普通地質學（上）（下）〔二版〕

劉聰桂 主編
劉聰桂、傅學海、曾泰琳、胡植慶、陳文山、劉德慶、宋聖榮、吳樂群、蔡金河、郭陳澔、李錫堤、林俊全、洪奕星、陳文福、張竝瑜、顏君毅、劉平妹、張英如、鄧茂華、羅立 著

由二十位教學與研究經驗豐富的地質學者共同執筆，為臺灣第一本全彩色印刷、涵蓋國內外地質範例的地質學教科書，亦是大學唯一綜合性的地質學中文教材！

隨著全球資源消耗與自然環境破壞加劇，人與地球的關係更為密切。地質科學的研究雖以固態地球為主體，事實上也與大氣、海洋，乃至生物圈密切相關，已成為現代人必須修習的基本學科知識之一。尤其，臺灣的地質有許多精采絕倫與獨一無二之處，透過本書建立地質學基礎知識，能夠幫助讀者更加親近臺灣這座難得的「地質學寶庫」！

本書綜論地質學重要內涵，包羅地質學基本原理與必備知識，並多以臺灣國內地質為例，輔以國外經典地質範例，可供讀者實地觀察、具體驗證；圖片部分，提供豐富實照並搭配淺顯易懂的示意圖，幫助讀者對於地質現象及地質作用有更清晰的理解。本書除了作為學生奠定地質學基礎的教科書，亦可供大眾自行進修、探索地球的奧祕。

劉聰桂〔主編〕
國立臺灣大學地質學研究所博士。1984～1985年美國華盛頓大學（西雅圖）、南美以美大學（達拉斯）、亞歷桑那大學（土桑）及加拿大訪問研究。曾任國立臺灣大學地質科學系暨研究所主任，現為國立臺灣大學地質科學系暨研究所名譽教授。專長領域為臺灣核飛跡、碳十四定年與新地體構造運動、同位素水文地質學研究。

作者群：〔依各章編著者順序〕
劉聰桂（國立臺灣大學地質科學系暨研究所名譽教授）
傅學海（國立臺灣師範大學地球科學系暨研究所退休教授）
曾泰琳（國立臺灣大學地質科學系暨研究所副教授）
胡植慶（國立臺灣大學地質科學系暨研究所教授）
陳文山（國立臺灣大學地質科學系暨研究所教授）
劉德慶（國立臺灣師範大學地球科學系暨研究所退休教授）
宋聖榮（國立臺灣大學地質科學系暨研究所教授）
吳樂群（中國文化大學地質學系暨研究所副教授）
蔡金河（國立東華大學自然資源與環境學系暨研究所副教授）
郭陳澔（國立臺灣大學地質科學系暨研究所教授）
李錫堤（國立中央大學應用地質研究所退休教授）
林俊全（國立臺灣大學地理環境資源學系暨研究所特聘教授）
洪奕星（國立臺灣海洋大學地球科學研究所退休教授）
陳文福（嘉南藥理大學環境工程與科學系副教授）
張竝瑜（國立中央大學地球科學系暨研究所教授）
顏君毅（國立東華大學自然資源與環境學系暨研究所教授）
劉平妹（國立臺灣大學地質科學系暨研究所退休教授）
張英如（國立臺灣海洋大學地球科學研究所助理教授）
鄧茂華（國立臺灣大學地質科學系暨研究所退休教授）
羅　立（國立臺灣大學地質科學系暨研究所副教授）

序／劉聰桂
作者簡介

第0章　緒論
　　0.1 地質學的定義與範疇
　　0.2 地質學史大略
　　0.3 地質學的研究方法
　　0.4 為什麼要研究地質學
　　0.5 本書要旨

第一篇　太空中的地球

第1章　宇宙與地球的誕生
　　1.1 前言
　　1.2 地球在宇宙中的位置
　　1.3 太陽星雲
　　1.4 太陽系形成初期
　　1.5 地球形成初期演變
第2章　地球的內部
　　2.1 前言
　　2.2 地球形貌及地表特徵
　　2.3 地球的基本組成物質
　　2.4 地球深部構造的探索
　　2.5 地球內部的分層及組成
　　2.6 重力與地殼均衡
　　2.7 地球的磁場
　　2.8 地球內部的溫度
第3章　大陸漂移與海底擴張
　　3.1 前言
　　3.2 韋格納的大陸漂移證據
　　3.3 大陸漂移的古地磁證據
　　3.4 海底擴張假說的序幕
　　3.5 海底擴張的證據
第4章　板塊構造學說
　　4.1 前言
　　4.2 板塊構造學說的基本概念
　　4.3 分離型板塊邊界
　　4.4 聚合型板塊邊界
　　4.5 轉型斷層板塊邊界
　　4.6 板塊的驅動力

第二篇　地球物質

第5章　礦物
　　5.1 前言
　　5.2 礦物的定義
　　5.3 礦物的生成
　　5.4 礦物的物理性質
　　5.5 礦物的分類
　　5.6 寶石
　　5.7 岩石簡介
　　5.8 岩石是什麼
　　5.9 岩石的產狀
　　5.10 岩石的分類
　　5.11 如何認識岩石
第6章　岩漿與火成岩
　　6.1 前言
　　6.2 岩漿的性質
　　6.3 岩漿的活動
　　6.4 包溫反應系列與岩漿的演化
　　6.5 火成岩的礦物組成
　　6.6 火成岩的化學組成
　　6.7 火成岩的特性與產狀
　　6.8 火成岩的組織與構造
　　6.9 火成岩的分類
　　6.10 常見火成岩各論
　　6.11 臺灣火成岩的分布
第7章　風化作用與沉積岩
　　7.1 前言
　　7.2 沉積物的形成：風化作用
　　7.3 土壤
　　7.4 沉積岩的分類與形成
　　7.5 沉積構造
　　7.6 沉積環境與沉積層序
第8章　變質岩
　　8.1 前言
　　8.2 變質作用的結果與原因
　　8.3 常見的變質岩與分類
　　8.4 變質度與變質相
　　8.5 變質作用的類型
　　8.6 變質岩代表之地質意義
　　8.7 岩石循環

第三篇　地體構造活動

第9章　火山
　　9.1 前言
　　9.2 火山分布與板塊構造
　　9.3 火山研究
　　9.4 火山活動的種類
　　9.5 火山噴發產物
　　9.6 火山災害
　　9.7 活火山的定義
　　9.8 臺灣北部的火山活動
第10章　地震
　　10.1 前言
　　10.2 地震發生的原因
　　10.3 地震波
　　10.4 地震定位
　　10.5 地震規模與震度
　　10.6 地震與板塊活動
　　10.7 地震災害
　　10.8 地震預測
第11章　地殼變動
　　11.1 前言
　　11.2 地殼變動的跡證
　　11.3 應力與應變
　　11.4 常見的地質構造
　　11.5 山脈
　　11.6 山脈的興衰始末
　　11.7 臺灣島的蓬萊造山運動

第四篇　地球歷史

第12章　地質時間
　　12.1 前言
　　12.2 地質時間
　　12.3 判定地質相對年代所依據的原理
　　12.4 不整合：地質紀錄的間斷
　　12.5 數值年代的測定
　　12.6 地質時間表
　　12.7 地球的年齡
第13章　地球歷史
　　13.1 前言
　　13.2 地球的形成
　　13.3 冷卻的地球
　　13.4 水世界
　　13.5 大陸地殼形成
　　13.6 生命出現
　　13.7 大氣改變
　　13.8 寒武紀生物大爆發
　　13.9 臭氧層與陸地生物出現
　　13.10 生物大滅絕
　　13.11 環境與演化

第五篇　地表作用

第14章　山崩
　　14.1 前言
　　14.2 山崩的類型
　　14.3 山崩的原因
　　14.4 臺灣常見的山崩
　　14.5 山崩的地形演變
　　14.6 山崩的次生災害
　　14.7 山崩的辨認與測繪
　　14.8 山崩的防治
第15章　河流
　　15.1 前言
　　15.2 水文循環
　　15.3 河道剖面
　　15.4 河流的搬運與沉積作用
　　15.5 河道類型
　　15.6 河流型式
　　15.7 河川襲奪
　　15.8 常見的河成地形
第16章　海岸
　　16.1 前言
　　16.2 大陸與海岸的增長
　　16.3 海岸的分類
　　16.4 海底地形
　　16.5 臺灣周邊海底地形
　　16.6 海岸的水力作用
　　16.7 海濱剖面
　　16.8 海濱沉積物的搬運
　　16.9 海岸的變遷
第17章　地下水
　　17.1 前言
　　17.2 地下水的分帶
　　17.3 地下水的流動
　　17.4 地下水開發
　　17.5 溫泉
　　17.6 地下水相關的環境問題案例
　　17.7 地下水水質
第18章　沙漠
　　18.1 前言
　　18.2 沙漠的位置與本質
　　18.3 沙漠是什麼
　　18.4 沙漠的種類
　　18.5 沙漠的風化與侵蝕作用
　　18.6 沙漠中的沉積環境
　　18.7 沙丘
　　18.8 沙漠的問題與其重要性
第19章　冰川
　　19.1 前言
　　19.2 冰川的侵蝕與搬運
　　19.3 冰川的堆積物
　　19.4 冰川的堆積地形
　　19.5 大陸冰川的消退與影響
　　19.6 更新世及更早的冰期
　　19.7 冰期發生的因素
　　19.8 冰緣區的環境

第六篇　地球資源

第20章　地質能源
　　20.1 前言
　　20.2 傳統油氣資源（非再生能源）
　　20.3 非傳統油氣資源
　　20.4 煤
　　20.5 核能
　　20.6 天然氣水合物
　　20.7 地熱
第21章　礦物資源
　　21.1 前言
　　21.2 礦物資源與人類文明
　　21.3 金屬的分類與特性
　　21.4 礦物、礦石礦物以及礦床
　　21.5 礦床的探勘與開採
　　21.6 非金屬礦物資源
　　21.7 全球礦物需求量
第22章　全球變遷
　　22.1 前言
　　22.2 全球氣候變遷的能量平衡
　　22.3 氣候系統內部的交互作用
　　22.4 不同時間尺度的氣候變遷
　　22.5 研究方法
　　22.6 研究材料
　　22.7 地球歷史的氣候變化
　　22.8 近代全球氣候變遷

常用單位與符號
參考資料與延伸閱讀
詞彙
圖片來源
索引

主編序（摘錄）
 
劉聰桂（臺大地質科學系名譽教授）
 
隨著全球人口快速增加，資源消耗與自然環境破壞加劇，人與地球的關係更為密切。地質學的研究雖以固態地球岩石圈為主體，事實上也與大氣圈和海洋水圈，乃至生物圈密切相關，因此地質學已成為現代人必備的基本學科知識之一。「普通地質學」這一科目綜論地質學重要內涵，是大學地質教學唯一綜合性的教材，包羅地質學的基本原理與必備知識，是地質學科系的基礎課程，也有不少其他科系列為必修。雖然國外也有改用較淺顯通俗的名稱如「地球」或「地球科學」等，但「普通地質學」的內涵與重要性已早為大家熟知，故本書仍續沿用。
 
據了解，目前國內地質科學相關科系教師的普通地質學授課，多採用國外出版、以英文編寫的教科書。其優點是全書以彩色印刷，附有生動活潑的插圖與豐富照片，可增進讀者對地質現象及地質作用的理解與印象。反觀現有的中文版教科書，例如何春蓀先生編著的《普通地質學》已出版三十多年，當年板塊構造學說仍處初期階段。此後地質學已有許多進展，豐富內涵已非昔日可比。此外，不論是國外出版以英文編寫或前述以中文編寫的普通地質學教科書，所舉例子幾全為國外地點。除了不易理解之外，也喪失了認識臺灣地質的寶貴機會。事實上，臺灣的地質現象與地質作用有許多精采或特殊之處，可供讀者實地觀察、具體驗證，僅讀前述現有教科書難免有所缺憾。換言之，編寫一本資料新穎又充實、兼顧國內外地質範例的中文版普通地質學教科書已是刻不容緩的工作。臺大出版中心近年來除了學術論著，亦積極推動教科書之出版。筆者受出版中心之約擔任主編，邀集臺灣地質科學界教學與研究經驗豐富且熱心的學者共襄盛舉，編寫此一新的《普通地質學》，期奠定學生堅實的知識基礎，也可供有興趣的一般讀者自行進修。
 
本書除了介紹傳統地質學的基本原理與觀念，說明各種地質作用、現象，也特別著重地質學重要的新知識與進展。一方面，板塊構造學說的內涵更為細緻與深入；另一方面，「地球系統」與「全球變遷」已是當今地球科學界矚目的研究焦點。地球是一個巨大且多面向的系統，由許多環環相扣且互動的個別「零件」組成。任何一個「零件」改變，可造成其他一個或全部「零件」的改變；也許短時間沒那麼明顯，日積月累卻足以造成難以承受的災害。了解科學家如何探究地球奧祕、如何應用地質學知識，進而了解人與自然環境的互動及其所造成的問題，也是本書的要旨。
 
地質學是極具視覺性的學科，許多地質現象、作用與地質歷史很難以文字描述清楚，須輔以繪製或照相的圖片，故本書在預定的整體篇幅內盡可能充實圖片。除了引用國外著名實例，特別著重使用臺灣本地的圖片。在篇章的編排順序方面，即使英文編寫者亦因版本不同而異，大部分教科書將有關地球組成物質與內部地質作用的篇章放在前，地表地質作用在後。本書採用由地球內部而地表、由巨觀而微觀的章序，惟教師可依自己的教學經驗調整授課的篇章順序。每章導言提示「觀念焦點」；章末則列出中文專有名詞及「問題與思考」，以供回顧該章重要觀念及啟發相關問題的探索。為了提供讀者易於銜接閱讀英文撰寫的書籍、期刊與網路資訊，主要的中文地質名詞首次出現時以粗體字呈現、並附註英文以供對照。書末附有：各章的延伸閱讀資訊（包括參考書目、期刊論文、網站）；地質詞彙，即地質專有名詞的英文－中文對照及其中文簡明解釋；中英名詞對照表；圖片來源。地質圖與地形圖是地質與地形調查研究成果彙整與展示的主要方式；書前拉頁特別提供臺灣地質圖、臺灣地體構造圖、臺灣周圍海域數值地形立體投影圖及全球海底地形圖，方便讀者了解書中所述及的本地範例所處的區位。這些對就讀大學初習地質學的學生與其他人士應有所幫助。當今網際網路非常發達且科學發展迅速，大量資訊可在彈指之間搜尋，本書可作為讀者進一步探索相關知識的起點。
 
本書內容涵蓋地質學主要領域，篇幅相當豐厚；基本上配合大學一個學年的上課週數，共有二十二章，分上、下兩冊裝訂。為兼顧專業並儘早出版，共由二十位作者編寫。各章作者如後：第0章緒論（劉聰桂）；第1章宇宙與地球的誕生（傅學海）；第2章地球的內部（曾泰琳）；第3章大陸漂移與海底擴張（胡植慶）；第4章板塊構造學說（陳文山）；第5章礦物（劉德慶）；第6章岩漿與火成岩（宋聖榮）；第7章風化作用與沉積岩（吳樂群）；第8章變質岩（蔡金河）；第9章火山（宋聖榮）；第10章地震（郭陳澔）；第11章地殼變動（陳文山）；第12章地質時間（劉聰桂）；第13章地球歷史（陳文山）；第14章山崩（李錫堤）；第15章河流（林俊全）；第16章海岸（洪奕星）；第17章地下水（陳文福、張竝瑜）；第18章沙漠（顏君毅）；第19章冰川（劉平妹）；第20章地質能源（張英如）；第21章礦物資源（鄧茂華）；第22章全球變遷（羅立、陳文山）。
 
第0章　緒論（摘錄）
 
0.1 地質學的定義與範疇
 
在浩瀚宇宙的億萬星球中，地球是人類至今所知唯一有生物的奇特星球，也是我們人類賴以生存的地方。地質學的英文geology源自希臘文；geo-代表earth地球，-logy代表science科學。所以簡單而言，地質學等於地球科學earth science。然而由於地球科學研究內涵包羅萬象，包括大氣、海洋、岩石等各層圈，且研究領域也日趨分工，故目前地質學一般指狹義的地球科學geoscience，是一門研究地球的起源、物質（material）、結構（structure）、地質作用（geological process）與演變歷史（history）的科學。時間上，探索距今約46億年前地球形成以來的演變過程。個別研究的時間尺度，可以很長，也可以很短；空間尺度可小自原子，大至整個地球，甚至外星球。除了極短暫的歷史有文字記載外，「地球歷史」幾乎全部記錄在「無字天書」──岩石裡，所以地質學可說就是解讀地球這部岩石書的科學。
 
進一步而言，地質學不只研究可觸及的實體物質，包括組成地球的礦物、岩石、土壤、有機物等，也研究非實體、與能量有關、使地球物質移動或發生變化的營力與過程，也就是「地質作用」。值得指出的是，雖然地質學主要以固體地球──岩石圈──為研究對象，但也涉及水圈、大氣圈、生物圈和岩石圈以下更深、更熱的部位，甚至其他行星和衛星（如火星和月球）。生命的起源與演化，以及人類生存與發展所需的資源也是地質學研究的範疇。
 
地質學的內涵一般可分兩大部分：一為自然地質學（physical geology；或稱物理地質學），另一為歷史地質學（historical geology）。自然地質學以研究現今或近代的地質作用與現象為主，通常再劃分若干領域，包括：與地球化學成分相關的研究，如礦物學、岩石學、地球化學、生物地球化學；與地球物理性質相關的研究，如地球物理學、地震學；與岩體構造相關的研究，如構造地質學；與能源及資源相關的研究，如石油地質學、礦床學、水文地質學；與地質環境及土木工程相關的研究，如物理地質學、工程地質學。歷史地質學以研究時間上的關係為主，研究地球的發生、生物的演化過程和海陸演變歷史，如古生物學、地層學、古氣候學、地史學。由於涵蓋範圍廣泛，如今「普通地質學」（general geology）一科的內涵主要為自然地質學方面，包括介紹地質學的發展與演變、地球的基本知識、內營力作用（internal process）與外營力作用（external process），也包括資源、環境與減災等方面，反映地質學適應經濟與社會發展的需要。
 
0.4 為什麼要研究地質學
 
許多地質學者從事與地質能源（煤、石油、天然氣、地熱）、金屬與非金屬礦產、水資源、工程地質，以及環境相關的職業，另外較少數在大學、政府地質調查所和實驗室從事地質學術研究工作。近年來，地質學者在全球氣候變遷的研究上也做了顯著的貢獻。閱讀此書的學生不論是否會成為專業的地質工作者，可能難免都會問：「為什麼要研究地質學？」
 
首先，地質學也許是你可以學習與從事的最實用科目之一。在認真回答以下幾個問題時，你就可發現地質作用、地質現象和地質材料在日常生活中扮演重要的角色：
 
1. 你住在受山崩、土石流、火山、地震、洪水、海嘯威脅的地區嗎？
2. 你知道哪裡有豐富且優質的地下水嗎？
3. 你擔心能源價格變動或石油出口國發生戰爭嗎？
4. 你知道住家樓房的鋼鐵與水泥原料產自哪裡嗎？
5. 你知道臺灣地熱發電的潛力多大嗎？
 
回答前述這些問題需要地質學的基本知識。這些知識可以避免你把房子建在會發生災害的氾濫平原、斷層帶、不穩定的坡地、快速侵蝕後退或海嘯可能侵襲的水岸邊。對地下水有基本了解，你可以找到鑽鑿水井的適當地點與深度。若知道礦產資源分布與地熱能源的地質因素，你或許可以更明智地投資於資源與能源工業。其次，地質學研究比其他領域更能洞察地球，你將更能發現影響環境品質與生命財產安全的潛在地質因素，更能將人類文明發展脈絡用更寬廣的視野來看待。由大地震、火山、洪水、海嘯，或山崩、土石流等災害的規模來看，顯然天然地質現象的威力遠超過人類的能力。但另一方面，看到堆土機將一大片的森林砍除，炸藥將整個山頂炸平，顯然人類能以遠比天然地質作用快的速率改變地球的面貌。
 
地質學研究揭示地球的古老，它形成於約45.7億年（4.57 Ga）前，而且顯示在這段歷史中不斷改變面貌。當你讀完本書後，對這個世界的看法可能會永遠存有對地質的好奇，思慮也更為長遠與客觀。走在山區、平原、海岸，你將想到許多的力量不斷形塑地球表面。聽到一個大天災，你將能洞察造成災害的原因或過程，進而思考趨吉避凶之道。旅行時沿路看到的岩石，不再只是冷酷、枯燥的石塊或泥砂，而是述說著地球歷史的複雜彩色拼圖片段。最終體會地球萬物源遠流長，個人與人類都只是地球的新過客，有責任為人類與其他生物未來世代保留一個可持續發展的地球環境。
 
0.5 本書要旨
 
本書內容涵蓋甚廣，特別強調下列主題與觀念。
 
1. 地球年齡非常老。現有的資料表明地球形成於約45.7億年前，因此有充足的時間讓地質作用造成及毀滅許多地景，讓各式生命形成並演化，讓世界地形顯著改變。板塊運動速率即使每年僅數公分，只要繼續移動數億年，也能夠使一個大陸移動數千公里；時間也足夠建造出大山脈、然後又夷平的輪迴出現多次。
 
2. 地球是一個持續演變的複雜系統。地球內部、固態地面、海洋、大氣及各式各樣的生物以多樣的方式互動，形成各式各樣的地貌及我們生存的環境。在此「地球系統」中，化學元素在各類岩石之間，岩石與海洋之間，海洋與大氣之間，以及岩石－水－大氣與生物之間持續循環。
 
3. 板塊構造學說解釋許多地球演變作用。地球並非均質的球體，而是由同心球狀層圈組成，從中心往外依次為：地核、地函及地殼。人類生活於與大氣圈及海洋相鄰的地殼表面。在1960年代，地質學家確認地殼與最上部的地函形成一個100～150公里厚的半剛性殼體。巨大的裂隙將此剛性殼體分為數個如拼圖般互相銜接的厚板狀塊體，稱為「板塊」（plate）；板塊間很緩慢地相對移動。描述板塊運動及其結果的理論稱為「板塊構造學說」，是了解大部分地質現象的基礎。雖然板塊移動極慢，通常每年小於10公分，卻造就了地震、火山、山脈與海洋，長久下來使地球表面的景象顯著改觀。
 
4. 地球的內營力作用與外營力作用驅動地質現象。內營力作用指由地球內部的熱驅動的現象，板塊運動就是一個例子。因為板塊運動形成山脈、地震及火山，這些現象也稱為內部作用。另一方面，外營力作用指由太陽射至地球輻射線提供的熱能所驅動的現象。此種熱能驅使空氣及水運動，磨蝕、刻劃地球表面並將碎屑搬運到他處堆積，這些現象也稱為外部作用。內部作用與外部作用之間的互動造成地表面貌，而重力在其中扮演重要的角色。
 
5. 地質現象深深影響我們的環境。火山、地震、山崩、洪水氾濫、地下水、能源，以及礦產與地球上的每個住民密切相關。若沒有地球合適的物理與化學性質，生物無法存在；反之，若沒有生物，地表可能變成冰凍的荒地或籠罩在像金星一樣的雲霧中。
 
6. 科學來自於觀察，科學發現不是由主觀的猜測或隨意武斷的教條、信條所構成，而是用科學方法獲得的一套互不矛盾的客觀論述。每一科學概念或構想必須經完全檢驗測試，只有被充分證實的觀察所支持時才能成立。此外，科學概念不是憑空出現，而是人類共同努力的結果。本書將盡可能簡介主要地質概念的起源。
 
7. 研究地質學能增進一般科學的知識與對科學的樂趣。地質學提供學習化學與物理學基礎觀念的機會，因為那些基礎觀念可在真實的地質現象中直接應用。在閱讀此書時，不要將地質學看作是要死記的長篇文詞，而要將它當作一套要消化、理解、互相關連的觀念。最重要的是：在知道浩瀚宇宙中最迷人的行星的奧祕時，能享受其樂趣。
 
8. 地質學的研究，常自野外觀察地球自然現象著手，需要腦力與體力並用、野外與室內並重。因各處的地質現象常有獨特性，故本書所用圖片與範例除了取材國外，也盡可能以國內的地質現象為例，讓讀者方便就近體驗、觀察與驗證。
 
9. 地球是太陽系的一顆行星，像太陽系其他行星一樣，由環繞太陽生成初期外圍的塵埃與氣體聚集而形成。一方面地球與其他內太陽系行星（水星、金星與火星）類似，另一方面卻與它們顯著不同：只有地球有板塊構造運動、氧氣富集的大氣層、液態水的海洋，以及豐富的生物。
 
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