112 年 國立中山大學海洋科學系碩士班乙組《普通地質學》

本題主要考驗對地震基本名詞與概念的理解，包含震源深度、地震強度與規模的區別、地震影響範圍，以及有感地震的定義。

解題思路：

1. 震源深度： 現代地震學可以透過地震波的分析，相當精確地估算出震源深度，因此選項 (A) 錯誤。
2. 地震強度與規模： 新聞報導中提到的「地震強度5.2」應為「地震規模 (Magnitude)」，而「強度 (Intensity)」則是用來描述地震對地表、建築物、人感受到的影響程度，通常以度數表示（如芮氏震度）。規模是衡量地震本身釋放能量的指標，而強度則因地點而異。因此，選項 (B) 指出應改為規模是正確的。

本題考驗對「活動斷層 (Active Fault)」定義的理解。

解題思路：
活動斷層的定義並非僅指「目前」正在移動的斷層，也不是僅指「地表有明顯跡象」或「會引發重大地震」。其關鍵在於「未來」的潛在活動性。

• 選項 (A)「此時正在移動的斷層」：這個說法太過狹隘，活動斷層的定義包含過去的活動歷史以及對未來的預測。
• 選項 (B)「地表有非常明確、可以觀察的斷層跡象」：地表有跡象是判斷是否為活動斷層的證據之一，但並非定義的全部。有些活動斷層的跡象可能不明顯，或已被覆蓋。

本題考查順向坡 (homoclinal slope) 的穩定性與山崩 (landslide) 的成因。

解題思路：
順向坡是指坡面的岩層或地層，其傾斜方向與坡面傾斜方向大致相同，且岩層的傾角小於或等於坡面的傾角。這種地層排列方式容易導致岩體滑動。

1. 滑動機制： 在順向坡上，岩層的傾斜面就是一個潛在的滑動面。當岩層傾斜角接近或小於坡角時，下滑力 (gravity component parallel to the slope) 主要由岩層本身的摩擦力及岩層間的黏結力來抵抗。
   • 下滑力 $F_{down} = W \sin \theta$ (其中 $W$ 為岩體重量，$\theta$ 為岩層傾角)。
   • 抵抗力 $F_{resist} = \mu N + C$ (其中 $\mu$ 為摩擦係數，$N$ 為正向力，$C$ 為黏結力)。

本題考查地震的「震度 (Intensity)」與「規模 (Magnitude)」的區別，以及震度的定義。

解題思路：
地震學中，有兩個重要的參數用來描述地震：

1. 地震規模 (Magnitude)： 衡量地震本身釋放能量的大小。常用的有芮氏規模 (Richter magnitude scale, $M_L$)，它是根據地震儀記錄到的地震波的最大振幅 (amplitude) 來計算的。規模是一個定值，與震源的能量直接相關。
2. 地震震度 (Intensity)： 衡量地震對地表、建築物、人所造成的影響程度。震度是變動的，會因地點而異，與距離震源的遠近、地質條件、建築結構等因素有關。

題目問的是「震度」的分級依據。不同的震度分級系統（如日本的震度、美國的麥加利震度 Mercalli Intensity Scale）有不同的描述方式，但其核心都是觀察地震造成的「影響」。

本題考查影響地震災情嚴重程度的因素，特別是針對921大地震時，臺北與嘉義的災情比較。

解題思路：
921大地震的震央位於南投集集，嘉義地區雖然離震央比臺北近，但臺北的災情卻相對嚴重。這需要從多個因素來分析：

1. 距離震央遠近： 一般來說，離震央越近，地震波的能量衰減越少，地面震動越劇烈，災情也越嚴重。嘉義離震央比臺北近，但災情卻不如臺北嚴重，表示距離不是唯一或主要因素。因此，選項 (A) 錯誤。
2. 地震規模： 地震規模是衡量地震本身釋放能量的指標。921地震是單一事件，其規模是固定的，無法說「臺北的地震規模較大」。選項 (B) 錯誤。
3. 盆地效應 (Basin Effect)： 盆地地形（如臺北盆地、嘉義都會區）由較厚的鬆軟沉積物組成。當地震波傳入盆地時，會發生「場址效應 (site effect)」，包括：
   • 反射與繞射： 地震波在盆地邊緣被反射，並在盆地內繞射。

本題考查土石流 (debris flow) 的形成條件。土石流是山區常見的一種大規模的滑動災害，其形成需要多種因素的共同作用。

解題思路：
土石流的形成通常需要以下幾個主要條件：

1. 豐富的鬆散堆積物： 充足的土、砂、礫石等鬆散物質是土石流的「原料」。這些堆積物可能來自於岩石風化、崩塌、地表徑流沖刷等。因此，選項 (A)「岩石鬆散」是形成豐富鬆散堆積物的基礎，是土石流的必要條件之一。
2. 充足的水源： 大量的水分是驅動土石流的關鍵。暴雨、冰雪融水、地下水滲出等都可以提供所需的水源。

本題考查大量雨水如何誘發山崩 (landslide) 的原因。

解題思路：
雨水滲入邊坡土體或岩體後，會對坡面穩定性產生多方面的影響，其中最主要的是：

1. 增加孔隙水壓力，降低有效應力： 當雨水滲入土體或岩體孔隙後，會充滿孔隙空間。水的壓力（孔隙水壓力）會對周圍的土體顆粒產生向外的推力，這種推力會抵消一部分由重力產生的壓力，導致土體顆粒之間的接觸壓力減小，即有效應力降低。根據莫爾-庫侖破壞準則 ($\tau_f = c' + \sigma' \tan \phi'$)，有效應力 $\sigma'$ 的降低會直接導致抗剪強度 $\tau_f$ 的降低，使邊坡更容易發生滑動。
2. 增加土體重量： 雨水滲入會增加土體或岩體的含水量，進而增加其重量。這會增加作用在潛在滑動面上的下滑力（重力沿滑動面的分量）。
3. 潤滑作用： 雨水滲入岩層裂隙或土層界面，可以起到潤滑作用，降低岩石或土體之間的摩擦阻力。

本題考查土石流 (debris flow) 與洪水流 (flood flow) 的比較，需要理解兩者的異同。

解題思路：
我們逐一分析選項：

• (A) 流速均很快：

  • 土石流： 土石流是高濃度、高密度的泥流，由於含有大量固體顆粒，其流動阻力較大，流速通常不如純水洪水快，但其能量巨大。土石流的流速範圍較廣，從每秒幾公尺到每秒十幾公尺都有可能，取決於坡度、物源、含水量等。
  • 洪水流： 純粹的洪水流（即以水為主，固體顆粒含量較少）在開闊的水道或陡峭坡面上，流速可以非常快。
  • 比較： 雖然兩者在特定條件下都可能流速很快，但土石流由於其黏滯性和固體含量，其「平均」流速可能不如純水洪水在陡峭坡面上的最大流速。然而，土石流的破壞力極強，即使流速不是最快，其動能也很大。這個選項的說法「均很快」不夠精確，可能存在爭議，需要看後續選項。

• (B) 夾帶的固體密度較高：

  • 土石流： 土石流的定義之一就是含有大量固體顆粒（通常固體含量大於50%），其整體密度（固體+水）遠高於純水。
  • 洪水流： 洪水流主要是水，雖然可能夾帶懸浮的泥沙、碎屑，但其固體含量遠低於土石流，整體密度接近純水。

本題是關於水對山崩 (landslide) 影響的細節考查，與第7題類似，但更側重於水的具體作用機制。

解題思路：
水對邊坡穩定性的影響是多方面的，主要體現在以下幾個方面：

1. 增加孔隙水壓力，降低有效應力： 當水滲入岩石裂隙或土壤孔隙時，會產生孔隙水壓力。此壓力會抵消一部分岩石或土壤顆粒間的接觸壓力（有效應力）。根據莫爾-庫侖破壞準則 ($\tau_f = c' + \sigma' \tan \phi'$)，有效應力 $\sigma'$ 的降低直接導致抗剪強度 $\tau_f$ 的降低。
2. 潤滑作用： 水滲入岩層裂隙面或土層界面，可以降低岩石或土體之間的摩擦係數，起到潤滑作用，從而降低抵抗滑動的摩擦力。
3. 增加重量： 水的滲入會增加岩體或土體的含水量，進而增加其總重量，這會增大作用在潛在滑動面上的下滑力。
4. 溶解與侵蝕： 在某些情況下，水可能溶解岩石中的膠結物質，或通過滲流作用侵蝕土體，破壞結構。

現在分析選項：

• (A) 減少岩層之間的密度： 「密度」通常指物質本身的密度，水的滲入並不會改變岩石或土體的固有密度。

本題考查對「軟流圈 (Asthenosphere)」的理解及其在地質學上的重要性，特別是在板塊構造學說中的角色。

解題思路：
軟流圈是地球內部的一個重要圈層，位於岩石圈之下。它的性質對板塊的運動至關重要。

1. 定義與性質： 軟流圈是上地幔的一部分，其物質狀態介於固態與熔融態之間，具有較高的溫度和較低的黏滯性，可以緩慢流動。這種流動性使得上覆的、相對剛硬的岩石圈板塊能夠在其上漂移。
2. 地震波速度： 地震波（特別是 P 波和 S 波）在軟流圈中的傳播速度會明顯下降。這是因為軟流圈的溫度較高，岩石接近熔點，部分區域可能存在少量熔融，導致其彈性模量降低，進而使波速減慢。這種速度下降的區域被稱為「低速帶 (Low-Velocity Zone, LVZ)」。
3. 成分： 軟流圈主要由橄欖岩等富含鎂、鐵的矽酸鹽礦物組成，但其溫度較高，可能部分熔融，但並非「完全熔融」。完全熔融的區域是岩漿庫。

核心觀念

本題考查臺灣中央山脈的形成背景、岩性分布與地形演育，重點包括：

1. 臺灣位於歐亞板塊與菲律賓海板塊碰撞帶，造山運動強烈。
2. 岩層經深埋、加熱與高壓作用後，會發生變質作用，形成板岩、片岩、片麻岩、大理岩等變質岩。
3. 中央山脈東、西兩側的地質構造與岩性具有差異。
4. 快速抬升會使河流下切加劇，形成深切河谷與高位河階。

判斷本題的關鍵，是辨認「中央山脈」與「西部麓山帶」的岩性差異，以及西側岩層是否完全未經變質。

解題方法

逐項對照臺灣中央山脈的地質特色：

• 深埋與造山抬升是否能造成變質岩？
• 東側是否以高度變質岩為主？
• 西側岩層是否完全未變質？
• 快速板塊活動是否能形成深谷與高位河階？

其中若選項將「西部麓山帶的沉積岩」直接描述成中央山脈西側的主要岩層，或忽略中央山脈西側常見的低度變質作用，即屬於錯誤敘述。

選項分析

(A) 因深埋數十公里後抬升之環境，地質特色充滿著變質岩

此項正確。

中央山脈形成於板塊碰撞與造山作用環境，岩層受到擠壓而埋入地殼深部。在數十公里深處，溫度與壓力均顯著增加，原有岩石會在未完全熔融的情況下發生礦物重結晶與組織改變，形成變質岩。

例如：

• 泥質沉積岩可變質形成板岩、片岩；
• 砂岩或火成岩可進一步形成片麻岩；
• 石灰岩經變質作用可形成大理岩。

之後岩層受到構造抬升與侵蝕剝露，深部形成的變質岩便出露於地表。因此，中央山脈具有大量變質岩，是深部造山作用的結果。

(B) 東側以片岩、片麻岩及大理岩為主之高度變質岩

此項正確。

中央山脈東側，尤其東部縱谷以東及其鄰近區域，常見較高級的變質岩，包括片岩、片麻岩與大理岩。這些岩石代表原岩曾經歷較高溫、較高壓的變質環境。

本題考查澎湖地區特有的「文石 (Onyx Marble)」的形成部位，這是一種與火山岩相關的礦物。

解題思路：
澎湖群島的玄武岩是火山噴發的產物。文石（在這裡指的是水鎂石或蛋白石等礦物組成的美麗的同心圓狀或條紋狀玉髓，常被用於製作飾品）在澎湖地區通常形成於玄武岩的特定部位。

1. 玄武岩的組成： 玄武岩是基性噴出岩，其主要成分是富含鈣、鈉、鎂、鐵的矽酸鹽礦物。
   • 基質 (Groundmass)： 玄武岩噴發後快速冷卻形成的細小晶體或玻璃質部分。
   • 斑晶 (Phenocryst)： 在岩漿緩慢冷卻早期形成的較大晶體，噴發後被基質包圍。
   • 氣孔 (Vesicle)： 火山噴發時，岩漿中溶解的氣體逸出，在冷卻過程中形成空腔。
   • 節理 (Joint)： 岩石在形成後，由於應力作用或冷縮產生裂縫。

本題考查臺灣西部麓山帶的石油與天然氣生成的地質構造。

解題思路：
石油和天然氣的生成與儲集與特定的地質構造密切相關。

1. 儲油構造的類型：
   • 背斜構造 (Anticline)： 是一種向上彎曲的褶皺，其核心部分岩層較老，兩翼岩層較新。在背斜構造中，具有良好儲集性的砂岩或多孔性岩層位於頂部，而具有良好蓋層（如頁岩、泥岩）的岩層則在上方。當油氣生成後，由於密度較小，會在地層中向上運移，最終聚集在背斜構造的最高點，形成「油氣囊 (trap)」。這是最常見、最重要的儲油構造類型。
   • 向斜構造 (Syncline)： 是一種向下彎曲的褶皺。在向斜構造中，新岩層位於核心，老岩層位於兩翼。油氣會向下運移，因此向斜構造通常不是良好的儲油構造，除非有其他封閉條件。
   • 斷層構造 (Fault Trap)： 斷層可能導致具有滲透性的岩層與不滲透性的岩層相對，形成封閉，儲集油氣。
   • 地層構造 (Stratigraphic Trap)： 例如砂岩體的尖滅、不整合面、珊瑚礁等。

核心觀念

本題考查臺灣活動斷層的分布位置，以及「最西邊」所代表的地理判斷。

活動斷層是指在地質上相對近期仍曾發生錯動，且未來具有再活動可能的斷層。判斷本題時，須比較各斷層在臺灣中部的東西位置，而不是依斷層名稱猜測。

臺灣中部主要活動斷層大致由西向東可排列為：

其中，彰化斷層位於西部麓山帶西側，鄰近彰化平原，是這幾條斷層中位置最偏西者。

解題方法

本題沒有計算，採用「斷層位置由西向東比較」的方法。

1. 彰化斷層位於彰化平原與八卦臺地、臺灣西部麓山帶交界附近，為逆斷層性質。
2. 車籠埔斷層位於彰化斷層以東，約沿臺中盆地東緣及丘陵區分布。
3. 梨山斷層位於更東側，接近中央山脈西側，位置最內陸。
4. 因此，臺灣中部最西邊的正式活動斷層為彰化斷層。

選項分析

(A) 西部平原斷層：錯誤

本題考查礦物（特別是石英，即水晶）的顏色成因。

解題思路：
水晶（石英，SiO$_2$）本身是無色的。其呈現各種顏色的原因，主要是由於在晶體生長過程中，微量的雜質元素進入了石英的晶格結構中，這些雜質原子吸收了特定波長的光，導致我們觀察到的是其餘被反射或透射出來的光，從而呈現出不同的顏色。

1. 顏色成因的常見機制：
   • 微量元素 (Trace Elements)： 許多礦物的顏色是由微量雜質元素造成的。例如，鐵（Fe）、錳（Mn）、鈦（Ti）、鉻（Cr）、銅（Cu）等離子進入晶格，吸收特定波長的光。
   • 結構缺陷 (Structural Defects)： 晶體生長過程中形成的空位、錯位、離子取代等結構缺陷，也可能導致顏色。這些缺陷會產生「色心 (color centers)」，影響光的吸收光譜。
   • 光致變色 (Color Centers induced by Radiation)： 某些礦物，如水晶，如果受到天然放射性物質的輻射，會產生色心，進而呈現顏色。例如，紫水晶就是由於微量鐵離子受到輻射作用而產生的色心。

Uniformitarianism 意為「均變說」或「同一律」。

核心概念：
這是地質學上一個非常重要的基本原理，由蘇格蘭地質學家詹姆斯·赫頓 (James Hutton) 在18世紀末提出，後由查爾斯·賴爾 (Charles Lyell) 在19世紀發展並普及。

定義：
均變說主張，現在是了解過去的關鍵 (The present is the key to the past)。它認為，在地質歷史過程中，作用於地球表面的自然規律和過程（如侵蝕、沉積、火山活動、地震、板塊運動等）與現在的規律和過程是相同的。

Barrier island 意為「障壁島」或「堰洲島」。

核心概念：
障壁島是一種沿海地形，是由沙和礫石堆積而成，平行於大陸海岸線，並與大陸隔離。

形成機制：
障壁島的形成有多種理論，最主要的包括：

1. 沙洲的連續與抬升： 海岸附近形成的沙洲（sandbar）在海平面變化或沉積物不斷堆積的作用下，逐漸增高並與陸地分離，最終形成障壁島。
2. 陸地侵蝕與分離： 原本與大陸相連的陸地區域，在海平面上升或海岸侵蝕作用下，較低窪的陸地被淹沒，而較高、富含沙礫的區域則被隔離，形成障壁島。
3. 海底沙脊抬升： 海底的沙脊（sand ridge）在海平面上升過程中被抬升至海平面之上。

Unconformity 意為「不整合」或「不整合面」。

核心概念：
在地層記錄中，不整合面代表了一個時間間隔，在這個時間間隔內，曾經發生的沉積作用被中斷，取而代之的是侵蝕作用，或者地層發生了變質、變形等，之後又恢復了沉積作用。因此，不整合面代表了地層記錄中的「缺失」或「斷層」。

形成過程：
不整合面通常由以下步驟形成：

1. 沉積： 首先，在某個區域沉積了一套地層。
2. 抬升與侵蝕： 該區域發生抬升，使得已形成的沉積地層部分或全部露出地表，受到風、水、冰等外營力作用而發生侵蝕，形成一個不平整的表面。
3. 沈降與再沉積： 該區域隨後又發生沈降，使得侵蝕面被淹沒，新的沉積物在其上開始沉積，形成新的、未變質（或變質程度不同）的地層。

類型：
根據不整合面上下兩側地層的傾角關係，不整合面可分為幾種類型：

• 平行不整合 (Parallell Unconformity)： 上下兩套地層的傾角大致相同，不整合面僅表示沉積中斷並恢復。

Diagenesis 意為「成岩作用」。

核心概念：
成岩作用是指沉積物在沉積後、變質作用開始之前，發生在沉積盆地中的一系列物理、化學和生物過程，這些過程將鬆散的沉積物轉化為堅硬的沉積岩。

作用階段與過程：
成岩作用通常發生在沉積物埋藏的早期階段，隨著埋藏深度的增加，溫度和壓力升高，最終會進入變質作用的範圍。成岩作用的過程包括：

1. 壓實 (Compaction)： 隨著上覆沉積物的重量增加，孔隙空間被壓縮，沉積物顆粒之間的距離縮小，水分被擠出。
2. 膠結 (Cementation)： 沉積物孔隙中的地下水攜帶溶解的礦物質（如碳酸鈣、二氧化矽、氧化鐵等），在顆粒之間沉積，將顆粒黏結在一起，形成膠結物。
3. 溶解 (Dissolution)： 某些礦物在地下水作用下被溶解，可能形成新的孔隙或影響原有的孔隙結構。

Eolian 意為「風成的」或「風蝕的」。

核心概念：
這是描述由風（wind）作為主要搬運和沉積介質所形成的地質作用、地貌或沉積物。

風的搬運方式：
風的搬運能力取決於風速和顆粒大小。

1. 懸浮 (Suspension)： 極細小的顆粒（如粉砂、黏土）能被風長期懸浮在空中，長距離搬運。
2. 躍移 (Saltation)： 較大的顆粒（如細砂、粗砂）被風吹起後，跳躍式前進，撞擊地面後再次被吹起，如此循環。這是沙丘形成的主要搬運方式。
3. 滾動 (Creeping/Rolling)： 最大顆粒的砂礫，風速不足以將其吹起，只能被風推動或滾動前進。

大陸地殼 (Continental Crust) 與海洋地殼 (Oceanic Crust) 是地球岩石圈的兩個主要組成部分，它們在成分、厚度、密度、年齡和形成機制等方面存在顯著差異。

1. 成分 (Composition)：

• 大陸地殼： 主要由較輕的、富含矽和鋁的長英質 (felsic) 岩石組成，例如花崗岩 (granite) 和片麻岩 (gneiss)。其平均成分類似於安山岩 (andesite)。
• 海洋地殼： 主要由較重的、富含鎂和鐵的鎂鐵質 (mafic) 岩石組成，例如玄武岩 (basalt) 和輝長岩 (gabbro)。

2. 厚度 (Thickness)：

• 大陸地殼： 相對較厚，平均厚度約為 30-50 公里，在造山帶地區甚至可達 70 公里以上。
• 海洋地殼： 相對較薄，平均厚度約為 5-10 公里。

3. 密度 (Density)：

• 大陸地殼： 密度較低，平均約為 2.7 克/立方公分 ($g/cm^3$)。
• 海洋地殼： 密度較高，平均約為 3.0 克/立方公分 ($g/cm^3$)。
  由於密度差異，大陸地殼漂浮在地幔之上時，其均衡狀態（Isostasy）較高，形成大陸。

4. 年齡 (Age)：

• 大陸地殼： 非常古老，最古老的岩石可達約 40 億年。大陸地殼一旦形成，就不易被完全毀滅，而是不斷經歷變質、變形和再造。
• 海洋地殼： 相對年輕，最古老的海洋地殼約為 2 億年。海洋地殼在海嶺處不斷新生，並隨著板塊運動向兩側擴張，最終在地幔的俯衝帶被消滅（再循環回地幔）。

5. 形成機制 (Formation Mechanism)：

• 大陸地殼： 形成機制複雜，主要涉及岩漿分異、火山活動、板塊碰撞、變質作用、陸源沉積物熔融等過程。

地球內部構造複雜，我們無法直接鑽探至地心，因此對其了解主要依賴間接的地球物理研究方法。

一、 地球內部構造 (Earth's Internal Structure)：

根據地球物理學的證據，地球內部可以大致分為以下幾個主要層圈：

1. 地殼 (Crust)：

   • 最外層的固體岩石圈。
   • 分為大陸地殼（較厚，成分偏長英質）和海洋地殼（較薄，成分偏鎂鐵質）。
   • 與上部地幔頂部一同構成岩石圈。

2. 地幔 (Mantle)：

   • 位於地殼之下，深度約至 2900 公里。
   • 占地球體積的最大部分（約84%）。
   • 主要由富含鎂、鐵的矽酸鹽礦物組成（如橄欖石、輝石）。
   • 分為：
     • 上部地幔 (Upper Mantle)：
       • 岩石圈地幔 (Lithospheric Mantle)： 構成岩石圈的堅硬部分，與地殼一同構成板塊。
       • 軟流圈 (Asthenosphere)： 位於岩石圈地幔之下，溫度較高，具有可塑性，黏滯性低，可以緩慢流動，是板塊運動的基礎。
     • 下部地幔 (Lower Mantle)： 溫度和壓力更高，岩石處於更緊密、更堅硬的狀態。

3. 地核 (Core)：

   • 位於地幔之下，深度約至地球中心（約 6371 公里）。
   • 主要成分是鐵 (Fe) 和鎳 (Ni)，並含有少量輕元素。
   • 分為：
     • 外核 (Outer Core)： 深度約 2900-5150 公里。處於熔融狀態（液態），是產生地球磁場的主要區域（發電機效應）。
     • 內核 (Inner Core)： 深度約 5150-6371 公里。儘管溫度極高，但由於壓力巨大，內核處於固態。

二、 探知地球內部組成的地球物理研究方法：

我們主要利用地震波的傳播特性來推斷地球內部的結構和成分。

1. 地震學 (Seismology)：
   • 原理： 地震發生時會產生地震波（P波和S波），這些波在通過不同介質時，其傳播速度、方向和振幅會發生變化。通過分析全球各地地震儀記錄到的地震波數據，可以繪製出地震波速隨深度變化的圖譜。
   • 研究方法：

地表的風化作用 (Weathering) 是指岩石在接近地表或地表條件下，受到物理、化學和生物因素的破壞和分解過程。風化作用對地球氣候系統的長期影響主要體現在對大氣中二氧化碳 ($CO_2$) 濃度的調節，進而影響全球溫度。

風化作用與碳循環的關係：

1. 化學風化 (Chemical Weathering) 的核心：

   • 化學風化是風化作用中對氣候影響最關鍵的部分，特別是矽酸鹽岩石的風化。
   • 矽酸鹽岩石（如長石、輝石、角閃石等，在地殼中含量豐富）與大氣中的 $CO_2$ 和水 (H$_2$O) 發生反應，消耗大氣中的 $CO_2$。
   • 典型的矽酸鹽風化反應（以長石為例）：
     $2KAlSi_3O_8 \text{(長石)} + 2CO_2 + 2H_2O \rightarrow Al_2Si_2O_5(OH)_4 \text{(高嶺石)} + 4SiO_2 \text{(二氧化矽)} + 2K^+$
     在這個反應中，大氣中的 $CO_2$ 被消耗，轉化為溶解在水中的碳酸離子（$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3 \rightleftharpoons H^+ + HCO_3^-$），並生成碳酸鹽（如 $K^+$ 與 $HCO_3^-$ 結合形成 $KHCO_3$）或最終形成碳酸鹽岩。

2. 碳酸鹽沉澱與隔離：

   • 風化過程中產生的可溶性陽離子（如 $K^+$, $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Mg^{2+}$）和碳酸氫根離子 ($HCO_3^-$) 會被河流帶入海洋。
   • 在海洋中，這些離子可以與碳酸根離子 ($CO_3^{2-}$) 結合，形成碳酸鹽沉澱，例如碳酸鈣 ($CaCO_3$)。

核心觀念

本題考查：

• 化石層序律與標準化石：利用化石的演化先後與分布，對比相距甚遠的地層。
• 地層對比與缺失地層判定：相同標準化石代表大致相同地質年代；若一地缺少某年代化石，表示該地曾發生沉積中斷或侵蝕。
• 交錯層理判讀古水流方向：交錯層理的傾斜方向，通常指示水流方向。
• 沉積構造辨識地層是否倒轉：正常粒序為下粗上細；甲地 $d$ 層呈下細上粗，表示曾受地殼變動而倒轉。

解題方法

先以圖中的標準化石進行兩地地層對比，再配合地層上下關係判斷年代順序。甲地 $d$ 層的沉積物呈現由下而上漸粗，原本正常沉積時應為由下而上漸細，因此甲地曾發生地層倒轉，不能直接依現今圖面的上下位置判定年代。

核心觀念

本題考查：

1. 交錯層理判讀古水流方向。
2. 地震波速度曲線與地球內部構造的關係。
3. 古氏不連續面與軟流圈的位置。

一、地層 2 的古水流方向

交錯層理中的斜層理面，通常向水流下游方向傾斜；因此判讀斜層理的傾斜方向，即可推測古水流方向。

但本頁掃描圖未包含「乙地地層 2」的剖面圖，無法直接確認斜層理究竟向西或向東傾斜。若原圖中的斜層理向東傾斜，則水流方向為向東流；若向西傾斜，則為向西流。

判讀公式為：

二、地震波速度曲線

地震波判讀原則如下：

• $P$ 波可通過固體、液體與氣體。
• $S$ 波只能通過固體，不能通過液體。
• 震波速度突然改變，代表不同物質界面的不連續面。

本題考查第四紀冰期時的全球海平面變化及其對臺灣海峽的影響。

一、 第四紀冰期時的全球海平面下降：

第四紀冰期（Pleistocene epoch）是指大約從260萬年前至今，地球經歷了多次冰期（氣溫較低，冰蓋擴張）和間冰期（氣溫較高，冰蓋消融）的循環。在冰期階段，大量的海水以冰川和冰蓋的形式被儲存在陸地上，導致全球海平面顯著下降。

• 下降幅度： 在最嚴重的冰期高峰期，全球海平面比現在（間冰期）的平均海平面大約下降了 100 至 150 公尺。有些估計範圍更廣，從90公尺到130公尺不等，但100-150公尺是一個普遍接受的範圍。

二、 冰期時臺灣海峽的狀況：

當全球海平面下降約 100-150 公尺時，臺灣海峽的狀況與現在有顯著不同。

• 現況： 臺灣海峽是一個平均水深約 60 公尺的淺海。最深處約 100 多公尺。
• 冰期時： 由於海平面大幅下降，原本被海水淹沒的臺灣海峽大部分地區將會露出水面，形成一個陸橋 (Land Bridge) 或稱為大陸橋。
  • 臺灣島與中國大陸之間將會被連接起來，形成一個相對連續的陸地。
  • 臺灣海峽將不再是一個獨立的海峽，而是一片廣闊的陸地，上面可能會有河流、湖泊、沼澤，甚至可能連接到周邊的平原。
  • 這也意味著，當時的陸地生物（包括人類的祖先）可以通過這個陸橋從亞洲大陸遷徙到臺灣島，甚至進一步到達菲律賓群島（當時菲律賓也可能與亞洲大陸相連）。

三、 支持此看法的證據：

有許多地質和考古學證據支持冰期時臺灣海峽曾是陸橋的說法：