土木工程與世界文明 第三章 地球的演化與天然災變

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1 土木工程與世界文明 第三章 地球的演化與天然災變
土木工程與世界文明 第三章 地球的演化與天然災變 洪 如 江 臺灣大學名譽教授 東吳大學講座教授 中央大學名譽工學博士

2 3.1 地球演化的簡介 地球之能源：萬有引力的動態平衡；公轉及自轉的動能； 內部質、能轉換所產生的能源；太陽能。 3.1.1 太初之時
約於150至200億年前：宇宙誕生。 約50億年前：太陽系開始形成。 約46至45億年前，地球形成。 地球之能源：萬有引力的動態平衡；公轉及自轉的動能； 內部質、能轉換所產生的能源；太陽能。 約38億年前：太古生命誕生，「單細胞細菌」開始形成於海洋之中，可能與「能階」(energy level)的突昇有關；極可能是某一次雷電所致(約相當於1000個核能電廠能量的突然釋放) 。

3 3.1 地球演化的簡介 3.1.1 太初之時 某些厭氧的太古原始細菌，排泄物為氧氣，長期大量繁殖後，反而被自產毒素所圍困，被逼團結數以千計或萬計的不同種類細菌，在大約20億年前演化成功為「真核單細胞生物」，其體積比原始細菌大幾萬倍。 事關遺傳重任的DNA被嚴密地保護在其細胞核之內，細胞核之外的組織則負責燃燒毒素(氧氣)為生長之用。 以太古原始細菌與真核單細胞生物為基礎，演化出最原始的「真菌」、「動物」、與「植物」。約6億年前，海濱出現海藻、海棉、水母及海蜇等等生物。

4 3.1 地球演化的簡介 3.1.2 地球水分及各種氣體的誕生 今日夏威夷火山爆發的氣體約含： 水－79%、 氫氣－0.6%、 二氧化碳－11.6% 一氧化碳－0.37%、 硫、氮、氯、及氬－微量。 形成海洋的水分，最早來自火山爆發所帶出來的水。今日冰島火山區 間歇泉的成分，大部分是水。 紫外線的光分解作用 （photolysis）使水分解成氫及氧。 太古原始細菌一類的細菌，排泄氧氣。 綠色植物的光合作用釋放大量氧氣。

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6 3.１ 地球演化的簡介

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9 3.1 地球演化的簡介 3.1.４ 板塊運動 5億7千萬年前(古生代開始之初)：地球上的各大陸開始向一點移動。
2億年前，各大陸都已經連接成一超級大陸，德國氣象學家魏吉納(Wegener)於1912年稱之為Pangaea(譯為盤古大陸)。 然後，各大陸逐漸漂移開來，以至今日。 魏吉納(Wegener)首創的「大陸漂移說」(Continental Drift)，在當時 受到各方的反對。 1960年代至1970年代初期，「板塊運動學說」(Plate Tectonics)建立，大陸飄移之事實一再受到證實。 板塊間之運動，除了「飄移」之外，尚有「碰撞」與「剪動」。

10 Published by : U.S. Geological Survey 美國地質調查局

11 Published by : U.S. Geological Survey 美國地質調查局

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13 3.2 亞非大裂谷(The Great Rift Valley)與人類的起源
土耳其東南角 今之約旦河谷 死海（地球表面最低點，目前約-450m） 阿卡巴（Aqabah，近地表） 阿卡巴灣 紅海（Red Sea） 東非大裂谷（南北長約五千公里）

14 Created by NASA, JPL/http://photojournal. jpl. nasa

15 Created by NASA, JPL/http://photojournal. jpl. nasa

16 3.2 亞非大裂谷(The Great Rift Valley)與人類的起源
約2千萬年前，東非隆起一條南北向之山脈(最高峰Kilimanjaro海拔5895ｍ)，長約6千公里，筆者稱之謂「東隆起帶」。 約1千萬年前，原隆起山脈之西又隆起一條南北向之山脈，筆者稱之謂「西隆起帶」，其西邊廣大的非洲大地仍然得到大西洋吹過來的濕潤空氣，森林依然茂盛，環境依然適合古靈長類動物生存下去。 但西隆起帶之東(包括大裂谷)，日漸乾燥，森林逐漸消失，費時大約500萬至600萬年，成為草原和許多湖泊。

17 3.2 亞非大裂谷(The Great Rift Valley)與人類的起源
大裂谷，持續裂開下沉，兩側高山的百川及所夾帶的土壤匯流谷中，形成許多「終點湖」，發展出生物多樣性的環境。 大裂谷的主要部分，氣溫在10-31度；北溫帶尚被厚數百公尺冰層覆蓋。 被封閉在大列古草原的古靈長類動物，不得不直立起來的，眼界更廣更遠，雙手從地面釋放出來，可以使用工具，才能與猛獸鬥爭而生存下去。

18 Wikimedia Commons/Author: NASA, JPL
/ 2016/2/27。本作品為公共財。

19 3.3 「古靈長類動物」到「真人」的演化過程簡介
人類的起源 單源說：源自東非大裂谷。 多源說：世界各地，例如中國，都有可能。 單源說：西方學者在非洲從事長期的田野工作，建立一套有關 「古靈長類動物」→「古猿」→「人猿」→「猿人」→「真人」演化 的推理與推論基礎。 多源說：相關研究起步較晚，尚難被完全否定。許多古文明興盛之地， 位於大河三角洲，即使曾經有更早的人類祖先或人類祖先近親的古人猿類遺骸，也可能被沖到大海或被深埋在地下，而難見天日。

20 3.3 「古靈長類動物」到「真人」的演化過程簡介
古靈長類動物（Primate）： 猴子、猩猩、黑猩猩、與矮黑猩猩(Bonobo，根據DNA分析，其基因與人類 有99.8%(一說98%)相同，為人類之最近親，但非人類之祖先)等等。 在大約5千萬年前，已經生活於非洲的叢林之中，主要靠植物為生。 古猿（Ape）： 還是經常四肢着地的猿。其遺骸中，暱稱為Toumai者，定年約700萬年前， 腦大約350立方公分(現代人可達1350立方公分)；暱稱為Orrorin者，定年約 6百萬年前，身高約150公分，體重約40公斤。 人猿（Man-Like Ape）： 有點人樣的猿。遺骸暱稱為Lucy者，腦大約400立方公分，身高約100公分，體重約20公斤，定年 萬年前。

21 3.3 「古靈長類動物」到「真人」的演化過程簡介
猿人（Ape man）：還有猿樣的人。 尼安德塔人（Neanderthal Man）：定年20-4萬年前。 相當於智人? 在2.5萬年前已經消失。 智人(Homo Sapien)，真人：出現於10萬年前。 詳細資料參考Coppens(2004)、英國BBC的“Ape Man” 史前人類 生存時間（萬年前） 巧人(Homo Habilis) 匠人(Homo Ergaster) 直立人(Homo Erectus 200-20

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23 3.4 天然災變(Natural Hazards)
地球上的生物，包括人類，難免生、老、病、死的輪迴。 人類成為地球上生物的主宰者之後，也難免受到 「氣候變遷(例如溫度劇變、颱風、豪雨、降雪、乾旱、等等) 」、 「洪水」、「地震」、「火山爆發」、「暴潮」、「海嘯」、 「坍方」、「土石流」、「細菌」、「病毒」、「其他動物」、 等等「天然災變」的威脅。

24 3.4 天然災變(Natural Hazards)
這些天然災變，自然現象，未必造成「災害(disasters) 」 (人命傷亡、財產損失、環境破壞)。 只要人類不與這些天然災變交會或接觸，通常不發生災害。 但是，有些災變發生的時間與地點，難以預測； 也有些災變，強度太大，非人類或人造防衛設施所能抵抗，也會發生「不可抗力」的災害。 不可抗力的事件，在基督教社會，常稱作「上帝的意思」(Act of God)；在伊斯蘭教社會，常稱作「阿拉的意思」(Allah means)。

25 3.4 天然災變(Natural Hazards)
地質時間劃分表中，「代」與「代」分界時間點所發生的「大滅絕」事件(Mass extinction)，或「紀」與「紀」分界時間點所能發生的「滅絕」事件(Extinction)，都是「不可抗力」的「巨災」(catastrophe)。 至於所謂的「天災」(natural disasters)，通常指因為天然災變所導致的 災害(natural hazard(s) induced disaster(s))。 但是，大部分的所謂天災，其實是人類活動所引起的，包括： 進入危地（如山崩活躍地區、洪水或土石流必經之地、常發生雪崩之地等） ，過度開發，超限利用，濫墾，濫伐，濫建、濫開道路上山，超抽地下水、 排放溫室氣體、排放污水等等。

26 3.5 人類有史以來重大災害的案例 3.5.1 愛琴海地震海嘯與克里特島「邁諾安古文明」之死
邁諾安文明，在希臘文明之前，興起於愛琴海克里特島。 1500BC或略早，北方的昔拉島（今之聖托里尼）火山爆發，克里特島 北岸遭浪高250m海嘯的侵襲而受重創。 ─ Kerrigan, 2011; 許瓊瑩譯, 2003 約1475BC，地震摧毀首都諾薩斯，希臘半島上的邁錫尼人(Mycenaeans) 乘機入寇，進一步焚燒已經嚴重損傷的神廟及宮殿，「邁諾安文明」於1380BC滅亡。 ─ Mchitosh & Twist, 2011; 余幼珊等譯, 2003 愛琴海及環地中海的許多古文明地區，建築多採「圬工」(砌石、砌磚、 或夯土)建造，易被強烈地震摧毀。

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34 3.5 人類有史以來重大災害的案例 3.5.2 義大利「威蘇威」火山爆發與龐培城的埋沒
西元79年，義大利西岸那波里(Naples)附近的「威蘇威」火山(Mount Vesuvius) 爆發。 當時濱海大城龐培(Pompeii)被埋，約20,000人遇難，僅四分之一的 居民逃生。 不久之後，大雨將「威蘇威」火山山坡上疏鬆的火山灰泥沖進龐培西方海邊小鎮Herculaneum，埋深達18公尺。 西元79年至今，「威蘇威」火山爆發40多次，其中，1631年的那次爆發，18,000人遇難；1906年的爆發，有幾個城鎮被摧毀。

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38 3.5 人類有史以來重大災害的案例 3.5.3 南亞2004年的地震海嘯災難
印尼蘇門答臘西方海域(3.3N/95.8E)發生百年內第四大強烈地震，至2005年 1月27日已知有28多人遇難，數百萬人無家可歸。 主要災難係因地震所引發的海嘯，其在海域之時速可達800公里，在陸地的 時速可達250公里，浪高10公尺以上。 南亞地震海嘯事件中，受災各國，久未經驗重大海嘯之攻擊，缺乏防災整備、測報與預警之能力，難怪反應不及。 日本在海嘯的經驗最為豐富，其防災整備、測報、預警、與反應，已建立 一套相當成熟的制度與標準作業程序。但也多次受到嚴重海嘯災害，可見 人類對海嘯尚未充分了解。

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41 3.5 人類有史以來重大災害的案例 3.5.4 日本2011年(03.11)的地震海嘯災難
2011年3月11日14:46 JST，日本東海岸發生規模(Mw)9.0強烈地震(最大震度IX，尖峰加速度2.99 g)，最大海嘯高度40.5m。 截至2012年9月中，約1萬8千6百人遇難(包括失蹤2千7百多人)， 6千多人受傷。 多部核能電廠爆炸，幅射線外洩。 直接經濟損失超過美元2100億。

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