撰稿 / 許逸如 (科學推展中心特約編輯)
圖一：臺灣地質分區與山脈、河川流向圖。 (a) 臺灣位於歐亞板塊和菲律賓海板塊碰撞帶 (修改自 Shyu等人 (2005))。 (b) 臺灣西部河川，以紅色分水嶺為界，邊界以南的主要河流（如旗山溪和荖濃溪）向南流動，與山脈平行；邊界以北的河流向西流動，與山脈帶的走向垂直。曾文溪、八掌溪為之間過渡。
在臺灣的西部，南邊的河流似乎大多沿著山脈的走向流動，「向南走」縱向向海流（如旗山溪、荖濃溪）；反之，較北邊的河川，流向居然變成與山脈垂直流動，就像是一條條直線穿過了山脈，「向西走」橫向地流出海岸。為什麼同樣都是由中央山脈發育的河流（如圖一），卻以八掌溪、曾文溪為界，分別向南走、向西走呢？
臺灣是個巨大的地質實驗室─由臺灣造山帶看河川系統演化
臺大地質科學系徐澔德特聘教授帶領的團隊近期於國際期刊《Earth Surface Processes & Landforms》發表了最新的研究。透過分析臺灣西部的 17 個河川系統，以及它們與造山帶的演育關係，發現臺灣西部河川流向的變化與地質關係密切。臺灣，就像一個巨大的地質實驗室，由於臺灣的造山帶仍非常地「年輕」，各個區域的地形仍然有許多重新調整的狀況，因此讓我們得以一窺臺灣河川系統的演化歷史及階段性變化。
為什麼演化歷史很重要呢？舉例來說，大家常聽到的「分水嶺」一詞，指的是河流流域的邊界。過去許多研究並沒有特別考慮分水嶺的位置可能會隨著時間變化；然而，本研究發現臺灣的分水嶺並非不會變化，它可能會隨著週遭地形的改變移動位置，如此一來，分水嶺兩側的河川流向及地貌就會有所不同（如圖二）。
圖二：曾文溪河流改向的野外證據。(a) 曾文溪上游處出現一河流呈90度的不自然轉彎，從上游平行山脈流向轉為下游垂直山脈流向，且在野外可見該轉彎處並沒有明顯的地質構造或岩性變化。(b) 曾文溪上游的90度轉彎向南延伸正好可以接到現今的後堀溪，其上游靠近於目前源頭的河段，卻出現寬廣的河道與磨圓度高的大礫石，可能指示此位置過去較現今有更長的上游河段與流域，現已因襲奪作用而消失。
透過衛星影像的崩塌地判釋、地形測量、河流陡峭度指標和野外調查等方式，徐澔德及其研究團隊分析了臺灣地區各個流域的穩定狀況及變化趨勢。另外，他們也定義出「流域穩定性指標（Drainage Stability Index）」，能用於判斷一個流域中，具有較為穩定的分水嶺在該流域的所占比例。
河流流域的穩定性指標及西部麓山帶的演化
仔細研究後，原來河川向南走、向西走是蘊藏了許多地質變化的神奇成果。臺灣西部南、北方的河流流域穩定性不同（見圖三）。流域穩定性指標最顯著的變化發生在距離臺灣南端 100 公里的位置。研究指出，向西的河流（藍色三角形）多半比起向南的河流（紅色三角形）有更高的「流域穩定性指標」。更有趣的是，流向與穩定性指標的改變正好與臺灣西部以沉積岩為主、受褶皺作用構成的「西部麓山帶」出現位置相吻合，代表這些河川的流向及穩定性與造山帶的發育關係相當密切。
圖三：臺灣西部 17 條河流系統的流域穩定性指標。每個三角形代表著河流流出山脈的位置（左側地圖中的黑點），灰色線表示流域的範圍。向西流動的河流（藍色三角形）比向南流動的河流（紅色三角形）有更高的流域穩定性指標。
為了更好地解釋兩者之間的關係，研究團隊以模擬圖（圖四）來解釋臺灣西部造山帶及河川流域演化的進程。臺灣是相對年輕的造山帶，可以利用現今臺灣島由南而北不同位置的地形特徵，重建地形的演育過程。當恆春半島抬升露出海平面後，逐漸因為西部麓山帶斷層的發育而使地層褶皺，使得河流發育在褶皺的相對低處而和山脈走向平行，形成了縱向流入海洋的情況（如 (c) 所示）。然而當地形變化更多、褶皺間距變小與坡度改變後，發生河川襲奪（stream capture）的可能性增加，使得「低位河」越過分水嶺搶奪「高位河」上游的集水區，便讓原先以縱向流出的高位河流系統轉變為橫向的河流系統。
圖四：臺灣造山帶西部河流流域演化的示意模型。 （a）隨著恆春半島抬升露出海平面，橫向河流系統發展形成。修改自Giletycz等人（2015）。 （b）隨著褶皺與逆衝斷層帶在陸地上發展，受斷層抬升的褶皺東側低地形成了縱向河谷（藍線），此時與山脈平行的河流系統形成。 （c）隨著褶皺與逆衝斷層帶的不斷成長，褶皺之間的間距減小與坡度改變，與造山帶平行的河流系統變得越來越不穩定。 （d）在向西流動的河流進行「向源侵蝕」之後，可能發生河川襲奪事件。 （e）通過一系列的分水嶺運動和河川襲奪，縱向河流系統轉換為橫向河流系統。
因此，臺灣西部的河流流域之所以向南走、向西走且穩定性不同，可能是因為河流發育的階段不同，且此演化受控於西部斷層的發育方式。與造山帶平行而向南流的河流，其分水嶺的穩定性較低，隨著斷層活動與河流襲奪，會逐漸發育成較穩定而向西流的狀況。本研究進一步將整個演育過程搭配臺灣的造山模型，估計河流從發育至轉向可能要經歷百萬年。
研究團隊認為未來針對臺灣河流地形或下游沉積盆地的相關研究，若能參考本研究的模型，仔細檢驗研究時間段的區域河流演育過程，將使研究更加精準與完備。此結果不僅能夠幫助我們更好地想像百萬年前的臺灣島地形，也有助於我們在解釋臺灣島的各種地質現象時，提供另外一種思考的方向。
