《億萬年尺度的臺灣》獨特星球上 一個非比尋常的島嶼

陳文山 2017年12月03日 07:00:00

臺灣之於地球的獨特所在,使得臺灣成為認識地質的天堂。(攝影:許震唐)

〔臺灣地質簡史〕

 

將鏡頭拉到太空。環顧太陽系中的星球,唯獨地球具有狹長且地勢高聳陡峻的山脈地形,而地球上為何有山脈,是因為「板塊」間相互的碰撞擠壓,亦即,有板塊運動的星球,才會存在著山脈。這說明了太陽系中僅有地球,至今還有著活生生的板塊在運動,得以造就高聳的山脈,以及變動的地球。
 

回到地球。六百萬年前,位於菲律賓海板塊上的海岸山脈,像推土機一樣,將歐亞板塊邊緣的地殼逐漸向上向西推擠,形成一座聳立在海棚邊緣上的造山島嶼──臺灣。臺灣是環太平洋中唯一因為造山形成的島嶼,其他則都是板塊隱沒所產生的火山島嶼。也是從此時開始,漸漸形成了現今臺灣的樣貌。因此我們可以說,臺灣,是菲律賓海板塊與歐亞板塊之間碰撞擠壓作用所形成。
 

沒有板塊運動就沒有臺灣
 

古早以前,大約一億多年前,臺灣曾經一度位在東亞海棚(大陸棚)上,也是因為板塊碰撞、隱沒形成的島嶼。當時,「古太平洋板塊」朝西隱沒到「歐亞板塊」之下,使得原本堆積在歐亞大陸東緣大陸棚上的岩層擠壓隆起形成島嶼,地質史上稱為「南澳運動」。九千萬年前停止隱沒,地殼開始張裂。隆起後的島嶼慢慢被侵蝕,後來沉到海裡被厚層沉積物掩埋在海床下。這是六千多萬年以前的事情。
 

六千多萬年之後的臺灣,與板塊運動更加密不可分。
 

如前所述,六百萬年前,臺灣東邊有一塊「菲律賓海板塊」,它從東南邊朝西北持續地移動,直到臺灣東側。它的移動,相對造成與歐亞板塊(東亞大陸棚)的擠壓、碰撞,兩個板塊在擠壓過程中,將原本在海床下數千公尺厚的岩層,慢慢向上推、向上擠,隆起露出水面,這就是臺灣島。地質史上稱為「蓬萊造山運動」。
 

板塊為何在臺灣強烈碰撞
 

說起菲律賓海板塊與歐亞板塊的碰撞,其實有些複雜。基本上,兩個板塊在碰撞的時候,海洋板塊比重比較大,容易沉下去,大陸板塊比較輕,不容易下去。理論上來說,比重大的菲律賓海板塊應該要沉到比重小的歐亞板塊之下。在臺灣北邊正是如此,是菲律賓海板塊往北沉到歐亞板塊之下,下沉處會產生一個隱沒帶,隱沒的地方會產生海溝,此處是琉球海溝。
 

往南邊看,有一個「南中國海板塊」在西方形成了,大約是三千萬年前。南中國海板塊是一個小海形成的海洋板塊,屬於歐亞板塊的前緣。此時,相互擠壓的是南中國海板塊以及菲律賓海板塊,兩個都是海板塊,一定有一個要下去。一般來說,年輕的板塊比較輕,老的板塊因為比重較大,容易沉下去。但是,在臺灣南邊,卻恰恰相反,反而是年輕的南中國海板塊向東隱沒到菲律賓海板塊下面。
 

兩個隱沒作用開始的時間點,大約是一千五百萬年前。
 

南北相反交叉的隱沒帶
 

這個南北隱沒相反的作用相當奇特,菲律賓海板塊在北邊一直滑下去,南邊卻滑不下去,卡在這邊,於是邊界產生碰撞擠壓,形成交叉,這個邊界帶就是東部,從花蓮到台東,整個卡住,產生碰撞作用。
 

兩個板塊在擠壓的時候,會有兩種狀況,一個是隱沒,一個是碰撞。
 

隱沒下去的話,擠壓量就小,因為一直往下滑,擠壓陸地的力量不至於太大,造成地殼的隆起也不會太大,不會形成大的島嶼或是大的山脈。但是如果相持不下,下不去的話,就像印度板塊與歐亞板塊,兩個大板塊在碰撞,不容易下去,於是劇烈擠壓,形成地球最高最長的喜馬拉雅山山脈。臺灣也是一樣,菲律賓海板塊下不去,就一直推擠碰撞,所以中央山脈就被推起來,推高。如果當時,菲律賓海板塊一直順利向下隱沒,中央山脈不會那麼高。
 

菲律賓海板塊其實並不大,以地球板塊來說,遠遠不如印度板塊,只是一個小小的板塊,因此,山脈也不至於太高。臺灣的中央山脈到四千公尺,大約已經到極限,造山運動力量大不大,端看板塊的大小規模,形成山脈的高低大小也不同。山根的大小決定山的高度,若底面積不夠大,山脈高度就不會大,達到了一定的高度之後,因為無法支撐就會垮下來。山一直被抬起,也一直受到侵蝕。
 

由北而南隆起的山脈
 

當菲律賓海板塊慢慢靠過來時,最早碰到歐亞板塊造成碰撞擠壓的地方,是在臺灣的北邊,所以臺灣北部先隆起成為山脈,然後才又慢慢轉移到南邊,形成中南部的山脈。所以我們可以說臺灣島的形成,是由北而南逐漸地形成。
 

碰撞初始,北邊先隆起,若力量持續作用的話,山當然會愈來愈高,理論上來說,應該北部比較高,南部比較低。然而,近一百萬年以來,菲律賓海板塊向北隱沒,力量變小,已經不再造山了。因此,中央山脈北部比較低,大概一千多公尺。山脈到了中部的雪山,一直到玉山,到南大武山,都是三千多公尺。北部雖然較早造山,但停止造山後,地殼也開始張裂,裂開就會下陷,使得山脈反而開始下降。北部目前是下陷的狀況,不再造山,也稱為後造山運動。
 

目前臺灣島的造山運動,應該限於新竹以南,因為臺北到桃園都已經不再造山了。中部從四百萬年前到現在,一直還在擠壓。相對地形上會比較高。南部因為最晚造山的(恆春半島約一百多萬年前開始造山),威力不大,所以山就不那麼高。
 

地質作用形塑獨特的島嶼景觀與生態
 

板塊碰撞形成造山運動,使得臺灣島呈現出殊異於其他火山島嶼的景觀與生態。尤其,高聳的山脈、源自於山脈的辮狀河、隆起的海階與河階、快速沉降的海岸平原,以及少見的板塊碰撞帶,這些都是其他地區與島嶼不易見到的地質景觀。
 

板塊碰撞帶
 

臺灣是現今地球上少有的板塊碰撞帶—弧陸碰撞,也就是菲律賓海板塊上的海岸山脈火山弧碰撞到歐亞板塊。髮辮狀的卑南大溪從中央山脈(南橫)向南流入狹長平坦的花東縱谷中,右側(東側)低矮的丘陵與山脈是原本位在太平洋中的火山島,現在已經碰撞而衝上貼近中央山脈。兩個巨大板塊的邊界,就位在卑南大溪(包括北邊的秀姑巒溪與花蓮溪)的河床中。
 

島嶼中間隆起高聳的中央山脈
 

中央山脈在短短不到二百公里寬的島嶼拔地而起,形成將近四千公尺的東亞第一高峰—玉山,這是地球上少有的景觀,因為要在極短距離中築起高聳的山脈,並不容易。
 

東海岸隆起了河階與海階
 

東部海岸線與海岸山脈平行,沿岸分布著已被開墾為農田的平臺,這些平臺原來都位於海底的海灘,因為造山運動擠壓,歷經數千年地殼隆起,擡升露出海面,成為分布在沿岸的海階。海岸山脈東側綿延一百多公里的海岸,分布著無數如階梯般的海階,這是非常少見的,唯有在造山的島嶼—臺灣,才具有如此造山運動成就下的自然地景。
 

辮狀河源自高山,下切沉積
 

臺灣的河流都源自於高聳陡峻的中央山脈,當流入平原後,僅於數十公里內就匯入海洋。河流地形呈現短促陡直的特性,而來自鄰近山脈的沉積物粒粗且量多,因此造就臺灣河流成為辮狀河的型態,從空中鳥瞰寬闊河流中呈現交織的河道,猶如少女的髮辮。
 

沉陷的西部海岸平原
 

西部海岸平原位在臺灣島山脈的西側,是由來自山脈的辮狀河,攜帶大量沉積物堆積而成的。它是臺灣最主要的糧倉,數千年來的住民都匯集在這肥沃的平原上繁衍不息。數百萬年以來,西部海岸平原一直受造山運動影響,而持續沉陷,但又被河流沉積物堆積,所以維持著平坦開闊的沖積平原地形。平原下堆積了千百公尺厚的沉積物,涵養著數萬數千年以來蓄積的地下水。
 

更古老的馬祖與澎湖火山島
 

臺灣領土內的島嶼,大概一百多座,除了小琉球是沉積岩,其他都是火山活動形成的火成島。全世界的島嶼絕大部分都是火成岩。一般來講,有造山運動,海棚才會擡升起來變成陸地,在大洋會形成島嶼的原因,大多是火山作用,臺灣附近島嶼也是如此。
 

火成岩有老有新,東部的蘭嶼、綠島,與海岸山脈一樣,是菲律賓海板塊隱沒形成的火山島;而北部隱沒作用形成了龜山島;北方四島則是地殼張裂、岩漿上升形成的火山,與大屯山、基隆山一樣。
 

澎湖群島比臺灣老,大約一千七百萬年前到八百萬年前形成的,遠在臺灣造山之前,是因地殼張裂形成的火山,多為玄武岩構成。澎湖火山作用大概八百萬年前結束,因為臺灣造山,板塊擠壓,因此地殼停止張裂。花嶼較特別,與澎湖是屬於不同的火山系統,年代也較老,約六千五百萬年前地殼張裂作用形成的。
 

往馬祖、金門去,那是更古老的故事,列島多為花崗岩構成,是約莫一億四千萬到九千萬年前的燕山運動所形成。
 

臺灣的地質構造分區
 

臺灣的地質構造分區,最古老的岩層出露在中央山脈東側的脊梁山脈地質構造區,往西的雪山山脈出露的岩層逐漸年輕,再來是西部麓山帶地質構造區,再往西是西部海岸平原,最東側是菲律賓海板塊上的海岸山脈地質構造區。大致分成這五個地塊。
 

一顆岩石的形成,歷經千百萬年漫長時間,每顆岩石在形成過程中,都悄悄的記錄下臺灣這塊土地的變化。岩石可分成三大類:火成岩、沉積岩和變質岩,三大岩類之間,因地質條件發生變化,會相互轉換,這三類岩石互相轉變的現象,稱為岩石循環。沉積岩透露出臺灣是在海底形成的;火成岩告訴我們,臺灣也曾有火山爆發的歷史;變質岩則是造山運動的最佳見證。
 

臺灣的變質岩主要分布在脊梁山脈地質構造區與雪山山脈地質構造區。沉積岩區大多分布在西部麓山帶,因為容易到達,也較易觀察。火成岩種類有安山岩、玄武岩和花崗岩,分布在北部、東部海岸山脈以及離島。
 

臺灣是地球上認識地質的天堂島嶼
 

活生生的板塊碰撞與擠壓運動,就在我們腳底下進行著,這是地球之於太陽系、臺灣之於地球的獨特所在,使得臺灣成為認識地質的天堂。
 

臺灣是一個很精彩的造山運動的區域,尤其九二一地震之後,許多人投入相關研究,直到現在,全世界還是很多團隊在臺灣進行地質的研究,累積的資料量亦相當龐大。
 

地質公園的設立,讓我們有機會深入了解地球與臺灣的演變歷史,更將眼光與尺度放大,從現時眼睛所見想像臺灣古老環境、深掘地球歷史,為土地生命、未來災害與環境變遷的問題,提出可能之解。

 

※作者為臺灣大學地質系教授/本文摘自《億萬年尺度的臺灣:從地質公園追出島嶼身世》一書導論/由衛城出版社和經濟部中央地質調查所合作出版。共同作者林書帆, 諶淑婷, 陳泳翰, 邱彥瑜, 莊瑞琳, 王梵, 雷翔宇  。

 

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