▌九月主題：#地貌與構築 ▌

說到地形的塑造者，恐怕地球本身就是高手。#板塊作用、#造山運動為 地景提供了物質的基底，地貌是取之不盡的故事來源，是連結土地及個人身世的重大線索。地景設計師可以不了解岩石圈的構成，但至少不該失去對 #土地與故事 的好奇心。活在土地空間中的人，在生活在生產在生計各方面，都是最親密的接觸者，在設計塑造地景時，#時時刻刻要關注被地景所影響的人們。在這篇擷取轉載自《#億萬年尺度的台灣：從地質公園追出島嶼身世》的篇章中，作者藉由田野調查，刻劃出 #利吉惡地 居民的生活故事。

#衛城出版
#利吉混同層

https://eyesonplace.net/2021/09/15/18399/

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

#時事中的知識 #爆紅影片學科學
【挪威滑波房屋崩入海，意外背後意外豐富的科學】Quick Clay 奇譚

「這異象是蝦餃，難道是 2020 年在正常發揮？」 ← 近日大家看到這短片時，涼了半截的心中，或許是這樣 murmur 的。

＊若你未看過，留言區有影片傳送門
　
但身為一個科宅，第一念頭是「咦？很不合理耶」，一眼目測影片中滑落的坡度實在沒多陡。必定要有一層很潤滑、很古溜的物質存在，那會是什麼呢。
　
難道是永凍土在夏天融化了ㄇ？嗯，只是亂猜測亂引用網友的話的話就和總是在囫圇搶快的台灣記者差不多了。我想學到些原本不知道的事，在知識中添加幾塊硬磚頭，就要用正確的方式使用 google。第一訣：若非必要，先不要用中文搜尋XD。
　
首先釐清影片基本資訊，人事時地物：事件發生在今年六月三號，攝影者是眼睜睜看自己家消失在海裡的苦主 Jan Egil Bakkeby 先生，他家位在北極圈內的挪威北部 Alta 市一帶。所幸無人傷亡，但有隻狗狗落水又游了上岸。
　
過了不久我就意外在 @Trust My Science 這個法語的科普粉專意外看到了關鍵字：Quick clay（d’argile rapide）。
　
喔喔喔.....這是啥。感覺和「流沙 quick sand」或「水銀 quick silver」 有關係呢。Quick clay 的中文是翻譯成【流黏土，或是超敏黏土】。但如果只查到名字就滿足的話，就會像費曼先生的爸爸曾經嗆聲的：「你可以把一種鳥在世界上各種語言的名稱背下來，卻仍然對它的習性一無所知。」所以，知曉了名字，再以名為索引去進一步了解它的一些特質是一定要的啦。
　
正是因為查到與學到的結果很奇妙，所以現在才會在這邊滿心激動的發文 XD
　
插入一個又是最早從 Vsauce 得到的冷知識，前述三物名稱中的 quick 意思都不是說那玩意很「快」。在古英語的用法裡 quick 的意思是活跳跳不安定的。出自欽定詹姆士王版聖經有 the quick and the dead（生者和死者）這個熟語——經文的上下文是說耶穌基督是一切生者與死者之審判 [提後 4:1]。
　
首先我學到 quick clay 和崩塌災害的最重點是：這種超敏感的黏土是高緯度的特產，其他地方是沒有的。是由冰河輾壓陸地，使岩石風化後形成的固體微粒，流入海中沉降而成。所以這種黏土與這種災害只常見於挪威、瑞典、俄羅斯、阿拉斯加、加拿大等國。
　
* 是的！其實很常見XD 不是啥末日異像。近年來各種異象似乎變多，自然是因為人手一機錄影增加，和對於爆紅影片渴求的媒體平台的普及，讓大家目擊率上升了。讓普通的事情變得奇特，奇特的事情變得普通。就這麼單純 XD
　
定義中黏土是顆粒直徑小於 0.002 毫米的土壤固體組成。也就是說，尺上的最小格子中可以讓超過五百顆的黏土微粒排排站。而粒徑由大到小是礫 → 沙 → 粉沙（silt）→ 最小顆的黏土（clay）。
　
關於流黏土／超敏黏土的第二個重點是，它們必須原本是海積黏土（marine clay）也就是在很鹹很鹹的海水中形成的黏土。而要脫胎換骨，變得很敏感、不穩定的必要條件是「要再從海裡，升回到陸地上來」！
　
這就很奇妙了，海底怎麼會變陸地呢。況且冰河最盛時期的海平面反而是比今天低的喔（水都凍在兩極了），怎麼會冰河退卻、海平面上升，反而卻有陸地從海裡浮上來呢？
　
最妙的就是這現象：稱為「冰期後反彈」（Post-glacial rebound），陸地會反彈上升是因為兩極冰蓋的那些水實在太重，曾經把陸地壓得都沉降了，當冰冠終於溶化後，這些陸地板塊才慢吞吞的，基於浮力的原理而慢慢升回去。許多沉海的陸地緩慢的浮起，使得前述極圈內的國家的領土，其實一直都在偷偷的變大！（然而俄國還是沒有比 #冥王星 大。）
　
海積黏土遇上冰期後反彈，離開了海，接下來它們繼續變化，主要是由陸地上的淡水逐漸洗去原本海水中的鹽分。這裡的鹽份是廣義的，包括鐵、鋁、鎂、鈣、鉀、鈉等正離子。要專業名詞的話，這叫淋溶作用（leaching）。淋溶除了由降雨來溶以外，有時也會由地區性的豐沛的、自流性的地下水穿過黏土層把鹽分帶走的方式在進行著。
　
話說黏土其實有很多種組成，它們的通性是都由矽和鋁的氧化物所組成，而且都是由地球特色最多的水去攻擊（水解）一大塊岩石——角閃石、長石或雲母等礦物，化學作用所形成的分子碎片，也就是「風化」的產物。#所以若是沒有水就是妨礙風化
　
離題一下，所以當 NASA 送機器探測器到火星，探勘到黏土礦物的時候才會興奮異常！黏土乃是水：大量的水曾經存在的證據是也。
　
黏土的另一個和生活最相關性質是「離子交換」，其實就是前兩段說由淡水去把鹽份（陽離子）淋溶出來的同一件事，一種離子換另一種。而和生活的關係是......呃，有一種黏土叫 smectite 綠土，如果大家不幸腹瀉不止去看醫生，醫生八成會開給你一包無味道的粉末止瀉藥 Smecta ← 此處無業配。也就是說，有時候「吃土」能藉由離子交換的特性，調節紊亂的腸胃滲透壓，吸附毒性物質，進而達到止瀉的效果。有些黏土的離子交換性質高，有些低一點，但都有一定的交換能力。
　
等一下喔，原來大家都知道的黏土，除了會黏可捏之外還有那麼多學（ㄒㄧㄠˊ）問存在。對啊，若不是對於奇怪的話題亂調查，我也不會知道這些事的——或說，若無相關脈絡，那些精妙的知識對我來說沒有太大意義，但即使是一則冷知識的脈絡，知識就自動凝聚形成一則小劇場了。冷的好！
　
所以到底為何失去了鹽分就可以把海積黏土轉變為 Quick clay，造成挪威、加拿大等國家動不動就有土地滑到海裡去呢？
　
* 先前有次這樣被好好拍攝下來的 Quick clay 大型滑波事件是 1978 年挪威 Rissa 發生的，留言區我放一個惠我良多的科普紀錄片的超連結。
　
話說身為台灣人，仙草、愛玉、豆花、洋菜凍這些夏日冰品大家肯定都非常常吃......欸不是，怎麼忽然從黏土講到各種凍咧。理由是，很奇妙的上述各種凍會從液態凝聚成固態，和黏土遇到海水裡的鹽就會沉降，原理其實有點像。也就是鈣、鎂這些陽離子扮演了「橋接」的角色，讓本是一團散沙、彼此看不順眼的分子能夠穩定且和睦的相處。
　
當然更詳細的機制是牽涉到電性中和、擴散電雙層（diffused double layer）、凡德瓦力（van der Waals interaction）這些更精妙的部分......但我覺得大家都能理解的是鹹豆漿。也就是陽離子促成的凝絮作用（flocculation）。和生物化學實驗的鹽析效應也類似。但我現在忽然極度得想吃布丁。
　
→→ 加鹽就會穩定，遇到淡水就會不穩定。極度簡而言之是這樣。
　
有陽離子，而且是越高價數的陽離子例如 Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 越是有架橋的功能。所以愛玉子要用含有鈣離子的硬水洗，才會讓「膠」（其實是多醣類）凝聚，用含有極少離子的 RO 水是無法凝成愛玉的。
　
其實還有一個微奇妙的要件，植物腐化後形成的腐植質（humus）因為酸性和其多酚成分，也會干擾、把黏土中的陽離子拽走，進一步不穩定化。所以經常 Quick clay 取出來會是黑黝黝的。
　
於是最後的最後，被淋溶而失去那些鹽份：使黏土微粒彼此達到和諧穩定的關鍵被消滅之後，一層超不穩定的 Quick clay 就形成了，電子顯微鏡下這種黏土結構完全就像是一大片「紙牌屋」，橫七豎八的片狀黏土的中間空無一物，空隙中由空氣或水充填，只要遭受擾動就會由一部份崩塌迅速惡化到全體崩塌。一觸即潰。所以這種崩塌常常是海邊先塌一小塊，然後崩潰的前緣逆向往岸上傳遞。
　
而最奇葩的特性是（還有啊?! 對還有），流黏土如其名，它崩塌之後就會完全液化成汁。黏滯性暴跌到原土壤的一百萬分之一......那什麼概念呢，蜂蜜和水的黏滯性差別是一萬倍，就是那個一倍半（對數尺度）的降低。崩潰了的流黏土的顆粒不只不再團結，甚至會彼此排斥，由於都帶有些微的負電，就摩擦力甚小 → 最完美的成災要素齊聚了。
　
查到這，我終於弄清楚影片中那神秘的超級古溜、潤滑了一大片土地讓它滑進海裡的物質的真面目了。流黏土它基本上是液態的潤滑劑，所以即使只有一丁丁的坡度都一發不可收拾。甚至在前述挪威 1978 年發生那次，地面的坡度只有不到 3 度！
　
至於避免的方法就是土壤普查。而因為流黏土通常不是位在地表，而是在表土的下方分布成層，所以要透過鑽探取樣鑽鑽看。而就像台灣在推行土壤液化潛勢圖，加拿大、瑞典、挪威等國也在不斷進行著流黏土地區普查的工作。
　
這和全球暖化到底有沒有關係啊......嗯，不知道。我們知道地下水會進一步使流黏土不穩定化，而永凍層的逐漸融化會不會改變、加重這過程，就有待科學調查了。偶速科宅，偶棉下回再見～～
　
參考資料：
Landslides| Quick clay - NGI (挪威大地工程學會)
https://www.ngi.no/eng/Services/Technical-expertise/Landslides/Quick-clay
　
The Quick Clay Landslide in Rissa, Norway - ISSMGE (國際土壤力學與大地工程學會)
https://www.issmge.org/uploads/publications/1/35/1981_03_0080.pdf
　
Quick clay in Sweden - K.Rankka et al. (2004) 【文件大請注意】
https://www.swedgeo.se/globalassets/publikationer/rapporter/pdf/sgi-r65.pdf