海階如何形成：探索海岸地貌的鬼斧神工與科學奧秘
海岸線，不僅是陸地與海洋的交界，更是地球板塊運動、海平面變遷與海洋侵蝕力共同作用下的動態劇場。在這壯麗的舞台上，一種獨特且富有歷史意義的地形——海階（Marine Terrace）——猶如一道道石砌的階梯，默默訴說著地球數十萬年甚至數百萬年來的滄海桑田。當您漫步於台灣東海岸或某些特定海域時，或許曾對這些層層疊疊的平台感到好奇：究竟「海階如何形成」？它背後隱藏著怎樣的地質奧秘？本文將深入淺出地為您揭開海階形成的複雜機制，帶您一窺這鬼斧神工的自然奇景。
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海階是什麼？初步認識其地質意義
在深入探討「海階如何形成」之前，我們必須先釐清海階的定義。海階，顧名思義，是指在海岸帶上，超出目前海平面之上的、形態平坦或略帶坡度、呈階梯狀分布的古老海蝕平台或海積平台。這些平台通常沿著海岸線延伸，並被陡峭的古海崖或坡地所分隔。每一階海階都代表著過去某個時期海蝕作用或沉積作用的基準面，而其高低落差則記錄了地殼抬升與海平面波動的歷史。
簡而言之，海階是海岸地貌演化的「歷史書」，記載著地球數千年甚至數十萬年間的相對海平面變化。
海階形成的核心機制：雙重作用下的平衡
海階的形成並非單一因素作用的結果，它通常是地殼構造運動（特別是抬升作用）與全球海平面升降變動（特別是冰期與間冰期的循環）這兩大主導力量，以及波浪侵蝕作用共同作用下的產物。我們可以將其簡化為以下兩個缺一不可的核心要素：
1. 海平面波動（Eustatic Sea Level Changes）
- 冰期與間冰期循環： 在地球漫長的歷史中，氣候經歷了無數次的冰期與間冰期。在冰期時，全球氣溫下降，大量的水以冰雪的形式儲存在大陸冰蓋和冰川中，導致全球海平面大幅下降（可達數十至上百公尺）。而在間冰期時，氣溫回暖，冰雪融化，海平面則會上升。
- 海平面基準面： 每一個特定的海平面高度，都形成了一個「基準面」。當海平面穩定在某一高度時，波浪就能夠集中侵蝕該高度的海岸線。
2. 地殼構造抬升（Tectonic Uplift）
- 板塊運動的結果： 地球表面由多個板塊組成，它們在不斷地相對運動。在某些板塊邊界（如聚合性板塊邊界），地殼會受到擠壓而發生抬升。台灣，作為太平洋板塊與菲律賓海板塊碰撞擠壓的產物，正是全球地殼抬升速率最快的地區之一，這也解釋了為何台灣海岸有著發育良好的海階地形。
- 陸地相對上升： 地殼的抬升使得陸地相對海洋上升，即便全球海平面保持不變或略有下降，陸地上的海岸線也會因此「脫離水面」。
海階形成過程詳解：一場地質的接力賽
理解了兩大核心機制後，我們便能更清晰地描繪海階「如何形成」的具體步驟。這是一個持續數萬年甚至數十萬年的緩慢過程，就像一場由波浪、海平面和地殼共同參與的接力賽：
第一階段：海蝕平台與海崖的形成
這是海階形成的起點。當海平面穩定在某一高度時（通常發生在冰期結束後的間冰期，海平面處於相對高位且穩定階段），強勁的波浪會對海岸線進行持續不斷的侵蝕作用。
- 波浪侵蝕： 海浪攜帶的沙石（磨蝕作用）、海浪拍擊產生的巨大壓力（水力作用）以及海水對岩石的化學溶解（溶蝕作用），會不斷地侵蝕海岸基岩。
- 海蝕凹壁與海蝕洞： 在海浪作用下，海岸線最脆弱的部位會被侵蝕形成凹壁，若凹壁持續向內發展，則可能形成海蝕洞。
- 海崖後退與海蝕平台形成： 隨著海蝕凹壁的擴大和上方岩石的崩塌，海崖會逐漸後退，並在海浪作用的基準面上形成一個相對平坦的、略微向海傾斜的岩石平台，這就是海蝕平台（Wave-cut Platform）。這個平台通常位於潮間帶或低潮線附近。
第二階段：地殼抬升或海平面下降——平台脫離水面
這是將「海蝕平台」轉變為「海階」的關鍵一步。
- 地殼抬升： 在地質活躍區，地殼會以每年數毫米甚至數公分的速度緩慢抬升。這種抬升會使得第一階段形成的海蝕平台逐漸高於當前的海平面。
- 海平面下降（冰期來臨）： 或者，在全球氣候進入冰期時，海平面會大幅下降。這也使得原先在海平面附近形成的海蝕平台相對露出水面。
- 成為古海蝕平台： 無論是地殼抬升還是海平面下降，結果都是相同的：原先被海水覆蓋的海蝕平台，現在脫離了海水作用的範圍，成為了高於現今海平面的「古海蝕平台」，也就是我們所看到的海階的雛形。原先的海崖也因此脫離了海水的侵蝕，成為「古海崖」。
第三階段：新一輪海蝕平台與海崖的形成
當地殼持續抬升，或海平面再次穩定在一個較低的新基準面時（例如在冰期結束後，海平面上升到一個新的穩定高度），新一輪的波浪侵蝕作用又會在新的海平面高度上展開。
- 新海蝕平台形成： 海浪再次侵蝕海岸，形成新的海蝕凹壁，並進一步形成一個新的、位於當前海平面附近的海蝕平台。
- 多級海階的形成： 如此循環往復，每當地殼抬升或海平面下降後，舊的海蝕平台被抬升至高處，成為上一個海階；而新的海蝕平台則在當前海平面處形成。這種重複的過程，便形成了我們今天看到的多級階梯狀海階地貌。
重要概念：相對海平面變化
海階的形成，最核心的理念是「相對海平面變化」。這意味著，無論是地殼上升（陸地抬升）還是海平面下降（水面降低），只要陸地相對於海面上升，導致原先的海蝕平台脫離海水作用，就能促成海階的形成。而在地質活躍區，地殼的間歇性、快速抬升作用通常是形成顯著多級海階的主導因素。
影響海階發育的關鍵因素
除了上述兩大主導機制外，還有一些因素會影響海階的發育程度和形態：
1. 地殼抬升速率
抬升速率越快，海階通常越發育，級數越多，且各級海階之間的垂直距離可能越大。例如台灣東部海岸，由於板塊碰撞活躍，抬升速率高，海階發育極為典型和壯觀。
2. 海面變動的幅度與速率
海平面波動的周期和幅度，決定了有多少時間可以讓波浪進行有效的侵蝕，以及每次海平面下降後能暴露多大的面積。
3. 岩石種類與構造
海岸岩石的性質對海蝕平台的形成至關重要。堅硬、抗蝕性強的岩石往往形成更穩定、更寬廣的海蝕平台；而軟弱的岩石則可能導致海蝕作用過於快速，難以形成清晰的海階。岩石的節理、裂隙分佈也會影響侵蝕模式。
4. 波浪能量
波浪的強度和方向直接影響侵蝕效率。能量強大的波浪能夠更快地塑造海蝕平台。
海階的科學意義：地質歷史的見證者
海階不僅是壯麗的自然景觀，更是地質學家研究地球歷史的重要線索：
- 古海面紀錄： 每一級海階都代表著過去某個時期穩定的海平面，為研究古海平面變化提供了直接證據。
- 地殼活動指標： 通過測量海階的高度和年代，科學家可以推斷出該區域的地殼抬升速率，進而了解板塊構造運動的歷史和現狀。
- 氣候變遷證據： 結合海階沉積物中的古生物、古氣候資料，可以推斷出過去的氣候條件和海平面與氣候變化的關係。
台灣的海階地貌：地殼運動的縮影
台灣因位處於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交界處，地殼活動頻繁且抬升速率驚人，成為全球研究海階地貌的熱點地區。在台灣，從北海岸、東北角、花東海岸到墾丁，隨處可見多級發育的海階地形。其中，台東成功、長濱一帶，以及墾丁國家公園的龍坑、風吹沙等地，其壯觀的海階景觀更是大自然鬼斧神工的最佳證明，它們清晰地記錄了台灣島數十萬年來的抬升歷史與海平面的滄海桑田。
結語
海階，這看似平淡無奇的階梯狀地形，實則蘊藏著地球深邃而動態的歷史。它們是地殼抬升、海平面波動與波浪侵蝕三者協同作用的傑作，也是我們理解地球板塊運動、氣候變遷和地貌演化不可或缺的線索。下次當您走訪海岸，看到那層層疊疊的海階時，不妨駐足片刻，感受這片土地歷經千百萬年才得以成形的宏偉與神秘，並讚嘆大自然的無窮力量與其背後複雜而精妙的科學原理。
常見問題（FAQ）
如何分辨海階是侵蝕型還是堆積型？
侵蝕型海階（Erosional Marine Terrace）是由波浪直接侵蝕海岸基岩形成的海蝕平台，其上通常覆蓋一層薄薄的海相沉積物或根本沒有。平台表面往往可見被侵蝕的基岩結構。堆積型海階（Depositional Marine Terrace）則是由海浪或洋流在海岸邊堆積沙、礫石等物質所形成的階地，其組成物質主要是鬆散的沉積物，例如海灘沙丘或礫石灘。區分兩者主要看其主要組成物質和地表形態，侵蝕型通常較平坦且堅硬，而堆積型則較鬆軟且可能有明顯的沙丘或礫石堆積。
為何有些海岸沒有海階？
並非所有海岸都會形成明顯的海階。海階的形成需要地殼有持續且相對穩定的抬升作用，同時伴隨海平面的周期性波動。如果地殼穩定且沒有抬升，或者海平面變化過於劇烈而不利於平台的形成和保存，又或者海岸岩石過於脆弱容易崩塌，都可能導致海階難以形成或保存不完整。此外，缺乏強勁的波浪侵蝕也可能限制海蝕平台的發育。
海階的數量代表什麼？
海階的數量通常代表著該地區在過去的地質時期中，地殼抬升與海平面波動的循環次數。每一級海階都記錄了一次海平面相對於陸地下降或陸地抬升的事件。理論上，級數越多，代表該地區的地質活動越活躍，或者經歷的冰期-間冰期循環次數越多。然而，實際情況可能因侵蝕、沉積或其他地質事件的破壞而使部分海階消失或難以辨識。
如何測量海階的年代？
測量海階年代的常見方法包括：對海階上的海相沉積物（如貝殼）進行放射性碳定年法（Carbon-14 dating）；若有火山灰層，可使用鉀-氬定年法（Potassium-Argon dating）或其他同位素定年法；分析海階上岩石表面的宇宙成因核種（Cosmogenic Nuclide dating）以推斷暴露時間；或者透過地層學對比，將其與已知年代的全球海平面曲線或地質事件進行對應。這些方法有助於科學家重建地殼抬升的速率和海平面變化的歷史。
海階與海蝕平台有何不同？
海蝕平台是指目前仍在海水作用範圍內，位於潮間帶或低潮線附近，由波浪侵蝕作用形成的平坦岩石表面。它是一個正在形成中或活躍的海岸地貌單元。而海階則是過去的海蝕平台，由於地殼抬升或海平面下降，已經脫離了現今海水的侵蝕範圍，高於當前的海平面，形成階梯狀的地形。簡而言之，海蝕平台是當下的侵蝕面，而海階是過去的侵蝕面被抬升保留下來的遺跡。
