113 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》

本大題主要考查地質學基礎名詞的定義與理解。

1. Andesite (安山岩)：
   一種中性的火山噴出岩，主要成分為斜長石和輝石或角閃石。其二氧化矽含量介於 52% 至 63% 之間，顏色通常為灰色至深灰色。安山岩是構成許多複式火山（Composite volcano）的主要岩石。
   【答案】一種中性火山噴出岩，主要由斜長石和輝石或角閃石組成，SiO₂含量介於52-63%。

2. Composite volcano (複式火山)：
   也稱為層狀火山（Stratovolcano），是由多次火山噴發形成的火山體，噴發物為熔岩流與火山碎屑（如火山灰、火山彈）交替堆積而成。其特徵是坡度較陡，呈錐形，例如日本的富士山、菲律賓的馬榮火山。
   【答案】由熔岩流與火山碎屑交替堆積而成的錐形火山體，坡度陡峭。

3. Continental rise (大陸隆)：
   位於大陸坡（Continental slope）下方，由海底沉積物堆積而成，坡度平緩，逐漸過渡到深海平原（Abyssal plain）的區域。這些沉積物主要來自陸地，經由河流、冰川或海底濁流搬運至此。
   【答案】位於大陸坡下方，由海底沉積物堆積形成的坡度平緩區域，連接大陸坡與深海平原。

4. Meteorites (隕石)：
   來自外太空，穿越地球大氣層後，仍有殘餘部分墜落地面的固體物質。主要成分可分為石質隕石（Chondrites, Achondrites）、鐵隕石（Iron meteorites）和石鐵隕石（Stony-iron meteorites）。
   【答案】來自外太空，墜落至地球表面的固體物質。

本大題為簡答題，涵蓋了地球物理、冰川學、海平面變化、構造地質、海岸地形與沉積盆地等多元地質學主題。

1. 地球磁場的產生與在地質學的應用

• 地球磁場的產生 (地球發電機理論，Geodynamo Theory) (3分)：
  地球磁場被認為是由核心外核（Outer core）的對流運動所產生。外核主要由熔融的鐵鎳合金組成，其導電性極高。當這些導電流體在外核中發生對流（受地球自轉的科氏力影響）時，便會產生感應電流，進而產生一個全球性的磁場，如同一個巨大的發電機。這個過程稱為「發電機效應」。

• 地磁場變化在地質學中的角色 (7分)：
  地磁場的變化，特別是其方向和強度的記錄，在地質學中有重要的應用：

  • 古地磁學 (Paleomagnetism)：當岩石（特別是火山岩或沉積岩）形成時，磁性礦物（如磁鐵礦）會被地球當時的磁場方向所磁化。這些記錄被鎖定在岩石中，稱為「古地磁」。透過分析不同時代岩石的古地磁記錄，我們可以重建地球過去磁場的變化歷史，包括磁極倒轉（Magnetic reversal）。
  • 板塊構造學的證據：
    • 海底擴張（Seafloor Spreading）：在中洋脊（Mid-ocean ridge）附近，新形成的玄武岩在地殼冷卻時會記錄下當時的地球磁場方向。由於中洋脊不斷生成新的地殼並向兩側擴張，因此在海床上會發現與中洋脊對稱的、條帶狀的磁異常（Magnetic anomaly）。這些磁異常的條帶模式，如同「錄音帶」般記錄了地球過去磁極倒轉的歷史，是海底擴張和板塊移動的直接證據。
    • 大陸漂移與板塊運動：透過分析各地區不同年代岩石的古地磁方向，可以推算出這些岩石在形成時相對於地磁極的位置。將這些古地磁數據與地質證據結合，可以重建大陸的移動軌跡，證實大陸漂移和板塊構造學說。
    • 岩石圈的極性：某些岩石圈的形成過程（如火山活動、沉積）會記錄下當時的地磁場方向。這些記錄可以幫助我們了解板塊的相對位置和運動歷史。

  【答案】地球磁場主要由外核熔融鐵鎳合金的對流運動（發電機效應）產生。地磁場變化（如磁極倒轉）被岩石記錄下來（古地磁），是海底擴張、板塊漂移及重建大陸位置的重要證據。

2. 冰川地形與暖化災害

• 冰川造成的地形地貌特徵 (4分)：
  冰川具有強大的侵蝕和搬運能力，能塑造出獨特的地形：

  • 侵蝕地形：U型谷（U-shaped valley）、冰斗（Cirque）、角峰（Arête）、冰蝕湖（Tarn）、羊背石（Roche moutonnée）。U型谷是冰川在山谷中向下侵蝕形成的寬闊、平底、陡峭側壁的谷地。冰斗是冰川起源處的碗狀凹地。
  • 搬運與堆積地形：冰磧（Till）、冰磧丘陵（Moraine）、冰磧平原（Till plain）、冰磧湖（Kettle lake，由冰塊融化形成的凹地）、冰水沉積地形（如蛇形丘 Esker、三角洲 Outwash plain）。

• 全球快速暖化下高山冰川撤退可能造成的自然災害 (4分)：

  • 冰磧湖潰決洪水（Glacial lake outburst flood, GLOF）：冰川前緣或冰磧物形成的湖泊，當壩體（冰磧壩、冰壩）因融水、侵蝕或地質不穩而潰決時，會引發毀滅性的洪水，沖毀下游聚落與設施。
  • 土石流與崩塌：冰川融水增加，可能加劇坡面不穩定，誘發土石流、山崩、岩屑坡（Debris flow）等災害，尤其是在冰川退縮後暴露出的鬆散沉積物或不穩定邊坡。
  • 水資源短缺與洪水頻率變化：高山冰川是重要的水源，其快速融化初期可能導致河流流量增加，但長期而言，冰川量減少將導致下游乾旱地區水資源短缺。同時，初期融水增加和不穩定的冰湖也可能改變洪水發生的頻率和強度。
  • 海岸侵蝕加劇：雖然主要影響的是海平面上升，但冰川融水增加也會影響區域的淡水與鹽水混合比例，間接影響海岸生態。

  【答案】冰川侵蝕形成U型谷、冰斗、角峰。冰川搬運堆積形成冰磧丘陵、冰水沉積地形。暖化下冰川撤退易引發冰磧湖潰決洪水、土石流、崩塌，並影響水資源供應。

3. 海水面變化及其控制因素

• 全球平均海水面變化主要受控因素 (分不同時間尺度討論) (7分)：

  • 長期（百萬年尺度）：
    • 冰量變化：地球進入或離開冰河時期，極地冰蓋（如南極、格陵蘭）的體積變化是控制全球海水面升降的最主要因素。冰河時期冰蓋巨大，海水面下降；間冰期冰蓋縮小，海水面上升。
    • 板塊構造與海底擴張：海底擴張速率影響洋盆的體積。海底擴張速率快時，洋中脊隆起，佔據更多洋盆體積，導致海水面相對上升；反之則下降。
    • 地殼均衡調整（Isostasy）：大陸地殼與海洋地殼的密度差異，以及地函物質的增減，也會影響地殼的隆升或沉降，進而影響海水面。
  • 中長期（數千年至十萬年尺度，主要與冰期-間冰期循環相關）：
    • 冰蓋體積變化：如上所述，這是最主要因素。
    • 熱膨脹（Thermal expansion）：海洋吸收熱量後，水的體積會膨脹，導致海水面上升。
  • 短期（數十年至數千年尺度）：
    • 陸地水儲存變化：陸地上淡水（如地下水、湖泊、河流、土壤水分）的總量變化，也會影響海水面。例如，過度抽取地下水會使海水面上升。
    • 全球暖化導致的海洋熱膨脹：海洋吸收大氣中的熱量，海水溫度升高，體積膨脹，導致海水面上升。
    • 溫室氣體增加與冰蓋融化：現代全球暖化導致的冰蓋（格陵蘭、南極）和冰川融化，是當前海水面上升的主要原因之一。

• 台灣附近的相對海水面變化控制因素 (5分)：
  台灣位於環太平洋地震帶，構造活動活躍，因此除了全球性的海水面變化外，還有以下局部因素：

  • 地殼垂直運動（Land subsidence and uplift）：
    • 地殼均衡調整：台灣位於碰撞帶，地殼運動劇烈，有顯著的隆升（如中央山脈）和沉降區域。
    • 構造抬升/沉降：斷層活動、褶皺作用等構造運動直接導致地表抬升或沉降。
    • 地下水抽取（Land subsidence）：在沿海平原和都會區，過度抽取地下水導致地層壓密沉降，使得相對海水面顯著上升。
    • 沉積物壓實：新生代沉積盆地的厚重沉積物，其自身重力也會導致壓實和沉降。
  • 區域性地殼變形：台灣西南部地區有明顯的沉降趨勢，而東部部分地區則有抬升。
  • 區域性熱膨脹：雖然全球暖化是全球性因素，但區域性的海洋溫度變化也會有局部影響。

  【答案】全球海水面變化受冰量、洋盆體積、熱膨脹、陸地水儲存影響。台灣附近除全球因素外，地殼垂直運動（構造抬升/沉降、地下水抽取導致的沉降）是主要影響相對海水面的因素。

4. Horse and Graben 構造

• Horse and Graben 構造特徵 (4分)：
  Horse and Graben 構造是地殼伸展（Extensional）應力作用下形成的斷層地形。