2009年9月9日

龜山島海底熱泉

作者/陳鎮東(任教中山大學海洋地質及化學研究所)

陸地上有溫泉,當然海底下也應該有。尤其是海底板塊擴張的地方,每年以一至數公分的速度(最快可達16公分)向兩側張裂。同時,岩漿向上湧升,遇到深海冷海水後冷卻、產生裂縫。當海水沿著裂隙和斷層向下滲透的過程中,受到岩漿庫的加熱作用,水溫升高、密度降低,形成熱液。這些熱液沿著特定的通道向上遷移,最後噴出海底,就形成海底溫泉或熱泉(參閱1992年3月號《科學月刊》)。

然而,儘管想當然爾,科學家還是直到30年前,才第一次實際偵測到海底熱泉的存在;並在1977年第一次乘坐美國海軍所屬,但交由木洞(Woods Hole)海洋研究所操作的「亞爾文號」(Alvin)深海潛艇〔註〕,在東太平洋海脊水深2600公尺處,親眼見到壯觀的海底溫泉(水溫僅15~20℃,不過已較周遭海水高10℃以上)噴發景像,以及棲息於附近的奇特生物聚落。

由於當地的生物不需要陽光,可利用熱泉中的化學物質所提供的能量生長,因此引起科學界廣大的重視,甚至提出了熱泉是生命起源的說法。此後,科學家相繼在太平洋、大西洋以及印度洋等大洋海底,發現了400餘處熱液噴口,其中有不少是300℃以上的熱液。日本在1986 年於沖繩海槽中部、水深1500公尺處,也發現42℃的溫泉。1988年在附近水深1330公尺的地方,更發現高達320℃的噴口。1977年在沖繩海槽最北端的鹿兒島灣,也發現水溫超過200℃的熱液,並在水深僅82 公尺的地方,發現原本以為深海熱泉區才有的管蟲。中國大陸從1992年起,也開始調查沖繩海槽的中、北部熱泉。

由於台灣島位於西太平洋島弧系列之上,即歐亞大陸板塊與太平洋板塊交界處,因此島上和東部海域除了地震頻繁之外,火山活動也曾發生於北部及東部近海。但是東北外海五個火山島:棉花嶼、花瓶嶼、彭佳嶼、基隆嶼及龜山島當中,僅在龜山島可見到噴氣孔及硫氣孔,該島的地熱活動甚至比大屯山地熱帶還要劇烈,顯然該島地下岩漿仍然相當活躍。

台灣東北部的地熱活動可能和沖繩海槽內海底的高熱流有關。宜蘭平原的地下有一個深度小於20公里的垂直斷層,這個斷層由宜蘭平原向東北延伸經龜山島至沖繩海槽西端。由於地殼擴張造成裂隙,以及海水下滲碰到熱源,而變成熱泉噴出,使得龜山島海底表現出火山活動的情景。

台灣地區目前具有強烈火山活動的僅有兩處,一為大屯火山群,另一即為龜山島。大屯火山群的研究及探勘早在1965年即由礦研所進行,已有完整的探勘紀錄。但宜蘭外海的龜山島,由於早年為軍事管制區(於近年才階段性開放),加以與本島交通聯繫不便,之前對它的了解並不多。該島隸屬於宜蘭縣頭城鎮,大溪港東方8海浬處,形成年代約在20萬至數萬年前。由該島西北海岸火山碎屑碎岩中的捕獲岩推算其形成年代,約在7000年前,在地質的定義上,可將該島嶼視為一座活火山。

龜山島形狀如海龜,面積約2.7平方公里,地勢分為龜首、龜甲及龜尾三部分。筆者指導的研究生郭富雯,最早經由宜蘭縣潛水協會朱永盛先生的協助,於民國88年3月4日及4月22日至龜山島外潛水採樣,實際測得水溫達102℃的熱液;此熱液之pH值低於2,也就是比醋酸還要酸10倍以上,同時也含有大量金屬元素。

由於海底熱泉噴出的熱水具高溫及富含礦物質,因而提供了特殊生物群聚之生活環境,又由於熱泉口的環境近似地球形成時的狀態,生物學家認為棲息於熱泉附近的細菌,較近代的生物細菌更具原始特徵。而這些能適應高溫的細菌,也是現在生物科技的研究重點——因為一般酵素都很怕高溫,一旦溫度不適就失去活性,故能在高溫下作用的酵素,在商業上便有很大的用途發展。【更詳細的內容,請參閱第477期科學月刊】

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