地球科學系(含 海洋環境科技研究所)

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本系設立的宗旨,首在養成學生具備地球科學五大學術領域–地質學、大氣科學、海洋科學、天文學和地球物理–充分之本職學能;本系的教育目標,則首重致力培養有志從事地球科學之專精人才,以培育優秀之地球科學研究人才和實務工作的專業人才為主軸,並以培養優良的中學地球科學師資為輔。特別是在國內各地球科學相關系所中,本系是唯一同時涵蓋五大地球科學研究領域,並擁有師範大學在科學教育專業基礎的高等學術機構,此為本系之特色。若志在從事中等學校地科教學,本系亦可提供地科教學知能和教育專業知識,充分培育健全之地球科學師資。

在課程上,為營造更優質的學習與研究環境,本系已適度調整原以師資培育目標為主的舊有課程架構,整合各地球科學次領域之基礎課程,降低本系必、選修課程之比例,大幅減少各次領域之必修課程學分,以增加學生在各次領域課程選修之自由度及彈性,進而充分落實各次領域之專業進階課程。此外本系並積極鼓勵學生,實際參與實驗、撰寫論文、從事專題計畫研究等,以豐富其研究經驗,訓練學生使其具備獨立研究之精神與能力。經由選修本系提供之更多進階專業課程,進而厚植學生之理論基礎、充實其專業背景,並強化其選定目標次領域之學術養成和專業訓練;連同充足的研究經驗,本系學生的未來發展,將更具時代性與面對挑戰時的競爭力,進一步達到「博而精、廣而深」的終極目標。近來本系更積極增聘優秀外籍專任師資,以全英語教學方式授課,期能增加學生之國際觀與國際競爭力。

本系在碩、博士班研究所的教育上,採一系多所之架構,除地球科學研究所外,還包括海洋環境科技研究所。本系研究所的研究重點與發展方向,首在地球科學各領域之深耕與研究發展,並加強各次領域間之跨學門合作,以進一步提升本系之學術研究及國際化,並為本系學生的訓練和學習,提供全面全方位的考量,以訓練學生從容面對多變的世界,因應未來的挑戰。

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    全新世早期遺址貽貝殼體穩定同位素紀錄所反映之馬祖亮島地區古環境
    (2024) 林楷和; Lin, Kai-He
    本研究分析了馬祖亮島11件島尾遺址 Ⅰ (距今約8300 ~ 7400年前)與12件島尾遺址 Ⅱ (距今約7600 ~ 7400年前)遺址貽貝殼體的碳氧同位素成分,馬祖南竿地區的17個不同月份現生貽貝樣本和97個馬祖南竿與北竿地區海水樣品的穩定同位素成分,以重建馬祖地區全新世早期的古環境。  南竿地區水樣品的平均氫、氧同位素數值分別為-2.9 ± 2.6 ‰和-0.8 ± 0.4 ‰(平均值 ± 1σ;N = 49;V-SMOW);北竿地區水樣品的平均氫、氧同位素數值分別為-2.7 ± 2.5 ‰和-0.8 ± 0.4 ‰(N = 48)。根據觀察到的同位素數值和鹽度紀錄,南竿、北竿水體的氧同位素值呈現季節性波動,並與淡水與海水混合的比例變化有關。  現生貽貝殼體的平均碳同位素數值,分別為-0.5 ± 0.4 ‰(N = 473;未水煮過)和-2.1 ± 0.6 ‰(N=31;水煮過);平均氧同位素數值,分別為-1.9 ± 0.5 ‰(V-PDB;未水煮過)和-2.0 ± 0.7 ‰(水煮過)。受到沸水烹煮過後現生貽貝殼體的碳同位素數值比未煮沸貽貝殼體的碳同位素數值低,但沸水烹煮對現生貽貝殼體的氧同位素成分無顯著的影響。而現生貽貝左殼平均碳同位素數值為-0.4 ± 0.4 ‰(N=29),平均氧同位素數值平均值為-1.8 ± 0.4 ‰;現生貽貝右殼平均碳同位素數值為-0.5 ± 0. 3‰(N=29),平均氧同位素數值為-1.7 ± 0.5 ‰,貽貝左、右兩瓣殼體在碳、氧同位素組成上無顯著的差異。  馬祖亮島島尾遺址 Ⅰ 貽貝殼體的平均碳、氧同位素數值,分別為0.5 ± 0.5 ‰和-1.2 ± 0.6 ‰(N = 531);島尾遺址 Ⅱ 遺址貽貝殼體的平均碳、氧同位素數值分別為0.7 ± 0.4 ‰和-1.6 ± 0.6 ‰(N = 394)。馬祖亮島島尾遺址 Ⅰ 與 Ⅱ 之遺址貽貝殼體的平均氧同位素數值有0.4 ‰的差異,扣除掉冰川效應所造成水體氧同位素0.2 ‰的影響,反映亮島於約8300 ~ 7400年前之間與約7600 ~ 7400年前之間的海水溫度可能低約1 ~ 2℃及/或當時的淡水混合量較少。  亮島島尾遺址貽貝殼體的平均碳同位素數值,比現生未煮沸貽貝殼體的平均碳同位素數值大約1%,反映出8300 ~ 7400年前馬祖地區水體的基礎生產力較高。馬祖亮島島尾遺址 Ⅰ 貽貝殼體的平均氧同位素數值,比現生貽貝殼體的平均氧同位素數值大約0.7 ‰,扣除掉冰川效應的影響,顯示當時的海水溫度可能比現在低約2 ~ 3℃及/或當時的淡水混合量較少;馬祖亮島島尾遺址 Ⅱ 貽貝殼體的平均氧同位素數值,比現生貽貝殼體的平均氧同位素數值大約0.3 ‰,扣除掉冰川效應的影響,顯示當時的海水溫度可能比現在低約0 ~ 1℃及/或當時的淡水混合量較少。現生和遺址標本單一殼體都可觀察到氧同位素數值的季節性波動,根據亮島島尾遺址 Ⅰ 最完整的6個與遺址 Ⅱ 最完整的7個貽貝標本,亮島島尾遺址 Ⅰ 採收季節分別為春夏(N = 3)、夏秋(N = 1)和冬季(N = 2);亮島島尾遺址 Ⅱ 採收季節分別為春夏(N = 3)、夏秋(N = 2)和冬季(N = 2),採收季節分布大致平均。
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    台灣南部現生牡蠣殼體與水體之穩定同位素記錄及其應用
    (2020) 張世安; Shih-An Chang
    本研究自2017年10月至2019年8月間,採集養殖於台南市七股地區現生牡蠣以及其所生長的水體標本,共採集101個殼體及208個水體標本,分析其穩定同位素成分,以了解現生牡蠣殼體同位素組成與其生活水文環境間之關係。 本研究結果顯示養殖場水體氫同位數值主要介於-74.03‰ ~ 8.17‰間(平均值-2.59 ± 14.46‰,1σ;N=182;V-SMOW);氧同位數值主要介於-9.77‰ ~ 0.76‰之間(平均值-0.58 ± 1.90‰;V-SMOW),曾文溪近出海口水體氫同位數值主要介於-82.01‰ ~ -1.73‰間(平均值-19.27 ± 19.68‰,1σ;N=26;V-SMOW);氧同位數值主要介於-11.37‰ ~ -0.29‰之間(平均值-3.13 ± 2.90‰;V-SMOW)。養殖場與曾文溪近出海口水體氫、氧同位素有顯著的線性關係,與嘉南天水線之關係相似,可反映出淡水與海水混合環境的特性。養殖場水體氧同位素數值與雨量及鹽度數值亦呈現顯著負相關性,可反映出台灣西南部降水/蒸發之氣候特性。 現生牡蠣殼體記錄的氧同位素數值介於-6.72‰~ 0.92‰之間(平均值為-3.38 ± 0.96‰,N=1091;V-PDB),碳同位素數值介於-4.67‰~0.92‰之間(平均值為 -1.67 ± 0.68‰;V-PDB)。而牡蠣殼體氧同位素數值與海溫及水體氧同位素記錄分別呈現負及正相關性的振盪變化。將海溫與水體氧同位素數據代入氧同位素溫度方程式計算出殼體氧同位素理論平衡值,牡蠣殼體氧同位素數值隨著生長週期的曲線變化與理論平衡值曲線大致符合。在牡犡殼體生長時間的不確定因素下,殼體氧同位素實際數值與理論數值約有67%相符,其他不一致的原因可能為雨季及冬季停止生長之生機效應所影響,因此在春、秋兩季溫度推算較為精確。 本研究分析6個南科園區西拉雅文化之大道公遺址考古挖掘出土牡蠣,嘗試探討當時採集牡蠣的季節,及降雨強度與現今的差異。考古遺址牡蠣記錄的氧同位素數值介於-9.45‰~ -1.00‰之間(平均值-4.33 ± 1.50‰,N=86;1σ)。考古遺址殼體氧同位素記錄亦呈現如現生牡蠣殼體之季節性變化,春、夏、冬季皆有採收,考古遺址殼體與現今殼體比較,當時之夏季氧同位素較現今小1.08‰,冬季則小0.49‰。顯示600~500B.P.時期可能處於較現今溫暖及潮濕的氣候形態。
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    以錐蜷殼體之穩定碳氧同位素及元素成分探討古環境—以斯里蘭卡Bolgoda湖泊為例
    (2019) 張承瑞; Zhang, Chen-Rui
    本研究分析斯里蘭卡Bolgoda湖泊現生及湖泊岩芯(長度410 cm;取樣深度9 cm-253.5 cm)中的霰石質軟體動物殼體,進行穩定碳氧同位素以及微量元素成分分析來探討斯里蘭卡地區近2400年以來的環境特徵。 現生標本氧同位素數值介於-6.6‰和-1.7‰ 之間,(平均值為-3.2 ± 0.9‰,N=74;1σ;V-PDB)。岩芯中標本氧同位素數值介於-6.9‰和-1.8‰ 之間,(平均值為-4.0 ± 1.1‰,N=352;1σ;V-PDB)。將推算後的水體氧同位素數值與可倫坡測站30年平均氣溫資料帶入同位素溫度方程式計算出標本一年間的氧同位素理論平衡值,部分標本氧同位素記錄與理論平衡值呈現相似的季節性震盪變化,標本氧同位素數值約可呈現6個月至2年之季節性震盪記錄。 現生標本及岩芯標本的元素分析結果顯示Al/Ca、Fe/Ca、Mn/Ca比值均接近於偵測極限(0.3 mmol/mol),進一步顯示本研究標本的保存度良好,未受成岩作用影響。Bolgoda湖泊水體混和均勻,水體鹽度大致介於2 ppt~ 20 ppt之間,湖水鹽度受到海水及天水影響,理論上水體(殼體)氧同位素數值可以反映淡水注入比例。若殼體Na/Ca 比值的變化主要受到鹽度的影響,標本氧同位素數值較大或較小值時伴隨著較高或低的Na/Ca 比值,進一步反映了乾季及雨季降雨量的差異。 季節性震盪中,現生標本及岩芯標本,於乾季之氧同位素數值多在-2‰左右;而雨季時現生標本約為-4‰;岩芯標本則約為-6‰。假設斯里蘭卡地區近3000年來溫度變化小,因此忽略溫度變化對標本氧同位素數值之影響,則現生標本及岩芯中標本相比可反映2340-190 (cal yr BP)斯里蘭卡西南部雨季降雨較現今強,亦表示較強烈的印度洋西南季風時期;而乾季降雨的降雨量變化不大。
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    四千年前北越Đầu Rằm遺址貝類殼體 穩定碳氧同位素所反映之環境意義
    (2012) 黃映琁; Ying-hsuan Huang
    本研究分析並比較下龍灣現生及Đầu Rằm考古遺址之貝類殼體同位素組成,以了解四千年前北越之古環境變遷。 現生殼體之氧同位素數據皆可反映年際之循環變化,其極大值可對應至冬季低溫,極小值可對應至夏季高溫。將此生長模式應用於遺址殼體以判斷其死亡季節,推測居住於Đầu Rằm遺址之人類可能主要於春夏之交採集血蚶,於夏季與冬季採集珠螺、瘤珠螺、草蓆鐘螺。 比較遺址與現生殼體數值顯示遺址螺類殼體氧同位素極小值之平均較現生螺類殼體大0.36‰,極大值之平均則二者無顯著差異;遺址血蚶殼體氧同位素極大值之平均較現生血蚶殼體大1.31‰,極小值之平均則二者無顯著差異。結果顯示四千年前之夏季海溫約較現今低1.5°C,且冬季之淡水影響與現今截然不同。
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    以腕足動物化石殼體穩定碳氧同位素紀錄探究西澳洲二疊紀古環境
    (2012) 王金安; Chin-An Wang
    本研究分析了112個採自西澳洲Carnarvon盆地與Canning盆地二疊紀腕足動物殼體,來重建二疊紀中緯度地區的古環境。殼體均沿著喙部至腹部切割製成薄片,並以岩石薄片顯微鏡觀察其微細構造的保存狀況,同時也觀察薄片在陰極射線的照射下是否有因成岩作用而產生的發光現象,檢查殼體保存狀況。本研究共有249筆數據取自保存良好,不發光(non-luminescent; NL)的部份可供古環境之重建。 保存良好之平均碳同位素分布在由老到輕的地層分別為Callytharra Fm. (CF:4.4±0.5‰, N=28),Jimba Jimba Calcarenite (JJM:4.5±0.8‰, N=4),Coyrie/Madeline Fm. (C&MF:4.7±0.8‰, N=10),Quinnanie Shale/Cundlego Fm. (Qsh:4.9±0.6‰, N=5),Wandagee Fm. (WF:4.2±0.7‰, N=9);Noonkanbah Fm. (NF:5.1±1.1‰, N=6),Lightjack Fm. (LF:5.4±0.2‰, N=2),Hardman Fm. (HF:4.8±0.3‰, N=3),與同時期低緯度的盤古東邊副熱帶地區烏拉爾山的數值較為接近,碳同位素趨勢相當,較不同於美國大陸的數值,低於東澳洲的數值,顯示盤古大陸東邊副熱帶地區與古特提斯海地區有著相似的海水循環條件。 氧同位素數值根據地層排列依序為Callytharra Fm. (-0.1±0.5‰, N=28),Jimba Jimba Calcarenite (-0.1±0.5, N=4),Coyrie/Madeline Fm. (-0.2±0.4‰, N=10),Quinnanie Shale/Cundlego Fm. (-0.1±0.4‰, N=5),Wandagee Fm. (-0.5±0.7‰, N=9);Noonkanbah Fm. (0.1±0.5‰, N=6),Lightjack Fm. (-0.6±0.9‰, N=2),Hardman Fm. (-0.0±0.3‰, N=3)。西澳洲腕足動物殼體的氧同位素數值均大於同時期低緯度及東澳洲的紀錄,顯示西澳洲於二疊紀時期的蒸發效應較為強烈。
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    由微孔珊瑚骨骼穩定碳氧同位素組成與鍶/鈣比分析探討 台灣西北部全新世中期之古氣候
    (2012) 吳昭緯; Chou-Wei Wu
    本研究挑選台灣西北部桃園海岸珊瑚礁岩芯(TY-05),選取其中微孔珊瑚(Porites)生長較為連續之區段進行穩定碳氧同位素及Sr/Ca比值成分分析,並且同時分析本地區海水的氧同位素組成,以重建中全新世時期台灣西北部沿海地區之古環境。 珊瑚標本首先進行X射線繞射分析,以確認其組成為霰石且無受成岩作用影響;再進行X射線放射照相以確定主要生長軸方向;之後沿此生長軸以電鑽微取樣,以進行鈾釷定年、鍶鈣比值以及穩定碳氧同位素分析。 根據鈾釷定年結果,本研究所選取珊瑚之初始生長年代為5,845±55 yr BP;其氧同位素數值則顯示18年的週期震盪,其中第4-7年生長速率緩慢(平均3.2mm/yr);因為生長緩慢的珊瑚骨骼之鍶/鈣比值與碳氧同位素組成,可能會受到動態分異效應變化的影響,而無法反映真實的環境訊號,因此分析數值須扣除此段生長速率過慢的部分。鍶/鈣比值的平均最高值和最低值分別為9.66 mmol/mol和8.59 mmol/mol (N=11),且在第7年的夏季之後有數值明顯變大的現象。氧同位素數值最高值與平均最低值平均分別為-3.64‰和-5.15‰,而碳同位素數值最高值平均與最低值平均分別為-0.26‰和-2.82‰ (N=13)。 根據Porites珊瑚之Sr/Ca-SST轉換公式可得到5848 yr BP時平均冬夏季溫度分別為20.4°C與28.3°C。將所得溫度代入Abe at al.(1998)之18O-SST轉換公式,便可推得該時期之冬夏季平均水體氧同位素分別為0.15‰與0.10‰。其夏季海溫與現今實測值差異不大,冬季則較現今為高,冬夏溫差較現今為小,冬夏季平均海水氧同位素亦較現今為高。顯示在全新世中期台灣西北部沿海地區與整個東亞沿海地區相同,較現今為溫暖且蒸發作用較強。 第7年夏季開始SST與d18Osw同時發生變化,SST冬夏季均提高3°C,而18Osw冬季前6年約變化量為+0.08‰,夏季變化量為+0.46‰。其原因應為該時期夏季季風強度較強,造成黑潮支流入侵台灣海峽與傳輸量增加,將鹽度較高的黑潮水向北傳送而影響到此研究地區所造成。 將碳同位素對比於氧同位素週期與日照量週期,可發現碳同位素的極大值主要發生於春季,可能是受日照強度與共生藻營養鹽濃度變化的共同影響所致。另外可觀察到碳同位素極小值隨著時間逐漸變高,此現象為冬季變暖而使珊瑚共生藻較為活躍,使共生藻光合作用變強所造成。
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    台灣恆春半島現生與考古遺址芋螺殼體穩定碳氧同位素所反映之環境記錄
    (2010) 顏鳳儀; Fong-Yi Yen
    本研究分析2008年於恆春半島大光里之潮間帶採集海水標本及現生芋螺標本3枚,墾丁考古遺址標本2枚、鵝鑾鼻第二遺址標本1枚及龜山遺址標本1枚之碳氧同位素組成,探討芋螺遺骸標本所反映之古環境之意義。 現生標本δ18O 數值介於-3.26~-0.72‰ (平均-1.99±0.50‰;1σ,N = 447)、δ13C數值介於-0.14~2.35‰(1.18±0.52‰)之間。其氧同位素值分別呈現6年至9年半之季節性振盪。大光里地區水體氧同位素六個月份平均數值(-0.06±0.23‰),將現生殼體及水體之氧同位素數值代入氧同位素溫度方程式估算,夏季殼體之氧同位素溫度平均大約為30.6°C,比中央氣象局鵝鑾鼻測站之夏季溫度(28.4°C)略高2°C左右。可能與夏季雨量較多有關。殼體氧同位素之冬季溫度約為24.1°C,與測站冬季均溫(24.2°C)極為相近。但在冬季時,殼體有時可能生長中斷,而無法記錄到較冷的環境。 墾丁遺址(~4000B.P.)之δ18O數值介於-2.70~-0.62‰之間(-1.51±0.04‰,N = 371);δ13C數值介於0.53~2.79‰之間(2.00±0.04‰)。鵝鑾鼻第二遺址(~3250B.P.)δ18O數值介於-2.36~-0.51‰之間(-1.60±0.44‰,N = 188)之間;δ13C數值介於0.68~2.96‰之間(2.11±0.31‰)。龜山遺址(~1500B.P.)δ18O數值介於-3.21~-0.72‰之間(-2.22±0.55‰,N = 178);δ13C數值介於1.63~2.87‰之間(2.36±0.30‰)。氧同位素數值分別呈現出3年以上之季節性變化,而碳同位素與現生標本趨勢呈一致性,隨著個體成長,生長速率漸趨緩慢而逐漸變小。 由於4000年來全球冰川體積變化不大,本研究以-0.06‰為當時海水氧同位素數值代入計算,估算當時的氧同位素溫度。在4000年前,年均溫約為26°C,冬季均溫為23.6°C;3250年前年均溫為26.4°C,冬季均溫為23.3°C; 1500年前年均溫為29.1°C,冬季均溫為26.1°C。就大趨勢而言,顯示大約4000年前與3250年前較現今略為寒冷,而1500年前則比現今溫暖。
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    中國保山地區晚古生代腕足動物化石穩定碳氧同位素成分及其古環境意義
    (2005) 葉昭松; Jhao-song Ye
    中國大陸雲南省保山地塊在晚古生代時位於南半球溫帶地區,本研究採集此地區晚古生代地層中的腕足動物化石,期藉由分析保存良好的腕足化石殼體碳氧同位素成分以重建此地區的古海洋環境。本研究共分析27個早石炭紀及43個二疊紀腕足標本,將所有標本灌膠固定後,自喙部往前端依最長殼長方向切開製成薄片,以透射光及陰極射線顯微鏡分別觀察腕足殼體微細構造及發光分佈情形;另外也挑選7個早石炭紀的腕足標本以電子微探針分析殼體的元素含量(包括Si、Al、Fe、Mn、Na、S、Sr、Mg、Ca等)以進一步確認標本保存狀態。 我們根據陰極射線下不發光且殼體Si、Al、Fe、Mn等元素含量低於偵測極限(0.3 mmol/mol Ca)的標準辨別出未受成岩作用影響而保存良好的早石炭紀腕足殼體,其Na、S、Sr、Mg的含量則分別為0.1~10.8、0.2~15.0、0.1~1.9、0.6~8.2 mmol/mol Ca(N=17),與前人分析古生代或現生腕足的殼體數值範圍大致相符。保存良好的早石炭紀Tournaisian腕足殼體δ18O及δ13C平均值分別為-1.8 ± 0.7‰、3.3 ± 0.4‰(1σ,N = 35);而Visean的δ18O及δ13C平均值則分別為-1.8 ± 1.1‰、2.7 ± 0.6‰(1σ,N = 12)。由於早石炭紀地球應處於兩極無大規模冰川發育的環境,故假設全球海水氧同位素數值約-1.0‰,配合保山地區氧同位素記錄換算南緯30度附近冬季海水溫度約為15~17℃左右;與前人研究赤道地區δ18O紀錄比較也呈現約2~8℃的溫差,反映出保山地區於晚古生代位於南半球較高緯度的低溫特性。 保山地區二疊紀的腕足化石殼體則普遍保存較不理想,故僅討論較不受成岩作用影響的碳同位素紀錄,早二疊紀Sakmarine的δ13C平均值為3.5 ± 0.4‰(1σ,N = 6);二疊紀中期Wordian為4.9 ± 0.7‰(1σ,N = 18)。保山地區晚古生代腕足殼體的碳同位素數值範圍與其他地區的數值大致符合,且有相似的變化趨勢。同時保山地區早二疊紀腕足δ13C值較早石炭紀Visean時期重約1‰,亦可反映出如前人推測之石炭紀中期全球有機碳大量埋藏的事件。