紀之前的地質時代被統稱為「前寒武紀」,隨著越來越多的證據被發現,前寒武紀又被細分成冥古宙 (46~38 億年前)、太古宙 (38~25 億年前)、元古宙 (25~5.42 億年前)。由於缺乏化石,這些時間的劃分都是和重大的地質事件有關。而元古宙目前被劃分成古元古代(25~16 億年前)、中元古代(16~10 億年前)、新元古代(10~5.42 億年前)。而「代」又更進一步劃分出「紀」。「紀」的命名和前寒武紀的大事紀有關,可以幫助我們了解前寒武紀地質事件的發生。

地球的運動-熔融的地心(Earth’s Moving, Melting Core)

地球的運動-熔融的地心(Earth’s Moving, Melting Core)
雲林縣立麥寮高級中學地球科學科陳婉如老師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

在地表下五千公里處有神奇的力量作用著,科學家們無法解釋內地核的活動方式。理論上,內地核應該從它的熔融環境吸引鐵結晶成固態金屬。但是,光是這個作用並無法解釋很多奇怪的現象,除非像一些科學家所推測的:地核也在熔化中。

磁化(Magnetization)與殘磁( Remanent Magnetization)

磁化(Magnetization)與殘磁( Remanent Magnetization)
國立臺灣師範大學地球科學系研究所周子宇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

國中地科有提到海底擴張學說的證據之一就是海盆地磁條帶的發現,因海盆磁力異常有正負對稱於中洋脊的現象,且越靠近中洋脊經放射定年的結果越年輕,因此科學家認為海洋應該是持續不斷在擴張。那到底這些物質是怎麼被磁感的?為什麼有些物質被磁感後,磁性可以保留下來,而有些物質却無法保留呢?

重力(Gravity)

重力(Gravity)
國立臺灣師範大學 地球科學系研究所周子宇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

在地球上任何有質量的物質,都會受到重力的影響,在國中的課程中,我們會以為重力就是萬有引力的影響,也就是物質與地球間相互吸引的力就是重力。而實際上,地球的重力場包含了三個部分,兩個是永久性的,一個是隨時間產生月變化的,

地磁(geomagnetic)

地磁(geomagnetic)
國立臺灣師範大學地球科學系研究所周子宇碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

早在幾千年前,中國人就懂得使用磁石來做辨別方向的工具,宋代沈括於夢溪筆談中,更是詳細的記錄了他對地磁的觀察。「方家以磁石磨針鋒,則能指南……,然常微偏東,不全南也。」,這應該是人類歷史上最早發現磁偏角的紀錄。

深部地殼(Earth’s Deep Crust)中的熱毯

深部地殼(Earth’s Deep Crust)中的熱毯
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

對地球的地殼內部岩石之相關研究指出,下部地殼是良好的絕熱體,受到這項發現影響的結果相當多,其中之一就是地殼會產生更多岩漿的可能性大增。

由法國學者Jean Braun在2009年3月的自然期刊刊登的文章中寫道:我們對於大陸地殼最深處(平均深度約30-40公里)的溫度暸解不多,因為在這樣的深度下,並無法直接從鑽井或礦坑中測量溫度。而溫度會影響到許多地質作用,包括讓下部地殼中的岩石熔化產生岩漿,以及使岩石產生形變。這些熱主要來自地殼下面的地函,而過程中溫度的高低變化,可藉由地殼的熱傳導來調節:較高的傳導率(conductivity)會使熱流動的較快,使得地殼底部的溫度較低;反之,較低的傳導率會使熱的傳導作用變差,使得地殼底部的溫度較高──由於下部地殼是良好的絕熱體,因此發揮了類似毛毯的功用。

因為要實際精確測量岩石對熱的傳導率有困難,所以早期的研究都假設岩石對熱的傳導率是固定值,不受溫度變化的影響。但現在Whittington和其同事根據新技術,如雷射閃光分析(laser-flash analysis),可將小型的岩石樣本(10mm×1mm)的一端置於熱熔爐中,維持在某個溫度接受雷射脈衝,然後測量熱傳導到另一端所需的時間,再仔細經過模型校正,以得出精確的熱傳導率。

安.莫荷洛維奇(A. Mohorovičić):莫氏不連續面發現者的故事(下)

安.莫荷洛維奇(A. Mohorovičić):莫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

1909年10月8日,在薩格勒布東南方向39公里處的Pokuplje(Kupa Valley)發生了地震,莫荷洛維奇利用之前安裝在氣象觀測站內的地震儀得到寶貴數據,經過分析之後,他獲得了新的發現。他發現可穿透地球內部的地震波有兩種,即縱波(P波)和橫波(S波),而震波在穿透不同介質時,會產生速度的改變,就像是光線射入玻璃時會發生折射和反射一樣。

莫霍洛維奇分析來自地震儀的資料後,發現有兩組P波及S波,他推論較晚到達地震儀的P波及S波,是直接由震源傳遞過來的;而另一較早到達的P波及S波,是進入更深的岩層,經過一個介面再折射到地震儀。他認為此一介面上的組成物質和介面下的應該不同,換言之,地球是分層的,而他算出分層的界線(或深度)約為54km(這是在克羅埃西亞,我們現在知道這個深度在世界各地有變化,在大陸地殼和海洋地殼底下也不同。),這就是第一個地震波速發生急遽改變的不連續面,爾後的科學界就以他的名字來紀念他,稱為莫氏不連續面(Mohorovičić Discontinuity,簡稱Moho面)。莫氏不連續面區隔了地殼和地函,在海洋地殼之下深度約5-9km,在大陸地殼之下深度約25-60km。

安德里亞莫荷洛維奇(Andrija Mohorovičić):莫氏不連續面發現者的故事(上)

安德里亞莫荷洛維奇(Andrija Mohorovičić):莫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


莫荷洛維奇和他所發現的莫氏不連續面(或簡稱莫荷【Moho】面),只要學過地球科學的人,應該都聽過這個名字。

莫荷洛維奇於1857年1月23日出生在Volosko,這是個位於伊斯特拉(Istrian)海岸,鄰近奧帕蒂亞(Opatija)的小村莊。他的父親-也叫做安,是一個製做船錨的鐵匠。年輕的莫荷洛維奇非常嚮往大海,之後也娶了一個船長的女兒Silvija Verni當妻子,並且生了四個小孩。至於他的國籍呢?他出生地是屬於奧匈帝國,長大之後變成南斯拉夫,現在則屬於克羅埃西亞。

莫荷洛維奇在自己家鄉唸完小學後,在隔壁城鎮里耶卡(Rijeka)唸中學,大學教育則是在布拉格,於著名的物理學家馬赫(Ernst Mach)門下研讀數學和物理。大學畢業後,莫荷洛維奇先到薩格勒布(Zagreb)中學教書(1879-1880),然後轉到奧西耶克(Osijek)中學,而在1882年後,有九年的時間都待在里耶卡附近的巴卡爾(Bakar)航海學校,莫荷洛維奇的科學生涯就是從巴卡爾開始。

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。

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