2015年10月2日

臺灣造山知多少?噪訊地震學告訴你

作者/黃梓殷(國立臺灣大學地質科學系)、陳映年(國立臺灣大學海洋研究所)、龔源成(國立臺灣大學地質科學系)

身為臺灣人,焉能不知臺灣之美?「依山傍海」是很多人對自己故鄉的描述,也是本島地景最大的特色。臺灣島有三分之二的面積被山地及丘陵所覆蓋,其中更有超過260座3000公尺以上的高峰,密度堪稱為世界之最。讚嘆美景之餘,大家不免好奇:這壯闊的山脈究竟是什麼樣的鬼斧神工造成的呢?我們今年8月在Science所發表的研究,談的就是這個課題。

為了解開地下之謎,科學家利用各種物理特性對地球進行了體檢,例如:溫度、壓力、電磁波、重力等,以及地震波速度。藉由這些特性的交互參照,可以將地球由內而外分成固態的內地核、液態的外地核、地函和最外圍的地殼。其中依照岩石的強度,亦可將地殼及部分上部地函合併為岩石圈,漂浮在相對較軟、黏滯且速度稍低的軟流圈上。本文所要探討的造山問題,就是發生在複雜多變的岩石圈裡。

爭論不休的造山謎團
根據「板塊構造學說」,岩石圈由許多板塊所組成,而獨特的臺灣島正是座落於歐亞板塊和菲律賓海板塊的邊界上,二者正以每年近8公分的速度快速聚合。臺灣島的生成始於6百萬年前,菲律賓海板塊攜帶呂宋島弧向西北挺進,並撞上歐亞板塊東南緣。演化迄今,在臺灣東邊,菲律賓海板塊沿著琉球海溝向北隱沒至歐亞板塊下方;而在臺灣南邊,則反過來由歐亞板塊沿著馬尼拉海溝向東隱沒至菲律賓海板塊下方。這兩個相反卻又糾結的隱沒系統延伸至臺灣,產生巨大的大地應力使得山脈以極快的速度抬升,同時也伴隨著非常頻繁的地震活動。不管從造山的速度、造山的劇烈程度、造山的複雜度以及非常短的造山時間來看,臺灣的造山謎團都足以吸引全球地質學者的目光。

這懸宕數十年的造山謎團隨著各種實驗和觀測佐證,漸漸有了不同的假說:地質學家以力學及運動學為背景的推土機理論為主,配合模擬地表地形及褶皺、斷層型態建立了古典「薄皮理論」,而地球物理學家則由震波速度、重力、和電磁等研究建立了岩石圈碰撞說(又稱為「厚皮理論」)。「薄皮」強調地下10公里處存在向東微傾的滑脫面,地殼受擠壓後,滑脫面上方的物質像被推土機推動般被堆高,或刮起、或褶皺,或者產生大大小小的斷層。整體來說,造山作用只在滑脫面上方;而「厚皮」則認為沒有滑脫面,板塊擠壓產生的變形可以往上堆高形成山脈,並且向下延伸形成「山根」。近十年內隨著計算能力及觀測技術的提升,造山爭議也催生出更細緻的假說。然而這些造山故事雖然都有其根據,卻仍各說各話甚至互相駁斥。......【更多內容請閱讀科學月刊第550期】

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