2012年5月30日 星期三

地質學家與酒


地質學家愛喝酒,這是一個現象,也是一個事實。根據偽基百科的定義,地質學家就是那個會用”I am not an alcoholic, I am a geologist”的理由,試著跟你解釋,為什麼他會從一個以水為基礎,變成一個以酒精為主的有機體碳水化合物組成的專業人士。另外,我們也可以用喝酒的行為來區分地質學家中的不同專業,偽基百科歸納出來,如果是一群大聲喧嘩、還划酒拳助興在喝酒的地質學家,那他一定是搞構造地質學或野外地質、野外地球物理學的,如果一直在勸別人喝酒的,自己喝的卻不多的,那他多半是屬於研究古生物分類或者是實驗室礦物化學這一類的專家,若是一個人躲在角落喝,或是別人喝三杯,他卻喝一杯的,那他多半是搞理論地球物理的。當然,這是外國人的分類方式,由於台灣人以及華人喝酒方式與洋人有所不同,以上地質專業分類方式僅供參考。

圖一 地質的有趣飲酒聯想圖案T恤(來源網站:http://www.zazzle.com/my_drinking_class_has_a_geology_problem_hoody-235484275273049361)

    關於地質學家喝的酒的種類,大致上來說,老美愛喝啤酒,中國大陸愛喝白酒,台灣的地質人是最不挑的,不管紅白或啤酒,只要是酒就好。在美國,大部分地質科學重鎮的大學,像是Caltech,史丹福,或是費雪我的母校UW-Madison,幾乎在星期二或是在星期四,星期五下午都會有啤酒聚會,這是正式的聚會。在校園裡師生一起喝酒談論研究工作並交換意見。而在台灣,過去費雪念大學的時候,每次出野外時常常是喝酒喝到老師落跑,每個學期有一次喝酒大會。想起當年,費雪及其他五位同學曾在墾丁暑期野外合力留下了嗑光超過100瓶台啤的紀錄。(當然,付出的代價就是半夜要起床去找喝醉酒失散在野外的同學。)到了出社會後,才發現中國大陸的同行更愛喝、更會喝。每次都喝高酒精濃度的白酒,喝到最後,費雪都有種覺得自己變成易燃品的感覺。所以說,地質人愛喝酒,中外使然。

但為甚麼地質人愛喝酒,國外有人做過考證,訪問了超過100位著名的地質學家,基本上得到以下的幾種解釋:

1. 由於野外的狀況惡劣,多半要背負30磅以上的石頭在超過攝氏29度以上的氣溫下,走路超過幾個小時,所以為了攝取水分,加上要稍微麻痺痠痛的感覺,於是喝啤酒成為最佳的選擇。

2. 地質學家若要在寒冷以及乾燥的環境下工作,為了生存,所以需要能提供燃料的能源,酒精提供了人體內燃機的直接燃料,可以提供熱量協助生存。

3. 地質學的交流需要敞開心胸,但地質學家多半有類亞斯伯格症,特點為喜歡孤獨在野外工作、堅持己見、平常時不善與人溝通,為了要打破地質學家心防,促進溝通,因此酒精是最佳的催化劑。
4. 基本上費雪也徵詢過中國大陸地質同行,還得到另一個有意思的答案,那就是酒精可以消毒,因為中國大陸各地飲食衛生狀況差異極大,所以若吃到不乾淨的東西,酒精濃度越高的越有消毒的作用(我想這大概是來自於用酒精消毒傷口的概念吧?)
    最後,費雪我本人根據個人經驗,針對愛喝酒的地質學家也有一個解釋,那就是因為地質學家在大自然裡工作,常常見樹不見林,也就是往往只注意眼前可見的局部地質層面或構造,忽略了整個區域的地質大架構。酒精有助於放鬆心情,因為喝多了造成眼球無法近處對焦,近處視線會模糊不清,這時候就容易注意到遠距離的大規模事物,也就是在這個時候就會見林不見樹了。以上就是地質學家愛喝酒的原因了吧?所以,最近地質槌的製造商在徵求下一代地質槌設計的創意,收到最多的意見,就是在上面加裝萬用開罐/開瓶器!!!!

2012年5月25日 星期五

西線無戰事的地下較勁: 戰爭與地球物理


各位親愛的讀者,由於本週費雪欠學術債太多,被催繳一堆審查文章意見以及投稿文章的回覆修正,因此暫停寫作一週。敬請原諒。上次談到中國地質學之父誰屬的問題,有人就問費雪說,那你知道地球物理之父是誰嗎?這可難倒了我,雖然我不知道地球物理學之父是誰,但是,費雪在美國修地球物理學時,老師卻曾經提到了地球物理的大爆發是與冷戰拖不了關係,所以今天就來談談戰爭與地球物理的關係。
大家都知道現在地球物理學運用很多感測器、網路陣列、以及數學與電腦演算模擬的技術,而這些技術,多數是在二次世界大戰以及冷戰時期經過英美蘇德等軍方大力的資助發展出來的。特別是在冷戰時期,研發這些技術的研究在得到大筆資金挹注下得到蓬勃發展,成就了地球物理的大爆發。
因此我們就先來說說現代地震學,現代地震學是利用佈設在地球各處的寬頻地震儀所形成的全球網路(或者也可以說是某種地震感測器陣列),運用所接收到的近震或遠震波的紀錄,配合電腦與數學軟體進行多種的演算,以訂出震源的位置、深度,以及規模,甚至是地震形成的應力與破裂面機制解算。這些現代地震儀軟硬體技術的發展,其實早期主要目的是為了了解鐵幕國家,像蘇俄以及中國等,地下核試爆的技術層次以及核設施位置深度所研發出來的。受到主要來自於軍方的資助,老美積極的在1960年代直接或間接經過技術援助,在全球佈設地震儀監測網,特別是圍繞在鐵幕國家周遭的國家。利用這些地震站接收到的地下核試驗的資料,就可以了解老共們到底玩多大的核子遊戲,是吹噓還是真有裡子。

  圖一  科學家利用鄰近北韓的地震站網路,偵測北韓2009年地下核試驗(http://geophysics.geo.sunysb.edu/wen/NK/ )

再來談談重力探測及磁力探測,當年美蘇等對立陣營國家,為了怕在核子戰爭中被對方的第一擊就殲滅,因此多在地下建立核子飛彈儲存發射窖,甚至是彈道飛彈移動隧道,所以有必要用衛星與偵查飛機為知道這些設施的分佈與深度及大小。但是光用偵查的照像方式是沒有辦法到地下巨大的設施的,因此,精密的重力量測就派上了用途了。探測原理是來自於萬有引力理論,簡單來說我們可以想像正常的一座山,由於質量很大,因此可以對感測器提供一定的重力,但是若是一座挖空的山,那提供的重力就比正常的要小,所以這種重力異常經過數學解算後,是可以提供推測地下挖空空間的大小規模的。另外,像磁力探測技術則是開發用來對付潛藏在海下幾百公尺的潛艇之用的,因為潛艇的外殼幾乎都是用金屬製成的,這樣的一個近似空心圓柱體的東西,在地球磁場中會被感應形成二次磁場,也會造成局部的磁力異常,因此可以被裝在飛機上的磁力感測器偵測出來。雖然這個磁異偵測的技術二次大戰就有了,但是隨著潛艇的消磁外殼材質越來越有進步,磁力感測器的靈敏度就越來越需要提高,這種魔道消長的遊戲就促成了地球物理探測技術的不斷進步囉。
圖二 利用重力異常偵測地下坑道的示意圖(http://www.popsci.com/technology/article/2010-07/locate-underground-threats-lockheed-taps-subterranean-gravity-signatures)



    另外還有很多的地球物理技術,也是幾乎都於來自軍方或國家安全的部門所提供的經費資助的。說一下題外話,費雪過去在念書時,進行的正是跟地球物理技術有關之研究,兩年的暑假時間都要去新墨西哥州的國家實驗室沙漠試驗場做實驗收集資料。第一年去的時候,因為當時剛好爆發了李文和事件(李文和是美國的台灣移民,當時被控洩漏核子相關敏感資料給中國,不過後來的發展卻說明是反共歧視下的犧牲品),結果因為身為台灣人,甚至被拒絕進入國家實驗室的低敏感室內設施,只能在沙漠裡的試驗場做實驗。第二年風頭過了才得以進入參觀。當時這個美國能源部資助的研究多年後來看,還是仍為很前端的研究。換個方向想,我們今天生活中的很多現代科技,也是拜冷戰之賜得已有大爆發的發展,最明顯的就是網際網路,其原來的雛形是來自於美軍建置的軍情傳遞網路。所以說,現在的地球物理學大爆發的發展,還要歸功於冷戰耶~~

2012年5月21日 星期一

地科魔法學園: "當不很多”教授的”指金術”


下面這個殘破的講稿,據說是從上一次魔法大戰的英雄哈利波波所留下來的,可能是他的個人戰利收藏品,席克費雪最近在舊書攤偶然發現這本中文譯稿手抄本,先分享一部分原文出來給各位,費雪我稍後再用麻瓜翻譯法,把我看得懂的部分翻成對照的科學文字給大家聽聽:

~咳咳~~~~!!!!請大家注意到這裡,歡迎各位新生進入到豬疣魔法學園, 本學園的名稱是由兩個字組成的,也就是豬(Hog),以及疣(Warts)這兩個字組成,本校的英文名字也叫做Hogwarts college。但是顧名思義,本學園的學生若是不好好學習,就會先被打成豬頭,再不用功學習的話,就會被打成滿頭包的豬頭,所以請各位新生要注意你的學習態度喔!!!!

我的名字,叫做當不很多,請叫我當不很多教授。今天我為各位介紹的第一課,是跟魔法界的財富有關的魔法,叫做指金術,簡單的講,就是可以指出地下埋藏的黃金之術。這個咒語法術,是由偉大的施蘭卜吉兄弟在約一百多年前所首先發明的。要施這個術,必須要有三樣魔法道具,一個是探寶針,一個是愛理盒,還有一個是蓋寶得。這三件物品,你可以在國王十字車站斜對面的斜角巷的魔法道具屋買到。首先要把探寶針根據指定的方法插在地下,然後把各個探寶針連到愛理盒上,最後是最重要的工作了,一定要很小心地再把愛理盒連到蓋寶得上。蓋寶得是魔法師施術時不可或缺的工具,它的作用就跟各位的魔法棒一樣,千萬不要弄壞了。然後然後,做重要的是,要念咒語魔法道具才會起作用~~~~請各位同學跟我一起唸:愛理~~秀米打狗~~~~」,不對不對,要充滿感情的再念一遍:「愛理~~秀米打狗~~~~」。恩~對了,這樣就對了,指金術就完成了~~~今天的課就到這裡,下課囉!!!!!

原文就到這裡結束了。接下來就是費雪根據我的理解所做的翻譯囉。不是魔法師的你一定會質疑,ㄟ~費雪,你是麻瓜,怎麼會懂魔法?喔~~對了對了,這是一個魔法師教我的咒語,可以讓不懂魔法的人大致了解魔法文字,請你跟著我念三遍,你就看得懂我以下的翻譯了。這個咒語是: 一點點的科學,一點點的想像力,再加上一點點的創造力,就會變成不可思議的魔法~~~(請充滿感情的再繼續唸兩遍)

好了,我要告訴你這個指金術要怎麼完成了:(關於豬頭的部分我想不用翻譯了吧?)這個方法,是由施蘭卜吉兄弟(Conrad and Marcel Schlumberger)所首先提出來的,它們發現使用這個方法,可以幫助大家找到地下埋藏的金屬礦床。現在要使用這個方法所需的儀器,基本上包括四根金屬的電極棒(就是上面講的探寶針),以及一個包括電池、電位計與電流計組成的控制器(地電阻儀,就是愛理盒(ERI, electrical resistivity imaging system)),以及一個儲存數據及分析用的電腦(蓋寶得,Computer)。進行探測的時候,要將四根電極棒以一定的排列方式(通常是沿著一條直線)插在地上,然後連到地電阻儀上,再利用電腦去控制地電阻儀及讀取量測資料。量測的時候有兩根金屬電極作為電流供應,然後用另外兩根電極量測電位的變化。原則上兩個通電流到地下的電極距離越大,測量的深度就越大,兩個量電位的電極距離越小,解析度就越好,可以指出體積比較小的物體。

圖一地電阻儀與實際施測

收到的資料,可以用電腦進行分析,反演算出實際地下的電阻率分布。比較導電的物體,像是金銀銅鐵之類的金屬,電阻率很小,因此可以在反演算後的電阻率剖面上被指認出來,所以可以作為開挖這些寶藏的依據。這個指金術,在科學上有另一個名稱,叫做地電阻探測方法,是屬於地球物理探測方法的一種。費雪盡力的翻譯,不曉得大家懂了沒有啊?啊~~對了,最後的指金術咒語,翻成大家聽得懂的麻瓜語言,那就是:ERI, Show me the gold! ( 愛理~~秀米打狗~~~~)。我想,聽到這裡,聰明的麻瓜如你應該也學會當不很多教授的指金術了吧?

2012年5月18日 星期五

誰是中國地質學之父(下篇,完結篇)



    上次費雪說要用十二萬分尊敬的心情談一位中國地質之光,在講講這位老前輩的名諱之前我先賣個關子,費雪想談談這位先生的一些特別事蹟先,話說在清末民初時的地質啟蒙運動,可以說是百家爭鳴,不過,當時所有的流派大致可以分成東洋流(留日派),以及西洋流(老牌的留歐派),還有美洲流(雖然留美派現在可能是顯學,但是當時絕對是非主流”)。我們的這位老前輩算是中國地質界第一位的東西洋二刀流,同時擁有日本以及德國的博士頭銜。說起來這個二刀流的由來更是厲害,話說老前輩學問作的太好,當時的小日本盛行軍國主義,看到這麼優秀的人才馬上高興得不得了,先安排個東北滿州國的中央研究院研究員位置,再要求他加入日本籍再畢業,只差沒有找個天皇陛下的公主下嫁。(我想,現在要是有人給台灣博士生這麼好的待遇,我猜就算是還要他入贅,再加上賣屁股,有些人可能也會迫不及待答應)。不過我們老前輩的日本指導教授也很有魔王風骨,畢業可不可以是我魔王關主決定,不是你阿里不答政府決定!”,於是一氣之下就把論文送到簽有合作備忘錄的德國柏林大學去,德國人一看老前輩的論文品質優良,馬上在論文封面加註個學校名稱就連同學位證書一起送回來。好面子的日本政府一看,怎麼可以落於人後呢?馬上也把東北帝大畢業證書發給了老前輩。結果就這樣擁有了德日兩校的博士學位。這個二刀流的學歷,在地質界大概可以說不僅前無古人,後也幾無來者了吧?(費雪我見識淺薄,還沒有聽說地質界還有其他二刀流學者,若哪位大德先進有知道的話,還煩請指教喔~~~~)

說到這,有些人應該已經隱約猜到我說的這位老前輩是誰,沒錯,就是馬廷英老師(1899-1979)(圖一),馬老師拒絕小日本安排的工作後,受到當時丁文江等人的邀請,就回到中國,先後擔任過中央研究院研究員,中央大學教授,還當過東北流亡中學校長,也做過中國地理研究所海洋組組長,後來對日戰爭勝利,被派來台灣接收台灣大學,成為台灣大學地質系光復後的第一任系主任。這裡有個插曲,本來政府是要給馬老師個台灣省教育廳長或是台灣大學校長的大官作作,沒想到馬老師不喜歡做官,所以最後只接受當個地質系主任。在那個時候,他找了像阮維周、畢慶昌、還有林朝棨等地質大師精英們任教,教出的徒子徒孫裡面就包括了費雪本人跟我的很多學長學弟們。(不過馬老師不像前面已經講過的中國地質學的前輩們,馬老師是沒有在北大任教過的,但是有趣的是另外一位台大及台灣地質之光林朝棨老師倒是在日本占領下的北大及北師大教過書。)

圖一 馬廷英教授
馬老師最大的成就,絕對不是當官、拿獎章這些事上面(因為從他的生平事蹟上看起來他對這些事似乎毫不感興趣),而是在地質學術研究上。他是第一位用古生物的方法發現珊瑚的季節變化和古赤道變動的存在,不但說明各地質時代和現在一樣已有分明的季節變化,還直接證明了各地質時代早有熱帶、亞熱帶、溫帶等的不同溫度區。他也曾經在東沙、南沙等南海及台灣附近諸島的珊瑚調查行程中,研究不同地質時代各個大陸的相對運動,進而提出地殼剛體滑動之說。作為韋格納大陸漂移說的重要佐證。值得一提的是,有個老美小威(J.W. Wells),後來參考馬老師的研究,1963年在Nature上提出了地球自轉越來越慢的創舉,但是卻沒有提到老師的貢獻,看來違反學術倫理這種事老美早就在幹了。(這不是我說的,還好後來有人在1975年出刊的Nature上幫馬老師平反,請詳見附圖二的證明)

圖二  摘錄Nature的來信平反文章(R. E. Dodge and J. R. Vaisnys, 1975)
看到這裡,或許讀者要認為費雪幾乎要把中國地質之父這個頭銜,頒給馬廷英老師了吧!但是,馬老師教導我們徒子徒孫教的好,要從無疑之處提出質疑,所以我們就用教育部的規定來檢視一下老師的學經歷。ㄟ~~哎呀~老師的二刀流學歷,怎麼有些問題呢?根據教育部規定,一本論文是不可以取得兩個學校的學位的,即便是中文翻成英文也不行!!!!所以,若以現在的標準,一稿多投已經違反學術倫理,應該要送教育部研議是否取消學位喔,只好忍痛將馬老師排除在候選人之外了~~依我看,這一定是當年日本政府愛才留才不成,要害老師的陰謀啦~~~~~~~
所以說,這可糟糕了,因為費雪我用現在中華民國台灣教育部,對大學教授的評鑑及升等相關規定標準,來看看前面談過的地質老前輩們,誰應該得到中國地質學之父的頭銜,結果通通失格!!!!!費雪只好做出沉痛的聲明:”本次中國地質學之父評選結果:得主從缺”!!!!!! 不過,誰是中國地質學之父重要嗎?費雪戲謔性的用現在教育部的以SCI等論文導向及教師評鑑之標準,檢視過去老前輩們的成就,但是卻發現他們通通不及格。但是,即便如此,卻無損他們在我們這些後輩學術教育工作者心中對他們的尊敬。因為我們都深受他們腳踏實地的地質學家態度影響,也站在他們打下的軟硬體基礎上擁抱世界。他們的成就,卻不是一切以SCI論文發表為導向的標準能夠衡量的。所以,我們是不是該想想,怎樣腳踏實地的用前輩地質學家的精神與態度,對社會與國人做出更高的貢獻,並且留下一些精神的以及物質的資產給繼起的年輕一代,而不是時時刻刻在計較與實際社會民生沒有太大關聯的論文點數收集工作上呢?
我們現在這一代地質教育與學術工作者為下一代留下的,不應該是點數,而應該是典範!!!!



2012年5月14日 星期一

台灣地質聊齋~~雪山下的龍脈


    話說最近發生了雪山隧道的火燒車事件,又有人提出來是因為雪山隧道的開鑿,挖斷了龍脈,導致不僅意外連連,台灣的國運也衰運重重。雪山下有龍脈嗎?我想這個答案從科學的地質上來說是肯定的!!!!雖然有人會說:~費雪,請不要妖言惑眾喔,科學上哪有甚麼龍脈之說?~~~但是不管您同不同意龍脈之說,請您耐心聽我接下來解釋道來~~~~

費雪當年在雪山隧道(當時候叫做坪林隧道)還在開鑿時,在隧道內曾經進行一段的隧道湧水勘察研究。1997年,當時的雪山隧道施工期間遭遇多次崩坍及地下湧水,而最先進的隧道鑽掘機(TBM)也因此受困十次之多,其中以第九次受困(受困期間84.02.1884.12.04,初期湧水達148 l/sec,並造成開挖面坍塌)﹐及第十次受困(受困期間自84.02.18迄今,最大湧水量達143 l/sec)最為嚴重。

因此,工程人員只好改用傳統的鑽炸開挖方法,施作繞行隧道要把TBM從卡住的地方清除出來,由於湧水不斷,當時費雪的同學蔡大官在國道新建工程局任職,問了費雪是否有辦法知道湧水的來源,及是不是有機會堵住湧水。當時費雪就提了一個辦法,在隧道裡面以及附近的地表取水樣,作氫氧環境同位素分析以及放射性氚同位素分析。

雪山隧道在隧道東段沿線經過的區域所分佈的斷層,根據地表地質調查及地質岩心鑽探的結果,由東向西分別為金盈斷層、上新斷層、巴陵斷層以及石牌斷層(圖一)。其中金盈斷層為分隔乾溝層與四稜砂岩兩岩層的正斷層,其斷層擾動帶及斷層泥同時也為造成TBM第六及第七次受困之主因。當時先做了隧道湧水的碳十四定年,訂出來的年代為4500(yrBP)左右,但是這個數據其實是水樣受到了隧道施作噴漿的汙染,根本是錯誤的。(現在看到有些節目還持續用這個錯誤資料,真是X#$@%^^&~~~) 為什麼費雪這樣說?因為隧道湧水的碳化學分析顯示受到噴漿的水泥混入之汙染,加上氚定年(半衰期12.3年,環境背景值低,因為人類1953年以後大氣核爆而飆高)顯示,隧道的湧水都有大氣核試驗的氚値,顯示隧道湧水均為1950年代以後的降雨所補注來的年輕水


圖一 雪山隧道頭城段沿線地質剖面(陳明君, 1996)

至於來源,費雪做的地面調查顯示一個有趣的結果,宜蘭平原地區的降雨,氫氧同位素值都偏重,接近海水的值,但越過了分水嶺越往台北的方向,同位素值就越輕。但是問題來了,隧道的湧水的氫氧同位素值,卻是跟北勢溪上游(翡翠水庫上游)的值一致,是比較輕的。卻跟宜蘭當地降雨以及宜蘭側的地表溪流是不同的。甚至宜蘭接近山區一側的深層地下水,氫氧同位素值也跟隧道湧水是接近的。

圖二 環境同位素分析地表採樣位置圖


圖三 氫氧同位素分析結果(TBM:隧道湧水)

於是費雪得到了一個結論,那就是雪山隧道湧水是從北勢溪上游的降雨入滲,經過了一系列的聯通斷層及裂隙,向東越過分水嶺直接補注到蘭陽平原的北側。而且這個裂隙水的流動速度很快,從氚定年資料估計50年可以水平流動至少約5公里以上,可以說是個地下水脈由於隧道與山區補注位置的高程差很大,約有500~600公尺,因此水壓很大。造成隧道裡一鑽到這個水脈,那噴出來的水壓可是不小的,(根據我在隧道裡親眼所見,可以將鑽桿噴到50公尺開外!!!!)。根據坪林地區人士所說,隧道鑽鑿時,該地區地下水位下降,造成農作物生長不易甚至枯死,也似乎呼應這個科學的解釋。
所以說,雪山下有龍脈,而這個龍脈主要是個連通斷層裂隙所形成的地下水脈,又水是我們人類生存與生物生長的必要元素,因此隧道大量洩水,降低地下水位,作物難以生長,人們難以取得適當的用水,當然就如同斷了龍脈一樣。所以說:雪山下有龍脈只是他並不是風水上可以致富晉爵的龍脈,而是條生命不可缺的地下水脈!!!現在你信了嗎?不管你信不信,反正費雪我是信了~~~

2012年5月12日 星期六

航向偉大航道吧~白鬍子海賊團船長的選擇(二)


    上次說到東方藍海上有個惡劣的避難所,是個龜首會吐出白色乳白色硫磺熱液的烏龜狀火山島嶼,心術不正的人來到這裡,或者是聽到這個故事,往往會不自主的臉上泛出詭異的笑容。ㄟ~~寫到這裡,費雪我已經看到你臉上的那道詭異的笑容了~~~所以我看你就是心術不正喔!!!!

   話說白鬍子海賊團的瓦德斯船長,離開了火山島後繼續沿著海岸線北上,這部分的海岸的岩石山脈,已經轉變為台灣的三大龍脈中的第二條,也就是雪山山脈。事實上形成台灣島脊幹的有三大山脈,第一條是前面說到的南方澳以及南澳的中央山脈,中央山脈由於是板塊直接碰撞的前排,因此變質程度最高,第二條就是現在瓦德斯船長碰到的雪山山脈了。雪山山脈位置上是屬於板塊碰撞邊緣的後排位置,因此是由輕微變質的砂岩以及頁岩所組成的,包含了以粗礫石英砂岩為主的四稜砂岩,以及含有變質砂岩及硬頁岩的乾溝層與大桶山層。由於經過輕微變質,岩石較堅硬,因此形成向東北延伸入大海的山脈岬角(圖一)。也因為向東北方逆風北上,相信瓦德斯船長一路上應該吃盡了苦頭。當年費雪在美國求學時,也跑去學開帆船,懂得帆船前進的原理的人就容易了解,雖然說帆船可以逆著風向用Z字型捕捉側風前進(特別是現代的三角縱帆效率較高),但是若是正對逆風方向,那就會很慘,因為要在海上畫出很大的Z字航跡。加上當時西班牙白鬍子海賊團裝備的大概是裝備橫帆的克拉克帆船,要逆著常年吹來的東北風北上可能就非常辛苦了。

圖一 衛星照片顯示的瓦德斯船長經過的台灣東北方海域


   好不容易瓦德斯船長的小艦隊,終於走到了這條突出東北方海中山脈的盡頭,看到前方向西側延伸的海岸線,船長不禁鬆了一口氣,說到"哇,繞過了這個山脈的盡頭,再也不用逆風前進了~~"。因此,特別在白鬍子海賊團的航海地圖上,命名這個新世界島嶼向東北方延伸的盡頭為"聖雅各角(Santiago)",有人翻成"聖地牙哥",後來轉音成為是現在台灣新北市貢寮與宜蘭頭城間的"三貂角"。這裡費雪又要小小離題一下,我想瓦德斯船長應該是用西班牙伊比利半島上的加里西亞地區(Galicia)同名城市來命名的,相傳此地為十二使徒之一的Saint James埋骨之地。由於此一地區為古板塊碰撞帶,因此在此處分布一些片岩及輝綠岩類變質岩。在城市的西方約100公里處,有一個突出海岸的岬角,再發險美洲新大陸之前過去的西班牙人認為這裡是世界盡頭,因此稱之為Finisterre。我想瓦德斯船長應該認為這裡是東方藍新世界的盡頭吧,才做出了這樣的命名。

   今天白鬍子海賊團船長的冒險記寫到這,下次費雪我會再繼續聊聊白鬍子海賊團在突破了惡劣的東方藍新世界東北岬角後的冒險故事。

2012年5月10日 星期四

台灣地質聊齋~~~北台灣的恐怖地層

今天上課時談到構造以及地質災害,一時興起,就拉出了北台灣的地質圖來論述一番,談到了近年來在北台灣發生的重大地質災害,幾乎都發生在某一個地層的分布區域,堪稱是台灣北部地層的超巨大地雷,在我們進一步談到底誰是兇手之前,我們先來看看下面的重大地質災害整理:

1.  基隆七堵山崩2010/04/25基隆七堵山崩:發生在中華民國國道三號(又稱福爾摩沙高速公路)基隆汐止段在約下午1429分,3K+250M處邊坡的「師公格山」,死亡人數4人。


 
圖一、空勤總隊拍的基隆七堵山崩照片

2.  2008/09/28薔蜜颱風侵襲,造成貓空纜車T16塔柱下方發生土石滑落現象,臺北市政府考量當地居民的安全與感受,決定貓空纜車暫停營運,這一停駛停了一年半。

3.  八斗子落石災害2002/09/22因利奇馬颱風帶來豪雨,基隆八斗子八斗街後方一處岩壁有巨石崩落,壓毁1 棟民宅,造成1人死亡。

4.  瑞芳九份地區山崩災害2000/11/17瑞芳九份基山街旁山坡地,凌晨四時許發生崩塌事件,造成五戶民宅被土石壓毀,所幸住戶早就疏散,並未造成人員傷亡,但一二縣道交通被迫中斷,九份國小臨時決定停課一天。

5.  內雙溪聖人瀑布落石災害1993/05/30中午127分,台北市內雙溪聖人瀑布崖壁發生落石,造成當時正在瀑布下烤肉的學生,有2人死亡、26人受傷的慘劇。

6.  林肯大郡滑坡災變1997/08/18上午八時許,適逢溫妮颱風侵襲,位在汐止鎮林肯大郡社區後方的邊坡突然滑動,瞬時之間,造成房屋80戶全毀、20戶半毀,居民28死受傷近百人的重大慘劇。



 圖二、林肯大郡滑坡災害照片

http://wiki.twce.org.tw/index.php/Image:Lincoln.JPG

我想大家對這些地質災害,特別是像林肯大郡以及國道三號七堵山崩的印象絕對是餘悸還猶存。但是你一定想不到,這些災害都是發生在同一個地層中,那就是麓山帶的大寮層!!!!

所以,我們真的有必要瞭解一下何以重大地質災害都發生在這個地層。大寮層生成的年代大約是中新世,岩性主要是由砂頁岩互層所組成,中段有一層石灰岩質的厚層砂岩段,生物擾動劇烈,可以在本層中發現象蠕蟲管(Detrupa)、海膽等化石,由於生物擾動劇烈之層位膠結良好,因此本層岩性差異頗大。在南港到基隆一帶的大寮層是沿著基隆河兩側分布,因為基本上基隆河是沿著一個向斜的軸部分佈,所以基隆河南北兩側的大寮層均向基隆河傾斜,在南北兩側均形成所謂的順向坡。南北兩邊的大寮層到了北邊在和平島到八斗子一帶交會。因為受到應力作用,大寮層中的節理(岩石因應力造成的成對破裂面)發達。因為岩性差異大,又為砂頁岩頻繁互層,加上節理發達,以及沿基隆河人口密集的兩測都是順向坡,所以造就了這個兇手地層。

      所以說,在大寮層中施作工程要特別的小心,特別是要避免砍除坡腳及不當的施作邊坡穩定工法。工程的人最喜歡用一些像是岩釘岩錨的邊坡穩定工法,但是卻對地質地層了解不夠,以至於雖然減低了小災害發生的頻率,但另一方面這種做法卻加大了地質災害發生的規模與嚴重性。當年我跟著老師們去林肯大郡勘災時,就發現反而沒有施作地質穩定工程的一側,由於砂頁岩一層一層沿著地層面片狀分開滑動,先滑下來的薄岩層,反而頂住了後面的地層不致繼續滑落,造成的災害反而比做了岩釘岩錨的一側要小 (想像你用釘書機釘住一整厚層的岩層,一次滑落下來的力量,當然比一片一片慢慢分次滑落較大)。國道三號七堵段的滑動也是如此,所謂的師公格山,不過就是因節理造成的兩邊尖銳平整的孤立山頭,沿著現在七堵段的國道三號,還有很多同一類型的大寮層孤立山頭存在。因為兩側已經被節理切斷,再砍除坡腳,加上邊坡穩定工程的設計不當,當然造成整片滑坡,只是地質作用是漫長的,所以才會在通車後十年左右發生這麼大的災難。

2012年5月6日 星期日

航向偉大航道吧~白鬍子海賊團船長的選擇 (一)


相傳以前有一個偉大的大航海時代,有一條航道,連結交換了世界諸國的香料、金銀、毛皮、絲綢、茶葉等貿易,稱之為偉大的航道。當然,這個偉大航道上並不是沒有危險,數個國家政府支持的海上武力、海軍、海賊團伙,是這個偉大航道的真正支配者。ㄟ~你以為費雪在講的是偉田榮一郎老師的”One-piece海賊王漫畫故事嗎?錯了錯了~我要說的是明朝末年17世紀前半段的時代,當時東方藍海上有一個美麗又充滿危險與野蠻的島嶼-福爾摩沙(或稱大員、琉球、或艾爾摩沙,或是現在叫的台灣),是通往「新世界」的入口,因此吸引各種不同的人在島上及附近海域活動,包括世界貴族(來自中國本土的官吏-天龍人)、賞金獵人(淘寶者)海軍(明朝的水師)、人口販子,以及要前往「新世界」的海賊等。由於島上仍然存留黑暗的歷史,人口販賣、吃人的行為仍遭默許。

這時期這個區域的偉大航道海上武力有幾股,包括黑鬍子海賊團(當時叫倭寇)、紅髮海賊團(紅毛人-也就是荷蘭人)、白鬍子海賊團(西班牙人)、還有海軍(明政府水師)。西元1626年,白鬍子海賊團發現紅髮海賊一夥的勢力已經進入這個新世界的入口,占領了偉大航道的南面入口。因此派了瓦德斯Antonio Carreño de Valdés)船長,率領艦隊從馬尼拉出發,沿者台灣東海岸要前往佔領這個新世界的北面入口。


接下來就是跟地質有關了,沿著台灣東海岸北上,是一條危險又未知的航路,所以連其他海賊團都不願意走這一條航線。台灣因為板塊碰撞的影響,主要的山脈以及地質的構造,都呈現東北-西南走向。所以台灣東側在板塊碰撞作用下,於東邊太平洋形成了深度急速變深的一個又一個海下盆地,以及岸邊快速隆升造成的陡峭懸崖,由於無法靠岸補給,加上若是東北季風時期,根本很難找到避風的港灣。所以瓦德斯船長勉強的行駛到今天南澳或蘇澳一帶,因為這個地方剛好位於板塊碰撞下,變質岩帶隆起的尖端,因此部分較堅硬的板岩及片麻岩可以伸入海中形成避風的東西向岬角,前者像是宜蘭蘇澳南方澳一帶,後者像是南澳的烏石鼻一帶,因此瓦德斯才找到可以避風的小港灣,勉強稍作休息。



       瓦德斯船長離開南方澳後北上,經過一大片開闊的河口平原,於是他就命名此地為聖塔卡達林納(Santa Catalina),也就是聖凱瑟琳的意思,聖凱瑟琳出生於亞力山卓港,是一個基督教與天主教的殉道女聖人。不知道瓦德斯船長是否曾到過地中海的亞力山卓港,發現宜蘭就像該地一樣,是一個從接連山脈中忽然出現的河口三角洲地形,才以此命名。不過有趣的是,尼羅河三角洲,是位於北非東部,紅海張裂裂谷的北端,而蘭陽平原,則是位於沖繩海槽的尖端,因為地殼張裂形成的下陷三角洲。張裂的沖繩海槽,在鄰近蘭陽平原的地方,存在有一系列的海底火山,甚至形成龜山島這一個突出海面的火山島嶼。現在在北面龜首的地方,海底還有高熱的硫磺酸性熱液由海底冒出來。因此雖然遇到強風時可以暫時避避,但是西班牙白鬍子海賊團特別在他們的海圖上,標出龜山島是惡劣的停泊地。 寫到這裡,費雪又要先暫停一下,敬請期待白鬍子海賊團瓦德斯船長的冒險續集囉,敬請期待~~~哈哈!!

2012年5月3日 星期四

誰是中國地質學之父(中篇)

好了,今天有點空接著來討論一下上次談到的中國地質學之父的問題。寫完上篇,費雪我本人接到多位讀者反映,像是我的同學無尾熊就告訴我還有章鴻釗先生並沒有提到,所以今天就從章先生開始談起了:
章鴻釗先生(1877-1951),應該可以說是中國地質啟蒙運動的領袖。中國古代不是沒有地質相關的著述,像是宋朝沈括的夢溪筆談,老沈他在夢裡在溪邊一談就談到了石油和隕石,這個石油的名稱,還是由老沈的夢溪筆談沿用下來至今。但是說到科學的繪製、調查等分析、推論地質與礦產的分布與成因,還是要從晚清才開始。章老是晚清的秀才,宣統元年遠渡重洋,到了日本念東京帝國大學的地質學系,獲得理學學士,算來是中國地質界東洋流的前輩。民國元年,擔任中華民國南京臨時政府實業部礦務司地質科科長。民國2年到5年,當過任北洋政府農商部地質研究所所長。1918年開始在北京大學地質系任教。1922年倡議成立中國地質學會,並成為中國地質學會第一任會長。但是老問題又來了,章老德高望重地質界,實務工作做得紮實。但是期刊論文卻發表的不多,按照現在台灣科學界主流的要求,要論資排輩的話先要比賽一下著作的影響係數(Impact factor)收集點數,超過30點以上才有資格進入決選。我就先在ISI Web of Knowledge查一下章老的相關著作,結果如下圖二:”您的搜尋找不到相關期刊論文著作。所以說,抱歉了章老,您是偉大的中國地質啟蒙舵手,但是實在無法頒這個中國地質學之父的獎牌給您啊!

圖一 章鴻釗


圖二 ISI Web of Knowledge搜尋結果

費雪這次也接到我的學長寄哥哥的反應,說還有一些像翁文灝、朱家驊等德高望重的地質老前輩沒有在我討論的文章中,不過翁文灝先生與朱家驊先生是地質界的從政同志,大部分工作職務雖然很顯赫,但是就是不太在地質界就是了。還有我的同學國王龍(King-saurus)也說周樹人我沒提到,ㄟ~誰是周樹人啊?~他另一個名字叫做魯迅,寫過阿Q正傳,担過扁擔,也賣過彩券。不過這個部分,我想下次我會放在不太地質的地質名人一篇中,跟我的好友溫小寶(就是很想用爬的來趟台灣地質之旅的那位),以及打過海珊屁屁,也當過美國國務卿的同行小鮑(Colin Powell)一起討論一下。
今天的篇幅有限,看來只能談到章老了,不過預告一下,接下來我會用很尊敬的心情,來談一位真正的中國地質之光,雖然最近跟台灣之光有關係的好像都有點麻煩,但是費雪保證,中國地質之光一定是位令人肅然起敬的前輩。如果他今天能夠到我們評審會場的話,我想罰站的一定不只費雪一個人~~~敬請期待!!!!

2012年5月1日 星期二

有去無回谷的秘密


在南美洲哥倫比亞一個神秘的山谷,那裡土壤肥活,風和日麗,但到那裡居住的人,都很難逃脫死亡的命運,因此當地的印第安人稱它為"有去無回谷"。後來,歐洲移民來到那裡,耕耘播種, 種出了莊稼,獲得了豐收。可是好景不長,一種莫名其妙的怪病使他們驚恐不安。患了這種病的人,眼睛慢慢失明,毛髮逐漸脫落,最後體衰力竭而死亡。而且當地的婦女常常生下怪胎,因此最後居民死的死,逃的逃,這個山谷又荒蕪了。

這是怎麼回事呢?直到第二次世界大戰結束後,地質人員到那裡探礦,才揭開了其中之謎。原來,那裡地層和土壤中含有大量的硒(Selenium, Se),同時又缺少硫,植物為了能正常生長,就拚命地從土壤中吸收性質與硫相近的硒,以補充硫的不足。硒有毒,植物(莊稼)中富集了大量的硒,人們吃了之後就會患這種怪病而死亡。在美國西部針對放牧的牲畜經過長期調查,發現這種造成動物脫毛的怪病主要是由於牲畜在長有大量紫雲英(圖一)、黃芪和野豌豆一類植物的地區放牧而引起的(圖二)


圖一、紫雲英屬astragalus bisulcatus (http://www.ars.usda.gov/Services/docs.htm?docid=9979)


圖二、美國西部的硒分布區域

無獨有偶,在中國古籍的紀錄中也有類似的記載,西元1274年前後,義大利威尼斯人馬可波羅隨其父親和叔父來中國通商,途徑肅州(今甘肅省西部)時,聽說外地商人的馬吃了當地的某些草會掉蹄子、脫毛等。後來,他把這種見聞記述在《馬可波羅遊記》中。由於當時的醫學和科學水準所限,一直不明白這是一種什麼病。後人認為,這是有關硒中毒的最早記載。硒中毒的症狀包含:反胃嘔吐、疲勞、腹瀉、頭髮與指甲損壞、異常刺痛感等,也會干擾硫的正常代謝以及抑制蛋白質合成。服用含有高量硒的藥物會造成急性硒中毒,嚴重過量會導致肝硬化, 肺水腫,甚至喪命。
       地質學家弄清了"有去無回谷"的真象後,受到了很大的啟發,並發現植物可以幫助人們找礦,甚至富集礦產。像是硒,在二次世界大戰後,人們發現它的半導體性質和其導電能力會隨光強度增大而增加的特性,因此硒在電子工業中的應用量迅速增加。但是硒本身並不會形成特定礦床,而是於礦床開採提煉時所產生的副產品,約90%來自於銅礦床開採之副產品,剩下約10%來自於鉛礦床。所以,利用當地的植物協助富集稀有礦產,逐漸成為一種省能省力的開採方法,也因此,未來的地質學家或許還應該學學一些基本的動植物學啊!