利用地震學的方法,看板塊運動的動力來源 林佩瑩研究員主講

利用地震學的方法,看板塊運動的動力來源(台灣海洋科技研究中心林佩瑩研究員)

在國中與高中的「板塊運動」課程裡面,其實只有張裂、聚合和錯動三種,重點都在板塊邊界上頭,卻很少從整個地球的角度來完整看待板塊和板塊的運動。導致學生永遠只記得課本舉例的幾個板塊邊界,不要說板塊下頭的地球內部是什模樣,連學過的這個板塊邊界在板塊另一頭是什麼模樣都沒有概念。所以我們重新從地表上的板塊怎麼動開始看起,再進一步整合所有關於板塊構造和板塊運動的概念。

要從地球的角度完整看待板塊運動,第一個就要先把世界地圖丟掉,拿出一個地球儀來。我們要用一個圓的地球,看地球表面像蛋殼一樣的板塊,怎樣在地球表面「轉動」,而不是在平面的世界地圖上「移動」,這才是真正的板塊運動。因此,板塊的運動必須描述旋轉中心、旋轉速度與方向。如此一來,板塊交界處的相對運動也會變得多樣和複雜,讓我們對板塊運動的認識可以擴大到更遠的範圍。

近代觀測板塊運動的基本工具是全球衛星定位系統(GPS),過去幾十年來,我們已經建立出幾個具代表性的板塊運動模型,可以準確描述板塊之間的相對運動。而板塊本身的絕對運動,則是同樣藉由GPS觀測和熱點位置比較,也已經有大家普遍接受的模型。許多線上的板塊運動計算機,就是利用這些模型,可以快速算出地表上任何一個位置的板塊運動速度及方向。

究竟板塊為什麼會動,前面的研習已經講解過地球內部熱對流的狀態。但是熱對流怎麼流動,除了電腦模擬之外,還有什麼方法可以直接或間接觀測呢?那就是利用地震波當中的剪力波分離現象,推論地函中礦物可能的排列方向,並進一步解釋地函的流動方向。林佩瑩研究員就是根據全球軟流圈附近深度的地函流動方向,比對板塊運動的方向之後,發現兩者並不一致。

因此,究竟還有哪些條件同樣在影響板塊運動的方向與速度?是隱沒帶的幾何位置?隱沒板塊的密度與大小?相鄰板塊的形狀和相對位置?這是綜合前兩場我們所討論過的地球內部狀態與高溫高壓礦物學實驗,搭配地震學方法所得到的結果。在研究的討論中,我們可以理解更多關於影響板塊運動的背後機制。

講者簡介
林佩瑩研究員目前任職於台灣海洋科技研究中心,擅長地震學方法與地震資料分析。一年前以第一作者的名義,在自然(Nature)期刊發表海洋地區軟流圈流動的研究結果,探討板塊運動模式與軟流圈流動的動力。林佩瑩研究員感興趣的研究方向為利用海底地震儀佈放,結合陸地上地震站,擴大地震觀測網範圍,提升地震定位的準確定, 進一步了解地體構造,揭開地球內部面貌和增進對板塊活動機制的了解。但受限於海洋環境因素,在深不可測的海洋底部進行與陸地上一樣的地震觀測談何容易,因此林佩瑩研究員目前著重於對海底地震儀的研發,噪音來源與修正及其資料分析。

論文討論
Lin, P. Y. P., Gaherty, J. B., Jin, G., Collins, J. A., Lizarralde, D., Evans, R. L., & Hirth, G. (2016). High-resolution seismic constraints on flow dynamics in the oceanic asthenosphere. Nature, 535(7613), 538-541.(https://goo.gl/69Cm4x)中文導讀:https://goo.gl/DJJ5Cy

延伸閱讀
Becker, T. W., Conrad, C. P., Schaeffer, A. J., & Lebedev, S. (2014). Origin of azimuthal seismic anisotropy in oceanic plates and mantle. Earth and Planetary Science Letters, 401, 236-250.(https://goo.gl/FQqPZq)
C. M. R. Fowler (2005). Chap 2, Tectonics. on. a. sphere: the. geometry. of. plate. tectonics. The Solid Earth: An Introduction to Global Geophysics. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-58409-8.(https://goo.gl/vSE7Wa)中文翻譯:https://goo.gl/GbC1B9
建議閱讀2.3和2.4兩個小節。中文導讀是我十幾年前寫的,如果寫得不好還請見諒。

電腦簡報:
https://goo.gl/iPJRhj

研習記錄:
http://mynotes.org/earth/?p=6302&page=2

對應課綱(十二年國教課綱草案):
EFa-Vc-1由地震波可以協助了解固體地球具有不同性質的分層。
EFa-Vc-2固體地球各分層之化學組成與物理狀態不同。
EIa-Vc-1科學家曾經提出大陸漂移、海底擴張和板塊構造等主要學說,來解釋變動中的固體地球。
EIa-Vc-2板塊邊界可分為聚合、張裂和錯動三大類型。
EIa-Vc-3板塊邊界有各種不同的地質作用與岩漿活動。
EIa-Vc-4由地質構造與震源分佈等特徵,可推論台灣位於聚合型板塊邊界。

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