改寫地球史的25種石頭故事：人類如何破解地質學上的重大謎團

　　每一顆石頭都是追溯地球過去的一條線索 　　二十五個短小篇章，如二十五塊拼圖， 　　將地球歷史的全貌拚了出來。 　　石頭可以透漏的訊息比我們想像的更多！對大多數人而言，石頭就只是石頭，但對學有專精的地質學家而言，石頭蘊含豐富又珍貴的資訊，但前提是必須懂得怎麼看。 　　《改寫地球史的25種石頭故事》是一本既專業又生動好讀的地質書，作者的功力在於，訴說各個石頭組成和形成的特殊地貌之餘，也還原每種石頭形成之初的地質場景，將讀者帶回礦石形成的古老時代，逐一看到地球太初之時如何從一塊火熱熔岩，逐漸冷卻，形成溫熱海洋與古老地殼，直到地函與地殼分離，無氧地球逐漸析出氧氣，更多樣的生命型態出現，然後一路演變成現在的地球……作者也不忘寫有人味的故事。每個發現背後都有為了尋找答案努力不懈的科學家身影，而作者也不忘寫下每種岩石，特別是礦石以及礦物，在人類文化發展上各自擁有的起落興衰。 　　地球上現存最古老的石頭是多久以前？而來自天外的隕石和月球岩石，又是多少年？這其中的時間落差傳遞了甚麼訊息？地質學家又使用了甚麼方法，測出這些古老石頭的年紀？而為什麼在幫隕石定年的過程中，科學家一併揭漏了空氣、水源和食物中鉛毒對人體的危害？為什麼可以斷言恐龍滅絕事件與天外飛來隕石有關？ 　　作者唐納德．波茲洛如偵探一般，從挖掘岩石樣本到地質構造，形塑我們對地質學的了解，並改變我們看待地球內部運作的方式。二十五個石頭故事背後代表的重大發現，每一個都填補了我們對於地球謎團理解上的空白，同時也彼此嵌合，提供我們對於地球地質歷史整體性的認識。 　　對於地質科學家、石頭迷、所有對腳下世界好奇的人，以及想了解人類與自然交織的故事的人來說，都是不可多得的好讀物。

　　推薦人 陳文山 (台大地質系教授)—審閱、推薦 　　王文誠 (台師大地理系教授)—專文推薦 　　寒波 (泛科學專欄作家)—書評介紹 好評推薦 　　《改寫地球史的25種石頭故事》打開二十五扇門，讓讀者一窺壯麗炫目但往往不易得見的地質史堂奧。形形色色的角色迎接讀者進入，讓讀者瞭解科學探索極富人性的一面，以及人類與岩石間歷史悠久又錯綜複雜的關係。──《地球用岩石寫日記：追蹤四十六億年的地球故事》作者貝鳶業如（Marcia Bjornerud） 　　《25種關鍵化石看生命的故事》作者又一精彩力作……實用的地質學入門書。—─柯克斯書評 　　富吸引力又淺顯易懂……非常適合對地球生命起源感興趣的讀者。──《圖書館雜誌》（重點書評） 　　淺顯易懂的優秀書籍，讓一般讀者得以了解化石紀錄以及古生物學家如何詮釋這些紀錄。──《出版者週刊》 　　普洛泰洛以深厚學養和專家觀點呈現素材，但採用生動淺顯的筆調，讓讀者閱讀本書時就像和學識淵博的朋友聊天一樣。──《人類的演化》部落格

01火山凝灰岩 維蘇威火山噴發 「這片雲的形狀有點像松樹。它直衝天空，有長長的樹幹，再分出好幾個樹枝。這出自一次突然噴發，威力減弱後，雲便失去支撐，被本身的重量壓得朝旁邊擴散。」西元79年維蘇威火山噴發可視為人類目前對地球的瞭解的濫觴，也是地質學成為一門科學的開始。 02自然銅 冰人與銅島 海底噴發的黑色煙囪，解開賽普勒斯蛇綠岩為何含有大量銅的謎團。黑色煙囪自然濃縮鐵、銅、鋅、鉛、錳和其他金屬硫化物。高熱的水使這些金屬溶出，在黑色煙囪的管道中沉澱下來。 03錫石 錫群島與青銅時代 價格低廉的鋁在許多物品中取代了錫。1986年，康瓦爾和德文的錫礦逐漸停止開採。這個青銅器時代的重要金屬，曾推動工業革命，讓我們得以保存食物，也是現代電子產品中最重要的金屬，如今已沒落。 04交角不整合 「沒有開始可言」：地質時間綿長無垠 18世紀晚期，一般地質學理論尚未問世。障礙之一是當時仍然普遍相信地球創造僅六千年左右。然而，在赫頓發現交角不整合的現象之後，科學家更加瞭解這個過程需要多少時間，並證明了地球歷史極為久遠。 05火成岩脈 「地球的巨大熱機」：岩漿的由來 赫頓相信地球中心是灼熱的熔融狀態，能量來源則是所謂的「地球的大熱機」。依據他的說法，「火山是火爐的通風管。」這些概念都屬於動態地球觀點，該觀點認為地球已相當古老，而且還在不斷地改造及循環。 06煤 可燃岩石引燃工業革命 在石炭紀時，攝食木材的昆蟲尚未出現，因此大量植被不像現在一樣腐化，而是沉入煤沼的酸性汙泥，永久埋在地殼中，成為了現在的煤。 07侏羅紀世界 改變世界的地圖：威廉．史密斯和英國岩石 他發現，若要分辨外觀相似的岩石單位，最好的方法就是化石。這理論稱為生物演續定律，是生物地層學藉由特徵化石推定岩石年代的理論依據。史密斯不需要觀察化石所在位置的岩石，就能由化石判定它所在的地層層序。 08放射性鈾 岩石裡的時鐘：地球的年齡 1830年，絕大多數地質學家都認同地球已經非常古老，但究竟有多古老？要如何為地球的年齡填上適當的數字？這個問題相當困難，但科學家沒有退縮，而是著手嘗試各種巧妙的解決方法。 09球粒隕石 來自太空的信差：太陽系的起源 1969年2月8日，墨西哥奇瓦瓦州的阿倫德鎮上，凌晨1點5分，有個巨大火球出現在西南方，照亮夜空和地面。這塊大小和汽車相仿的隕石，從太空以每秒十六公里的速度冒著火焰，落在地面造成大爆炸。阿倫德隕石是種碳質球粒隕石，比地球上最古老的岩石和礦物早了二億年，讓我們瞭解太陽系創生之初的歷史，還透露了太陽系形成的時間。 10鐵鎳隕石 其他行星的核心 地震學加上重力測定值顯示，地核密度大約是水的十到十二倍，一定是密度很大的金屬處於巨大壓力下才可能如此。此外，地球具有磁場，因此地核一定是導體，表示含有鐵鎳等金屬。拜鐵鑷隕石之賜，我們知道原始太陽系中符合這些性質（密度和導電性）的常見物質只有鐵和鎳，因此唯一合理解釋是，地球的核心也由鐵和鎳構成。 11月球岩石 是綠乳酪還是斜長岩？月球的起源 透過阿波羅任務帶回地球的月球岩石成份，我們發現這成分與早期地球不大類似。月球岩石的成分接近上部地函，這點相當令人震驚。如果月球成分是地函物質，代表它是原始地球分離成鐵鎳核心和矽酸鹽礦物質地函後，從地函分離的一部分。換言之，月球形成的時間比地球冷卻聚合及各層分離晚了許多。 12鋯石 早期的海洋與生物？隱含在一粒砂中的證據 岩石風化成沙粒，在溪流底部的砂中互相碰撞時，鋯石是最耐久的礦物。在風化最厲害的砂子裡，99%的成分是石英，其中也會有一小部分的鋯石。事實上，鋯石已被用來測定砂子或砂岩的風化和風選程度。（最被用來測定各種岩石形成的年代） 13疊層石 微生物公寓：藍綠菌和最古老的生物 生物史上80%以上的時間，地球是個「渣滓行星」，沒有可留下化石的生物，只有形成石柱的微生物層──疊層石。而微生物只有在機緣巧合下才會留下化石。 14條帶狀鐵層 鐵山：地球的早期大氣 要以海水運送和集中大量的鐵，唯一的可能性是藍綠菌釋放出氧氣之後，立即與海水中的鐵離子結合成為氧化鐵，因此氧氣還未進入大氣中就完全被消耗。因此也證明鐵層沉積時，古代海洋與大氣一定是完全無氧狀態。 15濁流岩 太古代沉積物和海底走山 1929年11月18日，紐芬蘭、諾瓦史科提亞和加拿大其他沿海地區於當地時間下午5點02分遭到強震侵襲，即使遠在紐約和蒙特利爾也感受得到這次地震的威力。更可怕的是後來一連串海嘯襲擊沿岸地區，摧毀大多數沿岸聚落。然而令人費解的是，當時北美地區和歐洲間的電話和電報通訊全都中斷。沒有人知道怎麼壞的。電纜損壞之謎就這樣列入檔案，塵封多年。 16陸源混積岩 熱帶冰河和雪地球 現在已知有幾個地方有熱帶冰河，這些冰河都位於高山上。然而，海平面有熱帶冰河似乎很難想像，但哈爾蘭提出的證據又不容否定。如果熱帶地區有冰河，兩極地帶也有，則前寒武紀末期時的整個地球應該都有冰河。 17外來地塊 岩石中的矛盾：遊走的化石和移動的陸塊 二疊紀和三疊紀早期，所有大陸仍是合而為一的盤古大陸時，大西洋並不存在。但三葉蟲有不同的區系存在，代表現今大西洋在寒武紀到泥盆紀間曾經有個前身，後來盤古大陸的所有成員擠在一起時也隨之消失。 18地殼拼圖 韋格納和大陸漂移 1910年聖誕節時，一位三十歲的德國氣象學者阿弗雷德，韋格納興之所至，翻了一下別人送給朋友當成耶誕禮物的世界地圖。他翻了幾頁，發現南美洲和非洲的海岸線非常相似。他的腦子裡好像有個燈泡亮了起來。這兩片大陸中間隔著遼闊的南大西洋，為什麼看起來這麼相像？ 19白堊 白堊紀海道和溫室行星 白堊是柔軟疏鬆的白色石灰岩，白堊的形成原因背後包括一個規模更大的現象：白堊紀晚期的全球溫室化。恐龍時代的後期，氣候相當溫暖，連南北極圈都有恐龍活動。當時大氣二氧化碳濃度高達2000ppm（目前的濃度超過400 ppm，而且還在上升），所以地球上幾乎完全沒有冰雪。 20銥地層 恐龍之死 結果出爐，科學家都非常震驚。黏土層裡銥含量高得破表！他們試圖解釋銥含量為什麼高到這種程度──如果銥大多來自外太空，就表示來源在地球以外。他們提出各種說法，包括彗星和許多可能的解釋。最終認為恐龍滅絕事件與當時隕石撞擊地球有關。 21天然磁石 古代魔術如何啟發板塊構造學說 除了地球磁場隨時間而移動，古代岩石還展現了一個令人驚奇的磁性質：磁方向每隔一段時間會翻轉一次，這磁場翻轉都會被記錄在火成岩與沉積岩當中。 22 藍片岩 隱沒帶之謎 海床中有些區域非常深，這些區域稱為海溝。全世界海洋中有大約五十條海溝，總長達五萬公里，但海溝面積相當小，僅占海底總面積的0.5%。早在1939年，葛利格斯就提出海溝下方有地震隱沒帶的概念，用以證明板塊藉由對流會滑入另一板塊下方。而頂尖地震學家「都贊同環太平洋區域深層地震的焦點似乎都位於以45度朝大陸傾斜的斜面上。這些地震可能源自對流表面上的滑動。」 23轉型斷層 地震來了！聖安地列斯斷層 我們提到「地震」和「斷層」這些詞時，最先想到的就是聖安地列斯斷層，多年以來它因為加州大地震而經常被提及，再加上充滿偽科學的災難電影，它現在已是全球最著名的斷層。可惜的是，大眾對加州地震和聖安地列斯斷層的認識大多是錯誤的。首先，加州不可能沉入海中。 24墨西拿期蒸發岩 地中海曾經是沙漠 在開羅的鑽探中，水壩工程師無意中發現尼羅河谷底下其實是古代的大峽谷，最深處達目前海平面以下二千五百公尺。然而，究竟是什麼原因讓尼羅河下切到距離目前海平面如此之深的地方？後來為什麼又充滿沉積物？ 25冰河漂礫 詩人、教授、政治人物、守門人和發現冰河期 有一件事讓早期歐洲地質學家大惑不解，那就是非常堅硬的基岩表面，經常有很長的平行刮痕和劃痕，有時甚至長達許多公尺。這類劃痕有時相當淺，但通常非常深。究竟是什麼力量在如此堅硬的基岩上刻出這麼多痕跡？更重要的是，是什麼原因使這些刮痕完全互相平行？

10 其他行星的核心 鐵鎳隕石 很小的時候，我父親帶我出門看流星雨。我當時很害怕，因為他半夜把我叫起床。我心跳得好厲害，不知道他要做什麼。他沒有告訴我，只把我放進車裡，然後就出發了。我看到好多人躺在毯子上看著天空。 ──史蒂芬．史匹柏（Steven Spielberg） 引發爭議的隕石坑 在美國亞利桑那州彩繪沙漠中，沿著40號州際公路向西再開二十九公里，或是從弗拉格斯塔夫向東開六十公里，就可到達通往大隕石坑的叉路口。路標上寫它只是個普通景點，但其實不只如此。它是少數不受美國國家公園管理局國土管理局或其他政府機關保護，而屬於私人擁有的奇特自然景觀。這裡原先稱為暗黑峽谷隕石坑，名稱源自位於其西北方約十九公里的廢棄城鎮。另外還有一個舊名稱是庫恩山隕石坑。 早期地質學家堅持它是火山口，例如曾於1892年發表大隕石坑論文的美國地質調查局的葛羅夫．卡爾．吉爾伯特（Grove Karl Gilbert）。這個說法不算不合理，因為這地區有不少火山口，尤其是弗拉格斯塔夫北邊，舊金山峰和落日火山口都是相當新近火山活動的證據。吉爾伯特在地質學界的地位非常崇高。他曾繪製和介紹科羅拉多高原上許多重要地形特徵，並證明大湖曾淹沒鹽湖城和波納維爾鹽灘，還曾前往現場記錄1906年舊金山大地震造成的地質變化。 吉爾伯特鉅細靡遺地研究這個隕石坑，原本認為它是火山口或可能是蒸汽爆裂的遺跡，但他仍然認真考慮隕石撞擊的可能性。吉爾伯特表示，散布在它周圍的隕石只是巧合。他反對撞擊說法的主要證據，是隕石坑中沒有隕石物質。散布在周圍的石塊總體積僅足以填滿隕石坑本身，中央沒有多出的鐵和鎳的質量，也沒有隕石可能埋在坑中深處的磁性特徵。因此大多數地質學家都支持吉爾伯特，認為這個大坑一定是火山口。 然而，也有人不同意地質學家的普遍看法，其中包括礦物學家亞伯特．E.．富特（Albert E. Foote）。在此之前數年，當地鐵路公司建造與40號州際公路平行的鐵路時，鐵路公司主管處給了富特一些樣本，富特立刻發現這些樣本是隕石。他帶領探察隊前往隕石坑，找到了數百個碎片，其中一塊重達六百磅。 這些隕石特殊之處在於其成分大多是鐵和鎳，是非常重要的一種隕石。這些隕石當中有些還含有小小的鑽石，證明它們曾經承受極端的壓力和溫度。富特詳細介紹了這個隕石坑，並把他的發現發表在《美國科學促進協會》期刊。這份期刊至今仍是世界上首屈一指的科學期刊。 礦業工程師及實業家丹尼爾．M.．巴林傑（Daniel M. Barringer）也不認同火山口解釋。1894年，巴林傑在亞利桑那州柯奇斯郡的聯邦銀礦賺到一千五百多萬美元，因此擁有豐富的採礦經驗和充足資金可供投資。他非常確定這個大洞是隕石坑，所以押下所有金錢。他的標準鋼鐵公司於1903年買下隕石坑內及周圍所有土地。這份土地專利由當時的美國總統老羅斯福（Theodore Roosevelt）親自簽署，甚至還授權他在隕石坑邊緣設立郵局，並命名為亞利桑那州隕石坑郵局，為這景點提供服務。巴林傑和他的公司於1903至1905年間研究這個大洞，發現了足以證明它確實是隕石坑的可信證據。從早年開始，隕石坑周圍已發現約三十噸的隕石碎片，因此巴林傑認為，這塊隕石的主體必定在隕石坑底下方。依據採礦經驗，他估計這塊隕石的質量大約有一億噸，以1903年而言價值超過十億美元。 巴林傑和他的公司堅持不輟，在隕石坑底下挖掘了二十七年，深度達到四百一十九公尺，但一直沒有找到明顯的含鐵物質。該公司投下超過六十萬美元進行探測，終於在1929年巴林傑去世後宣告放棄。巴林傑儘管難過又失望，仍一直相信自己沒錯，但他的失敗反而進一步證明大多數地質學家認為這裡是火山口的想法。出乎意料的是，天文學家佛瑞斯特．雷．莫爾頓（Forest Ray Moulton）於1929年進行計算，結果證明隕石應該早已化成蒸汽，巴林傑的努力從一開始就注定徒勞無功。巴林傑去世前顯然已讀過莫爾頓的論文。 直到1950年代，行星物理學開始發展成獨立領域，科學家也瞭解隕石大多會在大氣中燒毀，或是在撞擊地面時汽化，原始物質只有少量會散布在周圍。赫曼．勒羅伊．費爾柴德（Herman Leroy Fairchild）於1930年首先提出這個觀點，此外他很早就指出，撞擊成坑是重要過程。