寶瓶世紀聖哲曼學院

【獨特星球上，一個非比尋常的島嶼 ─ 台灣 】

《億萬年尺度的臺灣：從地質公園追出島嶼身世》

• 作者：林書帆,諶淑婷,陳泳翰,邱彥瑜,莊瑞琳,王梵,雷翔宇
  出版日期：2017/10/05

●在四十六億年地球歷史長河中，僅僅六百萬年歷史的臺灣，何以成為一個非比尋常的島嶼？吸引世界重要地質學家紛紛前來研究？
●臺灣、澎湖群島、馬祖列島因不同的地質與構造作用，形塑出那些殊異的島嶼景觀、土地生態、人文故事？
●生活在滿布斷層與地震的臺灣，要如何重新理解環境？以及面對自然與隱含的威脅？

六百萬年前，菲律賓海板塊與歐亞板塊擠壓、碰撞，地質史上稱為「蓬萊造山運動」，於是今臺灣島出現。活生生的板塊碰撞與擠壓運動，正在我們腳底下進行著。造山運動使得臺灣島呈現不同於其他火山島嶼的景觀與生態。高聳的山脈、源自於山脈的辮狀河、隆起的海階、快速沉降的海岸平原，以及少見的板塊碰撞帶、火山作用、沉積循環等，竟然全匯聚在臺灣，這塊土地所暗藏的歷史與故事，遠超過我們想像。

臺灣位於板塊之間，是地球上最年輕的造山帶之一。一個人在一生有限的生命當中，可以在臺澎金馬共超過一百座島嶼，觀察到地火水風作用的各種地質地理現象，使臺灣成為世界重要地質學家的研究寶庫。
透過臺灣目前九座地質公園的故事，我們將臺灣歷史往前推，向下鑽，以大尺度重新理解土地與人，以及臺灣在世界的位置。面對自然的威脅與環境變遷，也有了新的意義與視野。

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。

阿拉寶灣有鬼斧神工的豆腐岩 (圖／和平島海角樂園)

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。

宜蘭龜山島 

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。

  (台東利吉惡地地質公園)

第一章

地水火風與人──利吉惡地地質公園

兩大板塊聚合處，利吉混同層破碎、不穩定，是整個臺灣島的縮影。它身上不只隱藏著臺灣身世的解答，其上居民的生活方式，也可能是我們要如何生存在這個脆弱島嶼的線索。

1-1隱藏在後山的臺灣身世

我們看到的日出是從海平線跳出來的，山前的人看到的日出，事實上已經是日上山頭了；每天日頭把精氣光華先給了我們後山人，然後才懶懶的翻過山頭去照顧山前的人。

前面這段引文，出自作家吳豐秋一九九六年出版的長篇小說《後山日先照》。「後山」之名源於西元一六八四年，臺灣正式被納入清廷版圖，在帝國視角之下，中央山脈以東的土地被稱為「後山」。

後山的範圍一度包括宜蘭、恆春等相對於西部較晚開發的地域，其後行政疆界幾經變遷，現今提起後山，一般是指花蓮、臺東兩地。後山一詞，自始便夾帶有邊陲、野蠻、未開化的價值判斷，然而隨著時間流逝，「後山人」也逐漸凝聚出一種「後山意識」，即從地理位置的優越性出發，逆轉原本「落後於前山」的價值階序。「後山日先照」便是此一意識的體現。

從地理位置來看，後山人值得驕傲的地方，不只是日出比西部早了幾分鐘而已。花東地區還隱藏著許多臺灣之所以成為今日樣貌的線索，而這一切都要從「板塊構造理論」說起。

一九一四年，第一次世界大戰戰火初燃，一個名叫韋格納（Alfred Lothar Wegener, 1880-1930）的德軍士兵在比利時戰線負傷，軍醫院裡百無聊賴的療養生活，讓他有時間細細回想自己兩年前在德國地質學會上發表的「大陸漂移」理論，並在一九一五年出版《大陸與大洋的起源》一書。

「大陸會移動」這個想法，早在十六世紀末就有人陸陸續續提出，韋格納卻是首次整合諸多氣候、地理、古生物學上的證據來支持這個說法的人。韋格納認為，今日所見的五大洲是在約二億二千五百萬年前，由他稱為「盤古大陸」（Pangaea，又譯為泛蓋亞）的陸塊分裂而來。

最主要的證據之一，就是他發現把目前這幾塊大陸接合之後，能夠解釋為什麼同種生物會分布在相距遙遠的南美洲和非洲海岸。南極發現的煤礦、南非發現的冰河沉積物，也證明這些大陸所處的緯度曾經與現在天差地遠。

 然而韋格納的學說有一個致命傷，就是無法為「什麼力量在驅動大陸漂移」提出一個合理的解釋，因此他的學說受到嚴厲抨擊，被斥為異想天開。在批評聲浪中，韋格納依舊堅持為大陸漂移說尋找更多證據。

一九二九年，他分析了德國研究船「流星號」收集的大西洋海底探測資料，發現靠近大西洋中洋脊的海床地質年代較年輕，這個證據讓後來的研究者推測出，有源源不絕的新地殼從中洋脊生成，較老的地殼在熱膨脹作用下不斷被推離中洋脊。這個發現是從大陸漂移過渡到板塊構造學說的關鍵，如果韋格納沒有在一九三○年死於在格陵蘭設立氣象站的途中，他很有可能成為板塊構造說最早的推動者。

韋格納死後的數十年，大陸漂移理論仍舊被大多數學者視為荒誕不經。古生物學家史蒂芬‧古爾德（Stephen Jay Gould）一九六○年代初期還是哥倫比亞大學的研究生，他記得當時有個頗有名氣的地層學教授，在一位支持大陸漂移學說的學者來校演講時，號召學生到場大聲喧嘩反對，「場景簡直就是整個布朗克斯的合唱團都來到了會場一樣」。

其實在大陸漂移被廣泛接受之前，已經陸續有許多發現可以支持此學說。例如科學家原本認為海洋已經至少存在了四十億年，海床上一定會累積厚度驚人的沉積物，但一九四七年美國研究船亞特蘭提斯（Atlantis）號的探測，卻發現大西洋海床上的沉積岩層比原先想像的薄很多。這些沉積物都到哪裡去了？直到一九六○年代「海底擴張」學說成形，這個謎題才獲得解答。

海底擴張一詞，是由美國海岸與測地調查所（US Coast and Geodetic Survey）的羅伯‧迪茲（Robert S. Dietz）所提出，這個學說主張，中洋脊的火山噴發一直在製造新的海洋地殼。既然一直不斷有新地殼產生，地球為什麼沒有膨脹得愈來愈大呢？

普林斯頓大學地質學教授海斯（Harry Hess）對此提出解釋：海洋地殼在中洋脊生成擴張，隨年齡增長比重逐漸加重，最終在海溝處往下沉降回地函而消滅，就像輸送帶一般在中洋脊與海溝之間不斷循環再生，其上的大陸地殼則隨之移動。

一九六八年，美國研究船格洛瑪挑戰者號（Glomar Challenger）在大西洋鑽探的海床岩芯，證實了離中洋脊愈遠的岩石年齡愈老的事實。到了一九七○年代，板塊構造理論終於被廣泛接受，如今它在地球科學界的地位，就如同原子結構之於物理化學、演化論之於生物學，而若不是因為板塊碰撞，也不會有臺灣島的誕生。

正如愛情關係中總是有強勢的一方，板塊相遇時總是會有一方隱沒，決定誰會隱沒的是板塊的密度。海洋板塊因鐵、鎂含量高，比重較重，因此會隱沒到以矽、鋁為主的大陸板塊之下，從中洋脊火山誕生的海洋板塊會隨著逐漸冷卻而提高密度，因此兩個海洋板塊相遇時，年老的板塊會隱沒到年輕的板塊之下。

現在的臺灣島就像是歐亞板塊和菲律賓海板塊之間的愛情結晶，但在一億多年以前，它們之間還處於「我不認識你，你不認識我」的狀態。當時歐亞板塊有個舊情人叫古太平洋板塊，因為它隱沒到歐亞板塊之下，巨大的擠壓力量讓大陸棚邊緣的沉積物隆起，形成了最早的古臺灣島。這段歐亞大陸與古太平洋間的熱戀期，被地質學家稱為「南澳造山運動」。

大約在七、八千萬年前，古太平洋板塊厭倦了歐亞大陸，逐漸停止向西隱沒，兩個板塊的關係由「聚合」轉為「張裂」，沒了板塊擠壓的力量，古臺灣島在侵蝕作用下再度沒入海水中，張裂作用使歐亞板塊邊緣陷落出許多沉積盆地，這些盆地持續累積來自華南地區的沉積物，在日後的蓬萊造山運動中被擡升成為中央山脈、雪山山脈及西部麓山帶。

三千萬年前，南中國海一帶開始張裂，歐亞板塊邊緣形成新生的南中國海板塊，兩千萬年前，南中國海板塊向東隱沒到菲律賓海板塊的馬尼拉海溝，板塊上的地殼熔融成岩漿，形成了一連串火山島「呂宋島弧」，呂宋島弧的北端，就是日後的海岸山脈、綠島和蘭嶼。

其後菲律賓海板塊載著呂宋島弧，以每年7-8公分的速度向西北方移動，在六百萬年前與歐亞板塊展開了一場新戀情，也就是地質學家所稱的「蓬萊造山運動」，因為是島「弧」撞上大陸，又稱為「弧陸碰撞」，強烈的造山運動使一度沉入水中的古臺灣島重新浮現，擡升為將近四千公尺的高山。兩個板塊緊緊相擁之下，臺灣逐漸被形塑為今天的樣貌。

蓬萊造山運動至今仍在進行，也就是說與海岸山脈同屬呂宋島弧的蘭嶼、綠島，總有一天也會與臺灣本島合併，到時候我們就可以騎單車到綠島而不必搭船－－不過那至少是五十萬年以後的事了。

   綠島

五十萬年對人類來說是難以想像的漫長，但在地質時間的尺度上卻是一眨眼的事。如果哪天歐亞板塊與菲律賓海板塊感情降溫，地殼不再隆起，目前的侵蝕速率會在五十萬年內將臺灣島夷為平地。

幸好平均來看，臺灣島同時也以每年八公厘的速率擡升。東華大學自然資源與環境學系劉瑩三教授解釋，「正因為臺灣不論是侵蝕、擡升等地質現象進行的速率，以地質時間的尺度來說都非常快速，才能讓學者有機會在一生的時間中就驗證自己的理論，如果在其他地方可能需要好幾代的時間。國外教科書都會提到臺灣的地質事件，例如集集大地震、小林村土石流等，在提到年輕的造山帶、弧陸碰撞時，通常也都會拿臺灣做例子。」這些劇烈而快速的地質活動，都源於臺灣板塊邊界的地理位置。

板塊邊界通常隱匿於深海之下，使人無緣親見，花蓮的玉里大橋卻是除了冰島外，世界唯二橫跨兩個板塊的橋樑。而臺灣位於板塊交界地帶的重要證據，便是利吉惡地地質公園的「利吉混同層」。

一九五四年，臺灣省地質調查所的徐鐵良與王超翔教授在海岸山脈進行調查時，注意到卑南溪沿岸有一片草木不生的裸露地，在此之前的調查者皆未看出它有什麼特殊之處。徐鐵良觀察到破碎疏鬆的泥岩中，夾雜許多大小不一的岩石，認為其成因是大規模海底山崩的泥流堆積而成，以露頭所在的利吉村命名為「利吉層」。

利吉層被發現的年代，不只板塊構造學說尚未成熟，國際上對「混同層」的研究也相當稀少。直到一九六八年，美國加州海岸山脈發現「法蘭西斯肯層」（Franciscan Formation）後，混同層才開始受到重視。一九六九年，畢慶昌首先以「混同層」一詞說明利吉層的特性：雜亂而缺乏層理的泥岩中，混雜許多不同類型、年代的岩石。一九七○年代之後，許靖華與畢慶昌等學者陸續發表了相關研究，將利吉混同層的成因與板塊運動聯繫起來，開啟了利吉混同層研究的全新面向。