111 年 國立臺灣大學地質科學系碩士班地質組《地球歷史》

本題考查地球上最古老岩石的定年結果，為地球科學基礎知識。
目前公認地球上最古老的岩石是發現於澳洲傑克希爾斯（Jack Hills）的鋯石（zircon）碎屑，其定年

本題考查彗星的組成成分。
彗星主要由冰（水冰、氨冰、甲烷冰等）、塵埃（矽酸鹽、碳化物等）和少量有機物組成。其主要成分可以歸納為「髒雪球」(dirty snowball) 模型，即冰和塵埃的混合物。

本題考查地質年代劃分，Proterozoic Eon 的時間範圍。
Proterozoic Eon（元古代）是地質年代中的一個時期，緊接在 Archean Eon（太古代）之後，並在 Phanerozoic Eon（顯生宙）之前。國際地層委員會（ICS）定義的 Proterozoic Eon 的時間範圍是從 2500 百萬年（2.5 Ga）到 541 百萬年（0.541 Ga）。

本題考查古地理學中超大陸時期的海洋名稱。
Rodinia (E) 是一個古老的超大陸，其周圍的海洋被稱為 Mirovia Ocean。
Pangaea (盤古大陸) 是另一個著名的超大陸，其周圍的廣大海洋被稱為 Panthalassa (B)。
Iapetus (A) 是古生代早期存在於勞倫西亞大陸和波羅的海大陸之間的海洋。

本題考查二疊紀（Permian）岡瓦納古陸（Gondwana）的植物群。
二疊紀是古生代晚期，岡瓦納古陸位於南半球。在此時期，一種名為 Glossopteris (A) 的舌形葉植物廣泛分布在岡瓦納古陸的各個地區，其化石的發現是支持大陸漂移和岡瓦納古陸存在的關鍵證據之一。

本題考查米蘭科維奇循環（Milankovitch cycles）中地球軌道離心率（eccentricity）的週期。
米蘭科維奇循環描述了地球軌道參數（離心率、斜率、歲差）的週期性變化如何影響到達地球的太陽輻射量，進而可能影響氣候變化。

核心觀念

CCD（Carbonate Compensation Depth，碳酸鹽補償深度）是海洋中碳酸鈣（$CaCO_3$）的供應速率，恰好等於其溶解速率的深度。

在 CCD 以上，含碳酸鈣的生物殼體較容易保存，可形成鈣質軟泥；在 CCD 以下，因為深海水域：

• 壓力較大；
• 溫度較低；
• 溶解的 $CO_2$ 較多，碳酸較強；
• 碳酸鈣溶解度增加；

使沉降至海底的碳酸鈣殼體大多溶解，沉積物難以累積碳酸鈣。因此，CCD 以下通常以不易溶解的矽質生物遺骸或黏土沉積物為主。

解題方法

判斷各選項是否能在 CCD 以下大量保存：

1. 若為碳酸鈣組成，會在 CCD 以下大量溶解，通常不是主要沉積物。
2. 若為矽質組成，則較能抵抗深海環境中的溶解作用。
3. 選項中，Radiolarians（放射蟲）的骨骼主要由蛋白石質二氧化矽（opaline silica，$SiO_2\cdot nH_2O$）構成，形成矽質軟泥，最符合條件。

因此正確答案為 Radiolarians。

選項分析

(A) Halite

本題考查被動大陸邊緣（passive continental margin）地殼下沉的原因。
被動大陸邊緣是指缺乏板塊碰撞邊界活動的大陸邊緣，通常與大洋中脊擴張有關。隨著時間的推移，形成的大洋地殼會逐漸冷卻、收縮並變得更密集，從而下沉。這種冷卻收縮是導致被動大陸邊緣地殼下沉的主要原因。

本題考查層序地層學（Sequence Stratigraphy）中的高水位體系域（Highstand System Tract, HST）。
高水位體系域是在海平面相對較高時期形成的一系列沉積體。在此時期，海水淹沒了更多的陸地，海岸線向內陸推進，沉積物在相對較淺的淺海區域堆積。
高水位體系域的主要特徵是：

1. 相對海平面上升（transgression）或維持在高位。
2. 沉積物的堆疊特徵為 progradation，即沉積物前緣向前推進（朝向海的方向），通常由淺水相沉積物堆疊在深水相沉積物之上。

本題與第 7 題相同，考查碳酸鹽補償深度（CCD）以下的沉積物組成。
CCD 是海洋中碳酸鈣（CaCO3）沉積物開始溶解的深度。在這個深度以下，海水中的碳酸鈣飽和度降低，使得碳酸鈣沉積物會被溶解。
選項 (A) Halite (岩鹽) 是蒸發岩，通常在乾旱環境下的淺海形成。
選項 (B) Dolomite (白雲石) 是碳酸鹽岩，但其形成機制複雜，通常也非 CCD 以下的主要沉積物。
選項 (C) Radiolarians (放射蟲) 是單細胞生物，其外殼主要由二氧化矽組成。

本題考查安地斯山脈（Andes Mountains）的板塊構造背景。
安地斯山脈是位於南美洲西海岸的山脈，是太平洋板塊（Pacific plate）或納茲卡板塊（Nazca plate）向南美洲板塊（South America plate）俯衝形成的。
(A) South America plate 是美洲板塊的一部分，位於安地斯山脈的東側。
(B) Nazca plate 是位於太平洋和南美洲板塊之間的海洋板塊，它正向東俯衝到南美洲板塊之下，這是形成安地斯山脈的主要機制。

本題考查地質年代的基本劃分順序。
地球歷史按照時間從古到今的順序，主要劃分為：

1. Precambrian (前寒武紀)：涵蓋了地球形成到顯生宙開始（約 4.6 Ga 到 541 Ma）的絕大部分時間。
2. Phanerozoic Eon (顯生宙)：從 541 Ma 開始至今。
   顯生宙又細分為三個代（Era）：
   • Paleozoic Era (古生代)：約 541 Ma 到 252 Ma。
   • Mesozoic Era (中生代)：約 252 Ma 到 66 Ma。

本題考查鮑文反應系列（Bowen's Reaction Series），這是描述岩漿結晶過程的理論。鮑文反應系列將礦物的結晶順序分為兩條主要系列：連續系列（plagioclase feldspar）和不連續系列（olivine, pyroxene, amphibole, mica）。
結晶溫度從高到低（即岩漿從熱到冷）的順序如下：
不連續系列：

• 高溫端：Olivine (橄欖石)
• 中溫端：Pyroxene (輝石)
• 中低溫端：Amphibole (角閃石)
• 低溫端：Biotite (黑雲母) 和 Muscovite (白雲母)
  連續系列（斜長石）：
• 高溫端：Ca-rich plagioclase (鈣長石)
• 低溫端：Na-rich plagioclase (鈉長石)
  在不連續系列中，從高溫到低溫的礦物大致是：Olivine → Pyroxene → Amphibole → Biotite/Muscovite。

本題考查沉積岩的典型特徵。
沉積岩是在地表或接近地表的條件下，由沉積物經壓實、膠結等過程形成的岩石。其主要特徵包括：
(A) 層理 (Bedding)：沉積物形成的層狀結構，是沉積岩最明顯的特徵之一。
(B) 分選 (Sorting)：沉積物顆粒大小的均勻程度，反映了搬運介質（水、風）的能量。
(C) 生物碎屑 (Bioclasts)：生物遺骸或其碎屑，如貝殼、珊瑚等，可以構成沉積岩的一部分，形成生物碎屑岩。

本題考查大洋熱鹽環流（thermohaline circulation），俗稱「大洋輸送帶」的運行週期。
大洋輸送帶是指由海水溫度和鹽度差異驅動的全球性海洋環流系統。

本題考查長濱文化（Changbin culture）的年代和地質時期劃分。
長濱文化是台灣南部舊石器時代晚期的一個考古文化，其年代大約在距今約 3 萬年至約 1 萬年前。
地質年代劃分：

本題考查米蘭科維奇循環（Milankovitch cycles）在地質記錄中的體現。米蘭科維奇循環的週期性變化影響太陽輻射，進而影響全球氣候，並在地質記錄中留下證據。
(A) 黃土記錄 (Loess records)：黃土的沉積與風力活動有關，而風力活動受到氣候帶的影響，與冰期-間冰期循環密切相關，間接反映了米蘭科維奇循環。
(B) 洞穴石筍記錄 (Speleothem records)：石筍的生長受降雨量和溫度影響，其氧同位素比值等可以記錄過去的氣候變化，與米蘭科維奇循環有關。

本題考查地球歷史上大氣 CO2 濃度的變化。
雖然現今人類活動導致 CO2 濃度急劇升高，但從地質歷史長尺度來看，某些時期（如新生代早期）的 CO2 濃度可能更高。
(A) 現今 (Today)：目前 CO2 濃度約為 420 ppm，是工業革命以來最高的。
(B) 9000 年前：全新世早期，CO2 濃度相對穩定，略低於現今。

本題考查放射性同位素碳十四（¹⁴C）的半衰期。
碳十四是一種放射性同位素，常被用於放射性定年，其半衰期大約為 5730 年。這意味著經過 5730 年，樣品中碳十四的量會減少一半。

本題考查新石器時代（Neolithic Period）的開始時間。
新石器時代是人類歷史上的一個重要階段，其特徵是農業的發展、磨製石器和陶器的出現。
新石器時代的開始時間在世界各地有所不同，但一般認為，最早的新石器時代文化出現在中東地區，大約在距今 1 萬年前左右。

本題考查五次大滅絕事件（Five Major Extinction Events）及其對應的生物群。圖中箭頭 A、B、C、D、E 分別代表五次大滅絕事件。
三葉蟲（Trilobites）是古生代（Paleozoic Era）的代表性生物。它們起源於寒武紀，繁盛於古生代，但在古生代末期的大滅絕事件中完全滅絕。
五次大滅絕事件通常對應如下：
A: Late Ordovician extinction (晚奧陶世大滅絕)

本題考查五次大滅絕事件及其對應的生物群。
非鳥類相關的恐龍（non-avian dinosaurs）是在白堊紀末期（Cretaceous Period）的大滅絕事件中滅絕的。

核心觀念

「寒武紀生物群」在此指寒武紀演化生物群，代表類群包括三葉蟲、早期腕足動物、棘皮動物與軟體動物。這種生物群在奧陶紀逐漸受到古生代演化生物群取代；奧陶紀末的大滅絕又使其中多個類群遭受重大損失。古生物演化生物群概述；奧陶紀末大滅絕研究

解題方法

先辨認題目所稱的「Cambrian Fauna」是演化生物群的名稱，再將它與古生代海洋生物群的更替及奧陶紀末的滅絕事件連結。奧陶紀末大滅絕發生在奧陶紀與志留紀交界附近，造成大量海洋生物消失；三葉蟲等寒武紀生物群的重要成員受到重創。

本題考查五次大滅絕事件及其成因。
盤古大陸（Pangaea）的劇烈分裂活動，特別是中生代晚期（三疊紀末期）的火山噴發活動（如中央大西洋火成岩省 Central Atlantic Magmatic Province, CA

核心觀念

地質史上的「生物大滅絕」通常比較特定事件中消失的生物比例。顯生宙規模最大的生物滅絕事件，是二疊紀末期、二疊紀與三疊紀交界的二疊紀—三疊紀大滅絕，約發生於 2.52 億年前。研究估計，當時約有 81%–95% 的海洋物種滅絕；精確比例會因研究方法與統計對象而異。國際地層委員會二疊紀分會；《自然》回顧研究

解題方法

本題為非選擇題，要求繪製 14 萬年以來海平面變化的曲線，並標示重要的氣候事件和海洋同位素分期 (MIS)。
繪製曲線和標示位置需要根據已知的古氣候和海平面數據。以下為繪製和標示的要點：

1. 繪製海平面曲線:
   • 時間軸 (Age, Ka) 從 0 到 140 Ka。
   • 海平面 (Sea level, m) 從 0 到 -140 m。
   • 曲線應顯示冰期-間冰期循環的特徵：冰期時海平面下降（冰川增厚，海水量減少），間冰期時海平面上升（冰川融化，海水量增加）。
   • 從 140 Ka 開始，應該是間冰期（MIS 5），海平面較高。
   • 之後進入冰期（MIS 4, 3, 2），海平面逐漸下降。
   • 在 LGM (Last Glacial Maximum, 末次冰盛期) 時，海平面最低。
   • 之後進入間冰期（MIS 1），海平面上升。
   • Younger Dryas 是全新世早期的一個短暫寒冷期，海平面變化相對較小。
   • MIS 1, 2, 3, 4, 5a, 5b, 5c, 5d, 5e 是海洋同位素分期，代表了過去 14 萬年來的氣候階段。奇數 MIS 編號代表間冰期（暖期），偶數 MIS 編號代表冰期（冷期）。
2. 標示位置:
   • MIS 5 (約 130-70 Ka): 這是上一個間冰期，海平面相對較高，可能略高於現今海平面（0 m）。MIS 5 又可細分為 5a, 5b, 5c, 5d, 5e，其中 5e 是最高點。
   • MIS 4 (約 70-60 Ka): 冰期開始，海平面下降。
   • MIS 3 (約 60-30 Ka): 較溫和的冰期階段，海平面有波動，但總體較低。
   • MIS 2 (約 30-11.7 Ka): 嚴寒的冰期，海平面持續下降。

本題為問答題，分為兩部分：
第一部分：列舉影響十-百年尺度地球溫度變化的自然因素。
第二部分：討論「二氧化碳是造成目前全球暖化的主要原因」這一觀點。

第一部分：影響十-百年尺度地球溫度變化的自然因素

十-百年尺度（decadal to centennial scale）的地球溫度變化主要受以下自然因素影響：

1. 太陽輻射變化 (Solar Irradiance Variations)：

   • 太陽活動週期 (Solar Cycles)：例如 11 年的太陽黑子週期，雖然其對地球總輻射量的影響相對較小，但可能對氣候產生短期影響。
   • 長期太陽活動變化 (Long-term Solar Activity)：例如蒙德極小期 (Maunder Minimum, 約 1645-1715 年) 和斯波勒極小期 (Spörer Minimum, 約 1300-1425 年)，這段時期太陽活動減弱，與地球上出現的「小冰期」(Little Ice Age) 有關。

2. 火山活動 (Volcanic Activity)：

   • 火山噴發 (Volcanic Eruptions)：大型火山噴發會將大量火山灰和氣溶膠（主要是二氧化硫 SO2）噴射到平流層，這些氣溶膠可以反射太陽輻射，導致地球表面溫度暫時下降。例如，1815 年的坦博拉火山噴發 (Mount Tambora) 導致了 1816 年的「無夏之年」(Year Without a Summer)。十-百年尺度的火山活動頻率變化也會對氣候產生影響。

3. 海洋環流變化 (Ocean Circulation Changes)：

   • 大西洋經向翻轉環流 (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC)：AMOC 的強度變化（例如，在過去數千年中有過幾次顯著的減弱）會影響熱量在全球的重新分配，進而影響區域乃至全球的溫度。
   • 厄爾尼諾-南方濤動 (El Niño-Southern Oscillation, ENSO)：ENSO 是一個跨越數年週期的現象，但其長期的頻率和強度變化，以及與其他海洋環流的相互作用，可能對十-百年尺度的氣候趨勢產生影響。

4. 地球軌道參數變化 (Orbital Parameter Variations)：

   • 雖然地球軌道參數（米蘭科維奇循環）的週期主要為數萬年和十萬年，但其影響在較短的時間尺度上也會有所體現，例如在冰期-間冰期循環的轉換過程中。然而，對於十-百年尺度，其直接影響相對較小，更傾向於長週期的驅動作用。

5. 內部氣候系統變率 (Internal Climate Variability)：

   • 即使在沒有外部強迫的情況下，氣候系統內部也會存在自然變率，例如大氣和海洋之間的相互作用，可能導致暫時性的暖化或降溫趨勢。

第二部分：對「二氧化碳是造成目前全球暖化的主要原因」的看法