你知道嗎?【留尼旺火山、熱點、與恐龍共舞】
#灼熱的地科冷知識 文末連結影片
歷經一天的疲勞,來看爆發中的火山,平靜一下身心靈(物理)吧。有沒有感到熱烘烘的,那是遠紅外線。
啊?火山通常不會形容是平靜的齁。沒錯,尤其是這座。Piton de la Fournaise (法語:熔爐山,直翻英文大約是 furnace peak)是位在法國的海外領土——印度洋西側的留尼旺島(Île de la Réunion),就在馬達加斯加島的正東方海上。是全世界最活躍的火山,沒有之一。
因此,假設例如文Θ的世界周報報導說「法國留尼旺島火山再度噴發」,聰明的各位可以繼續喝茶,溫暖身心,而無需感嘆:「欸欸欸噴火了,地球怎麼了?」地 球 並 沒 有 怎 麼 了,熔爐火山在近三百年以來噴發了約兩百次,這樣平均 1.5 年一次的高活躍度,是一直正常地活躍著的好孩子 XD。
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從各種角度標準來說,留尼旺都是「南半球的夏威夷」,首先火山的成因和夏威夷一模模一樣樣,都是位在「熱點」上面:地球內部洶湧的熱對流上升到地表,持續的把咱們地殼這薄薄的幾十到百餘公里的「岩石圈」燒熔出一個個洞洞,好像線香遇到透明塑膠袋。
也和夏威夷相似的是,火山中冒出的也都是高流動性的玄武岩岩漿,而形成盾狀火山,噴發形式也幾乎都是夏威夷式(熔岩流)。只有較少見的爆炸噴發,後者是當周遭的地下水足夠豐沛,被岩漿庫加熱膨脹所致——火山活動往往讓地球變成一具蒸汽機(熱機)。
有時候噴發出的熔岩,冷卻所形成的玄武岩石中間還含有肉眼可見的大顆黃綠色礦物,那些是橄欖石 olivine。橄欖石的存在驗明了岩漿的來歷與正身,因為,橄欖石這種礦物只有在深度約 400 公里的上部地函才能穩定存在。
橄欖石之所以能在地表出現,都是因為被對流「咻」的一下帶到了地表,還來不及重組。是這樣,在地表的低壓下,橄欖石熱力學不穩定,如果持續保持高溫就會重組成其他礦物了,但熔岩上升速率太快,迅速冷卻,晶體結構就凍結而保持住了。
這和鑽石其實在地球內部更深的 600~800 公里處到處都是,但很偶爾才會在地表找到是一樣的原理,如果將鑽石加到高溫,在地表的低壓力之下它會重組成熱力學更穩定的石墨結構。但金伯利岩的熔岩上升夠快夠勁才帶著鑽石安全抵達地表,沒變得黑黑。
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說到對流,值得一提的是,大家常識中地函是什麼狀態,固體還是液體呢?我們都用「對流」形容了恐怕是液體吧,對吧對吧,錯!地球內部就只有外地核是液體。地函是扎扎實實的固體喔。
科學家之所以沒去過地心就知道地心的狀態,這種事是透過觀測地震波在地球內部的行進。長話短說:地震的 S 波是「剪力波」,所謂剪力就是捏臉或是捏啤酒肚,然後扭來扭去的力,顯然是沒辦法扭動液體,故 S 波也無法在液體——例如外地核——中傳導。但由於看起來 S 波通過地函毫無障礙(除了在一些地帶會略減速),就證明了地函是固體
處在地球內部的特高溫度和壓力之下,地函的岩石這固體具有黏彈性(viscoelasticity,黏置性和彈性的和稱,例子是布丁),在非常非常長的時間之下會逐漸做著液體一樣的苟且之事 (?)。關鍵是人類時間和地質時間的尺度差太多,讓我們有點無法直觀理解「固體會對流」這種事。地老與天荒。
順帶的順帶一提,常溫之下的玻璃的流動性是......根本是零,即使過一百億年都不會流動一奈米。只有在加熱到「玻璃轉化溫度以上」才會明顯的顯出黏彈性、流動、並且可以加工塑形的喔。
地函岩石要局部的熔化,形成岩漿,只有在某些特別的狀況下: 1. 減壓熔化 (decompression melting) 例如在張裂性板塊邊緣往兩邊拉的地方熔點降低形成新的枕狀熔岩,新的海床。 2. 混入雜質的助熔劑融化 (flux melting),當海洋性板塊隱沒時輸送大量的水到岩石圈深處,水分子混進高溫的岩石中,降低了岩石的熔點,水也降低了密度,因此這些熔岩才會上浮到地表,捅穿岩石,形成海溝後方常見的火山島弧。
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回來講主角留尼旺的火山
* 快速查了為什麼這個島取名做「會合島」(reunion)這麼奇的名字,結果是和法國大革命中某次會師有關。更搞笑的是隨著隨後的政治起伏,該島又曾經被改名為「波旁島」←法王室,和「波拿巴島」←另一個法王室,後再改回。
關於留尼旺熱點......是熱點 hotspot,不是火鍋 hotpot 千萬別弄錯啦~~誰會弄錯啦 (/‵Д′)/~ ╧╧
有另一個【必講不可】,錯過要等到下次大滅絕的梗:
它已經持續活躍了約六千五百萬年了。而每個科宅看到六千五百萬這數字就該心生「該不會和恐龍有關」的聯想。
還真的有關......搞不好有關,或許有關。是這樣,在大約六千六百萬年前的白堊紀的最末期,留尼旺熱點的旺盛活動,噴出海量的「洪流玄武岩」(flood basalt),形成了今天的南印度德干高原的廣大火成岩地帶:德干暗色岩(Deccan traps)。
暫停 ⏸,只要稍微有一點點現代地理常識的同學,就一定會妙麗舉手說「抗議,印度是印度,留尼旺是留尼旺,之間相隔了一個印度洋,熔岩是會飛嗎?」
啊啦~這就是整件事最奇特的地方惹,熔岩不會飛,會飛的,是印度! (???!!!) #抗議無效
中生代末期,本屬於岡瓦那大陸之一部的印度,原本是貼在非洲的東方,但「印澳板塊」不久開始一同加速往東北跑,印度在 *路過*「留尼旺熱點」的上方的「那一瞬間」(就地質時間來說)忽然就被穿了孔,還噴了滿身玄武岩。>////<
印度不以為忤,再帶著整塊玄武岩繼續跑,逐漸封閉了原忒提斯洋的東半部。最後也不減速地一頭撞上了亞洲,形成峰峰相連到天邊的喜馬拉雅山脈。其實說起來,超大陸「岡瓦那」的名稱正是取自印度的一個地名,就不意外非洲印度地質上本是一家了。然後因為韋格納,所以非洲南美洲也本一家。最後南極洲也本與岡瓦那做伙,發現恐龍化石也不意外。
長話短說,熱點源自於地球內部「熱柱」←不是炎柱大哥,是熱柱上升的熱點,相對上不會亂動,但地球表面的板塊卻會相對滑動,往往產生一整條長弧線的火山遺跡,就是被熔出的那一排洞洞。相同的故事在黃石熱點和夏威夷熱點等地都曾發生過、正發生中,那一條火山的遺跡甚至可以用來推知板塊在古代曾經移動的方向。再度點出了留尼旺和夏威夷真是有像。
所以法國版柯南要改到留尼旺島習得各種方便技能了(x)。
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回到德干暗色岩,每當地球歷史上發生大面積洪流玄武岩(長期大面積活躍的一種火山活動型態)肆虐現世,常會伴隨生態圈的災難性事件,主要是大量排放的火山氣體,足以暖化氣候,改變敏感的生態平衡,給生物圈添亂。#那不就是人類正在做的事
所以其實白堊紀末,恐龍滅絕的原因現在學界仍然有一派提倡著:「笨蛋們,別只看隕石啊,德干暗色岩的火山(留尼旺熱點所射)也很威。殺恐龍之大業,它必定有份!」
而且得利於越來越精確的同位素定年法,火山滅絕派的地質證據也相當充足。例如顯示火山活動大大的早於隕石。看來恐龍的滅絕原因的全貌並不單純。這場「論戰」不能簡單一槌定音~~嗎?
あの.....如果說,火山滅絕派、隕石滅絕派,兩派都說對了豈不妙哉?
這個故事最奇妙最奇妙的一點在於看全局。
有點像韋格納當年盯著地球儀得到靈感。不過這次要看的是中生代末的古地球地圖 ﹝推薦 youtu.be/bzvOMee9D1o?t=327 5:27 秒處﹞,就會觀察到一個奇想天外的,未免也太巧的巧合:
當奇克蘇魯隕石 (Chicxulub asteroid) 砸下來,砸到今天墨西哥猶加敦半島的頂端——依照慣例這邊插入一張北美洲的某暴龍抬頭看了最後一眼的插圖——的同一時間,留尼旺熱點就位在......在隕石坑幾乎準確隔著地心相對的正對面,也就是對蹠點 (antipode) 上面啊。
兩者之間難道有奇妙的關聯?#是緣分是注定好漢剖腹來參見
* 各位若有印象,這個「巨大隕石坑的正對面有火山」的巧合其實在火星上也可以找到好幾處(參看:火星地理學的導讀 www.facebook.com/Nerdxplain/posts/723862905104484)。
考慮隕石以強烈地震波形式釋放的能量,會以各種路徑,穿過地球內部。強烈的震波會團團繞地球、裡裡外外跑好幾趟才平息。而由於球體對稱性,顯然波動在隔著地心的正對面(對蹠點)會有匯聚,好幾次,搖了又搖。
再想如果那兒有一鍋岩漿庫,這樣搖來搖去是否就會像汽水般炸開呢?岩漿和汽水其實蠻像的,溶解了一堆氣體,其氣壓大小是產生火山活動的重要因素。
但可惜——可惜呀,科宅搖搖頭說道——這個絕妙故事,目前還只是理論階段而已。「地震會誘發火山活動說」之中,有許多未確立的環節(推薦國家地理雜誌〈地震會引起火山爆發嗎?科學家為此吵翻天〉一文)不容忽略。
因此「隕石陰錯陽差,引起地球正對面的留尼旺/德干大規模火山爆發,產生的多重打擊,讓鳥類以外的恐龍全滅絕了」→ 雖然聽起來很酷,但請各位暫且不要這樣教小孩。但說來,地球無論物理化學還是生物真的都是一個整體呢。
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截圖出處為
Julien Pedragosa 12月12日上午5:14 · 片長 7:16
Piton de la Fournaise - Éruption du 7 décembre 2020
www.facebook.com/watch/?v=143579863908905
地球內部 密度 在 蔡正元 Facebook 的最讚貼文
台灣島的誕生
台灣島於六百萬年前
從東海和菲律賓海的交界
浮出海面
台灣島上的高山和土地
原本是中國大陸的東南沿海
被海水淹沒的大陸棚和沉積層
從一億年前開始
因爲地殻運動
菲律賓海板塊向西推擠
碰撞中國大陸板塊(歐亞板塊)
由於菲律賓海板塊密度較大
沉沒入中國大陸板塊之下
也把前述的大陸棚和沉積層
抬升出海平面成為島嶼和高山
菲律賓海板塊進入地球內部受熱
變成岩漿被擠出地面成為火山
與被抬升的大陸棚互相作用
形成中央 雪山 玉山 阿里山等山脈
被抬升的沉積層
形成海岸山脈和花東縱谷
所以此處地震特別多
也使得花東海岸特別深
相較之下
形成的台灣海峽只是大陸棚
目前平均深度只有50公尺
在冰河時期海水退去
台灣海峽底土露出
成為海階平原
台灣島出現時
當時人類尚未誕生
台灣島是無人島
人類誕生於260萬年前的非洲
但於3萬年前才從中國大陸
走過台灣海峽進入台灣島
且ㄧ直處於游團或部落社會
沒有組成酋邦或國家
就法律學或政治人類學而言
是沒有主權統治的島嶼
稱為無主之島
直到1624年荷蘭國來台
1635年荷蘭對台灣島原住民
發動麻豆戰爭
用了將近十年時間
統一台灣島
台灣島才進入國家組織的階段
成為有主之島
註:參考蔡正元著《台灣島史記》
地球內部 密度 在 巫師地理 Facebook 的精選貼文
#臺灣地理 #能源政策 #優缺利弊得失
(1) 火力發電:透過燃燒煤、石油、天然氣等化石燃料,將其儲存的化學能轉化為熱能,將水蒸發,推動蒸汽機運轉,產生機械能,再轉換為電能的方法。目前為世界上最廣泛使用的發電方法。
優點:燃料相較之下較為低廉、且不受天候影響
缺點:產生溫室氣體、增加空氣汙染、易受國際價格波動影響
國內現狀:目前台灣全國有 20 座火力電廠,供應國內 77% 的供電;而燃料則全部仰賴進口,石油主要由西亞輸入,天然氣及媒主要來自東南亞地區。
(2) 核能發電:透過核分裂的連鎖反應產生熱能,將水蒸發,推動蒸汽機運轉,產生機械能,再轉換為電能的方法。
優點:單位原料提供能源高
缺點:會產生放射性廢棄物、周邊海域水溫升高
國內現狀:目前國內有三座服役中的核電廠,短期內仍無除役計劃,核四廠則因為廠區安全問題及國內反核聲浪高漲,目前議題仍擱置中。
(3) 水力發電:利用水庫、湖泊、河川水的位能轉換為力學能推動發電機來發電。
優點:乾淨、可再循環,可同時蓄水、滯洪
缺點:興建水庫會破壞河川生態環境,並造成海岸線後退等問題
國內現狀:目前國內服役的電廠共有11座,其中最具代表性的首推日月潭水力發電廠,其複雜程度獨步全球。
(4) 地熱發電:利用地球內部高溫,將水引入地底,產生水蒸氣推動渦輪機的方法。
優點:省去燃料費用、不造成額外空氣汙染
缺點:鑿井成本高、地底的硫化物會造成機組腐蝕
國內現狀:目前國內運作中的地熱發電廠有清水地熱發電廠,於民國 70 年落成,後因管線結構問題嚴重,導致出水量逐年遞減,只運轉了 12 年,就因為不符合經濟效益而關閉。,以及機組腐蝕等問題關廠,但學界仍看好其潛力,故於停擺近二十年後重新投入重啟工程,已於 2013 年完成連續一個月不停機的測試,未來前景看好。
(5) 風力發電:以風力直接推動扇葉及發電機發電。
優點:乾淨,可再循環
缺點:運轉時產生噪音、造成周邊地區地表溫度升高、受天候限制、威脅鳥類生態及飛航安全、平均風速需達 3m/s 以上方具經濟效益
國內現狀:台灣的風力發電能量密度含量居全球排名第二(第一是紐西蘭),西部沿海一帶冬季因有強勁的東北季風吹襲,且可建置地點亦 不少,因此成為台灣發展風力發電之最佳地點。
(6) 太陽能發電:是一種直接以光照射可直接照光輸出電流之光電半導體薄片的方法。
優點:不造成額外空氣汙染、光能取之不盡
缺點:晶片的製造過程中會產生大量的有毒廢棄物、且易受天候限制、轉換效率低
國內現狀:能源局在3年前推行的陽光屋頂百萬座計畫,鼓勵民眾在自家屋頂裝設太陽能發電系統,並由政府保證收購。
(7) 生質能發電:有機物經自然或人為化學反應後,作為能源加以燃燒、或經由微生物的厭氧反應產生沼氣(主要為 CH4)再行運用。
優點:燃燒過程不產生 SO2
缺點:需要大片的土地、肥料與殺蟲劑
國內現狀:台灣目前生質能發電為遍佈全台的 24 座焚化發電廠。
(8) 海洋能發電:
i.潮汐發電:利用潮汐一天兩次的漲落,推動發電器來發電,但唯有潮差超過 3 公尺以上,方具經濟效益。台灣較無此潛力。
ii.波浪發電:當海浪衝擊時,將帶動機組裡的活塞,造成高壓的海流,經由管線輸送至海岸邊,推動岸邊的發電機,並轉換為電能的手法。台灣沿海地區因受季風影響,波浪資源蘊藏豐富,是十分具發展潛力的海洋能源。
iii.洋流發電:利用洋流推動架設在海底的發電機,藉以發電。台灣東部因黑潮流經,提供穩定的強勁洋流,極具有開發價值。
iv.溫差發電:利用海洋表面及海底的溫差來發電。台灣東部沿岸地勢陡直,沿海變深達 800 公尺,水溫約5度,而表層因黑潮暖流流經,水溫約25度,因地形及水溫條件佳,深具發電之潛力。
優點:不消耗任何燃料、無廢料、不會製造空氣汙染、水汙染、噪音汙染,且整個發電過程幾乎不排放任何溫室氣體,全年皆可發電,十分穩定
缺點:資金龐大、發電成本高、海底管線架設風險高、有影響沿海地區生態之疑慮