國中地科第5章講義

5-1地球上的水

n     地球上的水以三態固態、液態及氣態自然存在。在太陽系中只有地球有大量液態的水。

n     水資源藉由水循環的過程【蒸發、凝結、降水】不斷重新分配與再利用。

n     地球上的水，總量相當龐大但分布不均。
約【97.5％】儲存在海洋，約【1.74％】以冰的形態存在寒冷的地區。

n     人類可用的淡水：地下水【約0.75％】地表水(河川、湖泊)約【0.009％】。

n     海水鹽度以千分比表示。全球海洋的平均鹽度為【千分之35】，意即每1000公克的海水中含有35公克的鹽類。

n     海水中含有許多鹽類。
最多的是氯化鈉【NaCl】--鹹味；次多的是氯化鎂【MgCl₂】--苦味。

n     海水鹽度會因為【降水、蒸發、河水注入海水中的水量】等差異而有變化。
一般而言，在副熱帶地區因為海水蒸發量大於降水量，鹽度較高；
赤道附近海域因為降水量大於海水蒸發量，所以鹽度較低。

n     在雨量充足的地區，湖泊常與河川相連至海洋，就像是天然的水庫，有調節水量與防洪的功能，這樣的湖泊多屬【淡水湖】，例如臺灣的日月潭有濁水溪相連。
乾燥少雨的地區，湖泊常是內陸河流的終點，而由於蒸發作用旺盛，湖水鹽度高而成為【鹹水湖】，例如中東地區的死海鹽度高達千分之350。

n     地下水是指在地下水面以下，【土壤或岩石孔隙中】的水。

n     絕大部分的地下水來自於【降水】，當水分下滲達到某一深度，遇到不透水的地層如【黏土、頁岩】等時，就貯存在地下泥、砂、礫石的孔隙或堅硬岩層的裂縫中，逐漸往上充填形成飽和狀態，其頂部即為地下水面。

n     地下水面是【飽和帶】與【不飽和帶】的界線。
地下水面會隨【地形】而起伏。
地下水面如與地面相交，地下水就可流出地表，形成【泉水】。
通常雨季或多雨時，地下水面會上升；旱季時則下降。
井水水位亦會隨著升降。

n     水分在土壤及岩層中下滲的快慢受【地面坡度、植物被覆、土壤鬆密】等因素的影響。

n     說明右圖三口井的差異。【自流井、一般井、受壓水井】

n     當地表水不敷使用時，往往會增加地下水的超用，乃至地層下陷。另外超抽地下水可能造成的影響有【堤防的防洪功能、下水道的排水功能、濱海地區發生海水倒灌、地下淡水鹹化】等問題。

n     當地下水被抽取的速度超過補充的速度時，將使得地層中的孔隙失去水分而被壓縮，泥、砂顆粒之間被壓得更緊密，導致【地層下陷】。

5-2地貌的改變與平衡

n   改變地形地貌的力量
【內部營力】【地震、火山爆發、板塊運動等】---使地表嶇嶇不平—雄偉
【外部營力】【流水、冰川、風、海浪與洋流】---讓地表更加平坦—遼闊

n   地表常見的地質作用：【風化、侵蝕、搬運、沉積】。
力量由大而小：【侵蝕→搬運→沉積】

n     【風化作用】是指岩石由硬變脆(化學風化)，由大變小(物理風化)的過程。

n     岩石風化後的產物便是【土壤】。

n     風化舉例：
大肚台地紅土：岩石土壤含褐色【氧化鐵】。
高山上或高緯度地區，水在岩石孔隙中反覆結凍（體積膨脹）和融化，使岩石碎裂；台灣3000公尺以上的高山常有岩石崩解碎裂形成的【碎石坡】。
植物的根在岩縫中生長，會使岩石的裂隙增大。
海濱礁岩上的藻類、貝類和海膽等會分泌有機酸，溶解岩石，鑿洞躲藏附著。

n     【侵蝕作用】是指流水或冰川等自然力量，將岩石、沙、泥等剝離或溶解。

n     流水的侵蝕作用---最廣泛深刻；大地的雕刻家。
向源【加長】：上游，因為向下侵蝕劇烈，岩層常被切割呈現出【V】型峽谷。
側向【加寬】：中下游，兩側侵蝕增強，故河道較為寬廣
向下【加深】。

n     【差異侵蝕】：在砂岩與頁岩互層的地層裡，砂岩的岩層較為凸出，而頁岩的岩層則凹陷進去，有明顯的凹凸情形，因此稱為差異侵蝕。

n     冰川侵蝕常挾帶石塊，使冰川的刮磨力量相當驚人。
冰川侵蝕形成【U型谷】，並常在刮磨過的岩石表面留下直線狀的冰蝕刻痕。

n     風的侵蝕
強風挾帶沙粒摩擦岩面，形成侵蝕利器。臺灣冬季東北季風特別強烈，將臺灣北端富貴角海岸堅硬的安山岩磨成特殊外形，稱為【風磨石（風稜石）】。

n     海浪、洋流的侵蝕
波浪拍擊海岸的力道強勁，加上水中挾帶著砂礫，侵蝕作用相當驚人，雕鑿出各種海蝕地形，例如【海蝕崖、海蝕平臺、海蝕洞、海拱、海柱】等海岸地形。

n     【搬運作用】是流水或冰川等自然力量，將風化與侵蝕後產生的碎屑物移到他處的作用。

n     河流搬運物質的方式，有【滾動、懸浮和溶解】三種
滾動的物質是顆粒較大的礫石，長時間滾動磨去稜角，河裡的礫石表面光滑圓潤，通常為【鵝卵石】。
細粒的泥沙可以在水中懸浮，另外一些易溶的物質則溶解在水中。

n     【沉積作用】是流水或冰川等自然力量，因搬運的能力減弱，而將物質堆積在平原、湖泊或海洋等低窪地區的作用。

n     河流沉積作用
河流到達平原、開闊水域或入海時，流速減緩，流水的力量不足以載運泥沙，便將攜帶的泥沙等堆積在陸上或海底，形成【沖積扇、三角洲】等。
沉積物一次又一次的沉積，或連續或間隔一段時間，常形成層狀構造，稱為【層理】。
河流各處的水流速率有所不同，對相同大小的碎屑物而言，若流速太小僅有沉積作用發生；隨著流速增大，逐次進行搬運作用與侵蝕作用。因為流速不同，而將大小、形狀或重量的顆粒分離，稱為【淘選作用】。沉積物顆粒越均勻，則淘選度越好。

n     波浪對海岸的侵蝕作用由沿岸流搬運，沉積在濱海地區，臺灣西部沿海常見的【沙灘、沙洲】，就是常見的沉積現象。

n     冰川的搬運與沉積作用和河流不同，岩屑不論大小，落入冰川之後，都會一起向下移動。等到冰川流到溫暖地區或是冰川融化的時候，這些岩屑就雜亂地堆積，形成大小顆粒混雜（淘選度【差】）的【冰磧石】沉積。

n     【風】沉積物的淘選極佳。

n     風的沉積地形：【撒哈拉沙漠的沙丘、中國北方的黃土高原、臺灣恒春的風吹沙】都是風成的沉積物。

n     侵蝕基準面
【海平面】可視為最終侵蝕基準面。【湖水面或水庫水面】稱為暫時侵蝕基準面。

n     河道平衡：原先凹凸不平的河道逐漸趨於平順，而達到河道的平衡。
河道的平衡受到人為影響、長時間或突發性的自然變化，平衡狀態也會再度改變。

n     在河床上採取沙石，留下挖掘的大坑洞，即會影響河道的平衡。河水會加速侵蝕【上游河床】或【兩岸】的沙石，以填補大坑洞，而達到新的河道平衡。如果採沙石處的上游正好有座橋梁，建在河床上的橋墩常因此裸露，對橋梁危害很大。

n     海岸線平衡
【河流】挾帶泥、沙等沉積物入海，而【海浪和沿岸流】動的海水則進一步搬運泥沙。
如果帶來的泥沙比帶走的多，泥沙將沉積下來，使陸地面積增加，海岸線向外擴大；
反之，如果帶來的比帶走的少，陸地面積將減少，海岸線向內陸退縮；
如果帶來的和帶走的沉積物相當，則海岸線近乎平衡，不進也不退。

5-3岩石與礦物

n     再生資源：供給穩定、數量豐富，不因利用而枯竭。如【陽光、空氣、水、森林、生物和氣候】等。

n     非再生資源：地球演化過程中的不同時期形成的，數量有限，其中有的將會枯竭，如【岩石、礦物、煤、石油、天然氣】。

n     岩石是由一種或數種礦物所組成。
礦物是天然形成的固體，具有規則的原子排列以及特定的化學組成與物理性質。礦物是【純物質】；岩石是【混合物】。

n     依岩石【形成的過程】分為三大類：
【火成岩】是由岩漿或熔岩冷卻固化形成的。
【沉積岩】是由各種自然營力（如河流、冰川、風）搬運而來的沉積物，經壓密、膠結等作用而形成的。是覆蓋在地表上最普遍的岩石。
【變質岩】則是由已有的岩石，在深埋地底的【高溫、高壓】環境下，使得它雖然仍然在固態的情況，岩石的成分及組織構造都發生了變化，生成特殊的礦物以及特殊的變質構造。

n     三類岩石特徵
1.【火成岩】中礦物是彼此緊密鑲嵌的。
2.【沉積岩】多由經琢磨的顆粒聚集而成，顆粒間的空間則由其它膠結物質所充填。沉積岩因每次沉積的物質不同而造成層狀構造【層理】。
【沉積岩】常含有化石。
3.變質岩在只受輕度變質時，或可依稀辨識出原岩的組織；然而受高度變質時，若岩石中有片狀或長形礦物，就會出現平行排列的現象【葉理】。

n     沉積岩形成環境
河流帶來的沉積物最常出現在海底或河口環境。
而在陸地上，氾濫平原與湖泊也是常見的沉積環境。
風成環境中，沙漠則是最容易見到大量沉積物的地方。
海底是最有機會堆積出厚層沉積物的，所以常見的沉積岩大多是形成於海底。

n     沉積岩成岩作用
沉積物經過成岩作用才能固化成沉積岩。主要的成岩作用包括：
1.【壓密】：沉積物重量所形成的壓力，排除了顆粒之間的許多水分及空隙，而將沉積物壓密。
2.【膠結】：在碎屑沉積物的空隙中，被其它物質充填沉澱其中，而將沉積物顆粒膠結起來。常見的膠結物是水中的溶解的碳酸鈣、石英、黏土或氧化鐵等。
3.【再結晶】：在化學或生物作用形成的沉積物中原有礦物顆粒改變其顆粒或形態，甚至生成新礦物，使顆粒之間更為密合。

n     沉積岩分類
依沉積物【形成方式】的不同，將沉積岩分為三種。
1.【碎屑沉積岩】
依據內含【碎屑顆粒的主要大小】，碎屑岩可再分為
【礫岩】（顆粒直徑＞2 mm）、
【砂岩】（顆粒直徑1/16~2 mm）、
粉砂岩（顆粒直徑1/256~1/16mm）
【頁岩】或【泥岩】（顆粒直徑＜1/256 mm）。
2.【生物岩】
生物遺骸的硬殼、骨骼或硬質部分堆積而成。
【煤】與【石灰岩】是常見的生物沉積岩。
3.【化學岩】
由水中溶質經化學沉澱作用而生成的，如經由蒸發結晶而形成的【鹽岩】；有些【石灰岩】也是化學沉積岩。

n     沉積岩形成當時環境
碎屑顆粒的大小與流水和風的搬運作用習習相關，因而顆粒的組成可以辨視沉積環境。
頁岩---是由極細粒的黏土為主組成，往往指示了【海底】或【湖泊】的沉積環境。
砂粒---往往指示了【濱海相】或【陸相】的沉積環境。
礫岩---代表的沉積環境多為【陸相】，甚至還可由礫石被磨圓的程度判斷【其被搬運的距離長短】。
石灰岩---生物遺骸堆積或直接由水中沉澱出碳酸鈣而形成。

n     火成岩分類—依【環境】
火成岩中的礦物顆粒大小代表【岩漿冷卻的快慢】。
岩漿冷卻越慢，生成的礦物顆粒越大。
岩漿冷卻得越快，礦物能成長的時間愈短，所以礦物顆粒也越小。
有的火山岩漿冷卻得實在太快了，連最微小的結晶都來不及生成，那就是非晶質的【火山玻璃】。
【深成岩】-----岩漿在地下冷卻，溫度降得慢，礦物結晶大，用肉眼即可辨認。【火山岩】-----岩漿噴出地表，遇到冷空氣或海水之後快速冷卻，礦物結晶很小，常常需要以顯微鏡才能觀察得出結晶。

n     火成岩分類—依【成份】---由岩漿成分來分類
淺色礦物---石英、長石含量高              例如---【花岡岩】。
深色礦物---角閃石、輝石鐵鎂礦物含量高    例如---【玄武岩】。
SiO2的含量【花岡岩 ＞安山岩 ＞玄武岩】。

n     花岡岩【深成岩】
礦物顆粒很明顯，有無色透明的【石英】、白色或肉紅色的【長石】和黑色或白色的【雲母】。
安山岩【火山岩】
大多是淺灰色，大部分礦物顆粒細小，主要是長石、輝石、角閃石組成，但有些安山岩會含有粗顆粒黑色的角閃石與輝石。
【大屯火山群，陽明山、北海岸、綠島及蘭嶼】。
玄武岩【火山岩】
礦物顆粒則不明顯，少數較明顯的顆粒主要是長石、輝石、橄欖石。
【澎湖】。

n     變質岩
岩石在地底經過高溫、高壓的作用，在未達熔融的情況下，內部礦物的大小、排列和種類等發生改變，這類岩石稱為變質岩。
無論原來是沉積岩、火成岩或變質岩，經由高溫、高壓的作用，皆可形成變質岩。

n     常見的變質岩
1.【大理岩】【太魯閣峽谷】是由石灰岩變質而形成，主要是由方解石（成分CaCO3）組成。
2.【花岡片麻岩】【金門】是由花岡岩變質而成。
3.【板岩與片岩】【中央山脈】則主要由頁岩變質而成。
 【板岩】輕度變質與【片岩】高度變質。
4.蛇紋岩是由橄欖岩變質而形成。

n     礦物學的定義：
a.【天然產出】的【均質固體】，係由單一元素或無機化合物所組成
b.礦物是由【無機作用】所生成
c.礦物都具有固定的【結晶】構造
d.礦物有一定的化學成分和物理性質

n     礦物用途
1.礦物可提煉出具經濟價值的金、銀、銅、鐵、鎳----等元素。
2.鹽岩可作為工業原料或日常飲食調味料；石英、黏土、長石、矽灰石可作為玻璃或陶瓷器原料。

n     寶石類或半寶石類礦物
這類礦物通常具有【美觀】、【硬度大】、【含量稀少】等特性。
常見的有：鑽石、【剛玉】（紅寶石、藍寶石）、黃玉、綠柱石（祖母綠、海藍寶石、亞歷山大石、金綠柱石）、尖晶石、電氣石、石榴子石、橄欖石、硬玉（或輝玉）、軟玉（或閃玉）、鋯石、鋰輝石、紫水晶、瑪瑙、藍玉髓、土耳其玉、孔雀石、菱錳礦、天河石、天青石等

n     簡易辨認礦物的方法---物理性質
礦物有特定的物理性質及化學組成，所以可利用這些特性作為鑑別的依據。
【顏色】礦物在自然光照射下的顏色。
有時一種礦物可能會有不同的顏色
【硬度】礦物的硬度是指礦物抵抗磨損的能力，利用兩塊礦物彼此劃割，受損的一塊硬度較【小】。
【摩氏硬度表】【滑石方，螢磷長，石英黃玉剛金剛】
1..滑石2.石膏3.方解石4.螢石5.磷灰石
6.正長石7.石英8.黃玉9.剛玉10金剛石
摩氏硬度表中，數字的大小僅表明硬度排行而已，並沒有比例上的關係。
例如正長石硬度6，並不表示他是方解石硬度的兩倍，
在鑑定硬度的時候，如果沒有摩氏硬度表，可以用小刀、銅幣等物品粗略估計。指甲 2.5銅幣 3.5-4鋼刀 5.5玻璃 5.5 -6鋼銼 6.5【條痕】礦物粉末的顏色，但與礦物的顏色不一定會相同。
條痕與礦物的顏色不一定相同，有時同一種礦物有不同顏色，但條痕只有一種。例如：赤鐵礦的顏色有黑色、紅色等，條痕一定是磚紅色。
【晶形】晶形是由幾個平滑的晶面圍成的幾何形體，每一種礦物都有一定的晶形，可用來作辨識礦物的依據；不過在自然界中礦物常彼此緊密結合，而不能生長出完美的晶形。
礦物的原子，在自然條件下會排列形成規則形狀的結晶。礦物的結晶就像一個個小積木。這些小積木在不同的環境和條件下，有時可以單獨成長為大型結晶；有時很多小積木結晶會共同組合成完全不同的外形。
【解理】
礦物易裂開的薄弱處。

n     【石英】
白色或無色透明，不可被刀片刻劃（硬度大），遇酸不會冒泡。
地殼中含量第二多的礦物，成分是SiO2。
完整的石英具有六面柱狀的結晶，稱為「水晶」。
石英是製造玻璃的原料，也是製造矽晶圓半導體產品的原料。

n     【方解石】
白色或無色透明，可被刀片刻劃（硬度小），方解石的成分為碳酸鈣，遇酸會產生二氧化碳氣體。
主要組成石灰岩和大理岩。可製成水泥。

n     【長石】
地殼裡含量最多的礦物。
長石經化學風化後常生成黏土礦物，例如高嶺石，是燒製陶瓷的原料。

n     【雲母】
熱和電的良好絕緣體，常作為電器用品中的隔熱或絕緣材料。

n     輝石、角閃石
玉，主要是【輝石類】或【角閃石類】的礦物。

n     金剛石
用於工業研磨、切削和拋光，少部分結晶良好者可作為寶石，也就是鑽石。

n     剛玉
剛玉是氧化鋁的結晶，不同的雜質賦予它不同的色澤，若是紅色，稱為紅寶石；若是藍色則稱為藍寶石。