前言
在還沒上過地質調查時,對於身為非地質學系的我來說,許多的有關於地質或是地球科學的知識都是從高中課堂上老師的講解得來的。地科老師常說大自然就是最好的地質教室,世上最精確的實驗室都無法模擬真正的大自然,一切理論都無法脫離自然界的實地勘察,雖然知道野外實習的重要性,也有學習過儀器的使用,甚至上過小型的野外課,但始終對於地質調查存有一份陌生感。
後來得知地質系有著這種十分特別的課程,就興沖沖地選修,希望能夠藉由這次的機會重新認識墾丁國家公園,並不是以觀光的心態,而是帶著謙虛的態度向大自然請教並研究之。
這次活動的行程共分四天。第一天從台北南下經過台中霧峰地震博物館,對於可怕的921大地震所造成的強大破壞力感到震撼,之後到達墾丁的尖山,雖只在遠處眺望,也可感受到聳立在平地上的孤立山峰的雄偉;第二天前往佳樂水、龍磐公園、石門古戰場、保力溪;第三天則到貓鼻頭、萬里桐、三溝,攀爬著珊瑚礁以及山溝;第四天至關山頂,之後返回台北。報告的程序則是依照日期先後。
第一天行程(11月3日)
台中霧峰地震博物館
1999年9月21日,臺灣中部發生了芮氏規模7.3的強烈地震,造成地表上許多建物的破壞以及生命、財產的損失,地表與地底下均因這場地震起了強烈變動,像是台中縣霧峰鄉光復國中斷層隆起超過一個成人的高度(照片一),並切過整個操場與教室,造成校地的破壞。
為了提醒國人對於這場地震的重視,以及防震的反省,並保存地震原址、記錄地震的破壞力,在專家會勘後,在光復國中斷層隆起災區上興建「地震教育園區」,期望能藉此園區教育一般民眾對於地震的認知,而政府和民眾都能在此劇變後,做好防震措施,避免悲劇再度發生。
進入園區首先看到的是大型地球儀,上面每一個亮點都是地震的活躍地區(照片二),臺灣正好處於地震帶上,代表我們隨時都在地殼變動的潛在威脅中。
但是地殼變動也是形成現今臺灣島的主要原因,在五、六百萬年前,菲律賓海板塊向西北推擠歐亞大陸板塊,有如一部大型的推土機(或是鏟雪機),在地表上造成中央山脈以及西部丘陵帶的隆起,但在地底下因來自東邊的強大壓力,使得地層彎曲、褶皺,甚至斷裂形成斷層,斷層形成多呈向西上衝的逆斷層(圖一),愈往西邊,斷層愈年輕,最西側的彰化斷層約70萬年前形成,往東的車籠埔斷層是100萬年前,而雙冬斷層則是300萬年前形成,多是年輕且活躍的斷層地帶,造成921地震的「元兇」
則為車籠埔斷層。
藉由園區所展示的實際漕溝(照片三),可以發現明顯斷裂的淺色地帶,也就是原本的地面,在中間呈現出非常大、將近2公尺的落差,右邊的上盤往上抬升,使得它底下不曾出露的砂礫層及錦水頁岩層都露出(照片四),左邊則為下盤,整體呈現出標準的逆斷層形式,這也是西部斷層的主要形成方法。
震央在集集的地震,因為斷層在地底下向東傾斜30度,而剛好在霧峰出露,所以才會造成遠離震央的地區反而成為災害最嚴重的地區,如果斷層在地底呈垂直狀況,則會使得震央跟受害最嚴重的災區都在同一處。
建築在斷層線上的建築物,多被隆起的地殼破壞,另外還有建築物呈現出樓層擠壓的現象,這是因為地震發生時,上下震動所產生的剪力造成建物的樑柱或牆壁的破壞。921地震雖造成臺灣島的重創,卻為地質學研究斷層活動提供了相當大的助益,這是當代逆斷層研究的重要資料,也希望地質學家能在之後繼續研究中發現更多關於逆斷層的活動狀況,甚至可以預測地震何時發生,能夠提早預防,避免損失。
尖山
位在車城公路旁可以見到的尖山,在外表上是一座很明顯的孤立於相對平坦的陸地上的山峰,為何形成這種現象?這個地區的岩層出露屬於墾丁層,岩性主要是雜亂的深灰色泥岩並夾雜著大小、種類不同的外來岩塊,墾丁層是因海底重力滑動而沉積的傾瀉層,可以說是海底的土石流所造成的現象,因此會夾雜許多外來的岩塊而沉積,之後出露於地表,因為差異侵蝕,主要的泥岩較易風化,外來的岩層大多是堅硬的火成岩、砂岩,不易風化,久而久之,形成平坦的泥質岩層上有著許多孤立山峰。
第二天(11月4日)
佳樂水
佳樂水位在恆春半島的東南邊海岸,為一侵蝕海岸地形,主體為樂水砂岩。
由於中央山脈的形成是遭受到菲律賓海板塊的推擠,因此地質多成為變質岩,且陸地變大,但至恆春半島陸地漸縮,且地質也是與變質岩不同的沉積岩,因此我們可以初步推估,恆春半島可能保留了當時尚未被推擠的臺灣的岩層特性,也就是臺灣最早離開水面的樣子。
佳樂水為一砂岩海岸地形,照道理講海岸邊應該很難會有砂岩的形成,如果是在海底形成再抬升也應該是泥岩,因為太平洋深度太深,海浪營力無法影響到10公尺以下的海中,所以應該是只會堆積泥,而形成泥岩。 但是因為有海底河流挾帶著泥沙直接注入海洋,沿著海底峽谷經過平坦的大陸棚,到了海底的海崖,受到重力的緣故,砂子慢慢沉降,築漸在深海中形成深海沖積扇,久而久之成為了深海砂岩,也就是深
海濁流岩。(照片七)
深海濁流岩(樂水砂岩)表面的觸感較為平滑,有砂粒的感覺,是在1、2000萬年所形成的,而在它之上的白色的,表面有許多凹凸不平狀的岩層,則是珊瑚礁,珊瑚礁是在4到7千年前所形成,因為形成的年代相差太遠,也就是說珊瑚在已成為岩石的濁流岩上生長,一直到這些珊瑚也成為珊瑚礁之後,才一起被抬升到海面上。
當濁流衝到沖積平原時,因為流速過高,會侵蝕堆積平原上的沉積層,造成侵蝕面,之後流速逐漸減緩較粗的堆積物率先堆積在侵蝕底面上,形成A層的礫岩,之後堆積B層得平行紋理砂岩,C層是波痕交錯形砂岩,D層是平行層砂泥岩,E層則為泥岩。
但是沖積序列不一定依照ABCDE這樣排列,有時若是A層能量太大,有可能會將能量較小的E層,甚至於其他層吃掉,如同照片九,只有AB兩層。
濁流岩為一沉積構造,可以從它有平行層理以及交錯層理中得知,平行層理在左圖(照片十一)的下方呈平行狀,上方則為交錯層,本來平行的層理受到水流或其他力量的影響,會呈現出傾斜的構造。
沿著海岸愈往北走,會發現到此處的岩層並不是之前的樂水層,而是深灰色的頁岩層(照片十三),其實深海中本來存在的就應該是泥所構成的頁岩和泥岩,但因為有濁流岩的入侵,才會有樂水砂岩的出現。
可以發現這裡的頁岩層都無法連續超過十公尺,這是因為當時還未固結時,海底發生了土石流,這些頁岩是從別處滾落到大陸斜坡,因此岩層雜亂,也挾帶著許多不同顆粒的石頭,所以才形成這種景象。
龍磐公園
龍磐公園位於鵝鑾鼻半島東側海岸,是珊瑚礁抬升地形(珊瑚礁抬升的平均速率為每年0.4公分),可以看到典型的石灰岩台地地形。
位於台地邊緣的珊瑚礁、石灰岩岩質極為脆弱,又易受雨水與海浪侵蝕,所以在海浪衝擊、侵蝕及重力拖曳下,礁岩逐漸破裂、崩離滾落懸崖下,因此在岸邊便形成特殊的『崩崖』地貌。
而在龍磐大草原上,可以發現石灰岩上還有覆蓋著紅土,這是因為石灰岩層上的土層受雨水沖刷,帶走其中的礦物質,而留下含鐵、鋁等礦質的土,鐵、鋁在氧化後,使得土質呈現明顯的磚紅色。
石門古戰場(四重溪)
石門古戰場在四重溪之上,是一處天然的保護障壁,在牡丹社事件時,原住民就在此處打敗日本人,因此石門成為了充滿歷史的一處古蹟。
其實雄偉的V字型峽谷是差異侵蝕所造成的,此處的岩層也是深海濁流岩,兩側岩石因為差異侵蝕,堅硬的礫岩不易被風混合著泥岩與礫岩的濁流岩化,而形成V字形的雄偉峽谷。
在抬升出水面後,受到風化侵蝕,較軟的泥岩被侵蝕殆盡,留下較硬的、不易被風化的礫岩。
四重溪附近的岩層都是屬於深海濁流岩,這裡的濁流岩是海中發生土石流後,大、小石子跟泥全部混捲在一起,最後固結形成現在的景觀。(照片十七)
砂岩在滑下時,跟土與石捲在一起造成破裂,則會呈現香腸狀。
此地所形成的礫岩並不是水流造成的,是藉由重力在深海裡沉積,再經過海底的土石流擾動,因此礫岩中有火成、沉積、變質等岩石,而且並沒有明顯的層理出現。
沉積岩中,經常保留著古代生物的遺骸或遺跡,例如生物化石,或是生物在沉積物中或層面上活動時留下來的痕跡,這就稱為生痕化石,包括足跡、爬痕、鑽孔等等。生物活動劇烈時,可以擾亂層理的發育。
保力溪
保力溪是觀察墾丁層及其惡地地形的好地方。墾丁層是深海泥層,泥岩並挾帶著大塊岩礫,墾丁層這個位置當初是兩個板塊的交界處,在海底時是海溝,經過碰種擠壓才將海底的泥刮上地表,因為受到斷層的推壓,其本身受到強烈的剪切和變形作用,成為混同層,是在不穩定的沉積環境中所產生的產物。
此處的泥岩常有破碎現象,就是因為受到斷層擠壓,強大的力量使得剪裂現象十分明顯,若是拾起一塊泥岩,可以發現它的破裂面有光滑、類似被磨過的感覺,就是最好的證明。
保力溪中也可以發現到不整合面的蹤跡(照片二十),不整合面是將兩個不同地質時代岩層分開的一個侵蝕面,或是一個沉積不連續面或停止面,年代較新的地層都位於不整合面之上,較老的地層位於其下。
惡地地形是指寸草不生的地方,泥岩在乾燥時岩石非常堅硬,但是下雨潮濕時,泥岩反而會變得很軟,容易被雨水沖刷,常會造成雨溝。因為容易被沖刷,植物當然不容易生長在泥岩之上,若是植物沒有覆蓋其上的話,泥岩就更容易受到沖刷,因此形成特別的惡地地形。
第三天(11月5日)
貓鼻頭
在貓鼻頭看到了大型珊瑚礁岩,圍繞著海岸形成了裙礁地形,這裡的營力主要是海浪,海浪日復一日的以巨大的能量拍打岸邊的珊瑚礁,將原本完整的原生礁打碎,混合藻類和貝殼,這些碎屑重新被海浪搬運且堆積,形成了此處的珊瑚礁岩。
由於海浪的力量強大而又不斷,因此這裡的交錯層也非常巨大(小沙丘、大沙丘、超級大沙丘……),不像佳樂水的濁流岩營力受到重力影響,交錯層普遍很小,貓鼻頭的交錯層十分明顯且清楚。
萬里桐
這裡的地形是隆起珊瑚礁台地,並沒有像貓鼻頭一樣受到海浪營力的影響,因為生長在海底的珊瑚自然形成防海浪的障蔽。這裡的珊瑚礁大多是原生珊瑚,抬升出海面後,形成各式各樣的珊瑚礁地形。
珊瑚適合生長在淺灘,以及海面到海面下五公尺熱帶海域,每年珊瑚的生長速率大約是1公分,可以用定年法探測。
珊瑚的生長是先著床後,開始分裂生長,往上、往橫的散佈,萬里桐主要的珊瑚是樹枝狀、鹿角、軸孔狀,還有微孔珊瑚。
觀察珊瑚礁依據所含的鈣、碳、氧的成份,可以重建出過往的溫度、降雨,或是地震、颱風的過程。
貓鼻頭和萬里桐都是恆春石灰岩。
三溝
這裡是屬於恆春西台地,西台地是一個向東傾斜的台地地形,三百萬年前西台地在海面下,因擠壓而彎曲、斷裂、隆起變成陸塊,周圍有珊瑚成長。隨著海面上升,珊瑚蓋滿整個地塊表面,這就是恆春石灰岩層。
中間形成潟湖,環境是淺海的環境,泥沙在此沉積,也有許多貝類生長其間,貝類死亡後就埋入泥中,形成化石,之後歷經海平面上升,或是陸地發生沉降,使得泥沙愈堆積愈厚,最後海面下降,沉積環境變為潮間帶或河口,最後變成陸地。
三溝就是以往潟湖沉積的環境,有著許多的貝殼化石,隨手一挖,都有許多的小型貝殼化石,可以知道這裡以往是位在海面底下。
第四天(11月6日)
關山頂
關山頂可以觀察到恆春西台地、核三廠、恆春斷層等等,在三溝時知道因為斷層緣故使得沉積泥岩逐漸增厚,所以可以推測西台地底下仍有斷層,而斷層一直延伸到南灣,斷層至今仍有活動。
結語
這次的地質調查,總共行程共有十站,足跡雖不是踏遍整個墾丁,但也是對了墾丁的地質做了大概的巡禮與認識。
以往對墾丁的印象就是不外於藍天大海,風景漂亮,地質則是認為珊瑚礁地形十分發達,但卻一直無法親近這些珊瑚礁,很有幸地經由這次的地調的機會,親身體驗了在貓鼻頭和萬里桐的珊瑚礁岩中爬上爬下的新奇感受,因為以後應該也無法再像這樣爬在國寶珊瑚礁中了。
除了親眼瞧見珊瑚礁海岸地形,還學到了佳樂水的形成原因,因為有海底的河流在海底斜坡沖刷出深海沖積扇,藉由重力沉積出壯麗的樂水砂岩,這是之前的課堂上沒有學過的知識,石門古戰場岩石的形成原因跟佳樂水類似,也是深海濁流岩,不過石門的岩石有經過海底土石流的擾動,因此呈現出混合、雜亂的岩性。
保力溪以前是板塊的交界處,在海底是海溝,自然沉積了許多泥岩,因為板塊的推擠而形成陸地,泥岩在陸上經過雨水沖刷,形成了惡地地形,同樣為墾丁層的呈現另一種則為尖山,尖山是位在墾丁層的外來岩塊,經過差異侵蝕後,原本的泥岩風化了,只留下外來堅硬的岩塊,成為了一座座孤立的山峰。
也了解了恆春西台地大致的形成原因,是由於陸地的沉降以及海水面交替著上升與下降,使得原本的潟湖的沉積物愈來愈厚實,最後因海水下降,而形成陸地。
最後依依不捨地和墾丁的大海說再見,卻是帶著對墾丁的滿滿知識與崇敬之心回到學校。對於墾丁的地質雖不能說是完全透徹,卻也透過野外的實地調查,能夠學到如何觀察大自然所給的線索,然後慢慢推敲出這裡原本的樣貌,這是我認為這次地調學到的最大的收獲。