河流峽谷的誕生與消逝
─臺大地質系團隊研究成果顯示臺灣舉世無雙的地形作用

美國西部的大峽谷是人人耳熟能詳的地質奇景，千百萬年來，科羅拉多河的侵蝕與下切作用造就了這個奇觀，也顯露了其間所隱含的地球歷史。然而，這一類河流峽谷的誕生、演化與消逝過程由於歷經數百，乃至數千萬年，科學家對這些作用的過程所知甚少。臺灣地區由於地處板塊交界，加上位於雨量豐沛的熱帶季風氣候區，各種地形作用極為快速，便成為了解此類地形現象與過程最佳的天然實驗室。

民國八十八年，921集集地震造成了臺灣中部的大安溪河床抬升高達10公尺，隨後河流的侵蝕與下切作用在當地形成了一個深達20公尺的「大安溪大峽谷」。這個現象不但成為了當地著名的觀光景點，更受到了全世界地球科學專家學者的廣泛矚目與探究。臺灣大學地質科學系的Kristen Cook博士從2009年開始，利用各種先進的儀器密集觀察測量大安溪大峽谷的形貌變化，發現這個長1.2公里的峽谷由於受到每年的颱風與洪水沖刷，正以平均每年高達17公尺的速度快速消失中，按照這個速度，大約再經過幾十年整段河床便會回復到集集地震之前的模樣。這個作用不但解釋了為何在集集地震之前，大安溪河床中並沒有出現任何上次地震所遺留下來的痕跡，同時這個每年17公尺的河流侵蝕速率更是舉世無雙，10倍於過去任何曾經觀察與記錄到的數字。

此項驚人的研究成果，由Cook博士與德國地質科學研究中心(German Research Center for Geosciences, GFZ)和瑞士聯邦理工學院(Swiss Federal Research Institute, ETH)的研究團隊，共同發表於2014年8月17日出版的頂尖期刊《自然－地質科學》(Nature Geoscience)，同期中並另有一篇文章特別報導並探討此研究成果。另一方面，英國的BBC News也在隔日8月18日刊登專文報導此研究，該報導中引用了Cook博士的一段話：

「這個地方最酷的就是一切都發生的非常快速，我們可以直接看到這些地形發育的作用，而這些作用是你在其他地方無法利用觀察去重建的。」

Cook博士指出，大安溪卓蘭一帶的河床在921集集地震的時候被抬升了大約10公尺，然而當地在地震之前完全看不出任何過去的地震所留下的痕跡。由於類似集集地震的事件平均大約每三、四百年就會發生一次，這代表所有集集地震造成的地形變化在數百年內便會被河流作用所侵蝕殆盡。

然而這種侵蝕作用是如何進行的呢？Cook博士在五年的期間中，利用高精度的GPS觀測與先進的3D雷射掃描技術，對大安溪大峽谷的地形變化進行了數十次的量測，平均每個月都會到當地進行研究。她的結果顯示過去數年以來，峽谷由於受到水流作用的侵蝕而拓寬，變寬的速度大約是每年1到5公尺。這個速度雖然已經是世界上數一數二快速的河流侵蝕速率，然而卻還不足以在數百年內把整個大安溪大峽谷完全侵蝕殆盡。

相較於峽谷本身的逐漸拓寬，Cook博士發現更重要的侵蝕其實發生在峽谷的入口處。由於從上游流過來的寬廣河水一下子流進了狹窄的峽谷，水流作用對峽谷的入口處因而產生了強烈的侵蝕，過去數年間已經把峽谷的入口向前推進了將近90公尺，也就是說，峽谷的長度已經減少了大約將近十分之一。這種侵蝕作用過去從未被報導過，Cook博士將其命名為「掃盪式侵蝕 (downstream sweep erosion)」，由於臺灣地區特殊的地質構造與氣候背景，這種特殊而極為快速的侵蝕現象才因而顯現。

數十年來，河流系統的侵蝕與下切作用和峽谷地形的發育與演化之間的關係一直是地形學研究中重要的課題。Cook博士認為，或許大安溪的觀察能夠在這個課題上取得重要的突破。以美國西部的大峽谷為例，雖然它的規模比大安溪大峽谷大了上千倍，主要的地形作用也許是非常類似的，只是大安溪快了許多而已。也唯有在臺灣這種得天獨厚的環境，所有過去僅能靠猜想或者推測的作用，都能夠像是電影快轉一樣出現在我們的眼前。

Kristen Cook博士於2008年抵達臺灣大學地質科學系，並加入蘇強(John Suppe) 特聘研究講座教授的研究團隊，2013年轉往德國地質科學研究中心任職，本研究便是Cook博士在臺灣大學期間主要的研究成果之一。此研究是在行政院國家科學委員會（現科技部）與臺灣大學的經費支助下完成，詳細的研究成果請參閱2014年8月17日發表於《自然－地質科學》(Nature Geoscience)期刊(http://www.nature.com/ngeo/index.html)的全文： Kristen L. Cook et al., River gorge eradication by downstream sweep erosion, Nature Geoscience, 2014, Vol. 7, doi:10.1038/ngeo2224。相關的特別報導請參閱：Leonard S. Sklar, Geomorphology: An ephemeral gorge, Nature Geoscience, 2014, Vol. 7, doi:10.1038/ngeo2235。BBC News的報導請參見：http://www.bbc.com/news/science-environment-28810357。 


Kristen Cook博士利用高精度GPS實地測量大安溪大峽谷的地形變化

Kristen Cook博士（左）與兩位臺灣大學地質科學系同學於大安溪大峽谷進行地形測量，圖中可見該峽谷由於數年的侵蝕作用，已經加寬許多