臺灣西北海岸藻礁的前世今生

 


文/許民陽


 藻礁簡介

藻礁 (algal reef) 是由藻類所建造的礁體,它和珊瑚礁都屬生物礁 (biotic reef, bioherm),主要是由分泌及製造鈣質或矽質骨骼的生物,經過漫長時間堆積而成。生物礁的發育必須是建設性地質作用大於破壞性作用的結果,也就是生物礁的造礁速率大於侵蝕速率。礁體的堆積並不快, 通常須經漫長時間形成,往往需要數千年以上 (戴昌鳳、王士偉、張睿昇、鄭安怡,2009)。

地球上最古老的生物礁為在澳洲 Pilbara 發現的由藍綠菌所形成的疊層石 (stromatlite)(圖1),形成年代在 34.3 億年前。疊層石不但是地球上最早的生物礁,藍綠菌及其後各種藻類行光合作用所釋放出來的氧氣,又慢慢改造地球大氣,使大氣層中的氧氣逐漸增加。地球上的生物也隨著大氣中氧氣含量的增加,演化得更多樣化,構造也更複雜,而形成地球上多采多姿的生命世界。澳洲許多地方仍可找到目前仍在形成的疊層石 (McNamara, 2009; Lane, 2007),如西澳的鯊魚灣 (Shark Bay)、Cliton 湖、Thetis 湖(圖 2)等地,成為全世界觀察生物礁形成的熱門地點。

疊層石剖面
圖1. 日本東京上野自然科學博物館展示約20億年前的疊層石剖面

疊層石近照
圖2. 澳洲西部 Thetis 湖中現生的疊層石

生物礁的種類以主要造礁生物來命名,例如以石質珊瑚為主的稱為珊瑚礁,以石灰藻造礁為主的稱為藻礁。實際上珊瑚礁不完全由石珊瑚堆積而成,充填其間的藻礁及其他生物碎屑充當鈣質膠結 (carbonate cementation) 的角色 (Davis, 1983)。而在藻礁中,若環境適當,也有一些石珊瑚生長在表面或間夾其間。

 西北海岸的藻礁特性

臺灣的藻礁分布,以北海岸及西北海岸為主。北海岸以麟山鼻岬角及東、西兩側(圖 3), 富貴角西側(圖 4)及東側至石門洞間的海岸最多,由於有輝石安山岩塊出露、藻礁以此為基盤, 依附其上或包圍安山岩生長至高潮線位置(圖 4),冬春季節,以石蓴為主的藻類生長其上,成一片翠綠(圖 5)。
麟山鼻岬角西側海岸的藻礁
圖3. 麟山鼻岬角西側海岸的藻礁

富貴角西側包圍安山岩生長的藻礁
圖4. 富貴角西側包圍安山岩生長的藻礁

富貴角西側海岸的藻礁
圖5. 富貴角西側海岸的藻礁,冬季生長石蓴

西北海岸的藻礁主要分布北起大園鄉竹圍漁港海岸向西延伸至觀音鄉及新屋鄉永安漁港附近 (圖6),以觀音海水浴場至新屋溪口附近海岸侵蝕後退地區分布最寬廣,由外緣至海灘內側,縱深可達 400 公尺,分布面積為臺灣海岸地區最廣者。有些地方連續性較差者,分布成綴礁狀態(patching coral),生長的基盤則為臺地受蝕而出露分布海岸的石英岩質卵石為主。這一層在西北海岸出露的藻礁也延伸至現今海岸沙丘的下方,在大園及觀音沿海許多開挖的魚塭剖面都可發現。
分布區域
圖6. 西北海岸的藻礁主要分布區域

西北海岸潮間帶的藻礁主要由殼狀珊瑚藻堆積而成,外緣常被侵蝕成海蝕溝(圖7),與一般的珊瑚礁非常類似。但近觀可發現藻礁呈三種形態,一種為類似包心菜的環狀殼狀珊瑚藻(圖8),另一種為細枝狀的殼狀珊瑚藻(圖9),其餘則成散亂的生物碎屑堆積狀態 (貝殼、石灰藻、穿孔貝等組成 ) (圖10)。

外緣的潮間帶仍可看見現生的珊瑚藻-石葉藻(紅色部份)(圖11),潮間帶的孔隙及潮池中也可看到許多生物,如螃蟹、海葵生長,形成一個生態系。

本海岸帶藻礁堆積的厚度可達 6 公尺餘,在藻礁層中,常可發現石珊瑚發育成薄層狀或碎塊夾於其間(圖11),戴昌鳳等 (2009) 並將觀音海岸的藻礁命名為「潮音礁灰岩」,並依據造礁生物的組成,區分為「珊瑚藻--珊瑚黏結灰岩」、「珊瑚-珊瑚藻黏結灰岩」以及「珊瑚藻黏結灰岩」。

藻礁外緣的海蝕溝
圖7. 藻礁外緣的海蝕溝

生長成環狀的殼狀
圖8. 生長成環狀的殼狀

細枝狀的殼狀珊瑚藻圖
圖9. 細枝狀的殼狀珊瑚藻圖

藻礁中夾有貝類及牡蠣等生物殼體
圖10. 藻礁中夾有貝類及牡蠣等生物殼體

藻礁外緣潮間帶有現生珊瑚藻
圖11. 藻礁外緣潮間帶有現生珊瑚藻- 石葉藻 (紅色部分)

新屋溪口附近藻礁中有石珊瑚生長
圖12. 新屋溪口附近藻礁中有石珊瑚 (Favia sp.) 生長

 藻礁的發育和氣候及海岸變遷的關係

有關西北海岸藻礁最早的文獻紀錄為林朝棨 (1957),發現桃園一帶新期的海濱堆積層底部常有一層厚數十公分,由珊瑚、貝殼、小礫等膠結而成的珊瑚礁層。西北海岸藻礁層最早的定年記錄為王鑫、劉平妹和許民陽 (1990) 在觀音海水浴場南側潮間帶 (拔高-0.1m) 採得的珊瑚(Goniapora sp.) C-14 年代為 5730 年,隨後許民陽、張智原 (2007)、王士偉等 (2009)和戴昌鳳等(2009)都有許多定年資料。

筆者也曾在觀音海水浴場附近潮間帶,採得二個藻礁及珊瑚樣本 (NW-7 及 NW-8),新屋溪口北側海岸則在臺灣電力公司大潭火力電廠所挖出的槽溝及附近採得 10 個樣本(NW-9~NW-18),所得結果如下表 1 和表 2 所示。

表1. 觀音海岸藻礁及珊瑚C14定年資料
觀音海岸藻礁及珊瑚 C14 定年資料
註:採集者--許民陽;碳-14 定年--國立臺灣大學地質系碳十四定年實驗室

表2. 新屋溪口海岸藻礁及珊瑚C14定年資料
新屋溪口海岸藻礁及珊瑚 C14 定年資料
註:採集者--許民陽;碳-14 定年--國立臺灣大學地質系碳十四定年實驗室

表2中 NW-9~NW-13 為採自中油公司所挖的天然氣幹管槽溝的藻礁剖面,NW-9 為藻礁剖面最底部附著在卵石層上生長的部份,由 NW-9 採集點向上每隔 20 公分依序採得 NW-10 及NW-11。NW-12 及 NW-13 為該剖面中段的藻礁及珊瑚樣本。

由該槽溝的剖面可知,新屋溪口的藻礁剖面底部最早年代為距今 6240±50 年前,而戴昌鳳等 (2009) 在附近藻礁底部所採得的樣本定年為 7,530 年。中段的珊瑚及藻礁年代大約在距今4471±40 年前。NW-14~NW-16 為靠近海岸內側,藻礁最內緣的剖面(圖 13-1、圖13-2),由頂部向下每隔 20 公分採集一袋,碳-14 定年為 3280±50 至 2830±50。NW-17 為新屋溪口藻礁最外側的礁層頂部標本,NW-18 為最內側礁層頂部的細枝狀殼狀珊瑚藻礁,兩者的形成年代都是兩千餘年前。

新屋溪口藻礁內緣剖面
圖13-1. 新屋溪口藻礁內緣剖面

新屋溪口北側編號 NW-14 的層狀藻 礁樣本(白色)及藻礁表面
圖13-2. 新屋溪口北側編號 NW-14 的層狀藻礁樣本(白色)及藻礁表面

由上述樣本的定年資料可推估觀音地區海岸 (含新屋溪口海岸) 的珊瑚礁發育年代始於距今六~七千餘年前,至距今二千多年前停止發育。現今海岸廣闊的藻礁早期也延伸至現今海岸的沙丘下方,在大園及觀音沿海許多沙丘下方因開挖魚塭而露出來的剖面都可看到此層礁層,筆者多年前曾在魚塭開挖剖面採集珊瑚礁進行定年。該處珊瑚礁發育良好,樣本大部分在現今內陸較薄層的珊瑚--珊瑚藻黏結灰岩的底部,由碳-14 定年可知均開始發育時間為距今五~六千年前之間(表 3)。
表3. 觀音海岸沙丘下方珊瑚礁C14定年資料
觀音海岸沙丘下方珊瑚礁 C14 定年資料
採集者--許民陽;碳-14 定年--國立臺灣大學地質系碳十四定年實驗室
資料來源:許民陽、張智原 (2007)

綜合上述表 1-3 的珊瑚礁及藻礁定年加上前述戴昌鳳等 (2009) 的資料可推估觀音地區海岸近六千年來的海岸變遷如下:距今六千多年前,為第四紀最後一次冰期結束後,氣候較溫暖時期,海水面較現今高 2-3 公尺,形成海進期 (陳于高,1993),沿海有珊瑚礁及藻礁層生長在礫石層上。至距今四千至二千年前左右,可能由於環境變遷,珊瑚礁漸被藻礁代替,只局部夾於藻礁間生長。 隨後的海退期,海岸漂沙增多,珊瑚礁及藻礁上堆積灘沙及沙丘,兩者皆停止生長,陸地也向外延伸。但距今四十餘年,由於內陸水庫攔沙及河川採沙,導致沿海漂沙減少,加上其他人為因素,觀音海岸出現海岸侵蝕的狀況。

由上述藻礁及珊瑚礁發育及變遷的年代亦可推論,本段海岸全新世生物礁生長的形態或可稱為追上型 (keep-up) (Neumann & Macintyre, 1985)。即珊瑚礁接近 (close to) 海平面生長,其垂直生長的速度可以趕上海準變動 (主要為上升) 的速度,亦即六千年前海面上升時,氣候較溫暖形成海進,觀音地區的珊瑚礁隨之向上生長。此種形態大都分布於逐漸或快速上升的海岸,例如巴貝多海岸 (Barbados) (Bard et al., 1990) 和胡昂半島 (Huon peninsula) (Chappell & Polach, 1991)。但也可發育於某些海岸地殼較穩定的地區,尤其是接近限制珊瑚能生長的緯度帶 (Collins et al.,1993),觀音地區的珊瑚礁及藻礁發育也具有此種特性。

觀音位於台灣的西海岸,這些海岸變遷的定年資料顯示的另一個意義為西北海岸距今五、六千年以來,由於處於歐亞板塊與菲律賓海板塊碰撞的後方地區,或者因鄰近觀音基盤高區,地殼均處於上升緩慢的狀態,此時期形成的珊瑚礁僅位於現今 0.5 〜 2 公尺不等的高度;相較於板塊碰撞的前緣地區,如花東海岸的八仙洞、大俱來、胆曼等地,五千至六千年前左右形成的珊瑚礁已被抬升至 30 〜 40 公尺的高度 (許民陽、高慶珍、高鵬飛、鄭紹龍,1999;謝孟龍、劉平妹,2010;Hsien et al., 2004),兩地區的地殼變動量及速率實有極大的差異。


 近期海岸線進退與藻礁的關係

筆者在十餘年前調查桃園縣地形與地質景觀時 (許民陽,1993),當時海岸後退未顯著,沿海漂沙尚未大量減少,藻礁大部分為灘沙及灘礫所覆蓋(圖14),僅在退潮時,在潮間帶的外緣露出。自從 1961 年以後,由於水壩、防波堤、突堤、離岸堤等海岸結構物的建築大量增加以及採沙、抽沙等因素造成輸沙量驟減,各種人為因素綜合產生的效應造成海岸明顯後退,漂沙覆蓋減少,藻礁才大範圍出露。(圖15)

出露的礁體在退潮時海蝕溝兩側的厚度可達 2 〜 3 公尺左右 (NW14-NW16),最寬可達 450 餘公尺,巨厚寬廣的礁體出露於廣大波浪侵蝕最強的潮間帶,形成黑褐色的一片,有如分布海岸的武士鐵甲,成為海岸抵抗波浪侵蝕最佳的保護層,在新屋溪口附近,有藻礁分布的海岸,其海岸內緣沙丘的侵蝕速率較慢,可見藻礁的保護效果。

新屋溪口北側海岸灘沙及灘礫覆蓋海岸,海岸後退已開始
圖14. 1992年7月7日,新屋溪口北側海岸灘沙及灘礫覆蓋海岸,海岸後退已開始,但不見藻礁出露

新屋溪口海岸因海岸侵蝕藻礁露出
圖15. 2008年10月10日,新屋溪口海岸因大潭火力發電廠興建港口防波堤產生突堤效應,造成海岸侵蝕、漂沙流失,致使大片藻礁露出,與圖 1992/07/07 比較有明顯差異。

沙源減少及海岸後退,使藻礁出露,露出的藻礁仍然具有防護海岸的功能,在沒有人為干擾的因素下,海岸變遷為伴隨氣候變遷的產物,近期的海岸變遷卻加了許多人為因素干擾的原因。海岸線後退造成國土流失,若未妥善因應,也將對人類生活產生不小的衝擊,這是我們在研究藻礁之餘,更該密切注意的地方。

 引用文獻

王士偉、戴昌鳳、謝凱旋、米泓生 (2009) 。桃園全新世「潮音石灰岩」之研究。

中國地球物理學會與中國地質學會九十八年年會及學術研討會論文摘要集。民雄:中正大學地球與環境科學系。

王鑫、劉平妹、許民陽 (1990)。臺灣海岸地區的地形演變。行政院科技顧組專題研究期末報告,臺灣大學地質系。

林朝棨 (1957) 。 臺灣地形。臺灣省通志稿卷一,土地誌,地理篇。臺北:臺灣省文獻委員會。

許民陽 (1993) 桃園縣的地形與地質景觀,自然科學鄉土教材叢書 (二)。桃園:桃園縣政府教育局。

許民陽、高慶珍、高鵬飛、鄭紹龍 (1999)。花東海岸後退的研究—長濱以南至臺東段。臺大地理學系地理學報,26,83-109。

許民陽、張智原 (2007)。臺灣西北海岸後退之研究,淡水河口至頭前溪口段。中國地理學會會刊, 38,1-22。

陳于高 (1999)。晚更新世以來南台灣地區海水面變化與新構造運動研究。國立臺灣大學地質研究所博士論文。

謝孟龍、劉平妹 (2010)。花東海岸全新世地殼上升速率的探討。中央地質調查所彙刊,23,頁165-199。

戴昌鳳、王士偉、張睿昇、鄭安怡 (2009)。桃園觀音藻礁生態解說手冊。臺中縣梧棲鎮:臺灣中油股份有限公司液化天然氣工程處。

Bard, E., Hamelin, B., Fairbanks, R. G. & Zindler, A. (1990). Calibration of the 14C timescale over the past 30000 years using mass spectrometric U-Th ages from Barbados corals. Nature, 345, pp.405-410.

Chappell, J. & Polach, H. (1991). Post glacial sea level rise from a coral record at Huon Peninsula, Papua New Guinea. Nature, 349, pp.147-149.

Collins, L., Zhu, Z. R., Wyrwoll, K. H., Hatcher, B. G., Playford, P., Chen, J. H., Eisenhauser, A., & Wasserburg, G. J. (1993). Late Quaternary facies characteristics and growth history of a high latitude reef complex: the Abrolhos carbonate platforms, eastern Indian Ocean. Marine Geology, 111, pp.203-212.

Davis, R. A., Jr. (1983). Depositional systems: A Genetic approach to sedimentary geology. Prentice-Hall.

Lane, P. (2007) Geology of Western Australia’s parks, Perth: Daniels Printing Craftsmen. McNamara, K. (2009) Stromatolites. Welshpool, Western Australian Museum.

Neumann, A. C. & Macintyre, I. G. (1985). Reef response to sea level rise: keep-up, catch-up or give-up. In Proceedings Fifth International Coral Reef Congress, Tahiti, 3, pp. 105-110.







臺北市立大學地球環境暨生物資源學系特聘教授
許民陽