「沒有地震」的地震學研究揭開臺灣造山運動的謎團刊載《SCIENCE》

臺灣是地質研究的天堂，美麗的山脈是具有特色的地景，但造山運動的成因，卻一直爭論不斷。臺大地質科學系、臺大海洋研究所及中研院地球所組成研究團隊，進行了一項「沒有地震」的地震學研究。研究團隊在實驗中發現，既有的厚皮理論、薄皮理論，都不能解釋臺灣的造山運動。這項研究徹底改變地球科學家的思考方式，唯有結合二者的物理行為特點，才能正確認識臺灣奇妙的造山運動。

山脈的隆升在地質學上稱之為造山運動。從時間上來看，臺灣的造山運動已經在地表下，如火如荼地進行了500萬年。聽起來似乎是太久以前的事，若和喜瑪拉雅山6500萬年的造山歷史相比，臺灣的山脈實如嬰兒般幼小。

從隆起的發生位置來看，全世界的山脈絕大多數發生在板塊聚合之處。值得一提的是，臺灣的山脈升起，則是島弧與大陸碰撞所引發，為小型造山的經典。喜瑪拉雅山則是大陸與大陸碰撞、引起的大型造山的經典。雖然都是經典，但有關過程與機制的爭論從未停過。

追究臺灣山脈隆升的碰撞作用究竟如何發生一事，總計有兩派說法。用地球科學家常用的俗稱來講，就是薄皮理論和厚皮理論。這兩大理論各執證據，互不相讓已有數十年。

薄皮理論主張，在呂宋島弧與歐亞大陸相撞時，島弧與陸板塊下部安然無恙，並不參加上層的變形活動，所以造山只在上層進行。厚皮理論則駁斥這種觀念，認為整個板塊在弧陸碰撞下一起參加擠壓、增厚、隆起而造山。薄皮與厚皮理論之所以各有論點、互不相讓，是因為一直沒有創新的、決定性的證據出現。

沒有地震的地震學研究利用「環境噪音」代替地震波，突破傳統地震學長年來的限制。雖然難度極高，但臺灣的研究團隊以細膩的分析技巧克服困難，發現了新證據，終於能正確詮釋臺灣的造山運動的原因。

研究發現臺灣地殼上下都參加了變形，無一處倖免；此一觀點似乎與厚皮理論較為相近，與薄皮理論則不相符。然而，仔細分析後又發現，臺灣地殼上下層變形的情形並不相同。上層受到的是擠壓變形，下層則是剪切變形。看起來可分析得知，碰撞、擠壓、造山都在上層進行，這樣的結果似又相近於薄皮理論，與厚皮理論則不符合。

這項徹底改變地球科學家思考方式，指出地質研究中，薄皮、厚皮之間的爭議，都出現觀測不足的缺失，其觀點僅能解釋一部分的自然物理現象，不能全面通用，唯有結合二者的物理行為特點，才能正確描述臺灣的造山運動。

由國內團隊在臺灣完成的研究刊載頂尖期刊《SCIENCE》，是因為研究不但解決了臺灣造山運動數十年的科學爭議，也形成新的研究典範，可驅動地質學界重新檢驗地球上其他山脈的形成機制。

另外，研究團隊使用非傳統的「沒有地震」的地震學方式，也將成為其他科學研究的借鏡。思考如何走出傳統的限縮，用創新的技術方法去再探未知的自然世界。

這項研究從發想到完成，參與者全為國內研究人員與學生，是一個不假手國外資源在臺灣完成的研究。更說明經過數十年的努力後，我國科學研究環境的建置已臻妥善，且能自力完成具有影響力的科學成果，並受到國際頂尖學者的關注。

相關資訊請參閱以下網址:
論文：http://www.sciencemag.org/content/349/6249/720.abstract
相關導讀：http://www.sciencemag.org/content/349/6249/687.full