114 年 國立中央大學應用地質研究所碩士班在職生《普通地質學》

本題為解釋名詞題，主要在測驗考生對普通地質學基本名詞的理解與掌握程度。

(1) Laterite：
Laterite 是一種富含鐵和鋁的土壤或岩石，通常形成於熱帶或亞熱帶地區，在長期高溫、高濕的氣候條件下，經過強烈的風化作用而生成。其主要特徵是高度淋溶，可溶性的矽、鈉、鉀、鈣、鎂等元素被大量淋失，而鐵、鋁的氧化物和氫氧化物則相對富集。Laterite 顏色通常呈紅褐色，質地堅硬，常用作建築材料。

【答案】Laterite 是一種在熱帶和亞熱帶氣候下，經強烈風化作用形成的富含鐵、鋁氧化物的土壤或岩石。

(2) Nonconformity：
Nonconformity（不整合）是一種沉積岩與其下方不整合的火成岩或變質岩之間的接觸關係。與平行不整合（Disconformity）和角度不整合（Angular Unconformity）不同，Nonconformity 的下方岩層是先前已形成並暴露於地表，經過侵蝕後，再被沉積物覆蓋。因此，Nonconformity 的接觸面呈現的是沉積岩與先前堅硬的基岩（如花崗岩、片麻岩）之間的接觸。

板塊運動是地球表面大規模的地殼變動，其驅動力主要來自地球內部的熱量。以下是板塊運動的主要驅動力來源：

1. 地函對流 (Mantle Convection)：
   地球內部高溫，尤其是地函，存在著緩慢但持續的對流。熱量從地核傳遞到地函底部，使地函物質受熱膨脹，密度減小而上升；上升到地殼下方時，散熱冷卻，密度增大而下沉。這種物質的循環運動（對流）在軟流圈（Asthenosphere）中產生水平方向的拖曳力，直接或間接驅動上覆的剛性岩石圈板塊（Lithosphere）移動。這是目前科學界最廣泛接受的板塊運動主要驅動力。

2. 板塊的重力滑動 (Gravitational Sliding)：

   • 脊推作用 (Ridge Push)：在中洋脊（Mid-oceanic ridges）處，岩漿上湧形成新的海洋地殼，這些新形成的洋殼溫度較高，密度較小，且位於較高的地形。隨著板塊從中洋脊向外擴張，洋殼逐漸冷卻、變密，並開始向較低的海拔沉降。這個抬升的脊部會因為重力作用而向兩側傾斜，推動板塊向外移動。

鮑氏反應系列（Bowen's reaction series）是由加拿大地質學家諾曼·鮑恩（Norman L. Bowen）在 20 世紀初提出的，用來解釋在不同溫度下，岩漿結晶分出的礦物順序。這個理論對於理解火成岩的形成和演化至關重要。

鮑氏反應系列分為兩條主要分支：

1. 連續反應系列 (Continuous Reaction Series)：
   此系列代表單一礦物種，但其化學成分會隨著溫度下降而連續改變。最典型的例子是斜長石（Plagioclase Feldspar）。在極高溫下，岩漿首先結晶出富含鈣的鈣長石（Anorthite, CaAl$_2$Si$_2$O$_8$）。隨著溫度下降，結晶出的斜長石會逐漸從富鈣轉變為富鈉的鈉長石（Albite, NaAlSi$_3$O$_8$）。在這個過程中，形成了一系列成分介於鈣長石和鈉長石之間的斜長石，其化學成分連續變化。

2. 不連續反應系列 (Discontinuous Reaction Series)：
   此系列代表一系列化學成分差異較大的不同礦物，它們在溫度下降過程中會與殘餘岩漿發生反應，轉變為下一種較低溫度的礦物。

   • 高溫端：首先結晶出橄欖石（Olivine）。
   • 中溫端：隨著溫度下降，橄欖石與岩漿反應，轉變為輝石（Pyroxene）。

本題分為兩部分，首先定義岩漿，接著探討影響岩漿形成的因素。

何謂岩漿 (magma) (5%)

岩漿（Magma）是指在地殼或上部地函中，由熔融的岩石、固體顆粒（未熔融的礦物晶體）以及溶解的氣體所組成的熾熱、黏稠的混合物。當岩漿噴發到地表時，則稱為熔岩（Lava）。岩漿的成分複雜，主要由矽酸鹽組成，其中常見的元素包括氧（O）、矽（Si）、鋁（Al）、鐵（Fe）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、鈉（Na）和鉀（K）。

【答案】岩漿是地殼或上部地幔中熔融的岩石、固體顆粒及溶解氣體的熾熱混合物。

影響岩漿形成的因素包含哪些 (15%)

岩漿的形成（熔融）是地殼或地函物質從固態轉變為液態的過程，主要受三個關鍵因素的影響：溫度、壓力以及水（或其他揮發性物質）的含量。

1. 溫度 (Temperature)：
   提高溫度是岩石熔融最直接的因素。地球內部溫度隨深度增加而升高（地溫梯度），當溫度達到岩石的熔點時，岩石便開始熔化。不同礦物有不同的熔點，岩石的熔點也取決於其成分。例如，富含矽的岩石（如花崗岩）比富含鎂鐵的岩石（如玄武岩）熔點較低。

2. 壓力 (Pressure)：
   壓力對岩石的熔點有複雜的影響，但總體而言，壓力越高，岩石的熔點也越高。然而，在某些情況下，壓力減小反而會促進熔融。

   • 壓力升高：在地殼深處，較高的圍壓會使岩石的熔融溫度升高。

地質學家透過研究地球過去的沉積紀錄、岩石、化石以及冰芯等，可以重建古代的氣候條件。以下是研究古氣候的主要方法：

1. 沉積岩分析 (Sedimentary Rock Analysis)：

   • 沉積環境指標：不同類型的沉積岩反映了特定的沉積環境，而環境與氣候密切相關。
     • 砂岩 (Sandstone)：顆粒大小、圓度、分選度及交錯層理等特徵可以指示風力（乾旱、半乾旱）或水力（河流、湖泊、海洋）的能量，進而推測氣候。例如，大規模的交錯層理可能指示沙漠環境。
     • 頁岩 (Shale)：富含有機質的黑色頁岩常形成於缺氧的靜水環境，可能指示溫暖潮濕的氣候。
     • 蒸發岩 (Evaporites)：如石鹽（Halite, NaCl）和石膏（Gypsum, CaSO$_4$·2H$_2$O），它們是在水體蒸發強烈的條件下形成的，因此指示了乾旱炎熱的氣候。
     • 碳酸鹽岩 (Carbonates)：如石灰岩（Limestone），通常形成於溫暖、淺海的環境，但其細節（如是否存在珊瑚礁）也能提供氣候信息。
     • 冰磧岩 (Tillite)：由冰川搬運和沉積的岩石碎屑組成，是過去存在冰川的直接證據，指示寒冷氣候。
   • 岩石風化特徵：岩石風化作用的強度和類型也受氣候影響。例如，在熱帶地區，強烈的化學風化作用會產生Laterite。

2. 化石證據 (Fossil Evidence)：

   • 植物化石：植物對氣候變化非常敏感。例如，煤層（Coal）形成於古代溫暖潮濕的沼澤環境，指示了過去的熱帶或亞熱帶氣候。熱帶植物（如蕨類、蘇鐵類）的化石也指示溫暖氣候。
   • 動物化石：某些動物（如珊瑚）的生存範圍受溫度和水深限制，其化石的出現可以指示溫暖、淺海的環境。有孔蟲（Foraminifera）殼體的同位素組成也可以提供溫度信息。
   • 孢粉分析 (Palynology)：通過分析沉積物中的花粉和孢子，可以重建古代植被，進而推測氣候。不同植物對氣候條件的要求不同。