112 年 國立臺灣大學地質科學系及海洋研究所聯合招生《地質科學》

此題要求解釋「Uniformitarianism」（均一論，或稱均變論）。這是地質學中最基本且重要的原則之一。

核心觀念： 均一論主張「現在是過去的鑰匙」（The present is the key to the past）。意思是說，現在地球上正在發生的地質作用（如侵蝕、沉積、火山活動、地震等）與過去發生的作用在本質上是相同的，只是作用的強度和發生的頻率可能不同。這個原則是理解地球歷史和地質過程的基礎。

詳解：
Uniformitarianism，中文稱為「均一論」或「均變論」，是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·萊爾（Charles Lyell）在其著作《地質學原理》（Principles of Geo

此題要求解釋「Transform fault」（轉換斷層）。這是板塊構造學中一個非常重要的斷層類型。

核心觀念： 轉換斷層是一種特殊的平移斷層，通常發生在兩個錯動的板塊之間，斷層面是垂直的，板塊沿著斷層面作水平方向的滑移，並不產生新的地殼，也不會毀滅地殼。它們經常連接其他類型的板塊邊界，如中洋脊或隱沒帶。

詳解：
Transform fault（轉換斷層）是一種主要的板塊邊界類型，屬於走滑斷層（strike-slip fault）。在轉換斷層上，兩個相鄰的板塊沿著斷層線作水平方向的相對滑動。

此題要求解釋「Suspend load」（懸浮載荷）。這是河流地貌學中關於河流搬運物質的一個術語。

核心觀念： 懸浮載荷是指河流中被水流懸浮而搬運的細小沉積物，它們的顆粒足夠小，足以被水流的紊亂運動（turbulence）支撐，不易沉降。

此題要求解釋「Losing stream」（滲漏溪流）。這是水文地質學和河流地貌學中描述溪流與地下水相互作用的一個概念。

核心觀念： 滲漏溪流是指溪流的水量會滲入下方或側方的土壤、岩石層，進而補充地下水。這種現象通常發生在溪床下方或側壁的滲透性良好的沉積物（如砂礫石）或裂隙發達的岩石中。

詳解：
Losing stream（滲漏溪流），又稱為「地下水補給溪流」（recharging stream），是指溪流的水量會持續不斷地滲入地下，補充地下水含水層的水量。

此題要求解釋「Perovskite」（鈣鈦礦）。這是一個在礦物學和材料科學中都非常重要的名詞。

核心觀念： 鈣鈦礦最初是指一種具有特定晶體結構（ABO3）的礦物，其化學式為CaTiO3。然而，現在「鈣鈦礦」一詞也廣泛用於泛指所有具有相同或相似晶體結構的化合物，這些化合物在太陽能電池、LED等領域有著重要的應用。

詳解：
Perovskite（鈣鈦礦）最初是指一種天然礦物，其化學式為CaTiO3，得名於俄羅斯礦物學家 L. A. Perovski。它具有一種特殊的鈣鈦礦結構（perovskite structure），其一般化學式為 ABO3。

此題要求解釋「Hotspot」（熱點）。這是地質學中解釋火山活動和板塊構造運動的一個重要概念。

核心觀念： 熱點是指地函深處一個相對固定的、溫度異常高的區域，它能夠穿透地函對流層，並在地殼上形成火山活動。熱點在板塊移動時，會在板塊上留下火山島鏈或火山高原。

詳解：
Hotspot（熱點）是指地函中一個相對固定、溫度異常高的區域，被認為是地函深處（可能來自地函底部）的地幔柱（mantle plume）所導致。

此題要求解釋「Glacial rebound」（冰川回彈）。這是冰河時期結束後，地殼對上覆冰層壓力釋放的反應。

核心觀念： 在過去的冰河時期，厚重的冰層覆蓋在地表，使地殼受到極大的向下壓力而下沉。當冰川消退後，壓力釋放，地殼會緩慢地向上回彈，恢復到其原來的均衡位置。這個過程稱為冰川回彈。

詳解：
Glacial rebound（冰川回彈），又稱為「冰期後均衡調整」（post-glacial isostatic adjustment），是指在過去冰河時期，由於厚重的冰蓋（ice sheets）對地殼施加巨大的垂直壓力，導致地殼（包括岩石圈）發生向下沉降。

此題要求解釋「Longshore drift」（沿岸漂移）。這是海岸地貌學中描述沉積物輸移的一個重要過程。

核心觀念： 沿岸漂移是指海浪將沙石等沉積物以斜向方式帶到岸邊，然後在波浪退去時，沿著海岸線平行方向將沉積物帶回水中，如此反覆作用，使得沉積物沿著海岸線不斷移動的過程。

詳解：
Longshore drift（沿岸漂移），也稱為「沿岸流」（longshore current），是指海浪以斜角拍打海岸，將沉積物（如沙、礫石）帶到岸邊，然後在海浪退去時，水流沿著海岸線平行方

此題要求說明板塊邊界的類型及其成因。這是一個關於板塊構造學的基礎問題。

核心觀念： 板塊邊界是地球岩石圈板塊相互作用的區域，主要分為三種類型：離散邊界（張裂）、聚合邊界（碰撞）和轉換邊界（錯動）。每一種類型的邊界都伴隨著特定的地質作用和地形特徵，由板塊的相對運動方向決定。

詳解：
板塊邊界是地球上岩石圈板塊相互作用的主要區域，其運動方式決定了邊界的類型。主要有三種類型：

1. 離散邊界 (Divergent Boundary)：

   • 類型： 板塊相互分離、遠離的邊界。
   • 成因： 主要由地函柱（mantle plume）或地函對流的上升分支引起，熱量導致岩石圈減薄、拉伸並斷裂。地函物質上湧、熔融形成新的地殼（玄武岩漿），並在邊界處冷卻凝固。
   • 例子： 中洋脊（mid-ocean ridges），如大西洋中洋脊；大陸裂谷，如東非大裂谷。

2. 聚合邊界 (Convergent Boundary)：

   • 類型： 板塊相互碰撞、靠近的邊界。
   • 成因： 板塊之間的相對運動是相互擠壓。根據碰撞板塊的性質，又可細分為三種次類型：
     • 大洋-大陸聚合： 密度較大的大洋板塊隱沒（subducts）到密度較輕的大陸板塊之下，在地殼上形成火山弧（volcanic arc）和海溝（trench）。

此題主要探討台灣的地熱潛力區域及其發展面臨的挑戰。

核心觀念： 地熱發電的潛力區域通常與板塊構造活動、火山活動或高地溫梯度有關。台灣位於環太平洋火山帶，地熱資源豐富。發展地熱發電需要克服技術、經濟、環境和政策等多方面挑戰。

詳解：
台灣位於菲律賓海板塊與歐亞板塊的聚合邊界，地質構造複雜，板塊碰撞及斷層活動活躍，因此擁有豐富的地熱資源。

台灣潛力發展地熱發電的區域（舉例）：

1. 宜蘭大同鄉清水地區 (清水地熱)： 這是台灣最為人熟知且已進行開發的地熱區域。該地區位於大屯火山帶的延伸，地熱溫度高，適合發展中高溫地熱發電。
2. 花東縱谷地區： 縱谷斷層帶兩側分佈有多處地熱點，例如紅葉溫泉、瑞穗溫泉等地，顯示此區域有潛力發展地熱。此區域可能與斷層活動帶來的熱源或較高的地溫梯度有關。
   • （其他潛力區域尚包括大屯火山群、阿里山地區、蘭嶼等，但題目要求舉出兩個。）

現階段台灣發展地熱最大的挑戰與限制：

1. 地熱勘探與鑽井成本高昂：

   • 勘探風險： 確定高溫、高壓、高產能的地熱儲層需要詳細的地質勘探、地球物理探測和地球化學分析，但這些技術本身仍存在不確定性，勘探失敗的風險較高。
   • 鑽井成本： 鑽探到地熱儲層（通常需要數百米至數公里深）的成本極高，尤其是需要鑽探多口探勘井、生產井和注水井。台灣地質條件複雜，斷層多，可能增加鑽井難度與成本。

2. 地熱儲層評估與開發技術：

   • 儲層特性複雜： 台灣許多潛在的地熱區可能不是典型的「熱液系統」（hydrothermal system），而是「增強型地熱系統」（Enhanced Geo

此題分為兩個部分：一是比較大氣中三種溫室氣體的含量，二是解釋地球氣候系統的內外營力。

核心觀念：

• 溫室氣體含量： 水蒸氣是大氣中最主要的溫室氣體，但其濃度受溫度影響變化大，且通常不被視為人類活動引起的「主要」長期氣候變遷驅動因子。二氧化碳和甲烷是人類活動排放的主要溫室氣體。
• 內外營力： 氣候變遷的驅動力可分為內營力（來自地球系統內部）和外營力（來自地球系統外部）。

詳解：

第一部分：大氣中溫室氣體含量比較

在大氣中，三種提到的溫室氣體含量由高至低依序為：

1. 水蒸氣 (H₂O)： 水蒸氣是大氣中最豐富的溫室氣體，其在大氣中的體積百分比隨地點和時間變化很大，平均約 0.25% 至 4%。雖然其濃度受溫度影響而產生正回饋效應，且其大氣壽命短（約9天），但它對地球自然溫室效應的貢獻最大。
2. 二氧化碳 (CO₂)： 二氧化碳是另一個重要的溫室氣體，其在大氣中的平均濃度約為 420 ppm (百萬分點，parts per million)，約佔 0.042%。自工業革命以來，人類活動（如燃燒化石燃料）使其濃度顯著升高。
3. 甲烷 (CH₄)： 甲烷的濃度相對較低，約為 1.9 ppm，約佔 0.00019%。然而，甲烷的溫室效應潛勢（全球暖化潛勢, GWP）比二氧化碳高得多，在大氣中的壽命也比二氧化碳長（約12年）。

結論： 大氣中含量最高的是水蒸氣，其次是二氧化碳，甲烷的含量最低。

第二部分：地球氣候系統的內外營力

地球氣候系統是指地球的五大圈層（大氣圈、水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈）及其相互作用的系統。氣候變遷的驅動力，即「營力」（forcing），可以分為內營力（internal forcing）和外營力（external forcing）。

外營力 (External Forcing)：
外營力是指來自地球系統以外的能量變化，主要影響到達地球的太陽輻射量或地球的能量收支。

1. 太陽輻射變化 (Solar Irradiance Changes)：
   • 太陽活動週期： 太陽本身存在約11年的太陽黑子週期，會引起太陽輻射量的微小變化。
   • 米蘭科維奇週期 (Milankovitch Cycles)： 這些是地球軌道參數的長期週期性變化，包括：
     • 軌道偏心率 (Eccentricity)： 地球軌道從近乎圓形到橢圓形的變化（週期約10萬年和41萬年）。
     • 斜率 (Obliquity/Axial Tilt)： 地球自轉軸相對於軌道平面的傾角變化（週期約4.1萬年）。

此題要求辨識地質圖上的盆地和穹窿構造，並解釋臺北盆地的生成原因。

核心觀念：

• 盆地與穹窿： 盆地（basin）是指岩層向下彎曲（凹陷）的構造，其中心岩層年齡較新；穹窿（dome）是指岩層向上彎曲（隆起）的構造，其中心岩層年齡較老。在地質圖上，可以透過等高線、等深線或地層接觸線的形態來辨識。
• 臺北盆地生成： 臺北盆地是台灣北部一個重要的沉積盆地，其形成與板塊構造、斷層活動及沉降有關。

詳解：

在地質圖上如何分辨 Structure Basin 及 Structure Dome：

在地質圖上，結構盆地（Structure Basin）和結構穹窿（Structure Dome）是兩種常見的構造形態，它們在地層的水平投影（即地質圖）上，可以透過觀察地層接觸線（岩層與岩層相交的線）或等高線（若地層是水平的，則地層接觸線會與地形等高線平行；若地層傾斜，則會呈現特定的斜交或平行關係）的形態來辨識。

1. 結構盆地 (Structure Basin)：

   • 形態： 結構盆地是岩層向下彎曲形成的凹陷構造。在水平地層中，盆地的中心部分通常是較年輕的地層，而越往邊緣，地層越老。
   • 在地質圖上的表現：
     • 地層接觸線： 圍繞著盆地中心，地層接觸線會呈現閉合的橢圓形或環狀，且中心區域的岩層年齡是最年輕的。若有標示地層傾角，則盆地邊緣的地層通常向中心傾斜。
     • 等高線（若考慮地形）： 如果盆地被侵蝕形成地表地形，其邊緣的等高線可能呈現「U」字形或「V」字形，開口朝向盆地中心，且盆地中心的等高線可能較密集（代表較高的地形）或較稀疏（代表較低的窪地），但關鍵在於地層的年代。
     • 觀察地層年代： 在閉合的構造中，若最內層的地層比外圍的地層年輕，則為盆地。

2. 結構穹窿 (Structure Dome)：

   • 形態： 結構穹窿是岩層向上彎曲形成的隆起構造。在水平地層中，穹窿的中心部分通常是較老的地層，而越往邊緣，地層越年輕。
   • 在地質圖上的表現：
     • 地層接觸線： 圍繞著穹窿中心，地層接觸線也會呈現閉合的橢圓形或環狀，但中心區域的岩層年齡是最古老的。若有標示地層傾角，則穹窿邊緣的地層通常向外傾斜。

此題要求說明影響地震震度大小的因素，並介紹台灣新制震度分級的主要變革。

核心觀念：

• 震度 (Seismic Intensity)： 震度是對地震在地面上引起搖晃程度的描述，主要基於人對震動的感受以及對物體的影響程度。它與地震的規模（Magnitude）是不同的概念。
• 震度影響因素： 震度受地震本身的特性（規模、震源深度）及震源地的地質條件（場址效應）影響。
• 台灣新制震度： 台灣的地震震度分級制度在2020年進行了更新，與舊制相比，主要在於改進了測量參數和分級標準，以更精確地反映地震的影響。

詳解：

地震的震度大小與哪些因素有關 (6分)：

地震的震度（Seismic Intensity）是衡量地震在特定地點對地面、建築物和人類造成的搖晃程度的一種指標。它與地震的規模（Magnitude，衡量地震釋放能量的大小）不同，震度是區域性的，會因地點而異。影響地震震度大小的因素主要有以下幾點：

1. 地震規模 (Earthquake Magnitude)：

   • 說明： 地震規模越大，釋放的能量越多，理論上產生的搖晃越強烈，能影響的範圍也越廣。規模是決定最大可能震度的基本因素。

2. 震源深度 (Depth of Focus)：

   • 說明： 震源越淺，地震波傳遞到地表的能量越集中，地面上的搖晃通常越強烈，震度也越大。深源地震的能量在地殼中傳播的距離長，衰減較快，對地表的影響相對較小，震度較低。

3. 震源距離 (Epicentral Distance)：

   • 說明： 距離震源（或震央）越近，地震波的振幅衰減越少，地面上的搖晃越強烈，震度越大。隨著距離的增加，地震波的能量會逐漸衰減，震度也隨之降低。

4. 場址效應 (Site Effect) / 地質條件 (Geological Conditions)：

   • 說明： 這是影響震度最重要的因素之一。地震波傳播到地表時，會受到當地地表下方地質結構的影響。
   • 軟弱地盤： 鬆軟的沉積物（如盆地內的砂、泥土）會放大地震波的振幅，延長搖晃的時間，導致震度顯著增加。盆地邊緣或地下水位高的地區尤其明顯。
   • 堅硬基岩： 堅硬的岩石（如花崗岩、變質岩）對地震波的放大作用較小，震度相對較低。
   • 地形效應： 山脊、山谷等地形也會對地震波產生聚焦或繞射效應，影響局部震度。

此題要求解釋「板塊構造學說」（Plate Tectonics），並列舉其主要證據。

核心觀念：

• 板塊構造學說： 這是現代地球科學中最具革命性的理論之一，解釋了地球表面岩石圈的運動和地質現象。
• 證據： 支持板塊構造學說的證據來自多個學科，包括地球物理學、地質學、古生物學等，涵蓋了海底擴張、地震與火山分佈、古磁學、化石分佈等。

詳解：

何謂 plate tectonics (2分)：

Plate tectonics（板塊構造學說）是一種解釋地球岩石圈（lithosphere）如何被分割成若干巨大的、剛性的板塊，以及這些板塊如何在地球表面緩慢移動、相互作用，從而導致地震、火山活動、造山運動和大陸漂移等各種地質現象的理論。它認為，地球的表面並非連續一體，而是由一系列相互獨立的板塊組成，這些板塊漂浮在地函上部的軟流圈（asthenosphere）之上，並隨著地函對流而運動。

Plate tectonics 的主要證據，請舉出四個並簡要說明 (8分)：

支持板塊構造學說的證據眾多，以下列舉四個主要且重要的證據：

1. 海底擴張與中洋脊 (Seafloor Spreading and Mid-Ocean Ridges)：

   • 說明： 20世紀中葉，科學家通過聲納探測發現，大洋底部存在一個全球性的山脈系統——中洋脊，它貫穿各大洋。在中洋脊處，不斷有新的海底地殼生成，並從脊軸向兩側擴張。
   • 證據：
     • 年輕的海底： 海底岩石的年齡沿著中洋脊向兩側遞增，離脊軸越遠，岩石越老。
     • 沉積物厚度： 海底沉積物的厚度也同樣沿著中洋脊向兩側遞增，表明時間越長，沉積物堆積得越多。
     • 熱流異常： 中洋脊處的熱流異常高，顯示有地函熱物質上湧。
     • 火山活動： 中洋脊是活躍的火山活動區，噴發出玄武岩漿，形成新的海底地殼。
   • 與板塊構造的關聯： 中洋脊是大洋板塊的離散邊界，是海底擴張的證據，解釋了大陸漂移的動力來源。

2. 地震與火山活動的分佈 (Distribution of Earthquakes and Volcanoes)：

   • 說明： 地震和火山活動並非隨機分佈在地球表面，而是高度集中在某些特定的狹窄地帶。
   • 證據：
     • 地震帶： 全球約90%的地震發生在環太平洋火山帶、阿爾卑斯-喜馬拉雅地震帶等板塊邊界上。
     • 火山帶： 大多數活火山也集中在這些板塊邊界，特別是隱沒帶（如環太平洋火山帶）。
   • 與板塊構造的關聯： 板塊的相互作用（碰撞、分離、錯動）是引發地震和火山活動的直接原因。例如，隱沒帶的地震深度隨距離海溝越遠而越深（本尼奧夫帶 Benioff Zone），這與俯衝的板塊在深部斷裂有關。