大學學科能力測驗 地球科學・高一 地科

地球的歷史與地質作用

岩石循環、地層判讀、地質年代與臺灣地質

內容概述

三大類岩石:火成岩(岩漿冷卻,深成岩如花崗岩結晶粗、噴出岩如玄武岩結晶細)、沉積岩(沉積物壓密膠結,具層理、可含化石,如砂岩、頁岩、石灰岩)、變質岩(高溫高壓改造,如大理岩由石灰岩變質、板岩由頁岩變質)。岩石循環:三類岩石可經熔融、風化侵蝕沉積、變質作用相互轉換。地層判讀原則:疊置定律(未經擾動時下老上新)、截切關係(截切者較新)、化石對比。相對地質年代由化石與地層關係決定;絕對年代由放射性同位素定年(如碳-14 適用於數萬年內)。地質年代由老至新:前寒武紀→古生代→中生代(恐龍與菊石繁盛,末期滅絕)→新生代(哺乳類興起)。臺灣多沉積岩與變質岩:西部平原與丘陵以沉積岩為主,中央山脈東翼為變質岩區,大屯火山群與澎湖則有火成岩。

學習重點

  1. 1火成岩看結晶:深成岩(花崗岩)冷卻慢結晶粗;噴出岩(玄武岩)冷卻快結晶細
  2. 2沉積岩兩大特徵:層理與化石;石灰岩遇鹽酸起泡(主成分碳酸鈣)
  3. 3變質對應:石灰岩→大理岩、頁岩→板岩、砂岩→石英岩、花崗岩→片麻岩
  4. 4疊置定律:未擾動地層下老上新;截切定律:切割別人的(斷層、岩脈)比被切割的新
  5. 5標準化石須「演化快、分布廣」:三葉蟲(古生代)、菊石與恐龍(中生代)
  6. 6地質年代口訣:前寒武紀(最長)→古生代→中生代→新生代(現今)

大學學科能力測驗出題趨勢:學測重點:三大岩類的成因與實例配對、由地層剖面圖排定事件先後(沉積→褶皺→斷層→岩脈侵入→侵蝕)、標準化石對應年代、臺灣各地質區的岩性。常見陷阱:大理岩是變質岩不是沉積岩;地層倒轉時疊置定律失效,需以其他證據(如粒級層理)判斷。

108 課綱對應

進階探究・深度解析

地層剖面解謎是地質學的推理遊戲:一張剖面圖中,水平地層甲之上覆蓋地層乙,兩者皆被斷層 f 錯開,其後岩脈 d 貫穿一切、最上方為侵蝕面與新地層丙。事件順序即:甲沉積→乙沉積→斷層 f→岩脈 d 侵入→侵蝕→丙沉積。學測地科最愛此類『依證據重建歷史』的素養題,關鍵工具就是疊置與截切兩定律。

化石是地球歷史的書籤:在喜馬拉雅山高處發現菊石(海洋生物)化石,證明該處曾是海洋、後經板塊碰撞隆起——化石不僅定年代,還能重建古環境(珊瑚化石指示溫暖淺海、煤層指示古沼澤森林)。臺灣西部丘陵常見貝類化石,訴說數百萬年前這裡仍在海面之下。

放射性定年的原理:放射性同位素以固定半衰期衰變,測量母元素與子元素的比例即可回推年齡。碳-14 半衰期約 5730 年,適用於數萬年內的考古材料(木炭、骨骼);更古老的岩石需用鈾-鉛(半衰期數億年)等方法。定年對象也有講究:定的是礦物結晶(火成岩)的時間,沉積岩通常只能靠上下火成岩層夾定年代範圍。

章節試題(4 題・附詳解)

1.基礎某岩石標本具有明顯的層理構造,並含有貝類化石。此岩石最可能屬於哪一類?

測驗重點:三大岩類辨識

  1. (A) 火成岩
  2. (B) 沉積岩
  3. (C) 變質岩
  4. (D) 深成岩
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正確答案:(B) 沉積岩

層理與化石是沉積岩的兩大特徵:沉積物一層層堆疊形成層理,生物遺體被掩埋後可保存為化石,故選(B)。火成岩由岩漿冷卻而成、變質岩經高溫高壓改造,兩者的環境都會破壞生物遺體,一般不含化石。

2.中等花崗岩的礦物結晶顆粒粗大,玄武岩的結晶細小。造成此差異的主要原因為何?

測驗重點:火成岩結晶粗細

  1. (A) 花崗岩形成於地表,冷卻快
  2. (B) 玄武岩在地下深處緩慢冷卻
  3. (C) 花崗岩在地下深處緩慢冷卻,結晶有充分時間成長
  4. (D) 兩者的差異與冷卻速度無關
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正確答案:(C) 花崗岩在地下深處緩慢冷卻,結晶有充分時間成長

岩漿冷卻愈慢,礦物結晶有愈充分的時間成長。花崗岩是深成岩,在地下深處緩慢冷卻故結晶粗大;玄武岩是噴出岩,岩漿流出地表快速冷卻,結晶來不及長大故細小,故選(C)。『結晶粗細反映冷卻快慢』是判斷火成岩產狀的關鍵。

3.中等某地層剖面由下而上依序為地層甲、乙、丙,且有一岩脈丁貫穿甲、乙、丙三層。假設地層未曾倒轉,四者形成的先後順序為何?

測驗重點:地層先後判讀

  1. (A) 丁→甲→乙→丙
  2. (B) 甲→乙→丙→丁
  3. (C) 丙→乙→甲→丁
  4. (D) 甲→丁→乙→丙
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正確答案:(B) 甲→乙→丙→丁

依疊置定律,未倒轉的地層下老上新:甲最老、其次乙、再丙;依截切定律,岩脈丁貫穿三層,必定在三層都形成之後才侵入,最年輕。故順序為甲→乙→丙→丁,選(B)。疊置+截切兩定律是地質年代推理題的標準工具。

4.進階在某地層中發現三葉蟲化石,在其上方的另一地層中發現菊石化石。關於這兩個地層的年代,下列推論何者正確?

測驗重點:標準化石與年代

  1. (A) 含三葉蟲的地層屬古生代,含菊石的地層屬中生代,符合下老上新
  2. (B) 三葉蟲屬中生代,此地層排列發生倒轉
  3. (C) 菊石屬新生代,是哺乳類的代表化石
  4. (D) 兩種化石屬同一年代,無法比較
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正確答案:(A) 含三葉蟲的地層屬古生代,含菊石的地層屬中生代,符合下老上新

三葉蟲是古生代的標準化石、菊石是中生代的標準化石(與恐龍同期,皆於中生代末滅絕)。古生代早於中生代,含三葉蟲的地層在下、含菊石的在上,正符合疊置定律的下老上新,故選(A)。標準化石須具備『演化快速、分布廣泛』的條件,才能精確指示地層年代。