2007年10月2日 星期二

河流的各種作用及地形

河流的流路:

  大致可分為三段,及上游中游下游,這部份的長短各不相同,性質也不相同。




 上游

  上游的坡稱為坡降,坡度較陡,流速很急,坡的下降比例常超過每哩

50呎,亦即每公里下降9.3公尺。坡在上游被侵蝕的很快,兩岸都很陡,有時幾乎達垂直的角度,河流的搬運能力較強能搬運多量的砂礫,有時還能搬運相當大且重的岩石,並且不斷的磨蝕河床,同時也因為流速較快,容易把河道侵蝕成小溝或峽谷。


 中游

  中游部分河流以流至較低處,坡度也較平緩,大致每公里下降

0.41.9公尺(每哩下降210呎),流速減慢,漸漸的無法搬運重的東西,只好堆積在河道上,因此在中游部分的河床上常有礫石堆積的河床。河流的磨蝕力量也減少許多,兩岸較平緩,河谷漸寬廣。


 下游

  下游和中游部分情形相似,只是流速更慢,堆積的淤泥漸漸提高河床高度,坡降每公里下降不到

20公分(每哩下降一呎),河水常溢出河道造成洪患平原。

 



.河流的各種作用及地形

 一般而言無論大江或小河中的流水都有「侵蝕(

erosion)、搬運(transportation)、沈積(deposition)」這三種現象在進行。分述如下:

 流水侵蝕與地形:


    流水侵蝕之進行方式:

    .衝擊作用(impcut

      陡坡至漩渦狀亂流,流速強大,所生動能會產生衝擊力量,河床底部或兩旁軟鬆的岩石,或岩石上多裂縫的層理面、節理等,因衝擊作用而成碎塊,由流水江其挾帶前進至下游堆積。此作用多發生在河流上游。



    .磨蝕作用(corrasion

      流水挾帶砂礫或岩塊併進,並以其為工具磨蝕河床岩基,發生侵蝕作用,是最有效且最具威力的侵蝕方式。砂礫本身相互摩擦或與河床磨撞,結果使尖銳多角的顆粒漸變成圓礫,搬運距離越長,其圓度越增加。所以河流搬運的石礫多屬圓礫。



    .挖掘作用,(gurrying

      流水挾帶砂礫或石塊衝入河床岩層裂虩中,又立即急旋而出,互撞摩擦,裂隙日漸擴大,最後終於崩解的現象稱為挖掘作用。



    .溶解作用(solution

      河溶解可溶性礦物質,使河床被溶蝕及破壞,這種作用在石灰岩地區及其他可溶性岩石所成河道地區較為常見,多沿著岩石節理和其他裂面產生。



       流水侵蝕及河谷的發育:

        通常一條河谷地形的發育受下列三種侵蝕現象所影響:



      .加深作用(deeping

        一般河床的上游或新生的支流,坡度陡峻水流湍急,下切力強,使河床向下蝕低的現象,又叫下切作用(

      downcutting),使河谷地形多成V字形。

      .加寬作用(widening

        河川因河水流量增加會發生側蝕作用(

      lateral erosion)。流水側蝕可使兩岸後退變寬,故側蝕作用又叫「加寬作用」

      .加長作用(valley lengthning

        在發育的小河上游,或是新收的支流最顯著,往往因谷頭岩壁陡峻,岩層崩解,土石滑落,致使源頭向上伸展,長度向上游增加,故稱為「加長作用」。這種現象又叫向源侵蝕(

      headward erosion),簡稱「源蝕」。

        河川侵蝕地形

          日常最容易見到的侵蝕地形有下列幾種:



        .激流和瀑布(rapids or waterfalls

          河床縱剖面急傾,高低不平,或岩石抗蝕力強弱不同,堅岩凸出橫阻河道,或是斷崖陡落,上下落差很大,可成激流或瀑布,如我國晉陝間黃河,有龍門激流和壺口瀑布。美加之間的泥加拉瀑布,落差達

        60公尺,水力極富。

        .潭坑或壺穴(potholes

          在瀑布下方,流水挾沙石俱下,重擊谷底,產生窪穴,積水成潭,稱為「潭坑」,潭水常有渦流,礫石隨水旋轉,撞擊坑壁,在潭坑壁面產生凹槽,可使潭坑擴大。大瀑布的下方可形成積水甚深支圓形大坑,稱為「跳水池」。台灣北部基隆河谷上游的壺穴地形甚為發達。



        .曲流(meander

          河水是流體,當流動中偶受到阻力時,則有向外側遠離流去的現象。當河水衝向右岸時,岸壁受流水沖蝕,遂逐漸成為凹岸;反之相對的左岸因流速較慢,衝力減少,乃生沈積,遂成凸岸。凹凸兩岸合成的河彎,迴曲如蛇行的河川,是為「曲流」,又稱「蛇行河」。


        曲流發育過程中會形成下列各種地形:



        (1)

        刻蝕曲流(incised mannder)

          河川上游群山交錯谷迴峰轉,河水繞行成為曲流,因坡陡流急,流水下切刻蝕劇烈,使谷地深陷,兩側谷壁陡峭如V字形,則此河川稱為「刻蝕曲流」。


        (2)自由曲流(free mannder)

          河川一但進入平原,河床坡度減低,水流緩慢,向兩側搖擺

        ,兩側谷壁久經侵蝕的結果,河谷加寬(大於谷的加深),遂成谷底寬平,水流成S狀的「自由曲流」。

        (3)切割坡(undercut slope)

          曲流中受流水侵蝕後退的凹岸,河岸高陡,稱為「切割坡」,因岩石基部被侵蝕甚顯,故又稱「蝕基坡」。


        (4)滑走坡(slip-off slope)

          凹岸的對面盛行沈積,岸邊低平寬展流水輕柔,沿岸滑洩,稱「滑走坡」。


        (5)曲流頸 (meander neck)

          如曲流的半徑逐漸擴大,使曲流外徙,所成曲流與曲流之間地面亦逐漸縮小,這狹窄的分水嶺稱,「曲流頸」。


        (6)牛軛湖(oxbow lake

          由於曲流頸日窄,如一但被切穿,河水截彎取直,通過曲流捷徑

        (neck cutoff),行成新河道,則被放棄的曲流舊道積水成湖,稱為「牛軛湖」,又稱馬蹄湖(horseshoe-shaped lake),曲流遺跡稱曲流痕(mander scerrs)。

        四、河階(

        river terrace

          河流兩岸高出河面,上下連續如階狀般的台地,稱為「河階」。河階的形成有下列各項因素:



        1.)河水流量突然增加

        2.)泥沙含量的銳減

        3.)地盤隆起

        4.)侵蝕基準面降低

          上述各因素的影響是使流水向下切蝕力由弱轉強,侵蝕復活,使原有的河流兩岸沖積平原再受切割,一部份被蝕去產生V形谷,兩岸所遺部分平地成為高出河面的台地;類似情形如間歇發生多次,則形成階梯狀台地,稱河濱台地,即河階。依河階的性質分,可將河階分為



        1.)岩床河階(bedrock terrace

          流水切入岩床,河谷深陷使岩床上部露出水面所形成河谷台地(

        starth terrace)即岩床河階。岩石間雖不透水,但亦受風化,反不易持久。

        2.)沖積河階(alluvial terrace

          河流在沖積層上,或氾濫平原上重新下切後,河流兩岸餘蝕之沖積會高出河面成階狀,故名。沖積河階之下,如有堅硬岩層出現,可阻流水向前侵蝕,故稱保護河階(

        protected terrace)。

        五、河川襲奪



          相臨兩河因差別侵蝕,低水位的河川把高水位的河川上游

        ,佔為己有的搶水現象叫做「河川襲奪」。

        (一)、河川襲奪的原因



        1

        )岩層抗蝕力的強弱不同

          在雨量大致相同的氣候狀況下,如河流所經岩層較為鬆軟,抗蝕力弱則河谷低陷,久經源蝕與側蝕的結果,分水嶺被切穿,侵入高水位的乙河,於是乙河上游成為甲河的支流或新的上源,因此甲河叫做襲奪河川。乙河的上游叫做被掠奪河乙河下游被襲奪成為截頭河。



        2

        )由於坡度和雨量的不同

          在分水嶺兩側,坡度不同,氣候也異,且相背而流的兩河,如甲河坡度較大,雨量較多,其侵蝕較強烈,向源侵蝕必較速,如乙河坡度較小,流量很少,侵蝕力較弱,河道向上源侵蝕較緩。因此兩河分水嶺必先為甲河所穿越,侵入乙河,使乙河上游流水注入甲河。乙河上游成為甲河的支流。如我國東北嫩江原為遼河的上游,由於松花江的侵蝕力強速遂奪嫩江為支流東洩,嫩江遂成為改向河遼河成為截頭河。



        (二)、河川襲奪地形


        1)襲奪彎



          被襲奪河川在轉折改向下注入襲奪河所成的彎曲處,即所謂的襲奪彎,如雲南石鼓附近金沙江之東折處屬之。



        2)河階及峽谷



          襲奪河川因流量突增,侵蝕力增強,重新下切,沿河谷產生河階或峽谷。



         流水的搬運作用

          河中流水沿河床斜坡流動,其流速和流量會產生動能,可將流水侵蝕而來的泥土、砂石搬運而下,這種河流把侵蝕物質攜帶到它地的作用稱為搬運作用。這些物質稱為河流負荷,搬運時因搬運物質重量與搬運力大小,有下列三種方式



        I

        懸浮作用

          細泥較輕可懸浮水中,隨波逐流往下搬運,這些物質稱為「懸浮負荷」。



        II

        跳躍作用

          較大的沙石和礫石因重量大,受流水的激揚作短距離跳躍前進的現象。



        III

        滾轉或平移作用

          砂石或礫石受流水力量推動,沿河床滾動或平移的現象。這種搬運物質稱為『河床負荷』。而部份物質溶解水中隨流水而下,稱為「溶解負荷」。



         



        C.河川沖積地形

         河川的沖積作用

          如果河川上游和支流所挾帶泥沙過多或搬運力一旦減弱則容易發生沉積現象,此時河川流水沿河床斜坡流動,可將流水侵蝕而來的泥土砂礫搬運向下游,這其中的河流作用討論如下:



        一.影響泥沙含量增加,導至搬運力減弱的原因:



        1

        )河水流經軟岩地區

          會使河中泥沙含量增加,如我國黃河流域流經黃土高原中游含沙量大增,導致下游盛行沈積,造成黃淮平原。



        2

        )氣候突變

          山洪爆發,帶下大量泥沙,如台灣夏秋多颱風,每次暴風雨之後,使河中含沙量大增,為搬運力所不及,遂發生沈澱。



        3

        )人為因素

          人類河川上游伐木,濫墾等,水土保持不足,雨水侵蝕,表土流失,導致下游含沙量增加。



         


        二.影響河川流速緩慢,搬運力隨之變弱的原因



        1

        )河床坡度減低

          一般河川上游坡度較大,一但進入平原,坡度劇減,流速由急變慢,搬運力亦隨之變弱。所挾泥沙遂在山口處盛行沈積,造成山麓沖積扇,如我國天山兩麓的綠洲。



        2

        )河川幅度變寬

          河流流經峽谷,流速甚大,一但出了峽谷,進入平原,流幅變寬,流速減慢,遂生沈積。如長江經三峽,在宜昌以東發生沈積,造成江漢平原。



        3

        )河水流量減少

          河水的搬運與流量成正比。故河水流量減少時,其搬運力自然降低,過剩泥沙會發生沈積,因此大河分支後,沈積甚盛,如我國岷江在灌縣以下因有部分都江堰灌溉工程,將岷江分為內,外兩江,流量減少,搬運力分散,遂生沈澱。



        4

        )河水流路受阻

          山崩或塌方,大量沙石阻塞河道使流速減慢,形成沈積現象。


         



         河川沖積地形

          因河水沖積而成的地形移動

        ,重要的有:

         一.沈積錐(

        a l l u v i a l c o n e

          山中小河自高處下洩,所挾沙石在山路陡坡前緣堆積成坡度大而範圍小的錐狀地形屬之。



         二.沖積扇(

        a l l u v i a l fan

          山中河川坡陡流急,一但離開山谷流入平地,坡度陡降,流速銳減,大量泥沙在山口前面低闊處沖積,並做扇狀展開,形成扇狀平原,叫做

        “沖積扇”,如四川的成都平原。

         三.氾濫平原(

        Flood plain

          大河兩岸在洪水期常有氾濫,在氾濫時,洪水把挾持的泥沙隨河水沈積於氾濫所及的地面,形成低平的沖稜層(

        a l l u v i m),是為“氾濫平原“。河川在氾濫平原上流動,因洪水氾濫使泥沙在河道兩側產生天然的堤防,叫做天然堤(n a t u r a l l e v e e s)

          



        D.河流地形的循環作用

          美國地形學家戴維斯氏首先創立河流循環的概念,當河流開始切割原始地面(從未遭到侵蝕和破壞的地面)時

        ,也就是河流循環的開始。一個循環從頭到尾的過程就形成了河流的歷史。且過程中的每一階段都有不同的地形特徵。戴氏將之劃分為三個階段,及幼年期,壯年期,和老年期。

         a幼年期:



          當原始地面開始破壞,幼年期的活動便開始孕育。這一階段的地形特徵為河谷的橫切面呈

        V字形,沿河兩岸沒有氾濫平原的發育,兩條河流之間的分水嶺也寬廣平坦,而且河流常常發生襲奪現象。在河道的硬岩區,有瀑布或急流發生。這種現象在早幼年期尤為常見,至壯年期前,即將消滅。幼年期這個階段是使原來平坦的地面增加起伏或擴大起伏的時期,在幼年期快要結束時,地形特徵為山高谷深,地面極為崎嶇。

         b壯年期



          壯年期階段,地形上仍是山高谷深的景象,河流開始進行加寬作用,河流間的分水嶺由於河階地的增加減至最小,乃是尖銳的山脊。河流兩側也開始有相當範圍的沖積平原出現,河流的曲流自由在氾濫平原蜿蜒流動。河床的寬度僅較曲流帶的寬度略寬,此時,河流也完全適應岩層的性質與構造,河流的分布,常在岩層抵抗力較弱的地區內。本期地形為整個循環中可能達到最具起伏性者,山邊和谷邊的坡度,常為地勢起伏的準則,而非由河谷底至高地上方的距離表示。另外,幼年其中原有的湖沼或瀑布等,至本期已消滅。



         c 老年期



          經過幼年期與壯年期的侵蝕之後,隆起的原始面已經被侵蝕到接近海平面了,又因河水流到海裡便不在具有重力動能來侵蝕地面(因定海平面為侵蝕基準面)。在此一階段的河谷極為寬廣,縱橫兩方面的坡度均甚平緩。整個地面覆蓋著厚層的岩屑,這些岩屑已經風化成為顆粒極細的黏土或沙土。氾濫平原大為發展,河流在寬廣而曲折的河道中緩緩流動。河谷寬度數倍於曲流帶。河間分水嶺不如壯年期那樣尖銳。湖泊,沼澤和溼地

        (Marshes)出現在氾濫平原上,並非如幼年期存在於河間地區。由於岩層性質的差異,使河道發生改變的作用,在壯年其中甚顯,至本期已不明顯。到了老年期的最後階段時,地面已略似平原,稍準平原,此時地面已十分接近侵蝕基準面。

         d 回春作用



          從幼年期到老年期的一個循環,常因為外力的影響而改變,如海平面急遽上升或急遽下降,使侵蝕基準面突然改變,那麼河流侵蝕與沈積的效果,也跟著急遽改變,往往在壯年期或老年期的地形上,出現幼年期地形的特徵。這種現象的發生稱為回春作用,常常形成谷中谷,河接或掘鑿曲流等地形。








        台灣附近有四
        個地體構造單元:台灣本島(西及西北)
        、南中國海板塊(西南)、菲律賓海板塊
        (東及東南),及琉球弧溝系統(東北)
        。分述如下:

        1. 台灣本島:
        台灣本島由東至西有六個不同的地質單位
        :(1)海岸山脈:由安山岩質火山岩、火山
        碎屑岩外圍後來侵蝕下來之碎屑岩構成,
        (2)中央山脈東翼:先第三紀變質雜岩所構
        成之古老核心,(3)脊樑山脈及雪山山脈:
        亞變質板岩帶,(4)西部麓山帶:第三紀沈
        積岩受激烈褶皺與逆衝斷層錯動,呈覆瓦
        狀構造,(5)西部海岸沈積平原,(6)澎湖群
        島:由洪流式玄武岩構成。各地質單位間
        ,都有「界線斷層」分隔,例如西部麓山
        帶與沈積平原間,有金山-新莊-三義-
        車籠埔-觸口斷層,中央山脈與西部麓山
        帶間,有屈尺-荖濃溪-潮州斷層。中央
        山脈與海岸山脈間有縱谷斷層,這些大的


        圖七:台灣地質構造單位及地體構造單元。


        「界線斷層」大都是活動斷層,隨時都有可能活動,引發地震。
        在圖七之地質圖中,也可以看到以澎湖為中心,環繞彰化、雲林一帶有一圓弧狀
        構造,稱為北港高區,此為一種基盤高區,代表地函物質比較接近地表,其內地
        震很少,此高區阻擋北方沈積物南移,因此台灣西部之北半部與南半部地質構造
        很不相同,各成一套,南部形成一較深海之環境,後來產生許多泥岩。另外在苗
        栗、新竹一帶屬於丘陵台地,整個向西北突出,(造成鐵公路之山線),一般認
        為係板塊作用力量,沿雪山山脈之彎曲,順勢向西北推出。




        2. 南中國海板塊:

        台灣板塊構造中最不為人知,疑問也最多的,是位於高屏、恆春半島西南之南中
        國海板塊。此為挾於中國大陸與呂宋島間之海洋性板塊,此板塊沿馬尼拉溝(圖一)
        向東隱沒,位於巴士海峽上的巴布耶、巴丹、甚至於蘭嶼、綠島,都可視為此隱
        沒作用噴發之島弧。目前理論認為南中國海板塊變形前緣,沿壽山、半屏山、小
        崗山、大崗山一線進入本島,這些小山丘都由珊瑚礁構成,代表過去陸棚邊緣之
        環境。南中國海板塊之作用力可傳達到北緯23.5度附近,嘉南平原附近一些東西
        向線型地震分佈,被認為與此板塊之向東運動有關。南中國海板塊在屏東平原東
        側與菲律賓海板塊之影響範圍相遇,此即為潮州斷層。有人認為菲律賓海板塊衝
        撞力量較大,挾帶著恆春半島、脊樑山脈南段,衝到南中國海板塊之上,迫使南
        中國海板塊在過了屏東平原後向東隱沒,南中國海板塊在台灣島西南側向東運動
        ,可解釋台灣島向西凸出之現象,而此板塊系統在高雄、屏東伸入本島,造成了
        屏東平原,也可解釋高屏地區缺乏地震之原因(不在板塊邊緣)。





        3. 菲律賓海板塊:

        菲律賓海板塊向北隱沒,是開啟台灣附近板塊運動之原動力,也是世界島弧系統
        與大陸碰撞(稱為弧陸碰撞)之典範。日本、琉球、台灣、菲律賓等一系列太平
        洋西北邊之「花綵列島」,都是菲律賓海板塊隱沒之消失性板塊邊緣。由於整個
        菲律賓海板塊繞著庫頁島附近一個點在旋轉,故在台灣附近菲律賓海板塊係以近
        乎「西北」的方向撞上中國大陸斜坡,此一切入之巨大力量,將中央山脈整個推
        起,但係因斜撞,也將中央山脈之走向在花蓮以北,扭而轉向東北(即蘇花公路
        的範圍),板塊至此無處可去,遂在花蓮附近以45°度俯角向北向下隱沒,自到
        宜蘭外海已達300公里深。此一「頭對頭」的碰撞使宜蘭至花蓮間成為台灣絕大
        部份地震誕生地。中央山脈在花蓮北方右轉,形成一阻力橫恆於前,遂抬起花蓮
        北方之米崙台地。

        由於菲律賓海板塊是向西北或向北運動,因此北邊先接觸,再逐漸向南方伸延,
        此由一系列之安山岩噴出或安山岩島嶼,包括奇美火成岩體、綠島、蘭嶼、巴丹
        、巴布耶,由北向南遂漸年輕,可以推斷。這些島嶼幾乎排在南北一線上。海岸
        山脈撞上來時,其作用力在北邊花蓮附近以南北方向為主,但到南邊台東附近,
        則有較多東西方向成份,此仍因是斜撞的緣故。因此在台東附近,比較像是整個
        海岸山由東向西靠攏上來。此「關」的動作,在海岸山脈西南緣,造成許多「利
        吉混同層」。利吉混同層本來是在海岸山脈海邊斜坡上,因「海崩」而滾下來的
        混同物(有許多泥岩),但板塊運動的巨大力量,將之連同海洋板塊的基性岩石
        ,好像堆土機一般推到陸地上來,現在台東市附近之獅頭山、虎頭山、猴山等都
        是原屬於海洋板塊的基性岩石(稱為輝長岩),後來才被推到陸地上來,也就是
        現在台灣東部可以看到活生生的海洋板塊。另外,台東附近之板塊「關」的力量
        ,也將原屬於中央山脈山腳海底下的一堆礫石,緊緊壓縮後抬起來,這就是台東
        市西北方之卑南山(為膠結極佳之卑南山礫岩構成)。米崙礫石台地與卑南礫石
        台地,一北一南各述說不一樣的板塊運動故事,此實為台灣附近板塊運動極為動

        人的一章。





        4. 琉球弧溝系統

        琉球弧溝系統位在台灣東方,當其西延接近台灣時,也開始被推移向北,而連結
        到花蓮附近。琉球系統有標準的板塊隱沒構造,也就是說,前緣有海溝,緊接為
        安山岩噴發造成之島弧,島弧後方尚有一弧後擴張,此即沖繩海槽,此海槽為張
        裂作用造成,有許多海底火山,台灣東北方之宜蘭平原咸認為係沖繩海槽進入台
        灣的部份,且在其進入前尚不忘噴發一小島,即龜山島。

        其實,在菲律賓海板塊剛撞上台灣島時,琉球系統位在比現在更為北邊的位置。
        板塊撞擊力量,將琉球系統向外向南推移,造成琉球系統由北向南偏移,並由內
        往外移出。約三、四百萬年前,沖繩海槽可能在現今台北市北方登陸,造成觀音
        火山及大屯火山,後來繼續南移,並再次爆發,造成基隆火山(有金瓜石金礦),
        一直到今天被推到宜蘭外海上。瞭解沖繩海槽對台灣北部之作用,可解開許多構
        造之謎,例如台北盆地之成因,此即為「新期構造運動」,是目前研究台灣板塊
        運動的極重要的課題之一。

        本節及上節建立起,台灣板塊運動的架構,包括西北、西南、東南、東北四個方
        向。各方力量相互作用,將台灣團團圍住。下二節回到地震的問題,看看在板塊
        運動作用力下,台灣地震如何發生。先談台灣過去一百年來的地震觀測歷史。






        四、 台灣的地震觀測




        台灣地震很多,地震觀測歷史也開始得很早。台灣地區地震觀測從二十世紀初開
        始迄今,一百年時間內可分為四個時期。第一個時期為1897年至1944年之日據時
        代,主要延伸日本系統,將地震觀測業務置於氣象廳,並於全省各測候所內設置
        地震觀測站,今日之台北、台南、台中、高雄、台東、花蓮、恆春、澎湖、阿里
        山、宜蘭、新竹、成功、大武等氣象站均是,共十六個,這些氣象站目前仍設有
        地震測站。日據時代使用之地震儀都為機械式,包括大森式地震儀及威赫式地震
        儀,這些儀器放大倍率很小,只有幾十倍,至多一百倍,並以煙紙記錄,這些寶
        貴的記錄目前已製成微縮影片保存。此時期發生的最大地震為1935年新竹-台中
        烈震,災區在后里、神岡、清水及苗栗縣的獅潭至三灣一帶,共3276人死亡,是
        為台灣地區有史以來最為嚴重的一次地震災害。該地震過後,有些測站的儀器更
        新為電磁式,並增設了新竹、宜蘭兩個觀測站。

        1945年台灣光復後至1972年為第二個時期,此時期為台灣地震觀測低潮期,在設
        備上不但沒有增加,反而由於日據時代所遺留下來的儀器逐漸損壞,地震觀測近
        乎停擺。此時期仍時有災害性地震發生,例如1964年白河地震,造成嘉義、白河
        、關子嶺地區106人死亡。此段時期所幸有世界地震觀測網(WWSSN)前來陽明山
        鞍部設立ANP測站,聊備一格。此世界地震觀測網除了觀測地震外,亦有監測核
        之功能,屬於冷戰時期之產物。

        白河地震發生後,政府鑑於台灣深受地震威脅,遂於1971年在國科會下成立地震
        專案小組(後來改隸屬於中央研究院,成立地球科學研究所。),設立台灣遙記
        式地震觀測網(Taiwan Telemetered Seismic Network, TTSN),開啟台灣地
        震現代化觀測的新里程。該網共有二十五個站,測站編號以TW開頭,例如TWU為
        烏來。TTSN使用之儀器為美國Mark出產之L4C感應器或Kinematric之SS-1感應器。
        最初只有垂直分量,後來逐漸增加兩個水平分量。感應器所偵得的信號經放大後,
        利用電話線或無線電波傳回台北記錄中心。TTSN由於儀器感應靈敏,且為中央收
        錄,時間一致,可偵測許多小地震,平均每年可收錄四千個以上。由這些地震分
        佈的位置,台灣附近板塊運動的形貌才逐漸明朗。1971年至1990年為TTSN時期,
        奠定台灣近代地震觀測之基礎。

        氣象局地震儀器於1981年開始更新,採用美國Teledyne公司的S-13三向量感應
        器,共十七個站,最初為數字磁式帶記錄,後來才改為電話傳輸至台北本局地震
        中心。1986年花蓮外海連續兩個地震,造成台北市災情,如中和華陽市場倒塌,
        加上此時期世界各地接連幾次大地震,政府遂決心建立新一代的台灣地震監測網
        ,除了改組氣象局地震觀測單位為中心,增加人力,並大幅增設地震觀測站,新
        增的站都經挑選設於較安靜的場址,至於原來設於都會區氣象站內的測站,則將
        感應器埋入一百或兩百深的井底,提高偵測能力。氣象局地震觀測網後來增加到
        49個站,其中有8個站設於嘉義附近,用於偵測最為危險的嘉南地震。到1990年,
        氣象局地震中心的組織及業務已漸趨完備,為統一全國地震觀測及發佈,中研院
        地球科學所所屬的TTSN25個站,遂移交氣象局,合併成立74個測站之氣象局地震
        觀測網(Central Weather Bureau Seismic Network, CWBSN)。圖八中之方形即
        為現今CWBSN測站之位置,每一測站皆裝有三分量之S-13地震儀,資料並以數據專
        線傳回台北中心站,經VAX電腦自動化處理,將地震定位所花時間縮短至三分鐘內
        ,對全島地震可迅速掌握。










        新一代CWBSN擴建完成後,台灣地震觀測開
        始步入現代化觀測的時期,平均每年觀測到
        的地震在一萬個以上,將本島在板塊作用下
        所引發的地震行為,鉅細靡遺的刻畫出來。
        這套地震資料,定位誤差最多0.2公里,而且
        大小地震都能收錄,在震災預防及學術研究
        上逐漸發揮功能。1990年以後,除了CWBSN
        即時遙記式地震觀測全面作業,嚴密監測全島
        之地震外,為了收集都會區的強地動資料,瞭
        解地震在全省不同人口密集地區或不同結構物
        內之振動特性,以有效進行地震防災準備,氣
        象局地震中心亦積極推動台灣強地動觀測計劃
        (Taiwan Strong Motion Instrumentation Program,
        TSMIP),該計劃有兩部份,一為設立了六百
        部自由場強震儀(圖八中之三角形即為TSMIP
        自由場強震站),另一為選擇十二棟代表性建
        築物(共四百部強震儀),在其內密佈儀器,
        收集結構物之振動資料。TSMIP已於1996年全
        部安裝完成,收集的資料對全國地震防災將發
        揮極大的功用。該極具雄心的地震觀測計劃,
        亦建立了台灣地震研究,在全世界令人矚目之
        地位。
        圖八:氣象局地震觀測網,包括遙測式即
        時觀測網(CWBSN,方形)及強震網(TSMIP,
        三角形)。
         





        五、 台灣的地震活動




        從上述幾節中有關板塊運動之說明,我們已大致瞭解台灣地區地震活動之背景原
        因,本節來詳細看看過去一百年來,有儀器記載的台灣地震活動情形。












        圖九顯示過去一百年來,台灣能觀測到的
        所有地震(共154124個),在1973年中研
        院TTSN設立以前,祇有大的地震記載下來
        ,之後則增加許多小地震(1973年以後有
        151068個)。細觀此圖,可明顯看出台灣
        地震絕大部份發生在花蓮-宜蘭外海,此
        為菲律賓海板塊向北碰撞隱沒的具體表現
        。其他則有三處較為明顯,包括台東外海
        之南北向線型地震帶,嘉南平原及其東部
        之團狀地震帶,及台灣西北部之兩條西北
        -東南向線型地震帶(一條從通宵至埔里
        ,另條從桃園觀音至竹東)。
        圖十以四張分圖分別表示規模愈來愈大的
        地震之分佈,可看出規模4以上的地震
        (圖十(b)),島上都發生在嘉南地區以東
        ,其餘則在東部外海,尤其集中在三個點
        :花蓮、南澳、及(經度122.5,緯度24)
        這點,此三點稱為「花蓮外海大三角」許
        多規模很大的地震都發生在此範圍內,另
        外有一條在宜蘭外海之東西向線型。至於
        規模6以上(圖十(c))及7以上(圖十
        (d))的大地震,大部份都落在東部海
        上,若其落於島內,則都引起重大災情,
        圖九:一百年來台灣所觀測到的所有地震。如1935年新竹-台中大地震(震央在苗栗





















        圖十:1973-1996年現代化地震觀測網所觀測到的地震卓蘭附近),1903年
        梅山地震,1951年玉
        里地震,1909年台北
        地震(此地震所幸較
        深約80公里,災情不
        嚴重)等。表一列出
        有歷史記載以來,台
        灣發生的十個災害最
        大的地震,可看出約
        十年就發生一次,而
        且大半在嘉南平原,
        台灣附近發生最大的
        地震規模8.2,1920年
        發生在花蓮外海,所
        幸未引起災情。
        從圖九及圖十除了可
        看到許多地震發生的
        位置,也可看出一些
        (a)規模大於3.0以上(b)規模大於4.0以上地區很少發生地震,
        稱為「地震空白區」
        ,包括中央山脈-雪
        山山脈變質岩帶,桃
        園一帶之觀音高區、
        彰化-雲林一帶之北
        港高區,及高屏地區
        ,這些地震空白區顯
        然與台灣之地體構造
        關係密切,都代表較
        為穩定的一塊地區,
        而地震則發生在這些
        較為穩定區域的交界
        處。
        (c)規模大於6.0以上(d)規模大於7.0以上,共35個。最
        大的為8.2,1920年發生在花蓮外海


        表一 台灣歷史十大災害地震






























































































        時間 地點 規模 深度 死傷 屋損 備註
        1904.11.6 嘉義附近6.3 303 3840  
        1906.3.17 嘉義梅山、
        民雄
        7.1 3643 20987 梅山地震,引
        起梅山斷層
        1909.4.15 台北附近7.3 80 60 1172 台北斷層
        1916.8.28 濁水溪上游6.4 175 5499  
        1935.4.21 苗栗卓蘭附
        7.1 10 15329 54688 新竹-台中地
        震引起獅潭及
        屯子腳斷層
        1941.12.17 嘉義草嶺7.1 10 1091 15606 草嶺山崩
        1946.12.5 台南新化6.3 0 556 4038 新化地震,引
        起新化斷層
        1951.10.22 花蓮7.3 0 932 2382  
        1951.11.25 玉里7.3 5 343 1598 玉里地震
        1964.1.18 台南白河6.5 20 756 36320 白河地震

        單從地震在地表之分佈,不太容易看出板塊的作用。以下圖十一至圖十五,以立
        體投影的方式來表現地震在三度空間上的分佈,細觀這些圖,可體會出台灣一北
        一南之板塊隱沒作用。圖十一為1973年至1996年所有地震,而圖十二為規模4以上











        圖十一:1973-1996年所有地震,及南、北台灣地震,在東西
        剖面及南北剖面上之投影。
        圖十二:1973-1996年規模大於4.0以上地震,及其在東西剖面及
        南北剖面上之投影。


        的地震,在南北垂直剖面上,及東西垂直剖面之投影。在北台灣,菲律賓海板塊
        在花蓮附近以45度俯角開始向北隱沒,到150公里深角度增加為60度,再一直隱沒
        到300公里深,此隱沒板塊在位置上,被抵擋止於東經121.5度,再往西即進入大
        陸板塊的範圍。另外,也可看出宜蘭外海之東西向線型地震帶,實為許多淺震
        (深度少於30公里),與板塊下插無關,應是沖繩海槽張裂作用所引起。

        至於南台灣的部份,可以看到南中國海板塊向東隱沒之痕跡,大約開始於潮州斷
        層附近,過經度120度(台東附近)後以45度俯角向下隱沒,綠島及蘭嶼之南北向
        線型,則都為淺震,代表島弧系統火成活動之一部份。












        圖十三:以透視投影來觀看台灣地
        震分布,視者站在台灣東南方,分
        別以不同俯仰角觀看


        (a)俯角20度,(b)俯角10度,(c)平視,(d)仰角10度,(e)仰角20度。



        圖十三將地震位置直接點在立體圖上,並站在台灣島東南方,以不同的高低仰角
        或俯角來觀看。從(a)圖20度俯角,(b)圖10度俯角,(c)圖0度平視,(d)圖10度
        仰角,到(e)圖20度仰角,從這些不同視角,可明顯看到板塊在台灣東北方隱沒之
        情形,其規模範圍與台灣島大小相當。 圖十四為透視投影,係遠遠站在中國大陸










        圖十四:站在中國大陸地下,觀看
        台灣地震在地下之分布情形,包括
        (a)從西北方向,(b)從正西方向,
        (c)從西南方向。


        地底下,向東觀望台灣地震,包括(a)從西北方向,(b)從正西方向及(c)從東南
        方向來看。(a)圖隱沒現象最為集中,代表板塊有點偏向東南,再向北隱沒。
        圖十五則祗劃出南台灣地震,並站在台北地底下來觀看南中國海板塊之隱沒,其
        規模比菲律賓海板塊隱沒作用小很多,深度最多到達200公里。更有趣的,在台南
        、高雄外海有一些深震(50~100公里),可能是南中國海板塊北進,影響到嘉義、
        台南一帶所造成。







        圖十五:站在
        台北下方,觀
        看南台灣地震
        在地下之分布
        情形。



        以上對台灣地震在三度空間上的描述,可瞭解花蓮、宜蘭外海地震(菲律賓海板
        塊向北隱沒,及沖繩海槽擴張),及台東外海地震(南中國海板塊向東隱沒,及
        島弧活動),這些都是板塊碰撞下直接的產物,不足為奇。但我們擔心的,是嘉
        南平原及苗栗、台中地區之地震。嘉南平原人口密集,歷史上久為地震所苦(表一)。
        從圖十(c)可看到近百年來,嘉南地區至少發生9次規模6.0以上的地震,平均
        每十年就來一次。嘉南地震挾於北港基盤高區、南中國海板塊及源源而來的菲律
        賓海板塊推擠力量之間,有很好的孕育大地震之環境。雖然嘉南地震大都為淺震
        (少於20公里),但上面已提及,此地區其實也有一些深震,代表板塊作用力係
        醞釀在一個較大的範圍內,容易締造大地震。在地質地形上,我們也看到白河、
        新化一帶向外凸出,其實台南市還處於被抬升之台南台地,這些都表示板塊作用
        力到達此區域,而且受到北港基盤高區阻擋,遂變形產生地震。嘉南地區人煙密
        集,每有地震常引起災情,值得大家關心。

        至於苗栗-台中一帶之線型地震帶,則仍存在許多未知原因,此地區雖然在1935
        年曾爆發過一次規模7.1的新竹-台中大地震(震央在卓蘭附近),不過,近年來
        大地震卻很少,祗有一些小地震,深度也很淺,這些小地震構成兩條線型地震帶,
        一條從通宵到埔里,稱為通宵-埔里線型,另一條從桃園觀音到竹東東南方,稱
        為桃竹線型。由於南側有北港高區阻擋,此二西北-東南向之線型地震帶,最近
        有人認為係苗栗-新竹丘陵地塊向西北突出所致,此突出現象最具體的表現為三
        義附近,呈現大轉折之三義斷層。此地震帶如何蘊釀大地震之過程尚不清楚,不
        過,來自東南之板塊推擠的力量,有絕對的關係。







        六、 結語




        台灣位處環太平洋地震帶上,由於板塊碰撞及隱沒,地震發生極為激烈頻繁。
        雖然大部份地震都發生在花蓮、宜蘭外海,及台東外海,但挾於北港高區,南
        中國海板塊及菲律賓海板塊間的嘉南地區,卻是隱藏最大地震危險的區域,以往
        台灣每年約有一次災害性地震,每十年會有一次造成嚴重災害,但最近三十多年
        來並沒有發生較具破壞性的地震。我們己經瞭解台灣地震導因於地殼的演化,因
        此大地震重複發生不可避免,大家都應提高警覺,做好準備,等待下一次大地震
        的來臨。當我們對自然界認識愈多,愈知道如何去適應,去關懷,去「順天憫人」
        ,這是生活在此年輕活潑的島上人們需要的認知,也是人類與自然「永續共存」
        必要的認識。

         

        台灣的化石



        Fossils in Taiwan






















        底棲性有孔蟲類(一)



        底棲性有孔蟲類(二)



        浮游性有孔蟲類(一)



        浮游性有孔蟲類(二)



        浮游性有孔蟲類(三)



        球石藻類



        海扇蛤類



        海扇蛤類



        老虎類(頭蓋骨)



        中國劍齒象



        台灣長吻鱷魚(下顎骨)



        台灣鯨魚(左耳石)




        (本園地資料由中央地質調查所顧問黃敦友教授提供,特此感謝!)


        宇宙中的太陽 [IMAGE]


        科學家認為,我們的太陽和九大行星,幾乎在同一時期從星際雲中誕生。星際雲由飄浮在銀河系的氣體和微塵組成,氣體有92%是氫,

        7.8%是氦,微塵的主要成分是矽酸鹽。星際雲的密度並不均勻,有扭曲存在。


        整個宇宙是由許多發光的星雲及一些暗物質所組成的,根據最新哈佛太空望遠鏡觀測估計的結果,宇宙中大概有五千億個星雲,這裡所謂的「發光中的星雲」就是俗稱的銀河。而太陽系所在的銀河,又稱作本銀河。本銀河與宇宙中的大多數銀河一樣,為一碟形的旋渦狀星雲。旋渦臂是一種密度波或更嚴格說是一種激震波(註:這種密度波的概念首先由瑞典科學家

        Bertil Lindblad 提出,而後經林家翹博士等人進一步予以定量的估算證明之。)銀河中的氣體經過旋渦臂時被壓縮,密度增大,故呈暗帶(遮住了背景的星光)。此為密度波的上游部分。然而密度的增大也同時增

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