113 年 國立成功大學資源工程學系碩士班甲組《地學通論》

本題主要考查地震波在地球科學中扮演的角色，以及如何利用其特性來推斷地球內部的結構。

核心觀念：
地震波在介質中傳播時，其速度會隨著介質的密度、彈性模數等物理性質而改變。當地震波遇到不同性質的界面時，會發生反射和折射。透過記錄地震波到達不同地點的時間和路徑，科學家可以推斷出地球內部不同層次的結構、密度和狀態。

理由：

1. 速度變化： 地震波（P波和S波）在固體、液體、不同密度的岩石中傳播速度不同。例如，P波在固體中比在液體中快，S波則無法在液體中傳播。
2. 反射與折射： 當地震波從一種介質傳播到另一種介質時，會發生反射（波被彈回）和折射（波的傳播方向改變）。這些現象的發生角度和程度，都與兩種介質的性質有關。
3. 不同地震波的特性： P波（縱波）可以穿過固體和液體，S波（橫波）只能穿過固體。S波無法穿過地核，這是證明地核部分為液態的重要證據。

分析步驟：

1. 地震儀網： 在全球各地建立密集的地震儀網，用於記錄地震發生時產生的各種地震波。
2. 波形記錄與分析：
   • 到達時間： 記錄不同地震波（P波、S波、反射波、折射波等）到達不同地震儀的時間。
   • 波速推算： 根據地震發生地點（震源）與地震儀之間的距離，以及地震波的到達時間，可以計算出地震波在地球不同部位的平均傳播速度。

本題考查地球科學中板塊構造理論的核心概念，即板塊邊界的類型及其判斷依據。

核心觀念：
地球的岩石圈並非一個完整的整體，而是由數個巨大的、相對獨立的板塊組成。這些板塊在軟流圈上緩慢移動，並在板塊之間的邊界處發生相互作用，形成不同的地質現象。板塊邊界主要根據板塊相對運動的方向和性質劃分為三種類型。

板塊邊界類型：

1. 離散型邊界（Divergent Boundary）：

   • 運動性質： 兩個板塊相互分離、遠離。
   • 形成過程： 地函物質上湧，岩漿噴發冷卻形成新的地殼。
   • 主要地貌/現象：
     • 洋中脊（Mid-ocean Ridge）： 在大洋底部，是新洋殼生成的地方，通常有火山活動和淺層地震。例如：大西洋中脊。
     • 大陸裂谷（Continental Rift Valley）： 在大陸內部，板塊開始分離，形成裂谷。例如：東非大裂谷。
   • 證據：
     • 新生地殼： 岩石年代較新，熱流值高。
     • 淺層地震： 沿著裂谷或洋中脊有頻繁的淺層地震。
     • 火山活動： 噴發玄武岩質岩漿。
     • 海底擴張： 磁性條帶（與地球磁場倒轉有關）的對稱分布，證明海底不斷向兩側擴張。

2. 聚合型邊界（Convergent Boundary）：

   • 運動性質： 兩個板塊相互碰撞、擠壓。
   • 形成過程： 根據碰撞板塊的性質（洋殼或陸殼），會形成不同的地貌。
   • 主要地貌/現象：
     • 海溝（Ocean Trench）： 當兩個海洋板塊碰撞，密度較大的海洋板塊向下俯衝到另一個海洋板塊之下時形成。例如：馬里亞納海溝。

本題主要考查地質學中斷層的分類與辨識方法。斷層是地殼岩層中發生的破裂面，並伴隨有岩塊的相對移動。

核心觀念：
斷層的分類主要依據斷層運動的方向（垂直或水平）以及斷層面相對於岩塊的傾斜情況。區別斷層類型需要觀察斷層面、斷層崖、岩塊的相對位移以及可能伴隨的地質現象。

斷層種類：

斷層通常可以根據斷層面與水平方向的夾角（傾角）以及斷層運動的方向，將其分為以下幾類：

1. 正斷層（Normal Fault）：

   • 定義： 斷層面傾角不大（通常小於 45 度），斷層下方（臥盤）的岩塊相對於斷層上方（懸盤）的岩塊向下移動。
   • 運動性質： 伸張（張力）作用。
   • 如何區別：
     • 懸盤下移： 觀察斷層崖（斷層面暴露的地表），懸盤（斷層上方）的岩塊相對於臥盤（斷層下方）的岩塊是下落的。
     • 地層錯開： 如果斷層兩側有相同層位的地層，會發現斷層線上方的地層相對於斷層線下方有明顯的錯開，且上盤相對於下盤顯得「矮」了。
     • 地貌： 可能形成斷層崖、地壘（Horst）和地塹（Graben）。

2. 逆斷層（Reverse Fault）：

   • 定義： 斷層面傾角較大（通常大於 45 度），斷層下方（臥盤）的岩塊相對於斷層上方（懸盤）的岩塊向上移動。
   • 運動性質： 擠壓（壓力）作用。
   • 如何區別：
     • 懸盤上移： 觀察斷層崖，懸盤的岩塊相對於臥盤的岩塊是上升的。
     • 地層錯開： 斷層線上方的地層相對於斷層線下方有明顯的錯開，且上盤相對於下盤顯得「高」了。
     • 地貌： 容易形成褶皺山脈，岩層可能被擠壓堆疊。

3. 滑脫斷層（Thrust Fault）：

   • 定義： 是一種特殊的逆斷層，其斷層面傾角非常小（通常小於 30 度，甚至接近水平）。斷層下方的岩塊相對於斷層上方的岩塊向上移動。
   • 運動性質： 強烈的擠壓作用。
   • 如何區別：

本題考查地球科學中氣候變遷的相關知識，包括其證據、影響以及應對策略。

核心觀念：
氣候變遷是指地球氣候系統長期統計特徵（如平均溫度、降水量、極端天氣頻率等）的顯著變化。當代討論的氣候變遷，主要指的是自工業革命以來，由於人類活動導致的全球暖化現象。

一、 氣候變遷的證據：

1. 全球平均溫度升高：

   • 觀測數據： 各國氣象站、海洋浮標、衛星觀測數據顯示，全球陸地和海洋的平均溫度呈現長期上升趨勢。自19世紀末以來，全球平均氣溫已上升約 1.1°C。
   • 指標： 許多地區出現歷史性的高溫記錄。

2. 海洋暖化與海平面上升：

   • 海洋暖化： 海洋吸收了地球系統中絕大部分多餘的熱量，導致海水溫度升高，尤其是在表層。
   • 海平面上升： 主要由兩大因素造成：
     • 海水熱膨脹： 水溫升高時體積膨脹。
     • 冰川和冰蓋融化： 格陵蘭、南極冰蓋以及全球山地冰川的加速融化，將大量淡水注入海洋。
   • 觀測數據： 潮位儀和衛星測高數據顯示，全球平均海平面自1900年以來已上升約 20 公分，且上升速率正在加快。

3. 冰川與積雪範圍縮小：

   • 冰川退縮： 全球範圍內的山地冰川和極地冰蓋（如格陵蘭、南極）質量正在減少，冰川前緣普遍後退。
   • 積雪減少： 北半球春季積雪覆蓋面積呈下降趨勢。
   • 海冰減少： 北極海冰範圍和厚度顯著縮減，尤其是在夏季。

4. 極端天氣事件頻率和強度增加：

   • 熱浪： 更頻繁、更強烈的熱浪事件。
   • 強降水事件： 某些地區發生強降雨的頻率和強度增加，導致洪災。
   • 乾旱： 另一些地區則面臨更嚴重、持續時間更長的乾旱。
   • 熱帶氣旋： 可能會變得更強烈（風速更高、降雨更多）。

5. 海洋酸化：

   • 原因： 海洋吸收了大量大氣中的二氧化碳（CO₂），導致海水 pH 值下降，變得更酸。
   • 影響： 對珊瑚礁、貝類等海洋生物的鈣化作用產生不利影響。

6. 生態系統變化：

   • 物種遷移： 動植物物種向更高緯度或更高海拔地區遷移，以適應變暖的氣候。
   • 物候變化： 開花、遷徙、繁殖等季節性事件提前。
   • 生態系統壓力： 珊瑚白化、森林火災風險增加。

二、 這些變遷的影響：

1. 對自然環境的影響：
   • 水資源： 改變降水模式，導致一些地區缺水，另一些地區洪災頻發；冰川融化減少長期水源供應。
   • 生態系統： 生物多樣性喪失，物種滅絕風險增加，生態平衡被破壞。

本題考查地理定位的基本原理和方法，尤其是在缺乏現代科技輔助時，如何運用自然線索進行定位。

核心觀念：
在陌生環境中確定自身位置，需要結合對環境的觀察、對基本地理知識的運用，以及利用自然或人造信標。

方法與步驟：

1. 利用太陽（日晷原理）：

   • 太陽位置： 太陽在東方升起，中午時大致在南方（北半球）或北方（南半球），西方落下。利用太陽的運行軌跡可以大致判斷東西方向，進而推測南北方向。
   • 影子： 太陽的影子方向與太陽方向相反。在中午時，太陽影子最短，指向正北（北半球）或正南（南半球）。
   • 日晷： 製作一個簡易的日晷，通過觀察太陽影子在刻度盤上的移動，可以判斷時間，同時也能輔助判斷方向。

2. 利用星星（夜間）：

   • 北極星（Polaris）： 在北半球，北極星幾乎固定在正北方，且仰角約等於當地緯度。找到北極星是判斷方向最可靠的方法之一。
   • 星座： 觀察其他星座（如獵戶座、大熊座）的運行規律，也可以輔助判斷方向。

3. 利用自然地標與地形：

   • 山脈走向： 觀察主要山脈的延伸方向，許多山脈的走向與板塊構造或河流系統有關，可以提供地理資訊。
   • 河流流向： 河流通常從高處流向低處，最終匯入湖泊或海洋。了解河流的可能匯流方向，有助於判斷大致的地理位置。
   • 植被分布： 在某些地區，植被的生長方向（如受風力影響的樹木形態）或種類可能與特定地形或氣候條件相關。
   • 地勢起伏： 判斷自己處於山頂、山腰、山谷還是平地，可以與地圖資訊對比。

本題考查地貌學（Geomorphology）的基本概念，即對地表形態的科學研究。

核心觀念：
地貌分析是研究地表形態（如山脈、平原、河流、海岸等）的成因、演化過程、分布規律及其與內外營力（如構造運動、風化、侵蝕、搬運、堆積等）之間關係的科學。

一、 地貌分析的目的：

1. 認識地表形態： 描述、分類和繪製各種地貌類型及其空間分布。
2. 解釋成因： 探究形成特定地貌的內外營力及其作用過程（如構造抬升、冰川侵蝕、河流切割、風力堆積等）。
3. 研究演化過程： 了解地貌從形成到現在的演變歷史，以及未來的可能趨勢。
4. 評估資源與災害：
   • 資源評估： 識別與地貌相關的自然資源，如礦產（與特定地質構造和地貌有關）、水資源（河流、地下水）、土壤資源等。
   • 災害評估： 辨識和評估地質災害的潛在風險，如滑坡、崩塌、泥石流（與坡度、岩性、植被等有關）、洪水（與河流地貌、地形有關）、海岸侵蝕等。
5. 服務於人類活動： 為土地利用規劃、工程建設（如選址、設計）、環境保護、旅遊開發等提供科學依據。

二、 地貌分析的工具：

1. 地形圖（Topographic Maps）：

   • 功能： 以等高線表示地表高程和起伏，顯示河流、道路、建築物等。是地貌分析最基本、最重要的工具。
   • 資訊： 坡度、坡向、相對高度、地表形態（山頂、鞍部、河谷、平台等）。

2. 衛星影像與航空照片（Satellite Imagery & Aerial Photographs）：

   • 功能： 提供大範圍、高解析度的地表影像，能顯示地貌的宏觀格局和細節特徵。
   • 資訊： 地貌類型、地表覆蓋（植被、水體、裸露岩石）、地質構造（斷層、褶皺）、地表物質的顏色和紋理。
   • 種類： 光學影像、雷達影像（可穿透雲層）。

3. 數值高程模型（Digital Elevation Model, DEM）：

   • 功能： 以數值形式表達的地表高程數據，可以通過電腦進行三維可視化和各種空間分析。
   • 衍生產品： 坡度圖、坡向圖、地形起伏度圖、匯流格網圖（用於分析水系）。

4. 地質圖（Geologic Maps）：

   • 功能： 顯示地表的岩性、地層分布、地質構造（斷層、褶皺）等。
   • 作用： 幫助理解地貌與地質構造、岩性之間的關係。