台灣的泥火山──咕嚕作響的特殊地景
文/何立德
現為國立高雄師範大學地理學系副教授
你曾在自然地景中聽過哪些聲音呢？波浪沖刷礫灘，礫石滾動相互碰撞，隆隆作響。急湍衝擊河中巨石，發出陣陣嘩啦。寂靜的洞穴中，從洞頂墜落的水滴，響起滴滴回聲。但是從泥漿中發出「咕嚕～～咕嚕～～咕嚕～～」或「啵！啵！啵！」奇怪的聲響，是哪種自然地景發出的聲音啊？
這種咕嚕作響的特殊地景，地形學家稱它為「泥火山」。想要一探泥火山的究竟，你得到高雄的田寮、燕巢與深水，屏東的萬丹，或台東的電光、羅山等地走一趟。在出發前，攤開臺灣的地質圖，你會發現這些地方有一個共同之處，就是它們大多座落在地底下有泥岩層分布的斷層褶皺地帶。
〈烏山頂泥火山噴泥口〉，莊文星攝。圖片提供者：國立自然科學博物館。網站名稱：國立自然科學博物館。
〈烏山頂錐狀泥火山〉，莊文星攝。圖片提供者：國立自然科學博物館。網站名稱：數位典藏與數位學習成果入口網。
〈烏山頂泥火山空照圖〉，莊文星攝。圖片提供者：國立自然科學博物館。網站名稱：數位典藏與數位學習成果入口網。
泥岩是一種由顆粒直徑小於0.0039 mm的深海沈積物組成的岩石。這麼細緻的深海沈積物是從哪裡來的呢？地質學家發現，深海沉積物有些是來自於陸地，透過河流、風吹、冰河等自然作用搬運而來的。有些是單細胞的海洋浮游動植物，如矽質或鈣質的有孔蟲與藻類，死亡後殼體沈到海底而成的。有些是海水中離子沈澱而成的物質。有些甚至是來自於外太空，受地心引力吸引而墜落入海的隕石與灰塵。
這些細小的深海沉積物，經過長時間的累積與擠壓，會因為溫度與壓力的上升而逐漸膠結與變硬，形成缺乏明顯層理的泥岩。深海沉積物在成岩的過程中會逐漸產生氣體，包括由微生物分解與熱分解作用而成碳氫化合物（絕大部分是甲烷）、氮氣與二氧化碳，以及黏土礦物受擠壓脫水而產生的水分。緩慢增加的氣體與水分，使得封閉的沉積岩層像是一座不斷增壓的壓力鍋，只要有一點點裂隙，裡面的物質就會隨著裂縫向外衝出。
〈泥岩〉。圖片提供者：國立臺灣博物館。網站名稱：數位典藏與數位學習成果入口網。
在菲律賓海板塊不斷朝歐亞大陸板塊推擠的情況下，位於歐亞大陸斜坡上的深海沉積物與沉積岩層開始增厚，有些露出海面成為陸地，其他的則留在海面下形成海底山谷。陸地與山谷被一道又一道的斷層切過，這些斷層裂隙成了超高壓泥岩層的出口，岩層中的泥、水、氣順著裂隙一股腦的往上衝出地表。若是衝出的地方在海底，會形成泥貫入體與海底泥火山，造成海底地表的隆起。當衝出的地點是陸地，則形成了咕嚕作響的泥火山地景。
我們先從泥貫入體與海底泥火山說起。過去地質學家一直不明瞭:「為什麼在台灣南部地區的泥岩層中，偶爾會有珊瑚礁岩體覆蓋其上，而且是接觸整合的關係?」看不出這句話的端倪是嗎？我略作說明。泥岩的前身是深海沉積物，它是在幽暗無光的深海環境中堆積而成，鬆軟易動。造礁珊瑚必須要在淺海的環境生長，如此一來與珊瑚蟲共生的藻類才能有足夠的陽光行光合作用，為珊瑚蟲提供氧氣。同時，海底最好是堅硬的底質，才能讓珊瑚蟲附著其上，免得被海流沖走。
〈珊瑚礁石灰岩〉。圖片提供者：國立臺灣博物館。網站名稱：數位典藏與數位學習成果入口網。
看出奇怪的地方了嗎？發育在淺海環境的珊瑚礁怎麼會好端端的在深海沉積物上形成? 你或許會說:「有可能是珊瑚礁岩體從淺海崩落到深海的環境中！」如果真的是這樣的話，地質學家應該會發現岩體崩落到泥中所產生的不整合現象。但是根據野外的觀察，地質學家發現珊瑚礁是連續發育在泥岩上頭。
這個過去發生在海裡的問題，還是得回到海裡去尋找解答。
海洋地質學家乘著研究船，透過聲納掃描台灣西南部海域時，發現海底不是我們想像中的平坦，有著隆起的海底山丘與峽谷。海底峽谷大多是在距今約一萬八千年前的末次冰期，因為海水面下降造成沿海河流切割大陸棚所成的。當冰期結束後，上升的海水逐漸淹沒峽谷。有學者認為，海底山丘可能是泥貫入體沿著斷層裂隙向上抬升而成的，而這些斷層大多延伸到陸地上。但也有學者認為是冰河時期河谷劇烈侵蝕，造成超高壓泥岩層頂部的壓力小於內部的壓力，使得泥岩層往上推擠而產生泥貫入的現象。
在這些數百公尺高的海底山丘頂上，常可見到大小不一的海底泥火山，持續地噴發甲烷與其他氣體，高達數十公尺。從地底下噴出的甲烷氣體與海水中的硫酸鹽產生反應，形成了碳酸氫根離子，並與海水中的鈣、鎂離子結合，逐漸在海底泥火山表面形成碳酸鹽類物質的沉澱，膠結了鬆軟的海洋沉積物。
〈冷泉碳酸鹽岩（俗稱龜甲石）之結核或稱結瘤團塊〉。圖片提供者：國立自然科學博物館。網站名稱：數位典藏與數位學習成果入口網。
看到這裡，答案已經呼之欲出了。原來是板塊擠壓的力量與泥貫入作用，快速抬升了海底的地表，使得水深變淺，光線逐漸增亮。加上泥火山的噴氣作用使得海底沉積物的表面膠結變硬，為造礁珊瑚提供了適當的附著環境。於是珊瑚礁開始在深海泥岩上累積，形成現在我們在陸地上看到的隆起珊瑚礁石灰岩。由於這些珊瑚礁石灰岩比周遭的泥岩要來得堅硬，在地表風化與侵蝕作用的影響下，逐漸凸出平原，形成柴山、龜山、半屏山、大小岡山等孤立的山丘。
沿著斷層裂隙、隨著甲烷氣體噴發在陸地上的泥漿，會因為含水量多寡不同而產生不同的黏稠度，進而形成各式各樣的泥火山。古亭坑背斜區、旗山斷層區、高屏海岸平原區與海岸山脈西南段活動區，是台灣四大泥火山分布區。含水量低、黏滯性高的泥漿，會慢慢堆高形成外型如錐狀火山的噴泥錐。隨著含水量增加，泥漿黏滯性降低，泥火山逐漸形成較緩的噴泥盾，甚至是平坦的噴泥池、噴泥盆與噴泥洞。在黏滯性較高的泥漿中，甲烷會形成較大的氣泡，產生頻率較低的「咕嚕～～咕嚕～～咕嚕～～」聲響。相反的，在黏滯性較低的泥漿裡，甲烷則不易形成大氣泡，反倒是產生小氣泡，發出「啵！啵！啵！」頻率較快的爆破聲響。
每個泥漿氣泡的破裂，都代表著甲烷與二氧化碳等溫室效應氣體，正透過泥火山一點一滴的排入大氣之中。根據地質學家的估計，全球泥火山每年約排放8.45～16.9百萬公噸的甲烷至大氣中，佔大氣年收入總量的2.5%。臺灣陸地上的泥火山每年直接排放980～2,010公噸的甲烷與230～315公噸的二氧化碳至大氣中，而海底的泥火山每年雖然約有196～317噸的甲烷，由深海沉積層深處移到淺處，但是大部分的甲烷會在淺處地區被生物活動所消耗掉，不至於逸散到海水或是大氣中。
看完上面的介紹，下次來南部遊玩，看到泥岩、泥火山與海岸平原上的隆起珊瑚礁石灰岩時，你就明白這三者會在同一個區域出現，絕非偶然，彼此之間有著密切的關係。
