九二一地震暨今24年,你我腳下持續進行的板塊擠壓運動

圖/Unsplash
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文/林書帆、諶淑婷、陳泳翰、邱彥瑜、莊瑞琳、王梵、雷翔宇

兩大聚合處,利吉混同層破碎、不穩定,是整個臺灣島的縮影。它身上不只隱藏著臺灣身世的解答,其上居民的生活方式,也可能是我們要如何生存在這個脆弱島嶼的線索。

隱藏在後山的臺灣身世

我們看到的日出是從海平線跳出來的,山前的人看到的日出,事實上已經是日上山頭了;每天日頭把精氣光華先給了我們後山人,然後才懶懶的翻過山頭去照顧山前的人。

前面這段引文,出自作家吳豐秋一九九六年出版的長篇小說《後山日先照》。「後山」之名源於西元一六八四年,臺灣正式被納入清廷版圖,在帝國視角之下,中央山脈以東的土地被稱為「後山」。後山的範圍一度包括宜蘭、恆春等相對於西部較晚開發的地域,其後行政疆界幾經變遷,現今提起後山,一般是指花蓮、臺東兩地。後山一詞,自始便夾帶有邊陲、野蠻、未開化的價值判斷,然而隨著時間流逝,「後山人」也逐漸凝聚出一種「後山意識」,即從地理位置的優越性出發,逆轉原本「落後於前山」的價值階序。「後山日先照」便是此一意識的體現。

從地理位置來看,後山人值得驕傲的地方,不只是日出比西部早了幾分鐘而已。花東地區還隱藏著許多臺灣之所以成為今日樣貌的線索,而這一切都要從「板塊構造理論」說起。

「大陸漂移」理論

一九一四年,韋格納(Alfred Lothar Wegener, 1880-1930)曾在德國地質學會上發表的「大陸漂移」理論,並在一九一五年出版《大陸與大洋的起源》一書。

「大陸會移動」這個想法,早在十六世紀末就有人陸陸續續提出,韋格納卻是首次整合諸多氣候、地理、古生物學上的證據來支持這個說法的人。韋格納認為,今日所見的五大洲是在約二億二千五百萬年前,由他稱為「盤古大陸」(Pangaea,又譯為泛蓋亞)的陸塊分裂而來。最主要的證據之一,就是他發現把目前這幾塊大陸接合之後,能夠解釋為什麼同種生物會分布在相距遙遠的南美洲和非洲海岸。南極發現的煤礦、南非發現的冰河沉積物,也證明這些大陸所處的緯度曾經與現在天差地遠。

然而韋格納的學說有一個致命傷,就是無法為「什麼力量在驅動大陸漂移」提出一個合理的解釋,因此他的學說受到嚴厲抨擊,被斥為異想天開。

在批評聲浪中,韋格納依舊堅持為大陸漂移說尋找更多證據。一九二九年,他分析了德國研究船「流星號」收集的大西洋海底探測資料,發現靠近大西洋中洋脊的海床地質年代較年輕,這個證據讓後來的研究者推測出,有源源不絕的新地殼從中洋脊生成,較老的地殼在熱膨脹作用下不斷被推離中洋脊。這個發現是從大陸漂移過渡到板塊構造學說的關鍵,如果韋格納沒有在一九三○年死於在格陵蘭設立氣象站的途中,他很有可能成為板塊構造說最早的推動者。

中油聖本篤加油站因為颱風遭到重創,大量土石淹沒站內設施。(圖/聯合新聞網)

韋格納死後的數十年,大陸漂移理論仍舊被大多數學者視為荒誕不經。

其實在大陸漂移被廣泛接受之前,已經陸續有許多發現可以支持此學說。例如科學家原本認為海洋已經至少存在了四十億年,海床上一定會累積厚度驚人的沉積物,但一九四七年美國研究船亞特蘭提斯(Atlantis)號的探測,卻發現大西洋海床上的沉積岩層比原先想像的薄很多。這些沉積物都到哪裡去了?直到一九六○年代「海底擴張」學說成形,這個謎題才獲得解答。

「海底擴張」學說

海底擴張一詞,是由美國海岸與測地調查所(US Coast and Geodetic Survey)的羅伯‧迪茲(Robert S. Dietz)所提出,這個學說主張,中洋脊的火山噴發一直在製造新的海洋地殼。既然一直不斷有新地殼產生,地球為什麼沒有膨脹得愈來愈大呢?普林斯頓大學地質學教授海斯(Harry Hess)對此提出解釋:海洋地殼在中洋脊生成擴張,隨年齡增長比重逐漸加重,最終在海溝處往下沉降回地函而消滅,就像輸送帶一般在中洋脊與海溝之間不斷循環再生,其上的大陸地殼則隨之移動。

一九六八年,美國研究船格洛瑪挑戰者號(Glomar Challenger)在大西洋鑽探的海床岩芯,證實了離中洋脊愈遠的岩石年齡愈老的事實。到了一九七○年代,板塊構造理論終於被廣泛接受,如今它在地球科學界的地位,就如同原子結構之於物理化學、演化論之於生物學,而若不是因為板塊碰撞,也不會有臺灣島的誕生

正如愛情關係中總是有強勢的一方,板塊相遇時總是會有一方隱沒,決定誰會隱沒的是板塊的密度。海洋板塊因鐵、鎂含量高,比重較重,因此會隱沒到以矽、鋁為主的大陸板塊之下,從中洋脊火山誕生的海洋板塊會隨著逐漸冷卻而提高密度,因此兩個海洋板塊相遇時,年老的板塊會隱沒到年輕的板塊之下。

臺灣島的形成

現在的臺灣島就像是歐亞板塊和菲律賓海板塊之間的愛情結晶,但在一億多年以前,它們之間還處於「我不認識你,你不認識我」的狀態。當時歐亞板塊有個舊情人叫古太平洋板塊,因為它隱沒到歐亞板塊之下,巨大的擠壓力量讓大陸棚邊緣的沉積物隆起,形成了最早的古臺灣島。這段歐亞大陸與古太平洋間的熱戀期,被地質學家稱為「南澳造山運動」。

大約在七、八千萬年前,古太平洋板塊厭倦了歐亞大陸,逐漸停止向西隱沒,兩個板塊的關係由「聚合」轉為「張裂」,沒了板塊擠壓的力量,古臺灣島在侵蝕作用下再度沒入海水中,張裂作用使歐亞板塊邊緣陷落出許多沉積盆地,這些盆地持續累積來自華南地區的沉積物,在日後的蓬萊造山運動中被擡升成為中央山脈、雪山山脈及西部麓山帶。

三千萬年前,南中國海一帶開始張裂,歐亞板塊邊緣形成新生的南中國海板塊,兩千萬年前,南中國海板塊向東隱沒到菲律賓海板塊的馬尼拉海溝,板塊上的地殼熔融成岩漿,形成了一連串火山島「呂宋島弧」,呂宋島弧的北端,就是日後的海岸山脈、綠島和蘭嶼。其後菲律賓海板塊載著呂宋島弧,以每年7-8公分的速度向西北方移動,在六百萬年前與歐亞板塊展開了一場新戀情,也就是地質學家所稱的「蓬萊造山運動」。

因為是島「弧」撞上大陸,又稱為「弧陸碰撞」,強烈的造山運動使一度沉入水中的古臺灣島重新浮現,擡升為將近四千公尺的高山。兩個板塊緊緊相擁之下,臺灣逐漸被形塑為今天的樣貌。蓬萊造山運動至今仍在進行,也就是說與海岸山脈同屬呂宋島弧的蘭嶼、綠島,總有一天也會與臺灣本島合併,到時候我們就可以騎單車到綠島而不必搭船--不過那至少是五十萬年以後的事了。

書名:《億萬年尺度的臺灣:從地質公園追出島嶼身世》
作者:林書帆、諶淑婷、陳泳翰、邱彥瑜、莊瑞琳、王梵、雷翔宇
出版社:衛城出版
出版日期:2017年10月5日

如果板塊不再碰撞

五十萬年對人類來說是難以想像的漫長,但在地質時間的尺度上卻是一眨眼的事。如果哪天歐亞板塊與菲律賓海板塊感情降溫,地殼不再隆起,目前的侵蝕速率會在五十萬年內將臺灣島夷為平地。幸好平均來看,臺灣島同時也以每年八公厘的速率擡升。東華大學自然資源與環境學系劉瑩三教授解釋,「正因為臺灣不論是侵蝕、擡升等地質現象進行的速率,以地質時間的尺度來說都非常快速,才能讓學者有機會在一生的時間中就驗證自己的理論,如果在其他地方可能需要好幾代的時間。國外教科書都會提到臺灣的地質事件,例如集集大、小林村土石流等,在提到年輕的造山帶、弧陸碰撞時,通常也都會拿臺灣做例子。」

這些劇烈而快速的地質活動,都源於臺灣板塊邊界的地理位置。板塊邊界通常隱匿於深海之下,使人無緣親見,花蓮的玉里大橋卻是除了冰島外,世界唯二橫跨兩個板塊的橋樑。而臺灣位於板塊交界地帶的重要證據,便是利吉惡地地質公園的「利吉混同層」。

發現「利吉混同層」

一九五四年,臺灣省地質調查所的徐鐵良與王超翔教授在海岸山脈進行調查時,注意到卑南溪沿岸有一片草木不生的裸露地,在此之前的調查者皆未看出它有什麼特殊之處。徐鐵良觀察到破碎疏鬆的泥岩中,夾雜許多大小不一的岩石,認為其成因是大規模海底山崩的泥流堆積而成,以露頭所在的利吉村命名為「利吉層」。

利吉層被發現的年代,不只板塊構造學說尚未成熟,國際上對「混同層」的研究也相當稀少。直到一九六八年,美國加州海岸山脈發現「法蘭西斯肯層」(Franciscan Formation)後,混同層才開始受到重視。一九六九年,畢慶昌首先以「混同層」一詞說明利吉層的特性:雜亂而缺乏層理的泥岩中,混雜許多不同類型、年代的岩石。一九七○年代之後,許靖華與畢慶昌等學者陸續發表了相關研究,將利吉混同層的成因與板塊運動聯繫起來,開啟了利吉混同層研究的全新面向。

●本文摘自衛城出版之《億萬年尺度的臺灣:從地質公園追出島嶼身世》

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