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地質學對一般大眾而言，似乎是既親近、熟悉而又深奧、艱澀的一門學問。人類在面臨環(huán)境巨變時，如火山、地震、海嘯、山崩、土石流、地層下陷、全球暖化等，在各種媒體上常可以看到地質學家提供專業(yè)意見，例如「地震是地殼能量的正常釋放」等，這些說法民眾并不陌生。但地質學牽涉的時間與空間尺度極大、內(nèi)涵博大精深，各種地質現(xiàn)象復雜，因果環(huán)環(huán)相扣而難以理解。地質學以-為研究材料，動輒以百萬年為計算單位，相較於僅約1萬年的人類歷史來說，對於有46億年之久的地球年齡及其變化，實在難以想像和體會。地質學也常用大范圍地殼，或甚至地函的尺度來討論地表作用，相較於一般人所見與觸及的局部地表，空間上亦有千、萬倍的差異，易造成理解上的障礙。
地質學與人類的生活息息相關，地球一切物質均可納入地質學研究的內(nèi)容。從石器時-始，在采集-制作石器的過程中，人類了解-的一些性質，并利用某些特性提供生活之用，可說是地質學最早的應用。例如-原住民便利用板巖作為石板屋的主要建材；發(fā)展至今，人類的食、衣、住、行各方面和地質學都脫不了關系。
就學科分類定義，地質學是對地球的起源、歷史、組成、結構及其發(fā)生原因進行研究的學科。地質學的原意是有關地球的學問，廣義來說等同於地球科學，涵蓋地球的全部；狹義上多以固態(tài)地球做為地質學研究的主要范疇，但亦包括礦產(chǎn)與水等地球資源的研究，以及由地層物質研究古生物、古氣候 、古海洋等地球環(huán)境領域。
貳、地質學原理及方法
在地質學發(fā)展的早期，許多地質現(xiàn)象不易從其他自然科學得到解釋和證實，例如地球年齡在放射性同位素定年法發(fā)明之前，并無法得到合理的解釋。早期地質學家根據(jù)觀察到的有限現(xiàn)象進行全面推論，十分接近哲學思考，或許有些假說到最後證明是對的，但有許多不免流於空想臆測，或有「最不科學的科學」之譏。隨著地質學原理的建立及科學技術的精進，現(xiàn)今地質學理論和其他自然科學同樣需要合理的解釋和驗證方法，應可改稱為「地質科學」。
現(xiàn)代地質學最重要的基礎稱為「均變學說」（principle of uniformitariani-），表示現(xiàn)在觀察到的地質作用，在長遠的地質時間上也一體適用；也就是說，可以用現(xiàn)在發(fā)生的現(xiàn)象來解釋地球過去的歷史。相對於均變學說，「災變說」則認為地球的歷史是由重大的災變事件所創(chuàng)造，隨時間而有不同。經(jīng)過相關研究的累積，許多災變現(xiàn)象已可從均變學說得到解釋。例如在20世紀-漂移和板塊構造學說提出之前，一般認為地球表面的形貌大體上不會變化；現(xiàn)在則相信地表的海陸分布是隨時間而變化的，幾乎可以用板塊的移動來解釋看似隨機的地質事件。
時間是地質學最重要的因子，地質學有許多原理，包括原始水平定律、疊置定律、侵入定律、切割定律、包裹定律和生物演替定律，都是為了決定年代先後。原始水平定律認為沉積物最初會堆積成水平層狀；疊置定律則是說在沒有受到構造作用前，年輕的沉積巖層會覆蓋較老巖層的上方。由這兩個定律可以建立沉積巖的層序，進行對比。巖漿活動經(jīng)常會侵入沉積巖之中形成火成巖，斷層活動也會截切地層或地表面，表示這些活動的年代較被侵入或切斷的地層新。相反的，被火成巖包裹或沉積巖層中的物體，應該就比巖層的年代更老，例如礫巖層中的礫石，形成於礫巖層堆積之前。沉積巖層中的生物化石是提供地層年代的重要證據(jù)之一。
地質學的研究方法主要有二：野外考察和實驗模擬。一般人對地質學最深刻的印象，就是野外考察。風塵仆仆、刻苦耐勞、拿著地質鎚四處敲打-，常是多數(shù)人對地質學家的刻板印象。地球演變的訊息都儲存於-中，野外研究確實是地質學的要務，是一切地質研究的根本。從野外-探究出其科學意義，是地質學家一大挑戰(zhàn)，也是地質學超脫其他自然科學的特徵。從野外觀察中描繪出地表形貌與地質構造的關系，將野外考察的知識累積并經(jīng)過不斷驗證，就能逐步建立完整的區(qū)域地質體系。地質學家將觀察的紀錄和采集的標本帶回實驗室利用各種儀器監(jiān)定分析，進行解釋和模擬，推論出可能的解答，建立較為穩(wěn)固的學說?，F(xiàn)代有許多高科技的地球化學與地球物理分析儀器可用於地質學研究，例如X-光繞射儀、電子探針微分析儀、質譜儀、地震儀和太空衛(wèi)星遙測儀等，使得20世紀地質學研究獲得許多突破性的成果。此外，資訊科技的發(fā)展，電腦速度越來越快，過去難以模擬的地質理論模式，如今可以藉由電腦模擬，探究各種時空尺度的地質現(xiàn)象。
參、-地質的研究
-的地質研究已有百年的歷史，日治時期從經(jīng)濟地質出發(fā)，主要是為了開采-的礦產(chǎn)，以金、煤及石油的探勘研究為基礎，擴展到純粹的地質研究；蒐集野外資料及制作地質圖，對-的形成歷史建立初步的認識。第二次世界大戰(zhàn)之後，地質工作除了制作全臺各地的地質圖之外，也上山下海開展各項基本研究，石油公司從-西部一路向-海峽探勘，地質學家則深入中央山脈各地找尋-最古老的巖層和化石證據(jù)。到了1960年代末期，板塊構造學說興起，掀起地質學的革命，藉由板塊構造學說的綜合解釋，得到-的地質歷史演變過程。由於-是新的弧陸斜碰撞帶，造山運動持續(xù)而劇烈，而且山脈自出生、老化以至沉毀的不同階段同時在眼前呈現(xiàn)，因此吸引國內(nèi)外許多學者積極投入研究。
依板塊構造學說，地球外部是由7個大板塊和若干小板塊拼接而成。由地球深處的對流作用帶動，板塊彼此分離、聚攏或水平錯動，在板塊交界處產(chǎn)生火山或斷層活動等。中生代時期古太平洋板塊隱沒到歐亞-下方，導致東亞地區(qū)產(chǎn)生廣泛的火成與變質活動，在-稱之為南澳運動，形成大南澳變質雜巖。新生代的-也是板塊作用造成，菲律賓海板塊向北隱沒於歐亞板塊之下，而南海一帶的歐亞板塊則向東隱沒於菲律賓海板塊之下。-島就位在兩個隱沒帶之間。板塊隱沒而形成的火山島弧系統(tǒng)分別稱為琉球島弧與呂宋島弧；-島的花東縱谷成為歐亞板塊與菲律賓海板塊碰撞的交界。
-位屬於環(huán)太平洋的火山及地震帶的一部分，菲律賓海板塊以每年平均7-8公分的速度向西北方移動，西緣的呂宋島弧北端在距今約600萬年前撞上歐亞-的邊緣，形成-的山脈、丘陵和平原。在板塊聚合擠壓下，菲律賓海板塊上的火山島?。ê０渡矫}）猶如推土機般的擠壓歐亞-邊緣，造成-邊緣地殼劇烈變形而隆起；山脈逐次增長并向西擴大，長期碰撞形成中央山脈、西部麓山帶等地質構造帶，山脈形成的次序大致由北向南、由東向西。地質構造帶的排列與山脈平行，由東向西分別為海岸山脈、花東縱谷、中央山脈、西部麓山帶等。
肆、-重要的地質現(xiàn)象
-史上最重要的經(jīng)濟礦產(chǎn)當屬黃金，主要產(chǎn)地九份和金瓜石礦區(qū)曾盛極一時，是世界級的金礦，也是東亞最大的金礦床，對-早期的經(jīng)濟開發(fā)貢獻卓著。從礦物學的觀點，這個礦區(qū)內(nèi)還有許多具有學術價值的礦物，如硫砷銅礦、脆硫銻銅礦（又稱法馬丁礦）等，常成為各國博物館收藏的對象，甚至為這些礦物舉辦過特展。-另一重要的經(jīng)濟礦物為閃玉（或稱「-玉」），產(chǎn)量曾高居世界第一；主要產(chǎn)於花蓮豐田礦區(qū)，不過如今已停止開采。豐田一帶早在5,000年前就有玉器的制作，流通全-甚至遠達西南太平洋，卑南文化精美的玉器皆來此處。在日治時期，豐田開采石棉做為-用途之用，卻將玉石廢棄不用，直到1960年代，才開始大量開采閃玉打磨。硫是-最早的重要輸出礦產(chǎn)，早在荷蘭、西班牙勢力進入-之前，大屯山區(qū)原住民即用手挖坑采硫，經(jīng)由商人轉賣到亞洲各地。大屯山區(qū)另一個著名的礦物為北投石，是世界上唯一以-地名命名的礦物。文石亦是-重要的寶石礦物，以澎湖所產(chǎn)最為知名，可說是當?shù)氐拇?。東部出產(chǎn)的-藍寶、玫瑰石，具有特殊的光彩，成為收藏家的珍寶。其他因民生、工業(yè)用途開采的礦物還包括石英、白云石、石膏、石鹽和滑石。
-堪稱世界最復雜的地質區(qū)之一，出現(xiàn)的-包含火成巖、沉積巖和變質巖等三大巖類。安山巖主要分布於北部火山群、東部海岸山脈及火山島；玄武巖以澎湖群島為主要產(chǎn)地，花岡巖則分布於金門。沉積巖是-分布最廣的-，大致可分為礫巖、砂巖、泥巖、石灰?guī)r。-是大地構造活動最頻繁的地區(qū)，板塊擠壓造成廣泛的變質作用，構成-山脈的核心主體，形塑世界級的太魯閣大理巖峽谷景觀。其他變質巖還包括板巖、片巖、蛇紋巖、片麻巖、硬頁巖等。
就長遠的地質時間來看，-是個新生的島嶼，地層的沉積年代多為新生代（距今6,500萬年以前）；多次的變質作用抹除新生代以前地層的許多地質紀錄，地史學的研究難度相對較高。反之，-的新生代地層巨厚且廣泛出露地表，研究材料豐富。第四紀地層堆積速率快且厚；著名的化石產(chǎn)地有臺南縣左鎮(zhèn)鄉(xiāng)菜寮溪化石層、苗栗縣後龍鎮(zhèn)過港貝化石層與屏東縣恒春四溝層。近年地質學家正由樹木年輪和珊瑚骨骼的研究，嘗試建立-過去數(shù)百年的氣候變化。
地質歷史上，-主要的造山運動有2次，分別是距今約7,000萬年前的南澳運動和距今約600萬年前開始至今的蓬萊運動。1960年代板塊構造學說建立以來，-就成為國際地質研究的焦點之一；東部海岸山脈的利吉層，稱為混同層，成因與板塊隱沒作用相關，是支持板塊構造學說的重要證據(jù)。-位於歐亞板塊和菲律賓海板塊的交界處，呂宋島弧像推土機一樣將原本堆積在歐亞-邊緣的地層推擠，形成一系列向西逆沖的斷層，同時巖層內(nèi)產(chǎn)生許多褶皺和節(jié)理。
石油與天然氣等化石燃料是維系現(xiàn)代社會經(jīng)濟的基礎，由於深藏於地下，要靠地質學家來探勘。1861年（咸豐11年）苗栗縣出磺坑開鑿-第一口油井，至今這個礦區(qū)仍在生產(chǎn)油氣，是世界開采時間最久遠的油氣礦區(qū)之一。-采煤的歷史更為久遠，可追溯至1,000年前的十三行文化，歷經(jīng)荷西時期、清領時期，到日治時期產(chǎn)量開始大為增加。1960年代因政府支持而到達產(chǎn)量高峰，是-當時能源與經(jīng)濟的命脈。後來因為礦災頻傳，加上新式發(fā)電廠改用燃油，國際煤價競爭，使-煤礦的開采走入歷史。
從工業(yè)革命以來，人類利用化石燃料的巨大能量改造世界，機械文明產(chǎn)生「人定勝天」的迷思。在進行開發(fā)的同時，對自然環(huán)境不夠重視，遇上天災地變時，便有可能造成嚴重的災害。-地狹人稠，開發(fā)重點逐漸從平原往山坡地開展，若未妥善處理，常導致山崩災害。-地殼抬升速率快，風化侵蝕作用劇烈，山區(qū)到處是崩落堆積的土石，由於缺乏國土規(guī)畫，如果開發(fā)不當容易導致土石流四處發(fā)生。在工程建設時，也必須考量地質材料的性質可能對結構物造成危害，例如土壤液化。此外，在沿海平原與盆地等第四紀松軟地層區(qū)，超量抽取地下水導致地層下陷，易釀成水災與排水-等環(huán)境問題。這些地質災害直接影響人民的生命和生計，是-當前迫切需要解決的問題。
伍、-地質學研究的展望
從基礎研究的角度，-活躍的地質環(huán)境可以驗證板塊構造學說，尤其關於地殼變形和隱沒作用的各種假說。1999年的集集地震聚焦全球地球科學界的眼光，公認-是良好的天然實驗室，有豐富的地質條件和地質作用可供研究。例如利用-位於板塊邊界的特性，以全球定位系統(tǒng)（GPS）、衛(wèi)星遙測、應變計和大地測量，觀測不同時間與空間尺度的地殼變形，以充分掌握板塊邊界變形特性與機制。此外，地表的環(huán)境地質和水文地質研究，地球-的物理及化學性質研究，以至各種時間尺度的古氣候變遷及未來變化之研究等，都有相當好的前景。
從科學發(fā)展的角度而言，隨著對地球的了解逐漸增加，單一學門的知識難以處理地球各項議題，希望能將大氣圈、-圈、水圈、生物圈整合起來成為「地球系統(tǒng)」，聯(lián)合地球科學相關學門，探討地球及其上生物之間的互動關系。地球系統(tǒng)科學是全球變遷研究及永續(xù)發(fā)展研究的基礎。希望在未來能充分掌握了解地球系統(tǒng)運作機制，發(fā)展出預測模擬地球系統(tǒng)變化的模式，評估人為活動影響地球的程度，還有地球系統(tǒng)對人類生存發(fā)展的影響。
從工程建設的角度，以往地質知識的應用主要是在水壩和隧道建設；隨著結構物規(guī)模日益高大復雜，像是臺北101大樓、高速鐵路和雪山隧道等，都需要更精密的地質資訊做為基礎。-的土壤和地下水污染層出不窮，例如桃園RCA廠污染事件，不管要進行控制或整治工作，都需要了解地下的地質狀況。另一個重要課題是核能廢料的最終處置；由於時間長達萬年，只能憑藉地質學知識來加以解析，再配合工程方法來處理。
20世紀以來，世界人口快速增長，生活品質提高，對人身安全的保障也相對提高。從地球的觀點，自然資源逐漸耗盡或遭受污染，自然因素或人為活動經(jīng)常導致地質災害。人類在地球的角色轉變，面臨許多自然界的挑戰(zhàn)，生存發(fā)展都受到自然條件的限制。地質學的應用從過去的經(jīng)濟開發(fā)轉變成保護人類和環(huán)境。聯(lián)合國在1992年舉辦「地球高峰會議」，簽署「聯(lián)合國21世紀議程」，揭櫫「永續(xù)發(fā)展」的理念。在此理念上，人類社會的發(fā)展必須與自然界的生生不息共存共榮，其前提是對地球周遭環(huán)境要更深入了解，方能避免人類過度發(fā)展導致地球環(huán)境的大規(guī)模破壞。近年關於全球暖化的議題，顯示人類活動的影響已經(jīng)超過自然因素，造成全球環(huán)境的變遷。全球變遷牽涉到自然科學、社會科學和科技工程，影響著國際社會各國乃至每一個人。地質學家的使命除了基礎研究之外，也要兼顧全球環(huán)境，重視人與環(huán)境的互動，服務人群并保護環(huán)境。藉由地質學的知識，在資源開發(fā)、土地利用及人類活動間取得平衡，維系人類未來的生存環(huán)境品質。
參考資料
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