教师手册一地形营力.docx
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教师手册一地形营力
课程架构
地形营力
编撰逻辑
108课纲的地形单元,第一个条目为地形营力。
因而,本章为地形单元的第一个篇章,因此由形塑地表型貌的内、外营力开始叙写。
第一节的内营力,是由大空间尺度的板块边界类型介绍起始,再带入内营力作用对地形的影响,及火山作用形成的地貌特征。
本节将火山作用书写于内营力部分,内容以营力为主,再带入所形成的火山地貌特征。
不如同以前的编排,将火山地形单独列在后面的章节,避免过去在教学时,会出现先讲完内营力的作用,到了后面的章节的火山地形,又再重复讲述类似的内容,免除学生在学习时,出现前后重复的疑惑。
今日所见的地貌成因,除了内营力之外,风化、崩坏、侵蚀、搬运与堆积作用,也是不断地改变地表的形态。
在第二节的外营力,以介绍造成地貌侵蚀、搬运、堆积的风化与崩坏作用为开始,再衔接后面两个章节的地形单元。
在本章两个学习检查站中,一个是配合钞票、地图,另一个是等高线,分别进行地形辨识活动的学习。
并设计图表判读,可以做为小范围的单元学习成效的初步检视。
章首图与章节安排的关系
照片为日本富 士山。
可以引导学生,认识地形的第一步,须从整体的宏观空间尺度来探究。
由富士山的照片观察,不难发现圆锥形的山体,可以由此带入第一节内营力的火山作用;也可以根据内文叙述,探究火山活动与人类的生活关系。
章首图与学习检查站的连结
章首图搭配p161的学习检查站1,章首图提到日本有许多圆锥状的火山,搭配第一节所学的内营力──板块运动,引导学生第一题:
了解火山分布与板块交界的关系;第二题:
由外观判断出富士山为猛烈式喷发的火山,在第一节学习之后,能说出猛烈式喷发的火山有哪些特征。
章首图说明
富士山为何是日本的象征?
富士山作为世界文化遗产的价值,在于富士山以其神圣而庄严的景观为基础,发展成为“信仰的对象”和“艺术的源泉”。
富士山海拔1,500公尺以上的区域为文化资产范围,是富士山价值最重要的区域。
因为这区域与著名绘画作品所描绘的富士山范围重合,同时也位于信仰上的神圣境界──“马返(下马步行登山的地点)”以上。
此区同时包括被认为由浅间大神坐镇的八合目以上,以及目前发行的一千日圆纸币的富士山景观。
富士山之所以号称日本第一,乃其为日本最高峰(3,776m),且左右对称的均衡外型优美动人,自古以来便成为画师描绘的对象,且全国多处均冠有“富士”之名,象征其在日本人心中的份量。
若欲拍摄富士山全景,建议选择晴空万里的早晨,当太阳攀升至富士山顶,呈现出光芒万丈的钻石富士,更是摄影家们万众瞩目的美景之一。
热对流作用
板块运动由地球内部的热力产生,热力像热流般由地球下地函向上升,当到达上地函时,热流向外扩散,再向下降回下地函。
这个热对流过程,带动板块移动。
地球内部构造
地球的组成由地表向下,可分为三部分:
地壳、地函、地核。
地壳为表面覆盖的薄层岩石;地函可分为两个部分,位在上部为融熔的岩石,下部则为坚硬的固态岩石;地核也是俗称的地心,也分为液态与固态,如下图(剖面图仅为示意,非真实比例)。
板块运动学说
板块运动学说(Platemovementtheory)是20世纪自然科学发展的重大成就。
这个学说主张由于软流圈地函的对流作用,导致上方板块不但会运动,就好像是烧杯内加热的液体对流,使得液体表面上的塑胶片移动。
学说并提出板块的运动模式遵守一定的法则,也就是板块的新物质在中洋脊(mid-oceanridge)生成,然后向外扩张直到与另一板块相遇后,较重的一方就向下而返回地函。
这整个运动过程相当于一个巨大的循环运输系统。
板块的扩张与隐没作用伴随了岩浆的活动,也就造就了火山的产生。
此外,由于板块是相当坚硬的岩石,因此相互碰撞时必然会产生极大的应力,也就会发生地震。
图7-3 聚合板块边界、分离板块边界及转形板块边界
聚合板块边界
两板块相遇碰撞,较重的没入较轻的板块之下,使老的岩石圈回到地函中,此处称为隐没带(Subductionzone)。
聚合板块边界有三种形式:
(甲)海洋地壳与大陆地壳、(乙)海洋地壳与海洋地壳、(丙)大陆地壳与大陆地壳
分离板块边界
两板块相互分离,而岩浆从边界喷出,此处正断层和地堑发达
转形板块边界
常发生在中洋脊的破裂带中,使中洋脊沿着断层发生错动
岩浆成分
岩浆主要包含了硅酸盐熔体及其他岩块,这些岩块可能是源区中未能熔化的高温耐火残余或从岩浆库周遭掳获或岩浆本身早期的结晶;有时它也包含了一些水汽、硫化物、氧化物和气体。
岩浆喷出地表而形成喷出火成岩,是为火山岩或称喷出岩。
地质学上常利用岩石中二氧化硅(SiO2)的含量,将火山岩加以分类,分为流纹岩(SiO2的重量百分比大于66%)、安山岩(SiO2的量介于52%~66%之间)及玄武岩(SiO2的量介于52%~45%,含量在45%以下者为超基性岩)。
照片7-1 夏威夷火山熔岩流
玄武岩岩浆的黏度低,气体容易逸散,喷发性温和,一般活动周期短,熔岩流多形成熔岩台地或盾状火山,如夏威夷及冰岛的火山。
照片7-2 夏威夷拉奈岛
拉奈岛是夏威夷群岛中,可以上岸观光的火山岛之一,岛上人口约3000人。
图7-4 侵入岩示意图
▌想一想:
由半穹丘地形的特色判断,该岩石的性质是硬岩或软岩呢?
侵入岩是岩浆在地面以下,长时间缓慢冷却凝结形成,因凝结时间长,会慢慢形成颗粒较大的矿物,属于硬岩。
照片7-3 印尼龙目岛林贾尼火山
龙目岛是小巽他群岛中的一个岛屿,林贾尼火山海拔3,726米,为全岛最高峰。
2018年发生规模6.9地震,造成死伤千人以上。
印尼的火山
印尼的地理位置介于欧亚板块与印澳板块的隐没带之间,属于环太平洋火山带一部分,因而出现火山作用旺盛,也曾发生过多次大规模火山喷发事件,例如位于苏门答腊的多巴湖,就是一座超级火山,推测在距今74,000年前曾发生
过一次大规模喷发,大量的火山喷发雾笼罩在地球表面,随后造成全球经历6年的寒冷冬天。
目前最活耀的火山位于爪哇岛,尤其是麦拉匹火山曾造成数千人丧生,甚至在1995年,被国际火山学与地球内部化学协会列入重要的火山观察对象之一。
照片7-4 印尼爪哇麦拉匹火山喷发
麦拉匹火山位于印尼爪 哇岛,自从1548年起,已经喷发68次,是印尼活动性最旺盛的火山。
照片7-5 西非维德角福戈火山附近的葡萄园
福戈火山海拔高度2,829公尺,是该国最高峰,最近一次火山爆发发生在1995年。
照片7-6 阳明山国家公园的喷气孔与硫磺
阳明山国家公园的范围,以大屯火山群为中心,其龙凤谷、硫磺谷,旧名“大磺嘴”,为1697年(清康 熙36年)郁永河采硫磺的遗址。
火山喷出物
火山喷出物分为固态、液态与气态。
固态以火山碎屑物为主,液态为岩浆与水,气态则为含多种成分之蒸气。
火山活动造成的火山灰,会随着喷发过程向外四散,根据岩浆本来的特性,所产生的火山灰可提供多样的矿物质,象是橄榄石、辉石、角闪石、长石等富含铁、镁、钾的矿物。
因此,大多有火山喷发物堆积的地区,土壤都较为肥沃。
金属矿与非金属矿
矿石中有用物质成分的含量比率为品位,是衡量矿石质量的主要指标。
大多数金属矿石,以其中所含金属元素或氧化物质量百分比(wt%)表示;非金属矿石以其中的矿物或化合物的质量百分比来表示;而贵金属则以公克∕公吨(g∕t)为单位来表示。
各种矿床的开发可提供不同的矿产,目前世界上已知地壳中含有超过1,000种矿产,依其性质和工业用途,可分为金属矿产、非金属矿产和能源矿产。
提取某种金属元素的矿产称为金属矿产,最主要的有金、银、铜、铁、铅、锌、钨等。
非金属矿产为地壳中可以直接利用的非金属矿物集合体,例如蛇纹岩、石灰岩、白云岩、石膏、萤石和耐火粘土等。
能源矿产为动植物残骸等有机质,经由不同地质年代的地质作用转变及集中后而成的矿产,以煤、石油和天然气最为重要。
形成矿床的地质作用及成因,可分为下列主要型式:
岩浆富集作用(Magmaconcentration)、接触变质作用(Contactmetasomatism)、热液作用(Hydrothermalprocesses)、沈积作用(Sedimentation)、细菌作用(Bacterialprocesses)、海底喷气及火山作用(SubmarineexhalativeandVolcanicprocesses)、蒸发作用(Evaporation)、残留和机械富集作用(ResidualandMechanicalconcentration)、氧化和表生富集作用(OxidationandSupergenenrichment)、变质作用(Metamorphism)、升华作用(Sublimation)等。
设计重点:
结合章首页与第一节内营力的作用力、火山地形特色。
参考答案:
1.日本位于板块交界带、且日本有许多外形像锥状的火山,因而到处都有以富士为名的火山。
【解析】周围有欧亚、菲律宾海、太平洋、北美板块。
2.外型为圆锥状,可判断猛烈式喷发的火山,其余如下表:
喷发方式
猛烈式喷发
□宁静式喷发
岩浆
□黏滞度低
黏滞度高
熔岩
易在通道堆高
□常覆盖大片土地
气体
不易散逸
□容易散逸
【解析】因为中性偏酸性的岩浆黏滞度高,在喷发过程中,容易在通道堆高,而且因岩浆的黏滞度高,气体不容易逸散,所以岩浆中的气体累积后,就会造成猛烈的爆发
照片7-8 热胀冷缩的鳞剥
岩石在白天阳光照射下,表面增温快,且因岩石本身导热不易,热量向内部传递缓慢,于是造成内冷外热,因表层膨胀,产生与表面平行的裂纹;夜晚表面迅速降温,体积收缩,而内部仍保留余温,处于膨胀状态,表层受张力作用,形成与表面垂直的裂纹。
长期裂纹日益增加、变大,岩石表面便会产生层层剥落现象,称为鳞剥。
图7-6 南极洲彼得曼岛因冻融作用而碎裂的岩石
彼德曼岛位于南极洲(65°10'S),岛上花岗岩表层,有许多因冻融作用而碎裂的裂隙。
照片7-9 印度喜马拉雅山碎石堆
山坡有时会被冻融崩裂的碎石块所覆盖,呈现一片碎石坡,又称石海(RockSea)。
化学风化
化学风化作用又称分解作用(Decomposition),影响化学风化主要的因素是氧及水分。
常见以下几种方式:
氧化作用
岩石和矿物与氧接触后,发生化学反应。
尤其是二价铁(黄铁矿)最易氧化成三价铁(褐铁矿)
溶解作用
常见矿物的溶解度由大到小顺序如下:
岩盐、石膏、方解石、橄榄石、辉石、角闪石、滑石、蛇纹石、绿帘石、正长石、黑云母、白云母、石英。
当岩石中易溶解的矿物愈多,愈容易发生化学风化
碳酸化作用
空气中的二氧化碳和水化合成为碳酸,再分解成氢和次碳酸根离子,这两个离子对分解矿物作用极强。
例如:
石灰岩地区
生物风化
生长在岩石裂隙中的植物,随着植物生长,根系长大,对裂隙产生挤压,使裂隙扩大,这种作用称根劈作用(Rootwedging)。
生物的化学作用,通过生物新陈代谢,及死亡后遗体腐烂分解的有机酸及CO2,一面酸化土壤,一方面风化岩石。
照片7-10 新北市南雅奇岩上的风化纹
当矿物化学成分改变,颜色也由铜黄色变为褐黄色,硬度比重都变小。
由于硫酸是很强的氧化剂,对岩石腐蚀性极强,可使岩石中的某些矿物分解形成洞穴和斑点,使岩石破碎。
照片7-11 柬埔寨塔普伦寺
塔普伦寺为柬埔寨吴 哥古迹的一座古寺庙建筑,为闍耶跋摩七世为纪念其母兴建,神殿内则是供奉“智慧女神”。
发现时就已经受到木棉树盘据,多处墙壁倒塌。
块体崩坏
在块体崩坏的分类上,不同的学者有不同的分类方法。
但仍可以简略的根据块体运动(massmovement)型态,大致分为下列几种类型:
(一)滑动(Slide)
岩屑、岩块或出露的岩层沿着滑动面的运动,往往沿着层面节理或断层面发生,以含水多而倾斜的岩层中最易发生。
(二)坠落(Fall)
常发生在陡峭的山坡上,由风化侵蚀作用所造成的岩屑、岩块等,常会因重力失去平衡而沿着山坡或山崖向下作快速的移动或崩落。
崩落后,在边坡下方造成崖锥(Talus)地形,崖锥的碎石堆,砾块大都是具有尖锐稜角的外形,而大小颗粒混杂在一起,淘选度差。
(三)倾覆(Topple)
节理面上的岩块,向下坡方向倾斜,然后发生滚落。
(四)流动(Flow)
土、沙、石与水分混合后,形成黏稠体的一种运动现象。
泥流与泥石流的发生是水、泥与石屑的混合形成,水中因泥量的增加而形成一种密度很大的重流,因而可以搬运极大的石块,造成很大的灾害。
土流一般则是指表土的崩流现象。
(五)潜移(Creep)
地表岩屑或土壤沿着坡度在重力作用下作连续而缓慢的向下流动。
因为进行迟缓,有时只能根据地面的表征贝如插在表层中倾斜的电杆和树木等,才可以间接推断这个运动的存在。
弧形地滑 平面型地滑 块体地滑
坠落 倾覆 土石流
岩屑崩滑 泥流 潜移
照片7-12 南投县信义乡丹大溪堰塞湖
丹大溪为浊水溪支流,流域主要分布于南投县信 义乡,上游崩塌地多,溪水混浊,为浊水溪浊水的来源之一。
设计重点:
结合地图判读与土石流的地形特征,让学生能学习绘制出土石流的沟谷位置,并能从图表资料判读,造成土石流发生的原因与短时间内的大量降水有关。
参考答案:
1.如右图、西南。
【解析】土石流容易发生在沟谷之中,因此在等高线图中,先找出等高线V字形指向上游处的尖端后,再进行连线。
2.57%。
【解析】坡度(%)=
×100%
根据题目寻找A、B之间的最短距离
,图中一个网格实际距离1,000公尺,
图上为4公分,A、B之间的图上长度
为4.5公分,在比例尺换算后,得到:
=
;X=112500cm=1,125m
一条粗的等高线间距为50m,之间有13条,50m×13=650m(
之间高度差)
坡度=
×100%,
×100%=57%
3.警报期间累积雨量。
【解析】土石流是泥、砂、砾及巨石等物质与水之混合物,受重力作用所产生之流动体,水与固态物质间因充分混合之结果。
当受到一段期间降雨的影响后,土中的含水量越来越多。
4.依各学校所在地的实际情况作答。
预先发给学生架构图或是以板书的方式书写,进行教学,并引导学生在对应的地方,绘制下列的三张简图。
猛烈式喷发的火山外型
宁静式喷发外型──可以举澎湖玄武岩柱构成的熔岩台地
气候对风化的影响
参考答案:
猛烈式喷发的火山外型
宁静式喷发外型-可以举澎湖玄武岩柱构成的熔岩台地
气候对风化的影响
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