地質學家的記時錄：從山脈、大氣的悠遠演變，思索氣候變遷與地球的未來

推薦序 涵養以古鑑今的地質思維——中正大學地球與環境科學系主任 李元希  iii
推薦序 岩石的記憶，將帶領我們找到環境變遷的解答——臺灣大地質學系教授　陳文山  vii
推薦序 如何像地質學家一樣思考？——清華大學生命科學系助理教授　黃貞祥  xi
推薦序 地質系不是只有看看石頭而已——拯救世界也有可能輪到我們！——科普作家、「震識：那些你想知道的震事」副總編輯 潘昌志（阿樹老師）  xv
推薦序 捍衛地球，像地質學家一樣思考——EarthWed成長社群、中山大學附中地科老師 謝隆欽  xix 

謝辭 005

序 言 無時勝有時的誘人世界 007
對於周遭的景觀和一塊塊岩石，我也彷佛可以綜觀其過往與未來；沉浸在其蘊含的故事中，我看見往事依然在目，覺得這些往事甚至有一天能夠以美麗的面貌再現眼前。從此種感觸可以窺見的，不是時間「不復存在」，而是時間「無所不在」，也就是深刻意識到，世界是如何由時間造就而成。

第1章 綜觀時間的重要性 015
理解了某個特定景觀之所以形成特定樣貌的緣由，就像是知悉了某個普通詞語的語源，剎那間有種徹悟之感。一扇窗戶於焉開啟，照亮了久遠但仍可辨識出的過往—好比記起了遺忘已久的事物。這扇窗戶的開啟，賦予了世界多重的意涵，也改變了我們對人類在世上所處地位的認知方式。

第2章 時間地圖 037
地質學科宛如一部光學裝置，可以用來照見地球留存在各度空間的文字。用地質學的觀點來思考，就像是用腦海映照萬物，範圍除了表層可見的事物，也包括表層底下存在的事物，無論是出現在過去或未來。

第3章 地球的步伐 095
我們可以想見在一個運作機制截然不同的星球，地表形態的改變會過於快速，使肉眼可見的生物來不及演化適應，好比伴奏芭蕾舞的管弦樂團演奏得飛快，以致舞者無法跟上節奏。所幸，地球大樂團的所有成員，無論是火山、雨滴、蕨類植物或雀鳥等，都能配合彼此的節奏同步演出。

第4章 大氣的變動 141
大氣的歷史是部成長小說，講述著一座星球經歷蛻變而成熟的過程。就像一棟建築物裡的空氣—可能散發煙味、霉味，通風良好，或是充滿了燒菜做飯的味道—地球的大氣層也會大大顯露出其居民的生活習慣。

第5章 高速推進的變遷 185
在我的生命歲月中，人類已經輕率地搗毀了遠古的生態系統，而經過漫長時間演化而成的生物地球化學循環，也在我們手中化為殘片。我們已驅動了在地質史上少有前例的變遷，而這些變遷將使遙遠的未來蒙上長長的陰影。

第6章 綜觀時間－烏托邦與科學思維 233
地球一直在對我們說話。在每一塊石頭中，地球都揭示了永恆的真理或良好的經驗法則；在每片葉子中，都有一座原型的發電廠；而在每一個生態系統中，都有一個堪為模範的健全經濟體。套用李奧帕德的名言，我們必須開始「像山一樣思考」，洞察這座古老複雜、不斷演進的星球，了解其所有習性及棲息其中的萬物生靈。 

後記 265

附錄一 簡版地質年代表 269
附錄二 地球現象的持續時間與變動速率 271 
           A.壽命 271 
           B.滯留時間與混合時間 272 
           C.變遷的速度與速率 274 
           D.各種循環與再現週期 275
附錄三 地球史上的環境危機：前因後果 276
 

推薦序　涵養以古鑑今的地質思維
——中正大學地球與環境科學系主任　李元希

《地質學家的記時錄》是我讀過作者的第二本地質科普書籍，此書中探討的時間尺度從四十五億年前的地球，到因人類活動所造成的環境變遷議題，書中不僅介紹了地質科學的研究成果，她用易懂的文字，清楚的邏輯論述與極佳的比喻，說明了背後的科學原理，這對學生或一般讀者而言，更能理解推論的依據所在。即使我從事地質研究工作超過三十年，讀她的書依然收穫甚多且興味盎然。
此書的重點之一是地質作用的時間紀錄，書中第二章介紹地質學家如何決定地質作用的時間，我自己早期的研究藉由岩石的變形特性，理解台灣造山帶形成的過程與機制，卻缺乏地質作用時間做為控制因子，為了知道地質作用發生的時間，後來也建立了地質定年實驗室（鋯石的鈾鉛定年與核飛跡定年），因此讀這一章時備感親切，作者將地質定年方法的基本原理與發展，做了清晰的介紹，對於地質科學或對地質定年有興趣的人，這是一個極佳的基本觀念的介紹。
台灣是一個極為活躍的造山帶，地震頻繁，山脈的抬升與剝蝕的速率在世界上的排名是前段班，但此造山作用從新生代開始，為一年輕的造山帶，因此對許多本地的地質研究者而言，研究的時間尺度大多限於新生代或稍微延長至中生代以來的歷史，對於相對古老的地球演化歷史則涉獵較少，由於作者的研究始於古老的前寒武紀地質，對古老的地球演化有深入的理解，因此本書可以讓許多人（包括我）一窺發生於古老地球的種種地質事件，而這些過去的地質事件常伴隨環境的劇烈變遷，並對生物造成巨大的災難，對於自然災害愈加頻繁的今日，提供了歷史的借鏡。
地質學家的工作之一是由岩石或礦物中讀出地球的演化歷史，多數人不會想到，岩石也可以讀出大氣的演化歷史，像我們日常生活中常用到的鐵，百分之六十是產於二十四億到十八億年前，在全球大氣組成的巨變事件中沉澱在海洋中形成的帶狀鐵礦層，在第四章中，作者生動地描述地質學家如何由岩石的地球化學特性，認知到地球大氣的演化歷史，並討論與生物滅絕事件的關聯。
最後作者將眼光聚焦於環境快速變遷的近代，從冰期的形成機制、碳循環、氣候暖化等科學認知來探討人類活動與生存的相關議題，其論述內容讓我們得以重新檢視人類對地球環境改變所帶來的巨大衝擊，並思考未來應如何因應的課題。
會說好的故事是一種天賦，但要說一個引人入勝的地球演化的故事並以古鑑今，不僅需要說故事的天賦，更需要地質科學嚴謹的邏輯訓練與熱情。此書讓我們進行一場高速的地球時空旅行，可以看到從古到今地球的演化、生物的滅絕、大氣的演化與環境的變遷，對於地質和全球環境變遷有興趣的讀者，提供一個宏觀的視野，能以更開闊的心胸來看待現在的事物。我衷心推薦這本書，也希望透過這本書會有更多人了解地質，並學會地質學家的思考邏輯，並進而想了解台灣地質的演化過程與環境的變遷。


推薦序　岩石的記憶，將帶領我們找到環境變遷的解答
——臺灣大學地質系教授　陳文山

「時間」似乎只是一種記憶或一種錯覺，卻又深刻烙印在臉上。四十五億年的地球歷史一樣刻印在岩石中，但是這些紀錄就像人的記憶，越久遠的記憶越是模糊的（越古老的地球歷史經歷越多次地質變動事件的破壞，遺留的痕跡越是模糊不清）。地質學家利用定年方法，測定各種岩石年齡就像一部回到過去的時光機，雖然無法讓我們回去面對過去真實的世界，但讓我們有貼近真實的想像。
作者貝約內魯地質學教授用清晰委婉的文辭闡述數百年來人類對時間的概念，從十八世紀對創世紀時間（十七世紀愛爾蘭大主教詹姆斯．烏雪提出創世時間公元前四○○四年十月二十三日星期天）的辯證開始，到二十世紀初同位素定年法發現後，於一九五六年美國地質學家帕特森利用鈾鉛定年法確定地球年齡為四十五．七億年時，才解出自赫頓時代以來，眾地質學家與物理家長久尋覓不得的終極答案。
貝約內魯教授以她自學生開始的親身經歷，述說地質學家如何利用化石、岩層、冰層、沉積物來研究地球歷史事件的線索，其中最重要的就是形成的時間，有了時間才能夠述說化石、岩層……存在的意義。時間是無形的，但是它可以讓我們從石頭的記憶裡擷取地球歷史的訊息。我們在野外採集到的菊石化石，看起來不過是放在書桌角落的一塊完美石頭而已。然而，當我們知道它是從一億年前的沉積岩層中挖掘出來時，就可以賦予我們無限想像的空間（菊石與滄龍共同漫游在中生代的熱帶淺海海洋中），同時也賦予了化石生命。
貝約內魯教授也關懷著人類造成環境變遷的問題，深切呼籲我們必須有科學素養與理念來面對現代氣候變遷的議題。其中一個關鍵，就是「人類造成的環境變動速率，超過了許多地質與生物作用所造成的變動速率」；這也是為何地質學家要在地球歷史的地質年代表中，特別標示「人類世」的目的。她也引證五億多年以來，從化石紀錄中可以清楚發現，曾經發生五次生物大滅絕是因為某些地球變動的速率，超過了生物適應環境變遷的速率。人類活動作用的速率已經遠超過先前一些地球作用的速率（科技的發展速度，遠超過人類智慧成熟的速度），如二氧化碳排放至大氣中的速率。她（大部分科學家）認為「我們現今已埋下促使環境偏離常軌的禍根，而且其偏離程度將大於歷來所見，也比歷來更不可預測。關於人類世的一大諷刺是，我們對地球施加了大到不成比例的影響，但事實上，反而讓大自然堅定地重拾掌控權，並且準備好一套尚未發布，只能容我們猜測的規章。」
本書文辭生動，對於地球科學觀點敘述清晰深入，內容引述三百年來的許多科學史料，非常引人入勝；尤其對於地球環境的關懷。《地質學家的記時錄》是一本對於地球環境變遷有著精湛且深入淺出的論述，是非常值得一讀再讀的書。


推薦序　如何像地質學家一樣思考？
——清華大學生命科學系助理教授　黃貞祥

在心理上，時間這個客觀的尺度，卻是很主觀的存在。愛因斯坦在他的一則短篇實驗報告中如此比喻：「一個男人與美女對坐一小時，會覺得似乎只過了一分鐘；但如果讓他坐在熱火爐上一分鐘，會覺得似乎過了不只一小時，這就是相對論。」
學術界的潛規則就是要不斷地發表研究論文和募集研究經費，許多科學研究於是要求實驗和分析在有限的時間內完成，有時讓人難以再想像長時間尺度的變化。然而，對地質學家來說，他們又不斷地要面對時間尺度動輒數百萬甚至數十億年的地質資料，而數十萬年在地層中就只是薄薄一層而已。
人類一生頂多只有百年而已，所以我們難以想像這麼長的時間尺度，常常要借助各種比喻來理解。雖然地質學教科書老愛用如果地球的歷史為一天，人類是最後一瞬間才出現來說明地球有多老，但是《地質學家的記時錄》作者瑪希婭．貝約內魯卻指出，如此讓我們無法認識到人類對地球的影響有多巨大，並且心理上對地球產生疏離感。我也認為，在消費主義當道的社會，我們面對人類史上消費品最日新月異、推陳出新的時代，更加忙碌地賺錢來滋養資本主義到和大自然解離，毫無餘力關心地球滄桑的歷史和未來的災變。
這十年來，世界局勢詭譎多變，除了恐怖主義、中東局勢、中美貿易戰，又有新型冠狀病毒疫情和股市多次熔斷來攪局。然而，當我們體認到地球這麼長時間尺度的變動，還有地質與大氣的動盪是跨國跨洲的，這些國際大事件就只像是大象被蚊子叮了一口而已。當然不是說這些事件不重要，而是我們人類是否該訴求更多的合作而非爭鬥？
比起物理學、化學和生物學，地質學相較之下似乎是門小眾的學科。原本在大學時偏好人文學科的貝約內魯，認識到了地質學的魅力後，就跳入這個學科的火坑中，念博士班時到挪威位於北極圈的斯瓦爾巴群島（Svalbard）進行艱辛的田野研究。在書中，對地質學死心踏地的她，提供我們大量地質科學的知識，有幾章她不吝寫出大量的專業知識，讓我們認識到地質學知識大廈是如何在優秀的地質學家手中打造出來的。儘管變動緩慢得超過我們一生可以見識到，但是偉大的頭腦還是讓我們認識到大自然了不起的作用，如何塑造出地球千奇百怪的地貌景觀。
地層記錄了地球的歷史，有字天書就已難解了，況且是無字的，還好利用物理學、化學和生物學的知識，地質學家能夠在沒有時光機的情況下，透過岩石把地球的過往一點一滴地拼湊起來。也因為只能在無法進行實驗室研究的情況下，利用各種間接證據來推論地層的變動以及發生的時間，地質學對門外漢來說看似充滿多種學科的艱澀術語和概念，但這種挑戰也是地質學的魅力之一，只是要用心才能體會。
貝約內魯主張，岩石是動詞而非名詞，因為岩石見證了地球長久的變化。岩石和冰芯甚至也記錄了大氣的成分變動以及遠古的氣候。地球氣候過去多次大起大落，讓生命過去多次遭逢毀滅性的大災難。現代智人的繁衍興盛，要拜氣候轉趨穩定所賜，而今我們卻大規模地造成氣候變遷的快速不穩定，讓人類文明的未來堪慮。過去地質學的漸變論取代了災變論而造就了典範轉移，可是人類改變地球的速度之快，卻迎合了災變論。
地質學系一直都不算熱門，要不是地質學家對礦脈和石油的探勘極為關鍵，恐怕會更加冷門，這是很可惜的！貝約內魯也感嘆，為了取得更多的經費，有些地球化學家和古生物學家只好包裝成太空生物學家，我們對外星的好奇甚至多過好好地認識我們這個地球。面對整個地球，或者至少是廣袤大地，以及深達幾百幾千公尺的地底，還有深邃的時間，地質學家該有更宏觀的視野。達爾文搭上小獵犬號環遊世界時，就是帶上了萊爾（Sir Charles Lyell，1797~1875）的《地質學原理》（Principles of Geology），啟發了他提出天擇學說。
大自然在不同的時間尺度上發生了許多事情，現在有許多環境問題的根源就是因為對地球不夠瞭解，而地質學家的思維能夠幫助我們擴大視野，培養時間素養，為地球的未來做出更長遠的規劃，成為地球生命社群更好的公民！
貝約內魯多處也不忘對美國的教育和政治有不少針砭。她除了感嘆創世論者的反智，也對美國政客的科學素養有強力的批評。地球上的變動，如地震、火山爆發、氣候變遷、土壤劣化、地層下陷等等，都影響了我們未來對資源分配的能力，也會一再成為政治議題，可是地質學卻甚少受到該有的重視。
我們現在所享用的所有自然資源是過去四十幾億年內慢慢打造出來的，我們在短短近百年的一生也會為未來子孫打造他們能享用的自然資源，是否能夠像地質學家那樣思考，修復我們與自然世界的疏離關係，攸關整個人類的生死存亡！《地質學家的記時錄》是這個短視近利時代的當頭棒喝！


推薦序　地質系不是只有看看石頭而已——拯救世界也有可能輪到我們！
——科普作家、「震識：那些你想知道的震事」副總編輯　潘昌志（阿樹老師）

「可不可以幫我鑑定這個鑽石？」「哪邊可以挖到恐龍化石？」「可以告訴我什麼時候會地震嗎？」這不是一句惹怒地質人系列，而是地質人看到同溫層外的現實。不管走到哪，地質這個冷門領域，被誤解的總是比被理解的多。
不過，這點小誤會我們一點也不在意，因為地質學的訓練，讓我們把眼光看得更遠，心胸開得更廣。或許，這和本書前段強調的「時間」尺度有關，由於板塊運動作用，臺灣島從海底隆起並形成中央山脈的這件事，大約從四百萬年開始發生，但這四百萬年歷史，在地球上卻還只能算年輕的，因為在澳洲海岸還有遍地可見超過三十億年以上的疊層石，它們在地球上的年紀，才能說得上「老」。而至於人類，對地球而言，不僅是最晚才出現、還是最吵鬧又最不乖的那個小嬰兒。說人類不乖，指的正是我們對地球環境的作為，而研究地球歷史，正是要知道人類跟其他物種相比「哪裡不乖了」。
像前段用舉例、類比並強調時間尺度關係的方式來「講古」，也是地質學家的強項，因為地質學本身就是從枯燥乏味又看起來樸實無華的石頭中，尋找裡頭的歷史本文。本書的作者，也是位說故事界的佼佼者，無論是演說或是撰文，不只引經據典，也擅用流行文化來為事物作出最貼切的譬喻。讓人同時認識地球歷史，也了解了地質學家如何研究地球。
所以，當看到作者於第一章末提到，因為第二章「太專業」所以對地球化學沒有興趣的人可以跳過，我覺得千萬母湯（不可）啊！這段解祕地球年齡的科學史，可以說是科學史哲的最佳教材。包括受到熱力學與宗教所困的克耳文勳爵、受到地質紀錄的漫長與不連續所啟發的達爾文，都難以解祕地球全史，直到地質學家霍姆斯應用了放射性元素衰變，我們才真正能精確測量岩石的年齡。而本書中各種關於科學發展的故事，每一則都有它的深意，也再再看出了作者的博學多聞，當成一本小說讀也很適當。
「等等，但就實務面來說，我還是不知道念地質有什麼好的……」確實，我也可以告訴你，除了挖石油之外，念地質系少有發大財的機會。可是，挖石油對地質學家而言，也十分諷刺，因為最終的結果是，遠古的固碳作用所儲存下來的碳，用史無前例的方式，轉變成了今日大氣中以異常的速度增加的二氧化碳，而全球氣候的劇變，就是我們自己得收拾的爛攤子！
如果孩子不懂事，那就得教他們。那麼，誰來教教人類？其實有呢！極端的氣候正在告訴我們，地球的個性一點都不容易捉摸，要從地層中好好解讀「過去」的教訓，而地質學正是幫助人類理解過去的導師。我們要做的，是好好的理解這本「地球歷史書」，看不懂石頭版本的書？那不如就從這本入門吧！


推薦序　捍衛地球，像地質學家一樣思考
——EarthWed成長社群、中山大學附中地科老師　謝隆欽

「時間的無涯的荒野裡，沒有早一步，也沒有晚一步，剛巧趕上了。」
——張愛玲，《傾城之戀》，一九四三

文學作家眼中感性雋永的時間荒野，在地質學家眼中則是聚珍億萬的沃野良田。
文學素養讓人識字溝通，吟詠創作；地質素養則讓人鑑古識今，領略山川起落的滄海桑田，芥納須彌的微言大義。當我們遇到疑難問題的時候，原來可以在過去的地球紀錄中發現歷史的教訓與智慧。
本書作者瑪希婭．貝約內魯是一位優雅的地質學家，在這本暢談地質時間的書中列舉了地質學上眾多經典生動的實例，深入淺出地引領大家「以地質學家的思維來看待時間」。翻閱書中那些地質科學發展迄今的諸多里程碑，恰可療癒開學迄今忙亂煩悶的緊繃心靈……
每當在晨光中，陪伴同學們從捷運站走進學校的時候，看著同學們揹著沉甸甸的書包，常會思忖著自己的教學可以為同學們做點什麼？除了消極地不用更多的作業和考試侵蝕同學們該當沉思的時間，更應積極地培育同學們見多識廣的博學眼界，以及洞察變遷的寬闊格局。  
這幾年來的地球科學課堂上，我在分享完課本上的「地質年代表」後，會以我的求學經驗及年少輕狂為示例，指導同學們也彷照地質學家的智慧，繪製一張自己的「人生年代表」。從出生那年開始，至少以一百二十歲為度；愈久遠的事件先呈現在紙張下方（學前、國小、國中……），隨著時光的遞嬗，未來的理想或目標，漸次由下而上，日積月累（高中、大學、證照、留學、環遊世界、登陸火星……），以畢業、成家、達標……等階段性的人生大事為界，並改寫地質學家「古生代」、「侏儸紀」、「全新世」等術語，標記出「學測代」、「社長紀」、「耍廢世」等里程碑，揮灑一張屬於自己的狂想藍圖。
地科作業是一時的，地科課堂上的活學活用則是一輩子的。我會提醒同學交了這張人生年代表後，日後逢考完學測選填校系時、當大三考量要報考研究所還是先就業時、當迷茫社畜想換工作時、當連假期間鬆口氣時……隨時都可以再回顧初衷，重畫一張。
如果為師有足夠的學能和智慧，引領同學們「用地質學家的思維來看待時間」，就能送給十餘年後的社會，一個有遠見的世代。
這本書的作者，在這本書中想做的事，和我一樣，謹此推薦。