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大屯火山群地景巡禮
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文/王郁軒
板塊運動是火山成因
臺灣島位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交接處,島嶼岩層的前身,是沉積在海底的地層。數百萬年以來,在兩大板塊的聚合作用下,海底地層漸漸隆升,露出海面形成島嶼,但板塊運動的巨大力量,卻也使得地層扭曲、斷裂,形成一條條巨大的斷層,造成複雜多變的地質環境。
另一方面,菲律賓海板塊與歐亞板塊撞擊後,密度較大的菲律賓海板塊向下隱沒,回到距離地表約一百公里深的上部地函。在這麼深的地底,只要地層一出現裂隙、釋放壓力,岩石便可能熔化成岩漿。過去,在臺灣北部地區,地底蓄積的岩漿曾沿著斷層噴出地面,形成一座座高聳的火山,這即是本文探討的主角--大屯火山群。
大屯火山群的噴發史
大屯火山群的噴發約略分為兩階段,距今280〜250萬年間,岩漿沿斷層上升,衝破地層,噴出火山碎屑岩和熔岩流,覆蓋在古老的沉積岩層上,構成大屯火山群的基底。
此階段噴發歇止之後,火山活動沉靜了100多萬年,直到距今八、九十萬年前,火山活動再次活躍,一連串的火山噴發,火山碎屑岩與熔岩流交疊堆積,使得火山高度不斷增大,竹子山、七星山及大屯山等主要火山皆於這個時期形成。
過去,學者認為大屯火山群的噴發大約持續到距今20萬年前後。但是近年來,藉由地質鑽探調查,在地層中找到年代不到一萬年的火山噴發物,所以火山的噴發更接近現代了。相信隨著更多證據出土,能更精確推估大屯火山群的噴發史。
科學家向來關注大屯火山的活動,因為這些火山比鄰臺北盆地,一旦蠢蠢欲動,人口稠密的都會區必然遭受威脅。根據學者們長期研究發現,大屯火山群的地下仍存有岩漿庫,且也偵測到週期性的地震現象,顯示大屯火山群仍有活力。
大屯火山群底下的岩漿會漸漸冷卻還是持續活躍尚未可知,但火山爆發通常有跡可循,不像地震突如其來,藉由微震頻率、地殼變形、火山氣體濃度等的長期監測,便可掌握火山活動的動態。多年來,大屯火山群的火山活動都未出現異常,但除了監測之外,大家更該做好萬全準備,一旦遇上災害,才能將災損降到最低,這也正是與大自然和諧共處之道!
大屯火山群包括了20幾座火山,目前,大部分區域已劃屬陽明山國家公園,加以研究保育。火山地區的地景,包括山勢雄偉的火山、濃煙竄升的噴氣孔、滾燙冒泡的溫泉等,都是極為特殊、珍貴的自然資產,本文就帶大家來認識火山地景的迷人之處。
睥睨爭鋒的火山群相
大屯群峰的高度大約在1,000公尺上下,這樣高度的火山並非一次噴發就能形成,它們都歷經了許多次噴發。每一回火山爆發,大量的岩石碎屑、灰塵從火山口噴出,落地後堆積在山坡。其後,岩漿從火山口溢出,覆蓋在這些灰塵和岩塊上。下一次火山爆發,同樣的現象再度發生,火山就由碎屑、岩漿層層相疊,愈長愈高。這樣的火山稱為層狀火山(或複式火山)。著名的大屯山、七星山、竹子山、磺嘴山等都屬於這類型的火山。
既然稱為大屯火山群,為首的大屯山必然有其過人之處。大屯山的高度將近1,100公尺,雖然不是排名第一,但與周圍的火山相比,卻高出不少,站在山頂上,最能夠感受那凌駕群峰的王者風範,如圖1。
圖1. 從小油坑遠眺,大屯山的山勢相當雄偉
大屯火山群的最高峰--七星山,高度約為1,200公尺,與大屯山遙遙相對。從臺北盆地遠眺七星山,山頭略呈鈍角的V字形,這缺口即是七星山的火山口,如圖2。
圖2. 七星山是大屯火山群最高峰,山坡上冒煙崩塌的凹谷即是小油坑
小油坑位於七星山的山腰,是一處地熱現象旺盛的凹谷,這處谷地並非七星山的火山口,主要是由地熱蒸氣腐蝕地層崩塌所造成。
位於大屯山東北側的小觀音山,有個巨大的火山口,直徑長達1,200公尺。火山口的輪廓略呈C字,是一個不完整的環狀凹谷。火山口缺了一大塊的原因,極可能是猛烈的噴發作用所造成,如圖3。
圖3. 從模型看出,小觀音山的火山口缺了一角,輪廓像C字型
要談典型的火山口,那絕對非磺嘴山莫屬!磺嘴山的火山口大致維持完整的環形,如圖4,僅在北側有個小缺口,應該是昔日火山爆發時,岩漿和火山碎屑主要傾瀉的出口。火山口的低窪處積水盈盈,稱為磺嘴池,是火口湖地形。大屯火山群另一處逢雨積水的火口湖,是向天山的向天池,如圖5。
圖4. 磺嘴山的火山口外型完整,凹陷處積水形成磺嘴池
圖5. 大雨過後,向天池積水盈盈
大屯山區還有一處「有名無實」的湖,就是遊客如織的竹子湖。竹子湖位於大屯山、小觀音山與七星山之間,是一處山中盆地。數十萬年前火山爆發,岩漿沿著山坡漫流而下,堵住溪流,使得溪水蓄積成湖。所以這裡曾經是火山堰塞湖,在物換星移之後,湖水乾涸,早先沉積在湖底的淤泥,也搖身變成肥沃土壤。現在的竹子湖,種滿了美麗的海芋,數十年前,這裡還曾是培育蓬萊米的故鄉呢!
除了前述雄偉高聳的火山,某些火山的山坡上,還冒出「個頭兒」比較迷你的火山,像七星山的半山腰,就有座小巧可愛、狀似烏紗帽的紗帽山,如圖6;而大屯山的山坡上也有一座菜公坑山,如圖7。
這樣的火山稱為寄生火山,在火山主體形成之後,後期火山爆發時,上升的岩漿可能因為通道受阻,未能從原先的火山口噴出,而改由山坡上地質脆弱的位置冒出來,形成這類型的火山。
圖6. 紗帽山是七星山的寄生火山,狀似古代官吏的烏紗帽
圖7. 菜公坑山位於大屯山的山坡上,是大屯山的寄生火山
睥睨爭鋒的火山群相
大屯火山群的火成岩主要為安山岩(僅有烘爐山為玄武岩)。本區域安山岩的主要外觀特徵:淺灰色的岩石微粒基質上布滿了斑狀的黑色鐵鎂矽酸鹽類礦物結晶,主要包括長柱形的黑色礦物為角閃石,如圖8;短柱則可能為輝石。
地質學者從火山碎屑,以及熔岩流分布情形加以研判,認為大屯火山群的火山碎屑分布較少,火山岩大多為厚層的熔岩流,顯示火山噴發時應以岩漿流動為主,較少出現濃煙遮天蔽日的景象。 從火山口溢流出來的岩漿,隨著地形坡度起伏流動,形成寬廣平坦的熔岩臺地,像擎天崗、七星公園等,都是由熔岩流構成的平坦臺地。
幾十萬年以前,竹子山噴發時,岩漿順著山坡向北海岸漫流,覆蓋在古老的沉積岩地層上。岩漿一接觸海水,立即冷卻凝固,變成堅硬的安山岩。當周遭地層逐漸受到侵蝕而凹陷後退,安山岩層便成為突出海中的堅硬岬角--富貴角與麟山鼻,如圖9。
硫磺谷、小油坑等地的山壁岩層,由火山灰塵與岩石碎塊共同構成。岩層中的石塊大多有稜有角,而且有大有小、參差不齊,顯示岩石並未經過長距離的搬運,如圖10。這些是火山爆發時,從火山口噴出來的煙塵和灼熱岩塊落地堆積形成的,與溪谷河床上經過長距離搬運、堆積的鵝卵石明顯不同。
圖8. 長柱形的角閃石,是安山岩中常見的黑色礦物
圖9. 兀立北海岸的富貴角(右側)與麟山鼻(左側),是數十萬年前,竹子山爆發時,火山熔岩遇到海水冷卻而形成的堅硬岩層
圖10. 火山噴發的岩石碎塊,未經長距離搬運,多為有稜有角的不規則狀,與經由河流搬運磨蝕的鵝卵石不同
火山作用的地質景觀
目前,大屯火山群地底下依然存在岩漿熱源,加上山區雨量豐沛,雨水滲入地下之後,被岩漿加熱,許多火山物質也溶進其中,因而形成高溫、酸性的溫泉或蒸氣。
隨著地層中蒸氣聚集,壓力也不斷累積,高溫蒸氣蘊藏巨大的地熱能量,沿著斷層或質地脆弱的岩層向外釋放,把地面炸開來,就形成像大、小油坑一樣的崩塌凹谷,這樣的地形稱為火山爆裂口,如圖11。
圖11. 油坑是一處巨大的火山爆裂口,地熱現象令人嘆為觀止
在火山地熱區內,煙霧不斷從噴氣孔竄升,不僅氣味刺鼻,還不時嘶嘶作響。從噴氣孔冒出來的氣體,包括了水蒸氣、二氧化碳,以及二氧化硫、硫化氫等各種含硫的火山氣體。有些噴氣孔噴出來的氣體含有較多硫磺,在洞口周圍冷凝成鮮黃色的硫磺結晶,這類噴氣孔就是硫氣孔,如圖12 。
圖12. 硫氣孔周圍長滿了針狀的硫磺結晶
空氣中的硫氣如果和岩石中的鐵質結合,便會形成黑色的硫化鐵礦物,附著在岩石表面。此外,火山地熱區的空氣溫暖潮濕,又帶有酸性,容易使岩石中的鐵質生鏽,故許多岩石看起來是黃褐色的,都是岩石中的鐵質生鏽所造成。
除此之外,高溫、酸性的蒸氣沿著裂隙向上噴出,還會與周圍岩石產生劇烈的化學反應。長久下來,岩石中所含的深色鐵、鎂質礦物(如角閃石、輝石等),逐漸受到腐蝕而流失,整個岩石也發生巨大的改變,從原本質地堅硬、佈滿礦物斑點的深色安山岩,變成質地又輕又脆的白色石頭,這樣的地質現象稱為熱液換質作用。愈靠近噴氣孔,岩石的「美白」現象就會愈明顯,如圖13;在火山作用下,岩石的質地和顏色皆發生極大變化,而且高溫、酸性的環境也不利植物生長,這煙霧瀰漫、寸草不生的裸露地景,像極了洪荒世界。
圖13. 熱液換質作用愈明顯,鐵鎂礦物流失的也愈多,安山岩的顏色也愈白,質地也變 得愈輕脆
別具風味的火山溫泉
溫泉是大屯火山群的一大地質特色。火山地區的溫泉熱源與岩漿活動息息相關,地下的岩漿庫不僅提供大量熱源,把滲入地下的雨水加熱成高溫的溫泉或蒸氣,從岩漿散逸出來的火山氣體,也會溶入溫泉或蒸氣中,形成富含各種離子的溫泉,再沿著斷層湧出地面。
因為溫泉常含有火山氣體,溶入了硫化氫、氯化氫或硫化物,容易形成硫酸根離子、或解離出氯離子,所以火山區的溫泉含有較多的硫酸根離子,氯離子含量也較高,且大多為酸性溫泉。
地熱谷溫泉即是大屯火山群溫泉的代表,地熱谷同時也是北投地區重要的溫泉源頭。溫泉池終年煙霧籠罩,清澈的池水隱約透著神秘的碧綠色,故又有「青磺」之稱。此溫泉含有豐富的硫酸根離子和氯離子,屬於強酸性的水質,pH值只有1~2,而且泉溫極高,所以得經過稀釋和降溫處理,才能成為適合人體浸泡的溫泉,如圖14。
圖14. 北投地熱谷的青磺,顏色透明帶有淡淡的綠色,是高溫酸性的溫泉
有些地熱區以噴氣為主,溫泉的水量較少,人們便開挖地熱井,將低溫的溪水注入井中加熱、吸收火山氣體,加工成「人工溫泉」。此類溫泉以北投硫磺谷和龍鳳谷溫泉為代表。由於人工溫泉並未深入地層經過長期循環,所以溫泉的礦物質含量較低,溫度與pH值的變動也比較大。由於許多未溶解的物質懸浮在水中,使得溫泉呈現混濁乳白色,故稱為「白磺」,如圖15。
除了上述兩種酸性溫泉外,在大屯火山區,還有pH值接近中性的溫泉。這類型溫泉的儲集層距離岩漿熱源較遠,溫泉僅是被加熱,火山氣體並未溶入水中,所以會形成溫度較低的中性溫泉,冷水坑溫泉即屬此類型。
此類溫泉中含有豐富鐵質,所以帶有鐵鏽的味道,而且溫泉流經之處往往留下褐色的鐵鏽沈澱物,因而稱為「鐵磺」。值得一提的是,冷水坑溫泉的溫度約在攝氏40度左右,之所以稱為「冷水」,是與大屯山區動輒攝氏七、八十度滾燙溫泉相比的結果,其實溫度並不低喔!
圖15. 硫磺谷的溫泉,由冷水與火山蒸氣混合而成,呈現混濁乳白色,稱為白磺
孕育北投石的溫泉小溪
青磺溫泉從地熱谷溢流出來之後,沿途匯集小山溝的水流形成北投溪。二十世紀初,日本學者岡本要八郎,在北投溪床的礫石表面發現一種新礦物--北投石(Hokutolite)。
北投石為淺褐色的菱形晶體,主要成份是硫酸鉛與硫酸鋇,並含有微量的放射性元素--鐳,整體看起來像是附著在礫石表面的薄層皮殼,是現今地球上數千種礦物中唯一以臺灣地名來命名的礦物,具有學術研究價值,如圖16。
圖16. 岩石表面薄薄一層的深褐色菱形晶體,就是大名鼎鼎的北投石
大屯火山群擁有豐富的地質地形景觀,到此一遊,不僅可以登高練腿力、飽覽火山群峰之美;探索聲光效果極佳的地熱景觀、感受火山活力,累了還可以泡個熱湯、洗滌疲憊,享受來自地心的熱情。這麼精彩的火山之旅,就等著你來體驗囉!
臺北市國語實驗國民小學教師
王郁軒