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更新日期:104年8月31日

「沒有地震」的地震學研究揭開臺灣造山運動的謎團刊載《SCIENCE》

臺灣是地質研究的天堂,美麗的山脈是具有特色的地景,但造山運動的成因,卻一直爭論不斷。臺大地質科學系、臺大海洋研究所及中研院地球所組成研究團隊,進行了一項「沒有地震」的地震學研究。研究團隊在實驗中發現,既有的厚皮理論、薄皮理論,都不能解釋臺灣的造山運動。這項研究徹底改變地球科學家的思考方式,唯有結合二者的物理行為特點,才能正確認識臺灣奇妙的造山運動。

山脈的隆升在地質學上稱之為造山運動。從時間上來看,臺灣的造山運動已經在地表下,如火如荼地進行了500萬年。聽起來似乎是太久以前的事,若和喜瑪拉雅山6500萬年的造山歷史相比,臺灣的山脈實如嬰兒般幼小。

從隆起的發生位置來看,全世界的山脈絕大多數發生在板塊聚合之處。值得一提的是,臺灣的山脈升起,則是島弧與大陸碰撞所引發,為小型造山的經典。喜瑪拉雅山則是大陸與大陸碰撞、引起的大型造山的經典。雖然都是經典,但有關過程與機制的爭論從未停過。

追究臺灣山脈隆升的碰撞作用究竟如何發生一事,總計有兩派說法。用地球科學家常用的俗稱來講,就是薄皮理論和厚皮理論。這兩大理論各執證據,互不相讓已有數十年。

薄皮理論主張,在呂宋島弧與歐亞大陸相撞時,島弧與陸板塊下部安然無恙,並不參加上層的變形活動,所以造山只在上層進行。厚皮理論則駁斥這種觀念,認為整個板塊在弧陸碰撞下一起參加擠壓、增厚、隆起而造山。薄皮與厚皮理論之所以各有論點、互不相讓,是因為一直沒有創新的、決定性的證據出現。

沒有地震的地震學研究利用「環境噪音」代替地震波,突破傳統地震學長年來的限制。雖然難度極高,但臺灣的研究團隊以細膩的分析技巧克服困難,發現了新證據,終於能正確詮釋臺灣的造山運動的原因。

研究發現臺灣地殼上下都參加了變形,無一處倖免;此一觀點似乎與厚皮理論較為相近,與薄皮理論則不相符。然而,仔細分析後又發現,臺灣地殼上下層變形的情形並不相同。上層受到的是擠壓變形,下層則是剪切變形。看起來可分析得知,碰撞、擠壓、造山都在上層進行,這樣的結果似又相近於薄皮理論,與厚皮理論則不符合。

這項徹底改變地球科學家思考方式,指出地質研究中,薄皮、厚皮之間的爭議,都出現觀測不足的缺失,其觀點僅能解釋一部分的自然物理現象,不能全面通用,唯有結合二者的物理行為特點,才能正確描述臺灣的造山運動。

由國內團隊在臺灣完成的研究刊載頂尖期刊《SCIENCE》,是因為研究不但解決了臺灣造山運動數十年的科學爭議,也形成新的研究典範,可驅動地質學界重新檢驗地球上其他山脈的形成機制。

另外,研究團隊使用非傳統的「沒有地震」的地震學方式,也將成為其他科學研究的借鏡。思考如何走出傳統的限縮,用創新的技術方法去再探未知的自然世界。

這項研究從發想到完成,參與者全為國內研究人員與學生,是一個不假手國外資源在臺灣完成的研究。更說明經過數十年的努力後,我國科學研究環境的建置已臻妥善,且能自力完成具有影響力的科學成果,並受到國際頂尖學者的關注。

相關資訊請參閱以下網址:
論文:http://www.sciencemag.org/content/349/6249/720.abstract
相關導讀:http://www.sciencemag.org/content/349/6249/687.full

  • 臺大張慶瑞副校長、科技部常務次長陳德新及自然及永續發展司司長陳于高主持當日記者會。

    臺大張慶瑞副校長、科技部常務次長陳德新及自然及永續發展司司長陳于高主持當日記者會。參與人員左起:海研所喬凌雲教授、科技部自然及永續發展司司長陳于高、臺大張慶瑞副校長、科技部常務次長陳德新、臺大地質系博士班研究生黃梓殷、海研所陳映年博士、地質系龔源成教授及中研院地球所郭本垣研究員。

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