大屯火山群地形考察紀–崇岡湧沸泉 丹山草欲燃

 
2018/07/16 楊貴三 | 彰化師範大學地理學系(已退休)
葉志杰 | 臺灣人地學工作室     395

現存有關大屯火山群的紀錄,最早當屬清康熙36年(1697年)郁永河的《裨海紀遊》。書中敘及,在凱達格蘭族北投社人帶領下,他登山親歷了礦區、噴氣孔,並留下非常生動的文字描述。讚嘆與驚悚齊生之餘,他寫下了五言律詩來詠歎:

 

造化鍾奇構,崇岡湧沸泉;
怒雷翻地軸,毒霧撼崖巔;
碧澗松長槁,丹山草欲燃;
蓬瀛遙在望,煮石迓神仙。

 

郁永河前來採硫時,台灣剛入大清版圖,台北一帶仍屬蠻荒迷境。他曾說「游不險不奇、趣不惡不快」,姑不論他是為了硫磺的經濟利益,還是擁有過人的膽識,前來蒐訪奇險,硬闖荒蕪,實是一名勇者。但對於現今大台北地區的居民來說,只要能見度不太差,都可從各個角度見到群山,大屯火山已非當年般地神祕了。

 

我們了解到,文學、美學建構了令人嚮往的祕境,但科學卻無情地揭穿了它的面紗。

 

台北有活火山嗎

 

台北都會區位居台北盆地,大屯火山群屏障了溼冷的東北季風,讓這地區的生活環境舒適,且提供了多樣的遊憩資源。但因其傘翼下庇護了台灣近三分之一的人口,對它須有更積極而正確的認識。

 

大屯火山群噴發的構造條件,可能與台灣北部板塊碰撞的造山崩解張裂作用有關。因為地殼的張裂,才提供了地下岩漿噴出地表的通道。至於其生命周期,學界認為噴發始於280萬年前,持續了近30萬年。沉寂好長一段時間後,約80萬年前再度噴發,經二、三十萬年達到頂峰,又於20萬年前停止。

 

經查閱歷史文獻,大屯火山群並沒有噴發紀錄,因此過去一直認為它是死火山。但台灣有史不過三、四百年,相較於地球的演進不過一瞬,無記載並不代表未曾噴發,以此下結論的基礎頗為薄弱。

 

近年的地質證據卻讓人訝然。先是在台北盆地深井鑽探的資料中,研究人員發現了在盆地西北角有許多新的火山岩塊和岩層,推測應是2萬年前台北盆地沉積時曾經噴發過。後來,又在紗帽山下的乾涸古湖中,先後挖到約11,600~19,500年前與5,500年前的火山灰。這些證據非常關鍵,把大屯火山群的噴發時間推進到相當年輕的1萬年內,這個條件滿足了活火山的定義。

 

大油坑底下有岩漿庫

 

頑石雖無語,但可以採集科學證據為大地呈現的奧祕尋求合理的解釋。有時更需要解決現實的威脅,像是大屯火山群是否會再噴發?

若論科學證據,這些年在大屯火山群的氦同位素、地震等監測資料都有新發現。先說氦同位素,其噴氣與溫泉氣中所含的氦同位素成分呈現系統性的變化,60%以上是由源於深部地函源的氣體所組成。在大油坑底下甚至超過80%,再往西南的北投地熱谷、東北方的萬里大埔溫泉,比率逐漸降低至50~60%。也就是說,地底下有岩漿庫的可能性非常大,而最可能的位置就在大油坑。

 

再依地震監測數據,七星山及大油坑附近底下確實有異常的地震發生,推測可能是岩漿活動引發的微震。這顯示淺部地殼中有地熱源的存在,可能就是岩漿庫。

 

大屯火山群還會噴發嗎

 

有了前述證據,大家最憂心的是大屯火山群會不會噴發?若噴發,波及程度又是如何?

 

為了釋疑,民國99年政府召開了國內火山專家學者的諮詢會議。依照國際火山學會對於活火山的定義,凡是1萬年內有噴發紀錄或地下有岩漿庫,只要符合其中一項條件就屬於活火山。看來,大屯火山群兩個條件都具備了。

 

但考量自民國93年起,中央地質調查所的基礎調查與監測結果顯示,這地區雖有密集的微震,但推論應是地下熱水流動所致。其次,火山氣體成分及地溫都維持穩定。甚者,並未發現有地殼隆起,也未聞動物大規模驚動或遷徙的現象。在審酌這幾個觀察結果後,學者們都認為大屯火山群目前應是處於休眠狀態,暫無立即噴發的危險。因此把大屯火山群歸類為「休眠活火山」(dormant active volcano),意指短期內不會噴發,但因火山地區的地殼內部仍有岩漿活動,未來不排除會噴發。

 

所謂「不排除會噴發」的噴發可能性有多大?這得有更縝密的監測證據才能確定。於是,在國科會(現今科技部)主導下,把中央研究院、中央氣象局、中央地質調查所及國內各大學所建立的各項觀測資料,整合於陽明山國家公園的菁山自然中心。民國100年更設置了大屯火山觀測站,進行長期的整合性研究與觀測。

 

郁永河筆下的台北後山

 

若暫時撇開活火山的威脅,大屯火山群其實是一個非常特殊的觀光地景。從台北市區北望,迆邐著呈錐狀與鐘狀的山峰,熔岩階地的山麓如仙女舞裙般地往外延伸。近至山中窪地,裊裊白煙、嘶嘶作響的噴氣孔,彷如世外桃源,還有那隱密林中但聞水聲的瀑布。

 

這是台北後山,是郁永河筆下的丹山、毒霧、碧澗、怒雷、沸泉,他從感官建構了大屯火山群的美學。如今,循著他的文字去踏查前得先解決一個疑問,即歷史追溯式的地形考察可不可能?我們認為是可能的,因為拿三百餘年來丈量大屯火山群的變異,以大自然的時間尺度觀之,其變化是極細微的。若再剔除人造的屋舍棚架、橋梁道路,風貌大抵應與郁永河時期相差甚渺。

 

只是不同於郁永河,我們少了詩興、風雅,只從事素樸地形考察,希望從科學揭發另一種面貌。

 

火山體

 

火山體具有多種型態,大屯火山群以錐狀為主,鐘狀為次。前者是熔岩流和火山碎屑交替構成,又稱層狀火山;後者則以熔岩構成,又稱塊狀火山。

 

七星山是大屯火山群的最高峰,高度1,120公尺。山頂有7個鐘形穹丘,因而得名。又以主峰、東峰和南峰3者較為凸出,其間窪地似是火山口,卻也因3個缺口而不明顯。

 

在窪地的南缺口,有一高約10公尺小丘,稱為七星錐,傳說是凱達格蘭人祭天的金字塔。惟從岩塊的不規則排列推測,這可能是火山噴發的碎屑自然拋落堆積的,而非人為堆砌,祭壇應是民俗式的臆測。

 

在金字塔附近約50公尺處林間,可另見一特殊岩形,可能也是火山碎屑堆疊,後受風化侵蝕而形成拱形石,高約5公尺。望之似兩人親吻,令人莞爾,遂以「接吻石」名之。

 

紗帽山位於七星山南南西方山腰,是七星山的寄生火山,高度643公尺,外形呈鐘狀,形如中國古代官員的烏紗帽而得名。山頂有一凹地,卻非火口,是熔岩冷卻收縮下陷而成。頂面有一反經石,因含磁鐵礦,會干擾羅盤磁北針而偏轉,另在菜公坑山頂等處也可見到。

 

大屯山位於七星山西方,高度1,092公尺,是大屯火山群第三高峰。因山脊渾圓,像頭大豬的背脊,古稱大豚山,後覺不雅而改成今名。在其頂部可270度展望,如西方鐘狀的面天山、西南方寬緩的南峰及尖陡的西峰、東方錐狀的七星山,更可南眺台北盆地迂曲的河流與櫛比的房舍,有小天下之感。

 

小觀音山介於七星、大屯兩山之間,高度1,070公尺,是大屯火山群第四高峰,具有大屯火山群中最大的火山口。火山口位在小觀音山頂部,大致呈圓形,直徑約1,200公尺、深300公尺。西北火口緣受大屯溪向源侵蝕,切穿成一缺口,原本積貯的火口湖水外洩形成火口瀨,在地人稱「大凹崁」。南側火口緣呈半圓形,大致同高,由台北盆地望去,狀似平台。其噴出的熔岩流北達海岸線,向海伸出麟山鼻、富貴角兩座岬角。若從北海岸回望,有如飄蕩的仙女舞衣。

 

向天山高度946公尺,屬於錐狀火山。其西側的火山口成漏斗狀,直徑約370公尺、深130公尺。底部相當平坦,大雨過後瀦水成池,略呈橢圓形,稱向天池,屬於火山口積水所成的火口湖。

 

若於乾季時考察,可見湖水乾涸,滿地是漸層的綠。趁這時節散步湖底,風簌簌然地吹出被遺忘的寧靜。置身湖底環顧,四周火口緣以東側較高、西南最低。為什麼會這樣呢?造就地理事實的因素複雜,探討個別現象尚稱容易,相互關係則就讓人躑躅不前了。

 

熔岩階地

 

前述火山體的周圍,有著不同時期、不同火山噴發的熔岩和碎屑所堆積成的階地。這些階地頂面呈平台狀或向山下緩斜。熔岩流自火山口朝外伸展,外形似舌;在舌狀前端率先接觸空氣,熔岩流從液態漸轉為固態,前端停滯、後方推擠而形成陡峻的弧形前緣。

 

熔岩階地因地勢平坦、水源無虞,成為聚落擇址的所在。再加上大屯火山群南半部地近台北都會,以及避風、向陽的自然條件下,屋舍密集度高,如陽明山國家公園遊客中心座落的苗圃階地、中國文化大學所在的山仔后階地就位於此。

 

但熔岩階地高居山中,也常是眾溪向源侵蝕的對象,甚至發生河川襲奪現象。仰德大道上的嶺頭階地本與其東北側的新安、莊子頂一帶階地屬於同一塊熔岩階地,後因雙溪支流新安溪的切割而分離。這條溪原順著熔岩階地的階面斜坡,向西南流至台灣神學院東北側折向南注入雙溪。後因其上游段被襲奪,提前於永嶺改向南流,至故宮博物院東南側匯入雙溪。

 

永嶺至台灣神學院之間就成了斷頭河河段,寬約100公尺,已埋積成平坦的谷底,平時無水流。風口位在仰德大道二段70巷底,與改向河的比高約30公尺。襲奪河因搶水而水量增加,與改向河因侵蝕基準降低而發生回春作用。一來下切河谷,削成V字型峽谷;二則,向源侵蝕加速,目前溯至永公橋下游側形成一遷急點。此外,由向天山至關渡有數階熔岩階地,由東北向西南遞降,主要者如興福寮、小坪頂山、小坪頂、關渡等階地,其中以小坪頂階地最為寬廣。

 

火山窪地

 

火山窪地指火山體之間的低窪地,成因可能是溪水侵蝕、兩山間鞍部、乾涸的堰塞湖、停歇的噴氣孔等。竹子湖包括東、西兩部分,都因熔岩流堰塞而成湖,後因湖水溢流下切、湖水外洩乾涸而湖底出露。

 

西竹子湖由大屯山與小觀音山的熔岩流堰塞而成,西南緣湖底是南磺溪的一源竹子湖溪,下切達30公尺。東竹子湖,由小觀音山及七星山的熔岩流堰塞形成,以小觀音山熔岩流形成的狹長嶺脊與西竹子湖分隔。東竹子湖的湖底較西竹子湖高約50公尺,且其西南緣湖底被南磺溪下切僅約2公尺,比西竹子湖的下切量小,因此推知東竹子湖的形成年代較西竹子湖晚。竹子湖是本島蓬萊米原種地,也是昔日台北市郊區高冷蔬菜的專業生產區,今湖底多闢為梯田栽種海芋等花卉。

七星山東坡,由夢幻湖向西南延伸至七星公園一線,有5個圓形或橢圓形的小窪地,是已經停止活動的噴氣孔,窪地直徑約30公尺,深約10~20公尺,邊緣大多陡峻。夢幻湖窪地較大,水位滿時呈橢圓形,長200公尺、寬100公尺、水深約2公尺,因集水域較大而積水。早年湖上常有水鴨群集,又名鴨池。後因受地形及東北季風影響,冬季常有雲霧籠罩,乍隱乍現,美如夢中仙境,便改名為夢幻湖。只是,長期以來受植物生長及降雨沖積作用的影響,已逐漸變成淺水池塘。乾季時面積僅數平方公尺,溼季則有0.7公頃左右,變化頗大。

 

夢幻湖怎麼形成的呢?以鑽井採取夢幻湖沉積物做碳14定年,得知約於5,600年前形成。但其成因有火山噴發造成的火口湖或火山堰塞湖,以及原來呈南北走向的山谷,南、北兩端因山崩堰塞而蓄水成湖的不同說法,莫衷一是。

 

七星山西坡由小油坑東北東方的仙氈谷北側,向南南西延伸至竹子湖噴氣孔,有6個窪地呈線形,部分有噴氣孔,成因及特徵與七星山東坡者相似,可能都因斷層經過所致。窪地之一的仙氈谷並無噴氣孔活動,呈長方形,長150公尺、寬70公尺,包含3個由南向北遞降的窪地。谷的東、西、南三面高陡,陽光不易射入,底部長滿翠綠的苔蘚植物,彷如仙氈而得名。豪雨後積水較深,又稱為七星池。

 

冷水坑位於七星山東南、七股山南側,似是七星山火山碎屑堰塞而成的湖泊。而此次堰塞導致冷水坑的湖水上漲約5公尺,後經溪流切南側湖緣,湖水外洩而露出湖底,形成一窪地。

 

窪地北側有一爆裂火口(平火口),外形像個鍋子,只有火山口而無火山體,目前已不再活動,可說是七星山區型態保存較完整的爆裂火口。現在是雙溪支流菁礐溪的水源地,積水成池,因池底游離的硫磺微粒,受到硫磺芝菌的包裹而呈乳白色,也稱牛奶湖,是台灣唯一的沉澱硫磺礦床。

 

但另有一說,這處窪地幾乎都是火山角礫碎屑岩,缺乏泥質或砂質的湖相沉積物,因而懷疑堰塞湖的說法。而窪地北側所謂的爆裂火口,原是採硫或溫泉而屬人工挖掘者。

 

噴氣孔

 

火山噴發停止之後,地下仍殘存熱氣,會把地下水加熱,一高於沸點就成了噴氣孔,若低於沸點則是溫泉。通常兩者同時噴濺出地表,腐蝕周圍岩石,加上崩塌、侵蝕作用而成凹谷或圓穴。大屯火山群的噴氣孔分布在山腳斷層以東,也就是北投到金山之間,長約18公里、寬約3公里的地帶。

硫磺谷(大磺嘴)位於新北投東方,呈東西向延伸的盆谷,長700公尺、寬150公尺,其東端隔一狹窄鞍部(分水嶺)與東側的雙重溪噴氣孔區(龍鳳谷遊憩區)相鄰。硫磺谷與龍鳳谷就是康熙年間郁永河採硫磺的處所,他形容像個大沸鑊。

 

盆谷分為中央與東北兩區,中間隔以小丘,是新北投各旅社溫泉的源頭。經鑽井三十餘口,引出蒸氣加熱地表水而成溫泉,再由水管輸出。盆谷內有多處小噴氣孔,使碎屑岩中常有硫磺細脈產生。

 

在龍鳳谷東北側山谷,距紗帽橋約200公尺的南磺溪支流湖底溪下游兩岸,有面積約2,000平方公尺的石灰華地形,其斷面分布很多細孔,是由石灰藻、腐敗枝葉構成。其主要成因是山谷蔽蔭潮溼,加上火山熔岩底下屬於木山層沉積岩,地下水經過木山層沉積岩的過濾,而呈現具碳酸鈣的碳酸鹽泉,容易生成石灰藻。再經過膠結、累積的過程,混雜腐爛的樹枝而形成。附近的妙天宮就利用這石灰華當作部分建材。

小油坑位於七星山西北麓大屯橋東方,呈馬蹄形谷地,是遭硫氣腐蝕風化而成。東、南、北三面陡崖環抱,長180公尺,寬120公尺,是本區僅次於大油坑的第二大噴氣孔群,坑內西南側有數十個噴氣孔,嘶嘶作響,不斷地噴出高溫含硫質的水蒸氣瀰漫坑內,氣體中約有90%以上是水蒸氣,另含有臭雞蛋味的硫化氫等。坑內各噴氣孔周圍岩石表面及岩隙中,都有昇華而凝結的硫磺。

 

「油坑」意思是出產磺油的地方。其向東南延伸的谷地,沿著七星山步道旁,尚有噴氣孔數處排列成線,也有不噴氣的圓坑,與小油坑同位於一條斷層線上。大油坑位於大尖後山西側,是大屯火山群最大的噴氣孔區,曾是台灣硫磺的主要產地。

 

郁永河稱噴氣孔為硫穴,還攬起衣袖靠近觀看。他這麼形容所見,「聞怒雷震蕩地底,而驚濤與沸鼎聲間之;地復岌岌欲動,令人心悸」。我們也仿其立身噴氣孔之側,聽聞轟隆沸騰聲響,確實像是怒雷自地底響出。毒霧裹藏著沸珠,噴濺出穴匯成小水流。觀者可在數十公尺之外以手指伸入泥濘的濁湯,感覺灼熱且滑膩。縷縷上升的白煙把周遭岩塊燻染上大片黑色的硫化鐵成分、紅褐色的氧化鐵,風化崩落的碎塊狀白土偶在岩縫中點綴著黃色的硫磺結晶,一叢明亮的「黃」。

 

文詞雖可拼湊成各色雜陳,實地物景卻是一片單調。這裡的草木盡遭硫氣摧毀,顯得憔悴枯黃。穿走其間,舉目光禿荒涼,地熱像在悶蒸著啥物,宛若置身鑊鼎之中,又像地獄,也像戰爭過後的廢墟,還冒著白煙。

 

早期德記礦業公司在這裡煉製塊狀硫磺,再以人力走挑硫古道運送出貨。提煉過程是把含硫磺的水蒸氣引入彎曲的大鐵管中形成磺油,再導入方形模型中使其冷卻凝成硫磺塊。今已停產,空留一些生鏽的鐵管在清風中泣訴以往的風華。

 

瀑布

 

因火成岩相當堅硬、耐侵蝕,常成為造瀑層。大屯火山群各放射狀河流,常見有瀑布。

 

大屯瀑布位南磺溪上游陽明溪,陽明公園的西側,瀑布分為2段,高度各是6、7公尺。陽明書屋所在的熔岩階面與陽明公園之間有著高達100公尺的階崖,陽明溪穿流這處形成大屯瀑布,造瀑層是安山岩。絹絲瀑布位於雙溪支流菁礐溪上游的冷水坑溪、魚路古道(金包里大路)旁,瀑布高度約14公尺,瀑身細長,形如絹絲而得名