台灣地質聊齋:1782福爾摩沙-南海大海嘯的存在謎團

大家都知道，台灣所處的東亞一帶是地震以及海嘯的多發區。幾年前南亞大海嘯以及日本311海嘯的發生，特別是在有現場影像的真實記錄下，讓大家對於海嘯恐怖的破壞力有了更深一層的認知。

圖一、日本311大海嘯

 

在台灣的歷史上，也有過海嘯的紀錄，例如台灣採訪錄中就記載:"鳳港西里有加藤港(佳冬港)，……。乾隆四十六年四、五月間，時甚晴霽，忽海水暴吼如雷，巨湧排空，水漲數十丈，近村人居被淹，皆攀援而上至尾，自分必死。不數刻，水暴退，人在竹上搖曳呼救，有強力者一躍至地，兼救他人互相引援而下，間有牧地甚廣及附近田園溝壑，悉是魚鰕，撥刺跳躍，十里內村民提籃挈筒，往爭取焉。"。又在1867年，基隆、金山一帶發生強烈地震，也造成海嘯，根據記載與後來的訪談調查，海嘯之浪高約有6-7公尺。(這件事記載在淡水廳志: 「（同治六年）冬十一月，地大震。......二十三日，雞籠頭、金包里沿海，山傾地裂，海水暴漲，屋宇傾壞，溺數百人。」。)，基隆港內的船隻先因為海水退去而擱淺，再因為。海水忽然的漲回而被推入市街或沉沒。

圖二、清朝時期台灣地圖

 

另外，台灣的附近，在琉球群島南端最接近台灣的的八重山群島(石垣島、西表島及與那國島等)，曾經在乾隆三十六年(西元1771年)發生歷史上記載的最大海嘯，跟據後來日本的研究，這次海嘯的浪高有人認為超過80公尺，不過後來經過琉球大學研究，認為應該是18公尺。此次海嘯並造成石垣島與宮古島各有8,439與2,548人喪生。當時琉球國為清朝的朝貢國，使用清朝年號紀年，因此在琉球稱為乾隆大海嘯（乾隆大津波）。據琉球國的史書《球陽》記載，當日辰時琉球國中部至久米島、慶良間島、宮古島、八重山群島發生地震，退潮時海水猛騰，像潮漲一樣。宮古島更在一刻之間騰湧三次，騰湧的海水高三丈五尺至十二、三丈不等。

 

圖三、下地島的海嘯石

 

這樣看來，台灣及華南地區最近四百年所發生的海嘯災害，多半是由於地震造成，而這些被記載入歷史內的海嘯事件，就時間上與影響範圍應該是就沒有疑問了吧?但其實不然，費雪看了很多專家所引用的資料，除了前面所舉的文獻記載例子之外，在近代台灣地區發生的海嘯災害，還有一個發生在西元1782年，也就是乾隆四十七年四到五月間發生在台灣的海嘯(又被稱之為福爾摩沙-南海海嘯)，奇怪的是引用出處是來自於一個翻譯來的俄文地震年鑒(Soloviev and Go, 1974)，其中有這樣的描述:” （原俄文譯為英文，由吳祚任、阮芳香譯為中文） 「1782年5月22日（或云1682年12月？）台灣（台南）發生強烈地震並造成嚴重災情，海嘯隨之而來，並以東西向方式攻擊海岸地區。『幾乎全島』超過120公里被海嘯所淹沒。地震和海嘯歷時8小時。該島的三大都市和二十多個村莊先是被地震破壞，隨後又為海嘯浸吞。海水退去後，原本是建築物的地方，只剩下一堆瓦礫。幾乎無人生還。40,000多居民喪生。無數船沉沒或被毀。一些原本伸向大海的海角，已被沖刷，形成新的峭壁和海灣，並造成淹水。熱蘭遮堡以及普民遮城堡連同其坐落的山頭均被沖毀」”。

 

圖四、清初"沙鯤漁火圖"中的安平城

 

對於這個紀錄，有些人引用作為台灣遭受巨大海嘯襲擊，造成嚴重傷亡的一項重要根據。但費雪是個天生反骨的人，習慣雞蛋裡挑骨頭，仔細想想，這段敘述卻透露出許多的矛盾不合理。因為清史中對於這個事件根本沒有提到。還有敘述中幾個重點是不對的，像是鄭成功從荷蘭人手中收復台灣(西元1661年)後，將熱蘭遮城與普羅民遮城改稱安平鎮城及承天府，清代稱呼此二處赤嵌城(安平鎮、安平城)以及赤嵌樓。所以當時的記載應該要習用清政府或民間的稱呼，而非一百多年前荷蘭人的稱謂。另外，此二處殘跡目前均可見到，也並未留下任何海嘯破壞的痕跡與歷史記載。更不用說赤嵌樓位於台江內海內側，與安平古堡隔一台江內海相望，海嘯的效應遠較安平古堡要小，也不應一致。看來做這段敘述的人不太了解台灣地理。另外，當時的台灣四縣為台灣縣、諸羅縣、鳳山縣、彰化縣(雍正時設)，縣治分別在今天的台南、嘉義、左營、彰化三地。按上述記載，最大的都市台灣縣、諸羅縣、鳳山縣三縣房舍衙署應該都倒光了，居民也死傷大半，但是隨後在乾隆五十一年發生林爽文之亂可以糾眾數萬，攻下彰化以及鳳山縣，這可令人奇怪了，難道當時重建如此迅速?人口補充這麼快?另外當時台灣的大小縣令、知縣、台灣兵備道等都有名有姓可以查到，也未在史書中提到有人是在此次海嘯中喪生。因此費雪判斷這段紀錄多半是亂掰不正確的。這裏又說有可能是1682年發生的事，此時剛好是施琅攻台前一年，倘若發生這種大事，以當時的狀況，那正在銅山島練兵的施琅等清軍只需要揚帆直接開入台灣島就好了，因為鄭氏王朝的軍力已去了大半，還需要打1683年那場澎湖海戰嗎?因此，這個海嘯事件，多半是假的，又或許是前面講的加藤港海嘯事件(1781年)的以訛傳訛放大版，不過根據台灣採訪錄的訪談，當時只淹死了一個婦人，但放大版卻是40000人，哇~放大了四萬倍~所以原來俄國人也喜歡搞放大決這一套啊~~~。

費雪要說的是，歷史也是人寫的，有很多人習慣引用西方的紀錄，認為當時由於西方人較中國科學，因此記載上應該較為詳實。但事實是當時有一部分的西方人，來東亞是淘金的，因此往往誇大不實的吹噓某些未曾親眼見證過的事情。因此對於紀錄上我們也必須加以多方驗證才行。不是西方的月亮就比較圓。另外，海嘯受地形影響，所以常常發生的範圍較局部，南亞大海嘯與日本311海嘯應該是特例，但屏東加藤港(佳冬港)應該是受地形放大影響，讓海嘯到達約6、7公尺的高度，否則其他地區為何沒有類似紀錄，尤其是當時最繁榮的台灣府城(台南)?

地質粉彩系列:傲慢與偏見的真假大戰

很多人常說：「真的假不了，假的真不了。」，又說：「真金不怕火煉」。所以一般大眾的認為，世上的事物，總是『真的要比假的價值高』。但話說這世界上有些東西，卻是顛覆了我們對真假價值的看法，真的要比假的來的假，假的要比真的來的真。真有這種東西？費雪要說的是，沒錯！而這種東西，就是大多數女士小姐們為之意亂情迷的”寶石”！！！

 

 

圖一、伊莉莎白女王的寶石王冠

先來說說甚麼是”寶石”，根據維基百科的說法：『寶石是被切割、擦潤、拋光的礦物，而作為寶石的礦物，一般顏色鮮艷柔和，光澤和花紋美觀，結構均勻，折光率強，硬度較大，化學成分穩定。』。其實，費雪應該要根據礦物學的原理，將上述說法加上比較嚴謹的定義，一般可以做為寶石的礦物硬度要大於7，也就是相當於石英的硬度，因為石英是地球表面最常見的礦物，空氣中的砂塵中，往往含石英量較高，硬度小於7的話，一下子表面就會磨損有刻痕，自然不能當作永久留存的珠寶飾品。另外寶石應有半透明到透明的透明度，以及較亮的光澤(玻璃、金剛、半金屬到金屬光澤)。也就是中到高度的反射率與折射率，一般反射率大於4%，折射率在1.3以上。由於有較高的透明度，較亮的光澤與反射出來多彩的顏色，自然閃閃發光可以吸引眾人注目。

市面上常見的寶石包括了鑽石(Diamond)、紅寶石(Ruby)、藍寶石(Sapphire)、金綠寶石(Chrysoberyl)、祖母綠(Emerald)、拓帕石(Topaz)、鋯石(Zircon)…等等。網路上關於寶石的中文資訊太多，有興趣的讀者可以自行上網去看看。費雪今天要談的，倒不是這些寶石有多珍貴，而是要點出一個迷思，這個迷思就是：幾乎所有的”寶石”，都可以經由人工合成的，也就是製造出的”假”的寶石。而這些假的寶石，由於是在實驗室中純淨的環境長成的，因此往往比天然的寶石的成分還要純，晶體架構更為對稱。而天然的寶石，也就是”真”的寶石，由於在自然環境下生成，含有較多的雜質及不對稱的晶形。也因此若單純以作為飾品的用途而言，其實”假”的寶石還更具有較佳的光澤、透明度與折射率，而”真”的寶石就未必了。因此，就功能與成分純正而言，合成的寶石恐怕較天然的要更佳。但是，假的寶石，由於供應量大，因此價格上約僅有天然”真”寶石的十分之一以下， 因此，認真要計較的話，這中間的超過十分之九的價差，恐怕就剩下自我虛榮的成分了。

 

圖二、常見的寶石

舉個例子來說，像鑽石(Diamond)，它的化學成分其實跟石墨一樣，都是碳原子組成，一直以來科學家都夢想要從碳或石墨合成高價的鑽石。1879年至1928年間，許多學者進行了鑽石合成的實驗；雖然部分科學家聲稱可以在實驗室中合成鑽石，但後來經過仔細的分析，始終無法根據他們的製程與理論重製鑽石。1940年代，美國、瑞典和蘇聯率先投入鑽石合成研究，到了1951年，奇異公司的史奇奈迪實驗室(Schenectady Laboratories of GE)，開發出可靠的製程，在實驗室中合成鑽石，但當時的技術仍不穩定，而第一個可穩定複製合成鑽石的技術則於約1953年問世。目前所採用的鑽石合成技術，多來自於當時美國、瑞典和蘇聯所開發出來的技術。這些技術大致分為兩類：高溫高壓（High-Pressure High-Temperature，HPHT）法以及化學氣相蒸鍍（Chemical Vapor Deposition，CVD）法。

 

 

圖三、合成鑽石裝置

HPHT方法是用石墨或金剛石粉，或石墨與金剛石粉的混合物為碳源，將它們溶解在鐵鈷鎳合金觸媒中，借高溫超高壓(一般溫度在3000-3500℃以上，壓力在8-10 Gpa以上)反應，使觸媒中溶解的碳進入碳鎢合金製成的高壓腔，在溫度較低的鑽石種晶上沉澱長大，並快速冷卻使之穩定形成鑽石。這種技術，還被用來修補天然鑽石上的裂縫，讓低等的天然鑽石，躍級為高價的鑽石。因此，天然的”真”鑽石也有經過美容的”假”真鑽!! ，一般採用HPHT方法的實驗室，雖然可以合成到約25克拉大小(De Beer的實驗室為研究用途曾經製成過)，但商業生產常僅限於兩種尺寸的鑽石:1克拉(200mg)及1.5克拉(300mg)。

而CVD方法乃使用一種或多種氣體，在一加熱的固體基材上發生化學反應，並鍍上一層固態薄膜。CVD鑽石是以一塊天然鑽裸石為母石，利用高純度甲烷、加上氫、氮等氣體輔助，在微波爐中以高壓(~27kPa)方式，讓甲烷中與鑽石一樣的碳分子不斷累積到鑽石原石上，經過一層層增生，可形成大至10克拉之透明鑽石。這種「長大」的鑽石，品質與天然鑽石幾無二致，肉眼難辨。直到目前，CVD和HPHT鑽石還是合成鑽石的主要製造方法另外，在1990年代晚期，出現第三種鑽石合成技術：爆壓法，即直接以炸藥本身所含之碳元素，經過爆炸，合成奈米尺寸鑽石顆粒。而第四種合成技術，將石墨經由高能超音波”轟炸”處理，也隨後在實驗室中被證實可以合成奈米級鑽石，但現今尚未應用在商業領域。

 

圖四、合成鑽石

合成鑽石由於是人工製造，因此是以克拉為單位計價，目前一克拉的合成鑽石，在市場上大約美金80元(台幣2400元)左右，三克拉的合成鑽石則約240美元(台幣約7200元)。而天然鑽石，一克拉約3000美元(台幣9萬元)以上，三克拉的天然鑽石因為稀有，約要24000美元(台幣72萬元)以上。大顆的合成鑽石，僅約天然鑽石的百分之一的價格!!!!!!套句前面說過的話，這99%的價差，大概就是心理虛榮上的價值囉!!

當然，鑽石商為了維持市場穩定與自身利潤，千方百計設法灌輸消費者一些迷思，例如真假鑽之不同，或是可以用硬度計、折光計等寶石工具就可在店頭快速分辨。這裏費雪要做一下澄清，有些人說的可以快速辨別假鑽，指的是蘇聯鑽(Cubic Zirconia, CZ)，而不是合成鑽石(Synthetic Diamond)。蘇聯鑽指的是人工合成的鋯石(Zircon)，被廣泛用作鑽石的代替品。因為這種人工合成方法是由蘇聯科學家 V. V. Osiko在莫斯科列別捷夫研究所（Lebedev Physical Institute）所改良發明的「顱坩堝」法技術，故此合成鋯石亦被稱為「蘇聯鑽」或是「CZ鑽」。密度頗高，比重為5.6至6.0。其硬度達8.5，雖低於鑽石，但已超過大部份天然寶石。色散指數達0.058至0.066，超過鑽石，因此蘇聯鑽看來比鑽石更為熣燦。價格上比人工合成鑽石更低，約每克拉3元美金(台幣100元)左右。由於蘇聯鑽硬度比鑽石要低，所以用硬度計便可區別與鑽石的不同。但是合成鑽石就是鑽石，具有相同的硬度、折射率與反射率，因此無法用一般的儀器區別與天然鑽石的不同。需要用高倍顯微鏡或電子顯微鏡，就鑽石礦物晶體的生長與雜質來區辨”真”與”假”鑽石。因此，比較有良心的實驗室，往往會在合成的鑽石上打上記號，已標示它是人工合成的。即便如此，還是有些合成鑽石被蒙混過關，放到市場上高價買賣，不久前(2012)年香港與上海的珠寶鑑定協會還發出警訊，有兩批幾可亂真的CVD鑽石被流入市場售賣，要消費者小心。

圖五、蘇聯鑽

既然人工合成的”假”鑽石甚多，而人工合成的又便宜，成分又純，色彩又較美，與其花大錢買到假的真貨，那不如一開始就用低價買真的假貨。反正肉眼與放大鏡都難分別，做為飾品也好、炫耀也好都有一樣的功效。其他的寶石其實都有一樣的現象。費雪套句《紅樓夢》裡的話，「假作真時真亦假，無為有處有還無」，這是《紅樓夢》第五回賈寶玉夢遊太虛幻境時，在一個大石牌坊上看到的一副對聯。而這兩句話的意思是「當我們把假當成真的時候，真實卻像假的一般，而把存在的當成虛無時，真正的存在反而像是虛無一樣」。所以只要有真心，不管是合成的或天然的寶石，都會”一顆永留存的”，太太小姐們何必要計較是”真”或是”假”?

不一般的鑽石冷戰故事

早在所謂的血鑽石開始之前，在冷戰時期，美蘇之間早就開始了一段檯面下不為人之的鑽石戰爭，這是一段有趣的關於鑽石的歷史，各位觀眾暫且聽費雪娓娓道來:

鑽石，礦物名字是金剛石，具有最高的硬度等級10，文獻中大致可以追溯到西元三世紀左右的印度，當時是用來作為宗教以及祭祀藝術等用途。後來在中國，則是因為鑽石硬度高，多將鑽石裝在鐵製器械的前端，用來作為挖掘的工具。所以鑽石最早並不是人們炫富裝飾用途，而是被人們用來作為工業的用途。但是到了在非洲慶柏利(Kimberly)發現鑽石後，在壟斷的財團操作之下，鑽石逐漸變成了貴婦手上或脖子上的珍貴蒐藏品。不過，鑽石在工業界，仍然是一種很重要的研磨材料，是精密工業與軍事工業很重要的原物料。

 

圖一、慶柏利岩以及鑽石

 一直到上世紀的中葉約1960年代，由於尚未發展出製造合成鑽石的技術，因此非洲的慶柏利岩(Kimberlite)鑽石礦，一直是很重要的鑽石來源。甚麼是慶柏利岩?這是一種含鉀的鹼性火山岩，通常岩漿的來源可以深達約120~200公里深的地函裏，(請記得地球的外殼，也就是我們的腳底下還有一層約5~50公里厚的地殼。)，岩漿順著噴發管(pipe)噴出地表，在地表形成如火星坑洞般，直徑可達約1公里以上之噴發火山口，這種含鹼的岩漿常形成大量石榴子石(Garnet)礦物，偶而含有大量的碳與揮發性物質，會在噴發過程中形成鑽石，因此要找鑽石，先要找慶柏利岩，而要找慶柏利岩，石榴子石是一項重要的礦物指標。慶柏利岩的噴發年代，在地質年代上約從14億年前一直到5千萬年前均有。但是大量的慶柏利岩噴發，則是發現大約在7千萬到1億4千萬年前，也就是約在白堊紀(Cretaceous)。 有意思的是，這個期間也就是恐龍生存繁盛的年代，大型恐龍從侏儸紀(Jurassic)開始出現，在白堊紀種類與數目達到巔峰，白堊紀的結束就是恐龍大滅絕的時間，所以恐龍繁盛生存的環境，會不會與慶柏利岩大量噴發有關?因為慶柏利岩大量噴發形成，供應大量的碳，不僅形成鑽石，也釋放二氧化碳到大氣而造成溫濕環境，所以說恐龍繁盛與慶柏利岩是同一原因形成的，恐怕也不為過啦!!!!

 

圖二、慶柏利岩的生成機制

 回到主題，在1960年代之前，全世界的鑽石供應，約有90%以上控制在一家公司的手裏，就是大名鼎鼎的戴比爾斯珠寶(De Beers)，De Beers最有名的就是創造出”鑽石恆久遠，一顆永流傳”的口號的公司。由於是壟斷，所以過去鑽石的售價只漲不跌。De Beers這家公司，在二次世界大戰後，為了要控制在非洲的礦場，因此選擇與歐美大國合作，介入非洲國家軍事與政治的援助與干涉，以換取礦場的控制權。冷戰一開始，De Beers當然站在歐美一邊，對蘇聯為首的陣營進行鑽石禁運，當然De Beers也有自己的盤算，也希望蘇聯向De Beers屈服，換取更大的壟斷權。前面說過，在那個沒有合成鑽石的年代，鑽石是一種重要的軍事與精密工業的原物料。因此蘇聯的軍需工業當然受到很大打擊。為了要突破De Beers的禁運，當時蘇聯的獨裁者史達林就找來地質學家們來詢問，地質學家告訴史達林，曾經在1930年代戰前的探勘裏，發現西伯利亞的區域地質，相當類似南非出產慶柏利岩一帶的地質架構。史達林大喜過望，說:「我們國家甚麼都欠，就是地質學家不欠!」。於是馬上下令逮捕學有專精的地質學家，送到西伯利亞去找鑽石~~(這應該是身為地質學家最悲哀的一日)。很多優秀的蘇聯地質學家，便在1947年後被陸續送到西伯利亞找鑽石(有一部蘇聯影片在描述這個故事，叫”A letter never sent”(1960)，應該是第一部以地質學家為主題的電影)。

圖三、”A letter never sent”宣傳海報

到了1953年，一位年輕的蘇聯女地質學者Larissa Popugaieva在列寧格勒(聖彼得堡)的實驗室中分析一塊來自西伯利亞雅庫夏(Yakutia)的礦石，發現其中含有高濃度的石榴子石，由於石榴子石是鑽石的指標礦石，因此她馬上通知在雅庫夏的同事，並加入在雅庫夏的探勘隊到發掘礦石的地方尋找，結果雖然找到鑽石礦，但是蘊藏量卻太少而只能放棄大規模開採。雖然沒有經濟價值的鑽石礦在此次探勘行動被發現，但是卻確立了西伯利亞存在鑽石礦的推論。

不久之後，在1955年，另一位年輕的地質學家，Yuri Khabardin，便在另一次的野外勘察中，發現了驚人的鑽石礦藏。當時這位年輕地質學家與同事們沿著西伯利亞畢雅(Vilyul)河岸，找尋石榴子石的蹤跡，找到一個鑽到地下的狐狸洞，他分析洞裏取得的土壤，發現其中夾雜大量的鑽石。於是他很高興的按照先前約定的發現鑽石礦的密語，用無線電傳回給他的上司”我現在正在抽和平的煙管(pipe of peace)”，這個礦自此以後就用這句密語命名，叫作Mirny(或簡寫作Mir,俄語意思為和平之意)。

圖四、 位於西伯利亞的Mir鑽石礦

一開始蘇聯將這個礦出產的鑽石全部充作工業原料之用，但是隨著開礦規模逐漸增加，蘇聯發現了為數可觀的寶石級鑽石，因此西伯利亞的鑽石礦在1960年代後，成為賺取西方鈔票的主要出口物資之ㄧ。諷刺的是，這些鑽石多數是賣給De Beers。對De Beers而言，西伯利亞鑽石一直是該公司一直無法理解的謎團，因為根據De Beers的公司一世紀下來的經驗估計，一般慶柏利岩鑽石礦，會在在開礦後數年達到生產高峰，然後維持幾年後產量快速下降。但是西伯利亞鑽石礦似乎打破這個規律，產量在整個1960年代間一直維持在高峰。由於蘇聯大量售賣這些高品質鑽石到市場上，造成De Beers只能應生生將這些鑽石買下，以免破壞鑽石在市場上的價值，也因此造成該公司財務上的損失。

當然，到了今天，我們已能在實驗室中合成人造鑽石，所以鑽石在也不是一種稀有品(但是諸如De Beers這些珠寶公司還是會致力於告訴消費者”天然的尚好”，以便炒作價值)。實驗室中合成的技術是在1953年以後被發現，並開始工業生產。現在工業上的研磨材料大多來自合成鑽石，雖然合成鑽石以現有的技術不能長很大(2000年中研院在美國的毛河光院士曾經聲稱在實驗室中合成10克拉鑽石而轟動世界並申請專利，但自此以後卻無聲無息，也是地質界的一大謎團。)，但是合成鑽石要比天然鑽石純度高。所以以後小姐們不要以為戴個很大克拉的鑽戒就是貴婦，因為可能是費雪同行們合成的喔，價錢嗎，可能就~~~~~

 圖五、跟天然鑽石分不出來的合成鑽石