第七章 地球環境變遷

1. 水里商工 第七章 地球環境變遷 7-1 氣候變化 7-2 海岸變遷

2. 水里商工 • 水里商工 7-1 氣候變化 • 氣候的定義與變化 • 氣候檔案 • 長期氣候變化 • 長期氣候變化 • 多重因素交互影響地球氣候 • 短期氣候變化 • 冰期與間冰期 • 控制短期氣候變遷的主要因素 • 人類歷史上的短期氣候變化

3. 氣候的定義與變化 • 氣候及氣候指標的定義 • 氣候是天氣狀況的長期平均狀態 • 常被用來描述氣候狀況的因子包括地表氣溫、降水量、風速、風向等。其中氣溫是最直接影響人類日常生活的環境因子，所以最常被視為氣候指標 • 全球暖化的問題 • 冰芯研究顯示，過去40萬年來的地表氣溫變化與二氧化碳濃度變化有相當大的關聯 • 各種溫室氣體濃度也在增加之中，後續的溫室效應似乎已造成全球暖化的現象 圖7-1

4. 水里商工 圖7-1 冰芯記錄最近40萬年來的氣溫與二氧化碳含量 圖7-1 從冰層中鑽探的冰芯，記錄最近40 萬年來的大氣溫度與二氧化碳含量。氣溫高時，大氣二氧化碳含量上升；反之則下降。

5. 水里商工 氣候檔案 • 可以記錄地球氣候的氣候檔案包括沉積物、冰層、珊瑚、樹輪與歷史文獻等 • 地質紀錄會因年代久遠而殘缺不清 • 年代久遠的氣候檔案會因板塊構造作用或保存度不佳逐漸變得模糊不清或缺損 • 愈晚期的氣候變化歷史，我們可找到的證據也愈多，認識也就愈清晰 • 海洋沉積物岩芯與冰芯等，對最近數十萬年的氣候變化，提供相當豐富詳細的資料 圖7-2 圖7-3

6. 水里商工 圖7-2 常見的記錄地球氣候檔案 圖7-2 常見的記錄地球氣候檔案―冰層、沉積物、樹輪、珊瑚。冰層與沉積物係由下往上堆積，而樹輪與珊瑚由內往外生長，故紀錄的年代順序如圖所示。

7. 水里商工 圖7-3 海洋沉積物岩芯 圖7-3

8. 水里商工 長期氣候變化 • 地球大部分時期氣候比現代溫暖，稱為溫室氣候，少數時段有冰雪堆積，為冰室氣候 • 太陽輻射在太陽與地球形成初期比現代弱30%，然而早期氣候較溫暖是因為溫室氣體濃度高 • 地球氣候逐漸趨冷是因為大氣溫室氣體濃度隨板塊運動強度降低而降低 • 古生代的陸地出現在兩極故有助於大陸冰原形成，地球反照率增加，導致氣候轉冷 • 中生代的氣候溫暖潮溼，新生代的氣候又逐漸轉冷，進入冰期直至現代 圖7-4 圖7-5 圖7-6

9. 水里商工 圖7-4 地球形成以來長期氣候變化示意圖 圖7-4 地球形成以來長期氣候變化示意圖。下方途中間的黑色橫線代表現今的溫度。注意：橫軸的時間尺標並非固定不變，越往古代，時間越壓縮；越往現代，解析度越高，也暗示著我們對地質時代中較古老的部份所知有限，也不確定，越往現代，古氣候的重建越清楚。縱向的直線為劃分各地直時代的界線，對應的地質時代名稱可參見第一章的地質時代表。

10. 水里商工 圖7-5 古生代時期的岡瓦那大陸 圖7-5 古生代時期的岡瓦那大陸係由現今的非洲、阿拉伯、南美洲、印度、澳洲、南極洲等聚合而成。該超級大陸在5億年前由北向南漂移，約在3億年占據著地球的南極一帶累積了大量冰雪，圖上的白色箭頭代表冰川的流向

11. 水里商工 圖7-6 中生代起從溫暖的氣候狀態逐漸轉冷，在三千五百萬年前進入冰室氣候 圖7-6 地球氣候自中生代起從溫暖的氣候狀態逐漸轉冷，在三千五百萬年前進入冰室氣候

12. 水里商工 多重因素交互影響地球氣候 • 太陽輻射量 • 太陽輻射愈強，地表溫度就會愈高 • 溫室氣體濃度 • 溫室氣體含量增加，造成全球增溫的現象 • 板塊運動 • 海陸分布、火山活動、陸地抬升等，都能造成長時間尺度的氣候變遷

13. 水里商工 冰期與間冰期 • 在氣候變冷時期，北極大陸冰原面積擴張，我們稱此狀況為冰期；反之，相當於現代的溫暖氣候狀況則稱為間冰期 • 約距今二萬年前，北極冰原面積擴張，海水面下降120 公尺，為末次冰盛期 • 冰盛期氣候的海水面下降使得遼闊的大陸棚海域自海底出露，成為陸地或淺灘，造成地球反照率的增加 • 冰盛期的海水面下降會造成局部海流的改變、生物的遷移或隔絕，並對淺海生物群，例如珊瑚礁等，構成威脅，使得海洋生態系受到極大的衝擊 • 在冰期與間冰期氣候交替出現中，熱帶與副熱帶海域是一個相對穩定的地區 圖7-7 圖7-9 圖7-10 圖7-11 圖7-12

14. 水里商工 圖7-7 冰期與間冰期 圖7-7 45萬年來地球冰川體積的變化

15. 水里商工 圖7-9 過去16 萬年來的全球氣溫變化 圖7-9 過去十五萬年來的全球氣溫變化

16. 水里商工 圖7-10 在距今約二萬年前，末次冰盛期時的北極海與北大西洋周圍的大陸冰原分布圖 圖7-10 在距今約二萬年前，末次冰盛期時的北極海與北大西洋周圍的大陸冰原分布圖。亞洲大陸由於水氣不易到達，因此不易有大陸冰原形成。

17. 水里商工 圖7-11 臺灣附近二萬年前冰盛期與現今海岸線分布圖 圖7-11 臺灣附近二萬年前冰盛期與現今海岸線分布圖。冰盛期海岸線大致在現今大陸棚之外緣，為利用冰期時全球海水面下降120公尺的等深線估計的。

18. 水里商工 圖7-12 末次冰盛期海水表面溫度分布 圖7-12 (A)距今二萬年前的末次冰盛期海水表面溫度分布（八月、北半球夏季）；(B)末次冰盛期的海水表面溫度與現代的差距

19. 水里商工 控制短期氣候變遷的主要因素 • 控制氣候變化的因素 • 外部因素為地球接收到的太陽輻射量的變化，主要因地球繞日軌道及地球自轉軸的週期性變化所致 • 內部因素主要為地球溫室氣體的濃度、冰川體積的變化 • 外部因素週期性的變化也會引起內部因素的變動 • 控制氣候變化的外部因素與內部因素的變化，具有多重時間尺度的特性 圖7-8

20. 水里商工 圖7-8 十六萬年來二氧化碳濃度與冰川體積的變化 圖7-8 十六萬年來大氣二氧化碳濃度與冰川體積的變化，圖中二氧化碳濃度曲線色帶代表測量數據的誤差範圍，古氣候資料存在相當程度的不確定性，顯示出地球科學方法的限制

21. 水里商工 人類歷史上的短期氣候變化 • 從末次冰盛期往現代氣候逐漸變暖過程中，在大約距今一萬兩千年前，全球氣候突然又變得十分寒冷，這個回冷事件被稱為新仙女木事件 • 人類歷史上的短期氣候變化事件包括新仙女木事件、中世紀大暖期及最近的小冰期 • 北歐維京人在格陵蘭建立的居住地因小冰期降臨，氣候轉冷而廢棄 圖7-13

22. 水里商工 圖7-13 一萬八千年來的短期氣候變化 圖7-13 一萬八千年來的短期氣候變化。過去一萬年的這一段時間是地質時代中的全新世，與之前的更新世氣候相比，氣候較為溫暖、穩定，有利於人類文明的發展。在有文字記載的人類歷史中有一些著名的短期氣候變化，如中世紀暖期、小冰期等

23. 水里商工 7-2 海岸變遷 • 波浪與海岸地形 • 波浪的性質 • 波浪的沉積與侵蝕作用 • 填海造陸面面觀 • 海岸變遷的自然因素 • 臺灣地區海陸變遷歷史 • 人類活動對海岸地區的影響

24. 水里商工 波浪的性質 • 波浪與海岸地形變化有密切關係 • 波浪傳到海岸地區時，水深逐漸變淺，由於水與海床的摩擦，波長逐漸變短而波高逐漸增大，最後波浪無法維持完整波形，波峰先衝向岸邊，形成碎浪 • 波浪進入近岸水域，波峰線因底層水與海底摩擦減速而逐漸轉折，波列前進方向逐漸趨於垂直海岸線 圖7-14

25. 水里商工 圖7-14近岸的波浪前進中受海底地形及變淺的影響 圖7-14 近岸的波浪前進中受海底地形及變淺的影響而偏折的擴散與聚合現象。

26. 水里商工 波浪的沉積與侵蝕作用 • 在凸出的半島或岬角一帶，波列的行進方向逐漸轉彎，衝著半島或岬角兩翼而來，波的能量大幅聚集，經常波濤洶湧，侵蝕岬角，終而使海岸線趨向於平直 • 若波列行至海岸時仍未與海岸平行而有一交角，便會產生沿著海岸前進的沿岸流；這是漂沙的主要機制之一 • 突堤效應會改變原來沿岸砂泥的輸送狀態，隨沿岸流輸送來的砂粒被凸出的防波堤攔截而堆積在來側，同時防波堤下游的海岸則因砂泥供應減少而受侵蝕、後退 圖7-17 圖7-18 圖7-19 延伸閱讀

27. 水里商工 圖7-17 沿岸流示意圖 圖7-17 沿岸流示意圖

28. 水里商工 圖7-18 突堤效應導致的海岸堆積與侵蝕示意圖 圖7-18 突堤效應導致的海岸堆積與侵蝕示意圖

29. 水里商工 圖7-19 美國加州聖塔巴拉(Santa Barbara)港口的海岸地形變化 圖7-19 美國加州聖塔巴拉(Santa Barbara)港口的海岸地形變化：(A)1931年，(B)1977年

30. 水里商工 延伸閱讀：除了波浪作用外的海岸變遷因素 曾文溪以前曾往北由現今之將軍溪，以及往南由現今之鹽水溪出海

31. 水里商工 海岸變遷的自然因素 • 海岸變遷的因素主要包括： • 全球氣候冰量變化造成的全球海平面升降 • 大地構造運動造成的地殼升降、陸源沉積物供應量以及海洋對沿岸沉積物的進一步輸送與分配 • 海進與海退 • 若因地殼沉降、或全球海水面上升等因素而使海水加深，海岸線會朝陸側移動，此種過程或現象稱為海進 • 若全球海水面下降、地殼隆升或沉積物往海側堆積擴展，使近岸一帶的水深變淺，海岸線往海側移動，稱為海退

32. 水里商工 臺灣地區海陸變遷歷史 • 臺灣島海岸變遷顯著 • 造山運動速度快，有助於陸地逐漸擴展 • 山高水急，岩層破碎，降雨量大且集中，侵蝕旺盛，河川挾帶大量泥砂入海。加上沿岸海流與潮水的來回推移，造成廣大的沖積平原、海埔地或海階 • 由於土地需求與日俱增，臺灣島在近五十多年來進行更多的海埔地開發，以及填海造陸工程，擴大海埔地的面積。多年來，有些海埔新生地或進行了農漁牧綜合經營，或開發為新社區與工業用地 圖7-20 圖7-21 圖7-22

33. 水里商工 圖7-20 近二萬年來曾文三角洲海岸變遷圖 圖7-20 近二萬年來曾文三角洲海岸變遷圖。圖中的紅線代表海進時期海岸線位置，漸次向陸側移動；白線代表海退時期海岸線往海測移動的位置。自二萬年至六千年前為海進期，沿岸地帶逐漸為海淹沒。六千年前以來為海退期，逐漸陸化。

34. 水里商工 圖7-21 全盛時期的熱蘭遮城，安平古堡就在海岸邊 圖7-21 全盛時期的熱蘭遮城，安平古堡就在海岸邊。

35. 水里商工 圖7-22 臺灣西南海岸地區已開發的海埔地位置 圖7-22 臺灣西南海岸地區已開發的海埔地位置圖

36. 水里商工 人類活動對海岸地區的影響 • 土地的開墾與都會發展對海岸地區產生了顯著的影響 • 河川中、上游水庫與攔砂壩內泥砂礫石淤積以及河床砂石的開採，使供應海岸的泥砂量減少 • 大量超抽地下水導致人為的地層下陷 • 要維護海岸珍貴的土地與保障海岸設施的安全，應對海岸變遷的歷史與影響海岸變遷的機制有所認識 圖7-23 圖7-24 圖7-25

37. 水里商工 圖7-23 桃園縣新屋溪口附近海岸受侵蝕情形 圖7-23 桃園縣新屋溪口附近民國89年至92年海岸受侵蝕而快速後退的情形

38. 水里商工 圖7-24 淡水河口南側海岸因侵蝕而後退 圖7-24 淡水河口南側海岸因侵蝕而後退。原在岸上的碉堡已被浸泡於海水中。

39. 水里商工 圖7-25 屏東縣佳冬鄉塭豐村地層下陷 圖7-25 由於地層下陷， (A)屏東縣佳冬鄉塭豐村的房子前方道路因地層下陷而不斷填高，但已經蓋好的房子無法加高，而使得一樓前半已經被埋在道路下方。 (B)公墓浸泡在水中。過去這裡是小沙丘，現在卻成了一片沼澤

40. 水里商工 圖片出處 章首　 http://gtresearchnews.gatech.edu/images/wwworld_b.jpg。 7-3(A)　陳明德拍攝。 7-3(B)Kennedy, D.&B. Hanson，2006，Science Vol.311，n0.5768、1673。 7-4Scietific American，1994年10月，P8～9。7-7Houghton J.，1977， Global Warming： The Complete Briefing，2nd ed.， Cambridge University Press，P55 Fig. 4.5。 7-9　　 魏國彥，1997，臺灣古環境變遷：楔子，地球科學園地第三期，P9。 7-11　 周漢強繪製。 7-18Keller E. A.，2000，Environmental Geology，8th ed.（1976-2000），Prentice Hall Inc.，Fig. 9.17。 7-20　 劉聰桂繪製。 7-21　 遠足文化公司，臺灣的地下水，改繪自荷蘭Middelburg Zeeuws博物館藏畫， P63。 7-23　 許民陽，臺灣海岸侵蝕後退的現況─〔淡水河口、蘭陽平原、花東海岸篇〕，地質2005年第24卷第一期，P72。 7-24　 賴吉仁拍攝。 7-25　 林俊全，西部沿海幻燈片專輯，地景保育通訊No.16，P28。