海洋的形成與消失：

板塊構造學說

大陸飄移 與海床擴張

板塊構造學說

板塊結構與地殼均衡

板塊邊界

臺灣鄰近區域之板塊構造

大陸飄移與海床擴張

(a) (b)

(a)北半球，海陸分布大致相當 (b)南半球則絕大部分為海洋

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1915年韋格納出版

《陸地與海洋的起源》。

1924年韋格納與柯本出版

《古氣候學》。

韋格納 (Alfred Wegener)

非洲

南美洲

南極大陸

澳洲

水龍

犬頭龍

中龍

舌羊齒

在非洲、南美洲、印度、南極大陸和澳洲等地，可以找到一些老於兩億年陸生的動植物化石，這些化石目前分布很廣，若將各大陸拼合回去以後，可以發現這些動植物的分布是十分接近且很有規律的。

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6

Land Bridges vs.

Continental Drift

非洲

南美洲 南極大陸

澳洲 印度

赤道

各個大陸在古生代晚期（石炭紀和二疊紀 約3億年前）的地層裡，有冰川作用的遺跡（左圖）。當冰川所夾帶的石塊磨擦地表岩層，就會留下刻痕，這些刻痕可以指出冰川移動的方向，圖中箭頭即為刻痕指示出的冰川運動方向。若將這些大陸拼合回去，可發現這些冰川作用的遺跡全部聚集在一起，且冰川的刻痕呈放射狀排列（右圖），顯示當時這些大陸的確是連接在一起的 (韋格納將這個聯合大陸命名為盤古大陸)。

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石炭紀: 363-290 Ma 二疊紀: 290-245Ma

北美洲

南美洲 非洲

南極大陸

澳洲 印度

歐洲

亞洲

古地中海

煤層

沙漠沉積

將各大陸拼合後，古生代晚期的煤層（溫暖潮溼氣候）和沙漠（乾燥氣候）也成為連鎖帶狀分布。

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古北極

古赤道

古南極

E：冰川沉積

G：石膏

S：岩鹽

W：沙漠環境的砂岩（乾燥環境）

K：煤

：赤道附近的沙 漠地區

韋格納和柯本在本世紀初製作的石炭紀古地理的分布，紅色曲線表示當時古緯度（其中紅粗線代表古赤道），藍色線表示今日的經緯線。

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晚石炭紀

Late Carboniferous

(about 300 million

years ago)

始新世

Eocene (about 50

million years ago)

更新世

Pleistocene (about 1

million years ago)

韋格納重建的大陸古地理位置

地球具有天然磁場

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磁極飄移曲線

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Jurassic (侏儸紀): 208-146 Ma Triassic (三疊紀): 245-208 Ma Permian (二疊紀): 290-245 Ma

Pennsylvanian (Upper Carboniferous) Devonian (泥盆紀): 409-363 Ma Cambrian (寒武紀): 570-510 Ma

海床擴張

1960年代，經過二次世界大戰之後對於海床的廣泛調查， Harry Hess 的提出”海底擴張(sea floor spreading)”的構想，他認為大陸移動之因為大陸之間的海盆生長。

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Harry Hess (1906-1969)

3 4 2 1 0 年代

磁場

百萬年

正磁場

反磁場

由中洋脊產生的新海床，記錄了當時的地磁場磁極方向，當海床向兩側擴張時，這些紀錄以中洋脊為中心，向兩側呈對稱排列。

0 1 2

3

冰島南邊中洋脊磁極排列對稱的情形，上色的部分是正常的磁極， 灰色是地磁反轉的部分。

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深海鑽探資料

Location map of drilling sites on Let 3 of the DSDP

in the South Atlantic Relationship between greatest sediment

age and distance from the Mid-Atlantic

Ridge crest After Mawell et al., 1970

Half spreading rate of

20 mm a-1

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板塊構造學說

板塊構造學說發展的另一重要前導，是 J.T. Wilson 在 1965年定義出新的一種斷層，稱作轉型斷層(transform faults)。

D.P. McKenzie, R.L. Parker 和 W.J. Morgan 在 1967-68年為板塊構造學說加入令人信服的幾何基礎，這也被 B. Isacks, J. Oliver 和 L.R. Sykes在地震學的工作加以確認。

雖然板塊構造學說的基礎理論已經建立，但並不表示我們有的瞭解完整，幾十年來地球科學家仍忙於對它的闡釋。

J. Tuzo Wilson

(1908-1993)

(b) Strike-slip fault

轉形斷層與平移斷層

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轉形斷層 平移斷層

威爾遜

板塊

在板塊動力學的計算中，地球被假想成球體，因此球體表面的運動可以用一個特定的角動量和一個通過地心的想像軸來描述，這個想像軸與地表的交會點稱為尤拉極(Euler pole)。

*Spreading rate

*Transform fault

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19

全球地震分佈(Global Seismicity)

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全球板塊分佈 Oceanic lithosphere

Continental lithosphere

21 地球表面的岩石圈碎裂成大大小小的板塊，板塊邊界不一定是海陸地理的分界。

板塊結構與地殼均衡

地球的結構

Anatomy of Earth

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Seismic probing of Earth’s Interior

地震儀

Seismograph

1989, Loma Prieta earthquake

Oakland, California M=6.9

時間（秒）

垂直方向

南北方向

東西方向

某次地震後日月潭附近地震站的紀錄，包含垂直、南北、東西三個方向的紀錄，橫軸為時間。

地震波 (Seismic Waves)

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地震學 (Earthquake Seismology)

Vp = ((k+4/3m)/r) 1/2

P waves: longitudinal or compressional waves

S waves: shear or transverse waves

Vs = (m/r) 1/2 k: the bulk modulus (體積彈性模量)

m: the shear modulus (等效剪切模量)

r: the density of the transmitting medium (密度) 26

地球內部結構

根據地震波速度的明顯變化而決定分層。

2900 km

5150 km

6371 km

地殼

地函

地核

深度＊公里＋

軟流圈

岩石圈

地核

地函

上部地函

地球最外層是由岩石圈和軟流圈所組成

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岩石圈 堅硬，地殼＋上部地函最上部 軟流圈 軟弱，上部地函下部

莫荷面

低速帶

(a)

冰山

密度較小

密度較大 密度較大

海水

(b)

密度較小 密度較大 地殼

地函

A

A'

冰山浮在海水中(a)和高山有「山根」(b)一樣，都是輕的物質浮在重的物質上必定有的現象。

重力均衡 (Isostasy)

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重力均衡 (Isostasy)

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大陸地殼（比重2.8）

地函（比重3.3）

海洋地殼（比重2.9）

高山 高原 平原 深海 大陸棚

沈積物(比重2.4)

高山 高原 平原 深海 大陸棚

海水 比重1.03

沈積物 比重2.4

地函 比重3.3

海洋地殼 比重2.9

大陸地殼 比重2.8

板塊邊界

張裂性板塊邊界

聚合性板塊邊界

錯動性板塊邊界

岩石圈板塊邊界

Lithospheric Plate Boundaries

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聚合性板塊邊界

張裂性板塊邊界

錯動性板塊邊界

（轉形斷層）

海床擴張、隱沒作用與岩漿活動

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海溝 中洋脊 火山弧

地函 對流圈

岩石圈

軟流圈

中洋脊

海溝 破裂帶

中

脊

洋

海

溝

中洋脊被破裂帶所截過

主要中洋脊和海溝分布圖

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全球火山帶和地震帶的分布圖

全球火山帶和地震帶是分布在少數地區，而且火山和地震常常是重合的。

南極大陸

歐亞大陸

澳洲

非

洲 南

美

洲

北

美

洲

火山帶

地震帶

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板塊移動與中洋脊分離

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熱點與板塊絕對移動

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太平洋中出現線型分佈的火山島鍊，火山島的年齡比座落的海洋地殼年輕，而且越往東越年輕。這些火成岩具有特殊的化學組成。

4000 km, 99 mm/y, change at 43Ma

夏威夷島鏈 (Hawaiian Islands)

臺灣鄰近區域之板塊構造

臺灣附近海域的海底地形

圖中實線、虛線為等深線 39

資料來源：劉家瑄提供。

台灣附近的 海底地形圖

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臺灣1993至1995年地震震央分布

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臺灣地區的震源分布圖

龍騰版課本 42

臺灣地區的板塊構造

龍騰版課本

歐亞板塊隱沒到呂宋火山弧之下，而菲律賓海板塊在琉球海溝隱沒到歐亞大陸板塊之下。

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44

菲律賓海板塊向歐亞大陸聚合（約向西北方），同時菲律賓海板塊在琉球海溝隱沒到歐亞大陸之下，歐亞板塊在馬尼拉海溝隱沒到呂宋火山弧之下。

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歐洲大陸

(a)

(b)

非洲大陸

北美洲大陸

東非大裂谷 阿拉伯半島

紅海

大西洋中洋脊

東

東

張裂性的板塊邊界，分別在(a)大西洋中洋脊，造成一系列海中火山脊及地震活動，(b)東非大陸上造成裂谷，是板塊剛開始要分離時的狀態。

(a)

(b)

太平洋

東

北

歐亞板塊 印澳板塊

那茲卡板塊 南美洲板塊

南美洲大陸

安地斯山脈 秘魯-智利海溝

印度大陸 喜馬拉雅山脈

青康藏高原

聚合性的板塊邊界，分別在(a)南美洲西側（海洋岩石圈隱沒至大陸岩石圈之下），造成安地斯火山帶及向陸地傾斜的地震帶，(b)喜馬拉雅山（大陸和大陸岩石圈碰撞），由於碰撞而變形、斷裂並造山，伴隨有火成、變質和地震活動。

板塊隱沒與碰撞

Subduction and Collisions

熱點與洪流式玄武岩

Hot Spots and Flood Basalts

熱點可持續活動長達 120 百萬年。

目前有 41 個在活動中的熱點。

熱點的成因仍有爭議。多數人認為熱點是穩定來自下部地函的來源，一直加熱地殼下方同一位置，不過有些熱點的確會移動 (1 to 2 cm/yr)。

洪流式玄武岩是規模更大，其成因與熱點類似的岩漿活動，海洋與大陸都曾出現。

Ontong Java, 噴發年代為 120 百萬年前，體積達 65 百萬立方公里，噴發時間長達 3 個百萬年，也就是噴發速率達每年 22 立方公里。

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熱點與洪流式玄武岩

Hot Spots and Flood Basalts

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