中 華 民 國 第 50 屆 中 小 學 科 學 展 覽 會 R 作 品 說 明 書 國 小 組 地 球 科 學 科 最 佳 ( 鄉 土 ) 教 材 獎 080507 天 生 礫 質 學 校 名 稱 : 臺 中 縣 太 平 市 東 平 國 民 小 學 作 者 : 指 導 老 師 : 小 六 謝 佳 頤 小 六 林 念 樺 柯 雪 溫 李 金 生 小 六 余 修 齊 關 鍵 詞 : 火 炎 山 地 形 月 世 界 地 形 顆 粒 度
摘 要 天 生 礫 質 本 研 究 主 要 在 認 識 火 炎 山 地 形 和 月 世 界 地 形 的 異 同 處, 並 了 解 不 同 顆 粒 大 小 的 沉 積 物 受 水 流 作 用 產 生 的 搬 運 沉 積 作 用 的 變 化 情 形, 進 而 模 擬 及 探 討 二 種 地 形 可 能 的 形 成 過 程 透 過 野 外 實 地 觀 察, 知 道 造 成 兩 種 不 同 地 形 顯 著 差 別 的 主 因 在 於 它 們 岩 性 的 顆 粒 度 不 同 ; 水 流 作 用 實 驗 結 果 發 現 : 顆 粒 大 者 不 易 被 搬 運, 而 顆 粒 小 的, 不 但 容 易 被 沖 刷, 也 會 被 搬 運 到 較 遠 的 地 方 沉 積 模 擬 地 形 形 成 過 程 發 現, 二 者 的 透 水 性 有 明 顯 的 不 同, 礫 岩 透 水 性 良 好, 水 大 多 往 礫 石 層 滲 透 下 去, 表 層 的 礫 石 易 因 礫 石 間 的 泥 沙 被 沖 蝕 而 崩 落, 形 成 近 乎 垂 直 的 岩 壁 ; 而 泥 岩 透 水 性 不 佳, 所 以 水 多 形 成 逕 流, 沿 著 地 表 表 面 沖 刷, 加 上 細 粒 的 泥 很 容 易 被 搬 運, 於 是 形 成 月 世 界 地 形 壹 研 究 動 機 五 年 級 自 然 課 上 到 地 表 的 變 化 時, 老 師 曾 介 紹 風 化 和 侵 蝕 作 用 會 使 地 表 產 生 變 化, 書 上 還 有 被 雨 水 沖 蝕 所 形 成 的 月 世 界 地 形 的 照 片 ( 翰 林 版 五 下 第 四 單 元 )( 照 片 一 ) 而 學 校 附 近 山 區 有 一 個 自 然 風 景 區, 因 為 像 中 國 大 陸 桂 林 的 山 水 而 取 名 小 桂 林 ( 照 片 二 ), 奇 特 地 形 的 成 因 也 是 因 為 侵 蝕 作 用 所 造 成 我 們 覺 得 很 奇 怪, 同 樣 都 是 侵 蝕 作 用, 為 什 麼 二 個 地 形 會 差 這 麼 多? 因 此 決 定 針 對 這 個 問 題 進 行 研 究 照 片 一 月 世 界 的 地 形 照 片 二 小 桂 林 的 地 形 - 1 -
一 小 桂 林 地 形 ( 火 炎 山 地 形 ) 貳 文 獻 探 討 天 生 礫 質 根 據 太 平 市 志, 小 桂 林 地 形 在 地 質 上 是 屬 於 更 新 世 頭 嵙 山 層 中 的 火 炎 山 相 根 據 臺 灣 地 質 概 論, 火 炎 山 相 主 要 由 巨 厚 塊 狀 礫 岩 所 組 成, 礫 岩 厚 度 在 數 百 公 尺 到 一 千 公 尺 之 間, 礫 石 以 沉 積 岩 為 主, 其 中 石 英 岩 及 堅 硬 的 砂 岩 佔 百 分 之 五 十, 礫 石 的 形 狀 為 圓 形 到 次 圓 形, 直 徑 大 小 在 數 公 分 到 一 公 尺 之 間, 地 形 上 常 形 成 峻 峭 懸 崖 和 鋸 齒 狀 山 嶺, 一 般 稱 為 火 炎 山 地 形 火 炎 山 地 形 形 成 的 必 備 條 件 之 一, 是 在 地 質 上 必 需 要 有 很 厚 的 礫 石 層, 而 且 礫 石 與 礫 石 之 間 的 膠 結 不 很 緻 密 因 礫 石 層 的 透 水 性 良 好, 受 雨 水 下 切 的 侵 蝕 作 用 容 易 進 行, 當 礫 石 層 乾 燥 時 又 能 維 持 陡 立 的 山 坡, 因 此 在 多 項 因 素 的 綜 合 作 用 下, 生 成 許 多 尖 銳 山 峰 和 深 溝, 這 些 深 溝 的 兩 壁 經 常 可 以 維 持 近 垂 直 的 坡 度 所 以 火 炎 山 地 形 通 常 都 具 有 尖 銳 鋸 齒 狀 的 山 峰 陡 峭 甚 至 垂 直 的 邊 坡, 以 及 深 而 窄 的 溝 谷 ; 而 且 因 為 植 物 難 以 生 長, 山 坡 上 草 木 生 長 稀 疏 二 月 世 界 地 形 根 據 臺 灣 地 質 概 論, 南 部 的 上 新 世 地 層 由 一 巨 厚 的 特 殊 泥 岩 系 組 成, 這 個 泥 岩 系 經 過 侵 蝕 後, 常 形 成 標 準 的 惡 地 地 形, 由 於 岩 性 單 調, 所 以 層 理 常 不 明 顯 這 個 惡 地 地 形, 一 般 將 它 叫 做 月 世 界 月 世 界 地 形 生 成 的 原 因 主 要 是 由 於 泥 岩 顆 粒 細 小, 而 且 顆 粒 間 的 膠 結 十 分 疏 鬆, 因 此 沖 蝕 狀 況 十 分 嚴 重 加 上 泥 岩 的 透 水 性 低, 遇 水 立 即 變 得 十 分 軟 滑, 順 坡 下 流, 因 此 山 坡 表 面 上 充 滿 了 蝕 溝 和 雨 溝, 形 成 刀 刃 狀 的 山 峰 礫 岩 經 過 風 化 和 地 下 水 侵 蝕 作 用 成 為 火 炎 山 地 形, 而 泥 岩 和 部 分 砂 岩 經 過 風 化 和 地 下 水 侵 蝕 作 用 成 為 月 世 界 地 形 二 者 可 視 為 顆 粒 大 小 不 同 的 材 料, 經 過 風 化 和 侵 蝕 作 用 發 育 而 成 的 地 形, 由 於 都 不 利 植 物 生 長, 均 被 列 為 惡 地 地 形 參 研 究 目 的 一 觀 察 火 炎 山 地 形 及 月 世 界 地 形 在 野 外 出 露 的 情 形 二 了 解 不 同 顆 粒 大 小 沉 積 物 的 搬 運 及 沉 積 作 用 三 模 擬 並 探 討 礫 岩 泥 岩 地 形 的 形 成 過 程 - 2 -
肆 研 究 設 備 及 器 材 一 野 外 觀 察 部 分 : 工 作 手 套 傾 斜 儀 鐵 鎚 鑿 子 資 料 夾 封 口 袋 油 性 筆 尺 相 機 二 室 內 實 驗 部 分 : 天 生 礫 質 大 小 石 子 ( 細 礫 及 小 礫 ) 沙 泥 土 蓮 蓬 頭 及 水 管 鏟 子 木 板 及 木 條 保 麗 龍 膠 矽 膠 紙 盒 手 搖 鑽 量 杯 及 量 筒 盛 水 盆 計 時 器 卡 式 爐 平 底 鍋 伍 研 究 過 程 方 法 及 結 果 一 野 外 觀 察 觀 察 的 重 點 為 : 1. 岩 性 : 認 識 它 們 的 岩 性 組 成 2. 地 形 : 是 否 能 觀 察 到 文 獻 中 所 提 的 形 貌 3. 坡 度 : 利 用 傾 斜 儀 測 量 地 形 的 坡 度 4. 其 他 : 如 化 石 植 物 生 長 情 形 等 有 關 坡 度 測 量 方 法 如 下 ( 照 片 三 ): 1. 將 硬 板 資 料 夾 緊 貼 岩 壁, 以 其 表 面 當 成 岩 壁 的 坡 度 2. 利 用 傾 斜 儀 先 量 出 水 平, 並 畫 直 線 做 記 號 3. 在 垂 直 水 平 線 的 方 向 利 用 傾 斜 儀 量 出 岩 壁 的 坡 度 照 片 三 量 坡 度 的 方 法 :1. 緊 貼 岩 壁 ( 右 上 ); 2. 量 出 水 平 ( 下 左 ); 3. 量 出 坡 度 ( 下 右 ) - 3 -
( 一 ) 火 炎 山 地 形 觀 察 地 點 : 台 中 縣 太 平 市 南 國 巷 小 桂 林 風 景 區 天 生 礫 質 觀 察 結 果 : 1. 岩 性 : 主 要 由 大 小 不 一 的 礫 石 組 成, 大 的 可 到 30 公 分 以 上 ( 照 片 四 ), 有 時 夾 有 薄 層 透 鏡 狀 砂 岩 ( 照 片 五 ) 透 鏡 狀 砂 岩 照 片 四 火 炎 山 地 形 的 礫 岩 照 片 五 礫 岩 中 夾 有 薄 層 透 鏡 狀 砂 岩 礫 石 主 要 由 沉 積 岩 所 組 成 ( 照 片 六 ), 有 些 礫 石 可 以 看 到 沉 積 構 造, 還 有 許 多 含 有 化 石 ( 照 片 七 ) 和 生 痕 化 石 ( 照 片 八 ) 的 礫 石 我 們 還 看 到 一 些 很 黑 的 礫 石, 敲 開 後 發 現 疑 似 玄 武 岩 ( 照 片 九 ), 但 中 部 並 未 有 發 現 玄 武 岩 的 文 獻 報 導, 所 以 覺 得 很 奇 怪 石 英 砂 岩 化 石 照 片 六 火 炎 山 中 的 礫 岩 主 要 由 沉 積 岩 組 成 照 片 七 含 化 石 的 礫 石 - 4 -
生 痕 化 石 疑 似 玄 武 岩 的 黑 色 礫 石 敲 開 的 樣 子 照 片 八 含 生 痕 化 石 的 礫 石 照 片 九 礫 岩 中 所 含 疑 似 玄 武 岩 的 黑 色 礫 石 2. 地 形 : 火 炎 山 的 礫 岩 受 雨 水 侵 蝕 的 結 果, 在 地 形 上 常 形 成 具 有 尖 銳 鋸 齒 狀 的 山 峰 陡 峭 甚 至 垂 直 的 邊 坡, 以 及 深 而 窄 的 溝 谷 我 們 在 小 桂 林 風 景 區 有 觀 察 到 鋸 齒 狀 的 山 峰 ( 照 片 十 ) 接 近 垂 直 的 邊 坡 ( 照 片 十 一 ) 還 觀 察 到 雨 水 侵 蝕 造 成 的 細 小 淺 溝 ( 照 片 十 二 ), 及 淺 溝 繼 續 擴 大 而 形 成 的 深 溝 ( 照 片 十 三 ), 從 照 片 上 方 可 以 看 出 深 溝 再 繼 續 擴 大 就 會 形 成 鋸 齒 狀 的 山 峰 了 另 外 我 們 也 觀 察 到 岩 壁 有 時 會 有 像 削 皮 一 樣 的 一 大 片 崩 落 ( 照 片 十 四 ), 而 在 下 方 形 成 小 石 堆 而 岩 壁 上 的 礫 石 看 起 來 大 小 混 成 一 堆, 沒 有 層 次 及 方 向, 但 有 些 礫 岩 中 的 礫 石 看 起 來 有 方 向 性 排 列 ( 照 片 十 五 ) 鋸 齒 狀 山 峰 照 片 十 鋸 齒 狀 的 山 峰 照 片 十 一 接 近 垂 直 的 邊 坡 - 5 -
淺 溝 出 現 鋸 齒 狀 山 峰 的 樣 子 深 溝 照 片 十 二 火 炎 山 地 形 中 的 淺 溝 照 片 十 三 火 炎 山 地 形 中 的 深 溝 崩 落 的 岩 壁 礫 石 呈 方 向 性 排 列 落 石 形 成 的 石 堆 照 片 十 四 崩 落 的 岩 壁 及 形 成 的 碎 石 堆 照 片 十 五 有 些 礫 石 呈 方 向 性 排 列 3. 坡 度 : 火 炎 山 地 形 坡 度 測 量 的 結 果 如 表 一 所 示 平 均 坡 度 為 77.73, 岩 壁 明 顯 非 常 陡 峭, 有 的 幾 乎 是 垂 直 表 一 小 桂 林 地 區 火 炎 山 地 形 坡 度 測 量 結 果 編 號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 平 均 坡 度 82 87 89 80 79 71 79 79 68 80 81 78 73 68 72 77.73 4. 其 他 : 火 炎 山 地 形 可 能 因 為 坡 度 陡 峭, 容 易 崩 塌, 又 缺 少 土 壤, 所 以 植 物 不 易 生 長, 山 坡 上 草 木 生 長 稀 疏, 放 眼 望 去, 幾 乎 都 是 台 灣 蘆 竹 的 天 下 ( 照 片 十 六 ) - 6 -
照 片 十 六 火 炎 山 地 形 的 植 物 生 長 情 形 :( 左 ) 火 炎 山 地 形 的 岩 壁 上 幾 乎 都 是 台 灣 蘆 竹 ;( 右 ) 台 灣 蘆 竹 在 岩 壁 上 生 長 情 形 ( 二 ) 月 世 界 地 形 觀 察 地 點 : 高 雄 縣 田 寮 鄉 的 月 世 界 風 景 區 觀 察 結 果 : 1. 岩 性 : 月 世 界 的 岩 性 主 要 由 青 灰 色 的 泥 岩 組 成 ( 照 片 十 七 ), 膠 結 疏 鬆, 表 面 有 許 多 裂 痕, 手 輕 輕 一 碰 就 碎 掉 ( 照 片 十 八 ) 照 片 十 七 主 要 由 泥 岩 組 成 的 月 世 界 照 片 十 八 泥 岩 膠 結 疏 鬆, 表 面 有 許 多 裂 痕 有 些 地 方 可 以 看 到 土 黃 色 的 細 砂 岩, 砂 岩 上 可 以 看 到 一 些 平 行 的 紋 理 ( 照 片 十 九 ), 細 砂 岩 成 層 排 列, 可 以 看 出 地 層 的 走 向 ( 照 片 二 十 ) - 7 -
平 行 紋 理 地 層 走 向 照 片 十 九 泥 岩 中 有 時 夾 有 土 黃 色 的 細 砂 岩 照 片 二 十 透 過 成 層 的 砂 岩 可 以 看 出 地 層 的 走 向 2. 地 形 : 根 據 高 雄 縣 鄉 土 教 育 教 材 研 發 與 教 學 推 廣 小 組 提 供 的 資 料, 月 世 界 地 形 的 成 因 是 由 於 泥 岩 不 易 滲 水, 雨 水 在 地 表 造 成 的 逕 流 形 成 細 小 的 淺 溝 稱 為 雨 溝 (rills), 逕 流 攜 帶 岩 石 碎 屑 後 侵 蝕 力 加 強, 使 雨 溝 繼 續 擴 大 而 形 成 的 深 溝, 就 稱 為 蝕 溝 (gullies) ( 圖 一 ) 我 們 在 野 外 觀 察 到 月 世 界 的 山 坡 表 面 上 充 滿 了 蝕 溝 和 雨 溝 ( 照 片 二 十 一 ), 刀 刃 狀 的 山 峰, 隨 處 可 見 ( 照 片 二 十 二 ), 但 也 有 些 山 坡 形 狀 則 呈 錐 狀 ( 照 片 二 十 三 ) 而 山 坡 表 面 雖 然 大 部 分 看 起 來 像 照 片 圖 一 月 世 界 地 形 成 因 示 意 圖 ( 資 料 來 源 : 高 雄 縣 鄉 土 教 育 教 材 研 發 與 教 學 推 廣 小 組 ) 十 八 那 樣 充 滿 裂 痕, 但 有 時 可 以 看 到 小 型 的 鋸 齒 狀 凸 起 ( 照 片 二 十 四 ), 這 些 凸 起 的 岩 性 比 泥 岩 要 硬, 可 能 因 較 不 易 被 風 化 侵 蝕, 當 旁 邊 較 軟 的 泥 岩 被 侵 蝕 時, 便 留 下 這 樣 的 特 殊 景 象 另 外, 在 山 坡 表 面 上 也 看 到 許 多 洞, 洞 口 的 寛 度 有 的 可 達 30 公 分 以 上, 同 一 山 坡 上 的 洞 可 以 互 通, 顯 示 有 些 山 坡 內 部 可 能 是 中 空 的 ( 照 片 二 十 五 二 十 六 ) - 8 -
洞 雨 溝 刀 刃 狀 的 山 峰 天 生 礫 質 蝕 溝 照 片 二 十 一 月 世 界 的 蝕 溝 和 雨 溝 照 片 二 十 二 月 世 界 隨 處 可 見 刀 刃 狀 的 山 峰 鋸 齒 狀 凸 起 錐 狀 的 山 峰 照 片 二 十 三 月 世 界 呈 錐 狀 的 山 峰 照 片 二 十 四 表 面 的 小 型 鋸 齒 狀 凸 起 洞 口 相 連 的 洞 照 片 二 十 五 山 坡 表 面 上 可 觀 察 到 許 多 洞 照 片 二 十 六 山 坡 內 部 相 連 的 洞 - 9 -
天生 礫 質 3. 坡度 坡度 利用傾斜儀隨機測量月世界地形的坡度 照片二十七 結果如表二所示 左 量刀刃狀山坡刀鋒的坡度 照片二十七 測量月世界地形坡度的情形 右 量刀刃狀山坡右坡的坡度 表二 編號 1 2 3 坡度 30 52 52 4 5 月世界地形的坡度測量結果(一) 6 56 56 44 7 8 44 44 9 10 11 12 13 14 15 16 平均 44 40 58 34 34 46 48 46 45.5 表二所測量的坡度為順著山頂而下的坡度(照片二十七左) 平均坡度為 45.5 有些山峰 我們測量它兩側的坡度(照片二十七右) 發現刀刃狀山峰兩側的坡度都大於山坡的坡度 表 三編號 1~ 5 有些側面的坡度甚至可達 80 以上 而錐狀山坡各方向的坡度 表三編號 6~ 10 則相差不多 表三 月世界地形的坡度測量結果(二) 編號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 山坡 30 52 44 44 34 52 56 56 44 44 左坡 54 83 62 60 50 54 56 54 44 42 右坡 62 54 52 52 56 54 56 52 45 46-10 -
4. 其 他 : 天 生 礫 質 月 世 界 泥 岩 的 表 面 幾 乎 草 木 不 生, 我 們 只 在 一 處 的 坡 面 看 到 一 種 爬 藤 類 的 植 物 ( 照 片 二 十 八 ), 另 一 處 看 到 一 叢 竹 子, 山 頂 上 則 長 了 竹 子 及 其 他 植 物 ( 照 片 二 十 九 ) 爬 藤 類 植 物 山 頂 的 植 物 竹 子 照 片 二 十 八 月 世 界 發 現 的 爬 藤 類 植 物 照 片 二 十 九 月 世 界 山 頂 的 植 物 及 竹 子 從 野 外 的 觀 察 結 果, 發 現 火 炎 山 地 形 和 月 世 界 地 形 不 論 是 在 岩 性 地 形 坡 度 及 植 物 生 長 情 形 上 都 有 很 大 的 不 同, 雖 然 它 們 都 是 受 到 風 化 侵 蝕 的 作 用 所 形 成 的 結 果, 但 會 造 成 上 地 形 坡 度 及 植 被 的 不 同, 最 大 原 因 是 在 組 成 它 們 的 岩 石 的 顆 粒 度 不 同 岩 石 風 化 後 會 變 成 各 種 不 同 顆 粒 大 小 的 沉 積 物, 如 果 依 顆 粒 大 小 來 分, 大 致 可 分 為 石 砂 和 泥 三 種 ( 表 四 ) 沉 積 物 的 顆 粒 度 不 同, 它 們 受 侵 蝕 搬 運 及 沉 積 作 用 有 什 麼 不 同? 於 是 我 們 決 定 針 對 不 同 顆 粒 度 的 沉 積 物 做 侵 蝕 搬 運 及 沉 積 作 用 的 實 驗, 了 解 顆 粒 度 大 小 對 這 些 作 用 的 影 響 石 砂 土 表 四 沉 積 物 粒 度 表 粒 度 直 徑 岩 石 巨 礫 >256 mm 中 礫 64 mm ~ 256 mm 細 礫 4 mm ~ 64 mm 礫 岩 小 礫 2 mm ~ 4 mm 極 粗 砂 1 mm ~ 2 mm 粗 砂 1/2 mm ~ 1 mm 中 粒 砂 1/4 mm ~ 1/2 mm 砂 岩 細 砂 1/8 mm ~ 1/4 mm 極 細 砂 1/8 mm ~ 1/16 mm 粉 砂 1/256 mm ~ 1/16 mm 粉 砂 岩 粘 土 < 1/256 mm 泥 岩 頁 岩 資 料 來 源 : 普 通 地 質 學 ( 何 春 蓀, 民 70 年 ) - 11 -
二 室 內 實 驗 ( 一 ) 搬 運 沉 積 作 用 實 驗 實 驗 目 的 : 了 解 不 同 顆 粒 大 小 的 沉 積 物 受 水 流 作 用 時 產 生 的 搬 運 沉 積 作 用 結 果 有 何 不 同? 研 究 問 題 : 1. 水 量 不 同 時 的 搬 運 沉 積 情 形 2. 坡 度 不 同 時 的 搬 運 沉 積 情 形 實 驗 器 材 : 1. 不 同 顆 粒 大 小 的 沉 積 物 : 取 等 量 的 細 礫 ( 或 略 大 於 細 礫 ) 小 礫 砂 和 土 混 合 2. 河 道 : 拿 長 約 120 公 分, 寛 30 公 分 的 薄 木 板, 兩 側 用 保 麗 龍 膠 粘 上 長 木 條, 再 塗 上 矽 膠 以 防 漏 水 ( 照 片 三 十 ) 3. 水 量 控 制 : 將 蓮 蓬 頭 接 上 水 管, 再 接 到 自 來 水 的 水 龍 頭, 並 在 水 龍 頭 開 關 上 做 記 號, 以 控 制 水 量 的 大 小 照 片 三 十 河 道 製 作 過 程 :( 由 左 至 右 )1. 在 木 板 兩 側 塗 上 保 麗 膠 ;2. 粘 上 木 條 ;3. 塗 上 矽 膠 以 防 漏 水 4. 坡 度 控 制 : 拿 三 個 相 同 等 高 的 盒 子, 做 為 控 制 坡 度 大 中 小 的 高 度 照 片 三 十 一 為 本 實 驗 所 設 計 的 器 材 控 制 坡 度 大 小 的 紙 盒 做 好 的 河 道 水 龍 頭 開 關 上 做 的 記 號 連 接 水 管 的 蓮 蓬 頭 照 片 三 十 一 搬 運 沉 積 實 驗 的 器 材 : 左 上 為 在 水 龍 頭 開 關 上 所 做 的 記 號 ; 右 為 做 好 的 河 道 做 為 控 制 坡 度 的 盒 子 及 接 上 水 管 的 蓮 蓬 頭 - 12 -
實 驗 步 驟 : 1. 將 自 製 的 河 道 依 實 驗 條 件 置 於 不 同 高 度 的 盒 子 上 2. 將 等 量 的 細 礫 小 礫 砂 和 土 混 合 後 放 在 河 道 上 游 處 3. 將 蓮 蓬 頭 一 端 接 上 水 龍 頭, 另 一 端 放 在 椅 子 上 固 定 以 控 制 沖 力 4. 依 實 驗 條 件 的 水 量 大 小 將 水 龍 頭 打 開 1 分 鐘, 觀 察 不 同 顆 粒 大 小 沉 積 物 的 搬 運 及 沉 積 作 用 情 形 將 河 道 置 於 盒 子 上 將 不 同 顆 粒 大 小 的 礫 石 砂 和 土 混 合 後 放 在 河 道 上 游 處 以 水 沖 刷 後 再 觀 察 礫 石 砂 和 土 的 搬 運 及 沉 積 情 形 實 驗 結 果 : 1. 水 量 不 同 時 的 結 果 ( 照 片 三 十 二 ): 實 驗 條 件 為 坡 度 小, 但 水 量 分 為 大 中 小 發 現 (1) 不 管 是 哪 一 種 情 況, 最 先 被 沖 走 的 都 是 土, 其 次 是 砂, 再 來 小 礫, 而 細 礫 可 能 是 因 為 坡 度 較 小, 所 以 不 管 水 量 是 大 中 或 小, 都 沒 有 被 沖 多 遠 (2) 不 管 水 量 大 小, 河 道 下 方 都 呈 現 像 沖 積 扇 的 形 狀, 只 是 水 量 小 時, 扇 形 比 較 細 長, 扇 形 的 頂 點 較 偏 向 上 游 而 水 量 大 時, 扇 形 的 圓 心 角 幾 乎 呈 90 (3) 水 量 較 大 時, 河 道 上 的 小 礫 砂 和 土 幾 乎 全 都 被 沖 走, 而 水 量 中 和 小 時, 則 河 道 上 仍 殘 留 一 些 小 礫 和 砂, 土 則 差 不 多 都 不 見 了 水 量 大 的 結 果 水 量 中 的 結 果 水 量 小 的 結 果 照 片 三 十 二 不 同 水 量 時 的 搬 運 沉 積 情 形 - 13 -
2. 坡 度 不 同 時 的 結 果 ( 照 片 三 十 三 ): 實 驗 條 件 為 水 量 大, 但 坡 度 分 別 為 大 中 小 發 現 (1) 和 前 面 水 量 不 同 的 實 驗 一 樣, 不 管 是 哪 一 種 坡 度, 被 沖 走 順 序 都 是 土, 砂, 小 礫, 細 礫 而 細 礫 在 坡 度 大 時, 也 幾 乎 全 被 沖 到 河 道 下 游 ; 坡 度 中 時, 河 道 上 仍 殘 留 一 些 細 礫, 但 下 游 堆 積 的 扇 形 頂 點 部 位 也 有 不 少 細 礫 被 搬 運 到 那 裡 ; 而 坡 度 小 時, 細 礫 幾 乎 都 沒 有 被 沖 走 (2) 坡 度 大 時, 幾 乎 所 有 實 驗 用 的 沉 積 物 都 被 沖 到 河 道 下 方 堆 積, 形 狀 大 約 成 一 個 半 圓 形, 圓 心 角 近 乎 180 ; 坡 度 中 時, 約 略 可 以 看 到 扇 形 的 樣 子, 但 圓 心 角 也 很 大, 超 過 90 ; 坡 度 小 時, 則 扇 形 非 常 明 顯, 圓 心 角 接 近 90 (3) 不 管 是 坡 度 大 或 小, 土 被 沖 得 最 遠, 再 來 依 次 是 砂 小 礫, 最 後 是 細 礫 因 此 也 可 以 看 到 扇 形 沖 積 物 的 最 下 層 是 土, 顆 粒 大 的 小 礫 及 細 礫 反 而 都 在 上 層 坡 度 大 的 結 果 坡 度 中 的 結 果 坡 度 小 的 結 果 照 片 三 十 三 不 同 坡 度 時 的 搬 運 沉 積 情 形 結 論 由 搬 運 沉 積 作 用 的 實 驗 結 果, 發 現 不 管 是 坡 度 大 小 或 水 量 大 小, 最 先 被 沖 走 的 是 土, 其 次 是 砂, 再 來 是 小 礫, 最 後 是 細 礫 沖 得 最 遠 的 順 序 也 是 土 砂 小 礫 細 礫, 因 此 常 可 以 看 到 土 的 上 面 有 顆 粒 較 大 的 小 礫, 甚 至 是 細 礫 堆 積 - 14 -
( 二 ) 模 擬 及 探 討 礫 岩 及 泥 岩 地 形 的 形 成 過 程 動 機 : 我 們 看 到 的 地 形 是 風 化 侵 蝕 搬 運 及 沉 積 等 作 用 交 互 進 行 產 生 的 結 果, 它 的 發 育 過 程 是 持 續 不 斷 的, 但 我 們 只 有 看 到 結 果 而 已, 雖 然 文 獻 上 有 提 到 它 們 是 如 何 形 成 的, 但 我 們 希 望 能 透 過 自 製 的 礫 岩 及 泥 岩 來 模 擬 這 兩 種 地 形 發 育 過 程 的 變 化, 也 認 識 顆 粒 度 不 同 對 地 形 形 成 的 影 響 實 驗 目 的 : 探 討 水 流 產 生 的 侵 蝕 沖 刷 作 用 如 何 形 成 礫 岩 及 泥 岩 地 形 的 過 程 實 驗 步 驟 : 1. 製 作 泥 岩 : (1) 將 土 和 少 許 水 混 合, 再 放 入 容 器 內, 靜 待 一 會 兒 (2) 再 將 土 取 出, 則 形 成 一 個 泥 岩 岩 柱 2. 製 作 礫 岩 : 礫 岩 一 開 始 也 和 泥 岩 用 同 樣 的 做 法 製 作, 但 都 無 法 成 為 岩 柱 的 模 樣, 於 是 我 們 便 把 礫 石 堆 作 一 堆, 再 加 上 一 些 礫 石 砂 及 泥, 儘 量 將 它 堆 高 再 進 行 沖 刷 實 驗 ( 照 片 三 十 四 上 左 ) 3. 將 蓮 蓬 頭 一 端 接 上 水 龍 頭, 另 一 端 放 在 椅 子 上 固 定 以 控 制 沖 力 水 龍 頭 打 開 至 小 水 量 向 礫 岩 ( 或 泥 岩 ) 沖 刷, 觀 察 它 的 變 化 情 形 實 驗 結 果 : 1. 礫 岩 部 分 : 發 現 當 水 開 始 沖 刷 礫 岩 堆 時, 我 們 發 現 較 外 圍 填 在 細 礫 空 隙 縫 中 的 小 礫 及 砂 會 先 被 沖 走 ( 照 片 三 十 四 上 中 ), 當 它 們 被 沖 走 時, 礫 石 就 會 垮 下 來, 形 成 碎 石 堆, 但 並 不 會 被 沖 很 遠, 很 像 我 們 在 南 國 巷 也 有 看 到 崩 潰 掉 落 的 碎 石 堆 一 樣 ( 照 片 三 十 四 上 右 及 下 右 ) 而 中 間 部 分 的 礫 石 及 填 在 其 隙 縫 中 的 小 礫 和 砂 則 尚 能 維 持 很 好 的 形 狀 和 高 度 2. 泥 岩 部 分 : 發 現 當 水 開 始 沖 刷 泥 岩 岩 柱 時, 我 們 發 現 水 多 沿 著 泥 岩 岩 柱 的 表 面 流 動, 岩 柱 的 某 些 地 方 開 始 出 現 像 月 世 界 泥 岩 一 樣 的 雨 溝 ( 照 片 三 十 五 左 ), 再 繼 續 沖 刷 則 蝕 溝 出 現 了, 最 後 有 類 似 月 世 界 地 形 般 的 結 果 出 現 - 15 -
自 製 礫 岩 堆 的 樣 子 剛 沖 刷 時 的 樣 子 沖 刷 一 段 時 間 的 樣 子 碎 石 堆 崩 落 的 碎 石 堆 沖 刷 後 的 樣 子 照 片 三 十 四 模 擬 礫 岩 沖 刷 的 過 程 火 炎 山 地 形 的 碎 石 堆 雨 溝 雨 溝 蝕 溝 蝕 溝 刀 刃 狀 山 峰 沖 刷 後 的 樣 子 ( 一 ) 沖 刷 後 的 樣 子 ( 二 ) 最 後 沖 刷 的 樣 子 照 片 三 十 五 模 擬 泥 岩 沖 刷 的 過 程 - 16 -
( 三 ) 透 水 性 實 驗 動 機 : 從 文 獻 中 知 道, 礫 岩 的 透 水 性 良 好, 而 泥 岩 的 透 水 性 很 低, 究 竟 它 們 的 透 水 性 有 什 麼 不 同? 對 地 形 的 形 成 有 什 麼 影 響? 因 此 進 行 這 個 實 驗 實 驗 目 的 : 了 解 礫 石 層 及 泥 土 層 ( 泥 岩 ) 的 透 水 性 研 究 問 題 : 1. 了 解 土 層 及 礫 石 層 透 水 的 快 慢 2. 了 解 土 層 及 礫 石 層 的 透 水 量 大 小 實 驗 器 材 : 礫 石 層 ( 細 礫 小 礫 砂 土 混 合 ) 土 層 卡 式 爐 平 底 鍋 手 搖 鑽 及 直 徑 1.5 毫 米 的 鑽 頭 1 公 升 正 方 壓 克 力 量 杯 100c.c. 量 杯 澆 水 器 計 時 器 盛 水 盆 實 驗 步 驟 : 1. 將 土 放 入 平 底 鍋 中 用 卡 式 爐 烘 乾 備 用 2. 用 手 搖 鑽 在 1 公 升 正 方 壓 克 力 量 杯 底 部 平 均 鑽 出 81 個 洞 3. 分 別 將 乾 燥 的 礫 石 層 及 土 層 各 放 入 一 個 鑽 好 洞 的 量 杯 中, 高 度 約 5 公 分 4. 在 礫 石 層 及 土 層 上 方 加 入 500c.c. 的 水 並 計 時 5. 記 錄 並 測 量 滲 水 的 時 間 及 透 水 量 用 手 搖 鑽 鑽 洞 實 驗 結 果 : 1. 礫 石 部 分 : 加 入 水 並 計 時 水 從 底 部 滲 水 的 情 形 礫 石 層 編 號 1 2 3 開 始 滲 水 時 間 18 秒 24 秒 6 秒 水 完 全 滲 下 時 間 5 分 28 秒 25 分 46 秒 37 秒 1 小 時 後 的 透 水 量 ( 毫 升 ) 353 323 396-17 -
發 現 (1) 倒 入 礫 石 層 的 水 很 快 就 從 底 部 的 小 洞 滲 出 水, 表 層 倒 入 的 水 也 很 快 全 部 滲 入 岩 層 中,1 小 時 後 的 透 水 量 可 達 300 毫 升 以 上, 透 水 性 相 當 良 好 (2) 三 次 的 礫 石 實 驗, 水 完 全 滲 下 的 時 間 長 短 不 同, 可 能 是 我 們 在 堆 積 礫 石 層 的 時 候, 並 非 每 次 的 堆 疊 方 式 都 一 致, 所 以 有 這 樣 的 結 果, 但 無 論 如 何, 都 比 泥 層 要 來 得 快 很 多 2. 泥 層 部 分 : 泥 層 編 號 1 2 3 開 始 滲 水 時 間 49 分 26 秒 44 分 36 秒 34 分 53 秒 1 小 時 後 的 透 水 量 ( 毫 升 ) 4 14 16 水 完 全 滲 下 後 的 透 水 量 218 284 244 發 現 (1) 倒 入 泥 層 的 水 慢 慢 的 滲 入 泥 層 中, 從 上 到 下 可 以 明 看 到 分 成 好 幾 層 ( 照 片 三 十 六 ) 根 據 實 驗 紀 錄, 大 約 在 40 幾 分 鐘 後 水 才 抵 達 底 部 開 始 滲 水, 倒 入 的 水 則 停 留 在 表 層,1 小 時 後 的 透 水 量 最 多 為 16 毫 升 (2) 原 本 希 望 能 記 錄 水 完 全 滲 入 泥 層 中 的 時 間, 但 最 高 紀 錄 計 時 到 近 8 小 時, 水 仍 未 完 全 滲 入 ( 照 片 三 十 七 ), 只 好 作 罷 等 第 二 天 水 完 全 滲 下 後 ( 已 是 十 幾 小 時 後 ) 再 量 其 透 水 量, 大 約 200 多 毫 升 透 水 性 明 顯 的 遠 低 於 礫 石 層 照 片 三 十 六 泥 岩 的 透 水 性 實 驗, 可 以 看 到 水 慢 慢 滲 下 的 過 程, 表 層 積 水, 表 土 已 有 部 分 滲 水, 底 部 的 土 仍 是 乾 的 照 片 三 十 七 泥 岩 的 透 水 性 很 低, 經 過 近 八 小 時, 表 層 的 水 仍 未 全 部 滲 入 泥 層 中 - 18 -
陸 討 論 天 生 礫 質 一 由 搬 運 沉 積 作 用 的 實 驗, 知 道 土 最 容 易 被 沖 走, 其 次 是 砂 小 礫, 最 後 是 細 礫 沖 得 最 遠 的 順 序 也 相 同, 因 此 常 可 以 看 到 土 的 上 面 有 顆 粒 較 大 的 小 礫, 甚 至 是 細 礫 堆 積, 這 和 我 們 一 般 認 為 較 大 顆 粒 的 沉 積 物 應 先 沉 積 在 下 面, 上 面 再 沉 積 細 顆 粒 的 概 念 不 同 二 由 透 水 實 驗 知 道, 礫 岩 透 水 性 很 好, 很 快 就 滲 入 岩 層 中, 這 也 就 是 為 什 麼 在 模 擬 礫 岩 及 泥 岩 地 形 的 形 成 過 程 實 驗 中, 發 現 水 很 容 易 滲 入 礫 石 堆 中, 並 先 把 最 外 層 礫 石 隙 縫 間 的 泥 或 砂 沖 走, 使 得 原 本 堆 在 上 面 的 礫 石 因 缺 乏 支 撐 而 崩 落, 又 因 礫 石 不 易 被 搬 運, 便 會 直 接 向 下 崩 塌 在 山 腳 形 成 碎 石 堆, 而 岩 壁 便 維 持 近 乎 垂 直 的 模 樣 而 泥 岩 的 透 水 性 很 差, 水 積 在 表 層 一 直 無 法 滲 透 進 去 岩 層 中, 所 以 在 野 外 若 有 降 水, 水 會 沿 著 泥 岩 表 面 流 動, 形 成 逕 流, 直 接 沖 刷 表 層 又 因 泥 很 容 易 被 搬 運, 所 以 就 形 成 較 緩 的 坡 三 野 外 觀 察 發 現 火 炎 山 地 形 和 月 世 界 地 形 最 大 的 差 異 是 二 者 的 岩 石 顆 粒 度 大 小 不 同 透 過 實 驗 了 解 礫 石 和 泥 在 接 受 侵 蝕 沉 積 等 的 作 用 時 產 生 的 結 果 不 同, 透 水 性 也 不 同, 因 此 使 得 火 炎 山 地 形 雖 然 和 月 世 界 地 形 都 是 因 風 化 侵 蝕 而 形 成 的, 但 在 外 觀 上 卻 有 如 此 顯 著 的 差 異, 應 該 是 天 生 礫 質 的 原 因 - 19 -
柒 結 論 天 生 礫 質 本 研 究 主 要 在 認 識 月 世 界 地 形 和 火 炎 山 地 形 的 異 同 處, 並 探 討 顆 粒 度 大 小 沉 積 物 的 搬 運 沉 積 及 侵 蝕 的 變 化 情 形 研 究 結 果 如 下 : 一 月 世 界 地 形 和 火 炎 山 地 形 的 異 同 為 : 地 形 月 世 界 地 形 火 炎 山 地 形 岩 性 單 調, 層 理 不 清 楚, 主 要 由 泥 岩 組 成 單 調, 層 理 不 清 楚, 主 要 由 礫 岩 組 成 坡 度 大 約 45 度 接 近 80 度 地 景 山 坡 表 面 上 充 滿 了 蝕 溝 和 雨 溝, 形 成 刀 刃 狀 的 山 峰, 坡 面 有 許 多 洞 鋸 齒 狀 山 峰 沖 蝕 溝 垂 直 岩 壁 碎 石 堆 透 鏡 狀 砂 岩 透 水 性 很 差 良 好 膠 結 狀 況 植 物 生 長 情 形 十 分 疏 鬆 表 面 幾 乎 草 木 不 生 不 很 緻 密 植 物 很 難 生 長, 岩 壁 大 多 為 台 灣 蘆 竹 二 搬 運 沉 積 作 用 的 實 驗 結 果, 發 現 不 管 坡 度 大 小 或 水 量 大 小, 最 先 被 沖 走 的 是 土, 其 次 是 砂, 再 來 是 小 礫, 最 後 是 細 礫 沖 得 最 遠 的 順 序 也 相 同, 因 此 常 可 以 看 到 土 的 上 面 有 顆 粒 較 大 的 小 礫, 甚 至 是 細 礫 堆 積 也 就 是 顆 粒 度 越 小 越 容 易 被 沖 走, 也 越 容 易 被 搬 運 比 較 遠 的 地 方 沉 積 三 模 擬 月 世 界 地 形 和 火 炎 山 地 形 形 成 過 程 的 實 驗 發 現, 泥 岩 受 沖 刷 時, 因 透 水 性 差, 水 會 沿 著 表 面 流 動 進 行 侵 蝕, 雨 溝 最 先 出 現, 再 出 現 蝕 溝, 最 後 類 似 月 世 界 的 地 形 就 出 現 而 礫 岩 受 沖 刷 時, 因 透 水 性 良 好, 水 會 滲 入 岩 層 中, 外 層 隙 縫 間 的 小 石 子 或 砂 會 先 被 沖 走, 使 得 原 本 堆 在 上 面 的 礫 石 因 缺 乏 支 撐 而 崩 落, 形 成 野 外 看 到 的 陡 直 岩 壁 及 碎 石 堆 - 20 -
玖 參 考 資 料 天 生 礫 質 1. 何 春 蓀 臺 灣 地 質 概 論 第 二 版 臺 北 經 濟 部 中 央 地 質 調 查 所 出 版 164 頁 民 75 2. 何 春 蓀 普 通 地 質 學 臺 北 五 南 圖 書 出 版 公 司 629 頁 民 70 3. 翰 林 出 版 公 司 編 輯 部 自 然 與 生 活 科 技 第 六 冊, 第 四 單 元, 地 表 的 變 化 台 南 市 : 翰 林 出 版 事 業 股 份 有 限 公 司 4. 台 中 縣 太 平 市 公 所 (2006) 太 平 市 志 地 理 篇 台 中 縣 : 作 者 5.http://emuseap.nmns.edu.tw/DigiMuse/showMetadata.aspx?ObjectId=0b00 00018022cab2&TypeKind=kuUK&Type=sedimentaryrocks&Part 6.http://ashan.gl.ntu.edu.tw/chinese/GeoClass/rock/index-GC_main02_0 1_sedimentary_01.html 7.http://ashan.gl.ntu.edu.tw/chinese/GeoPark/RuiSui/index-RuiSui_mai n04_13.html 8.http://lab.geog.ntu.edu.tw/course/scenary/content/ch10.htm 9.http://content.ks.edu.tw/33k/002_3st/kiso/a001.html - 21 -
評 語 080507 以 兩 個 不 同 地 區 的 野 外 考 察 為 基 礎, 配 合 室 內 模 擬 實 驗, 探 討 當 地 不 同 地 質 環 境 的 特 色, 是 很 好 的 作 品