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重建羅迪尼亞大陸的「羅塞塔石碑」:來自 4.7 億年前的大灣穆氏海百合

蕭昀_96
・2018/01/16 ・2306字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 587 ・九年級

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羅迪尼亞大陸的失落環節

1912 年,德國地質學家韋格納(Alfred Lothar Wegener)提出了「大陸漂移學說」,認為遠古時代的地球僅有一塊名為「泛古陸」(Pangea,或稱盤古大陸)的超大陸,除了大陸漂移現象在其後被更進一步的「板塊構造論」所吸納闡釋,遠古超大陸的存在亦得到了前寒武紀地質學證實和發展,其中羅迪尼亞大陸(Rodinia)更是公認存在於新元古代(11.5 億到  7 億年前)的超級古陸。

羅迪尼亞大陸包含了絕大多數古老陸塊 (Craton,克拉通,又稱古陸),此一超大陸以勞倫大陸(北美克拉通)為核心 (Laurentia,即北美和格陵蘭),東南側有波羅地大陸 (東歐克拉通)、亞馬遜克拉通和西非克拉通圍繞;南邊為拉普拉塔克拉通和聖法蘭西斯科克拉通;西南則是剛果克拉通和喀拉哈里克拉通;東北則為東南極克拉通、印度次大陸和澳洲大陸。

超級古陸──羅迪尼亞大陸的重建圖。圖/ wikipedia

但是,在羅迪尼亞大陸的重構中,有些陸塊的位置則尚存有爭議,其中華南陸塊的配置即為爭論的交點之一,一派學者認為應將華南陸塊置於勞倫西緣與澳大利亞—南極東緣的中間地帶,此構成勞倫與澳大利亞和南極兩大陸塊之間的「失落環節」(missing link),然而這個主張卻遭到另一派學者的反對和質疑。誠如破譯古埃及象形文字的關鍵是有賴於羅塞塔石碑 [註] 的出土,重建羅迪尼亞大陸顯然也需要找到它的「羅塞塔石碑」。

  • [註] 羅塞塔石碑(Rosetta Stone)為一塊製作於公元前的石碑,刻有古埃及法老的詔書,由於這塊石碑同時刻有同一段內容的三種不同語言版本(古埃及象形文、埃及草書、古希臘文),使今人得以解讀出埃及象形文之意義與結構,故為研究古埃及歷史的重要里程碑,而羅塞塔石碑也被用來暗喻要解決一個謎題或困難事物的關鍵線索。
羅塞塔石碑。 圖/wikipedia

2017 年 10 月底由臺大地質系林日白副教授和俄亥俄州立大學、波蘭科學院及北京大學合作發表在《亞洲地球科學期刊》(Journal of Asian Earth Sciences)的研究則為華南陸塊的位置謎團綻放了新的曙光,無疑是重建羅迪尼亞大陸的「羅塞塔石碑」。

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發現新種海百合:大灣穆氏海百合

海百合(Crinoid)。 圖/2211438 @Pixabay

海百合(Crinoid)是一類棘皮動物,始見於奧陶紀地層,身體呈花狀,擁有多條腕足,其身上覆有石灰質的內骨骼,有些可自由游動,有些則固著生活,海百合會以充滿黏液的管足來濾食海水裏的微生物,它們在石炭紀時的多樣性極高,後因「二疊紀/三疊紀滅絕事件」迅速退出地球歷史舞臺。

林日白老師等人在湖北省宜昌大灣組(約 4.7 億年前,奧陶紀早至中期)發現了一種古老的海百合,命名為:大灣穆氏海百合 Muicrinus dawanensis Lin, Ausich, Balinski, Bergström & Sun, 2018,其屬名表彰知名棘皮動物化石專家穆恩之先生;種名則指的是大灣組,大灣穆氏海百合屬於埃爾海百合科(Iocrinidae),本科為習性固著生活的滅絕科群,活躍於奧陶紀中晚期,大灣穆氏海百合為本科最早的化石紀錄。

大灣穆氏海百合(Muicrinus dawanensis)發現於湖北省宜昌大灣組(約 4.7 億年前,奧陶紀早至中期),為埃爾海百合科最早的化石紀錄。 圖/原始論文

這個研究除了增進了我們對遠古海百合的生物多樣性的認識,此外透過系統發育分析並結合古地質環境事件以及比較分析目前已報導的海百合化石物種,作者們進一步闡述了海百合綱的演化、地理分布和本發現在羅迪尼亞大陸的重建中所扮演的關鍵性角色:

海百合綱的古生物多樣性
基於目前對於大陸地區報導的化石生物群研究,作者們認為其埋藏的海百合古生物多樣性理應平行於全球的多樣性格局,並進一步預測大陸地區應能再發現更多的海百合化石物種。

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埃爾海百合科的地理分布格局
包含大灣穆氏海百合,埃爾海百合科 (Iocrinidae)無疑是奧陶紀地理分布遼幅最為廣闊的類群之一,本科遍布阿瓦隆尼亞大陸(Avalonia)、岡瓦納大陸(Gondwana)和勞倫大陸(Laurentia),包括了 12 個屬階分類元(含亞屬)。

對於羅迪尼亞大陸的重建的啟示:
根據作者們針對埃爾海百合科已知物種所做的系統發育分析,出土於華南陸塊的穆氏海百合屬 (Muicrinus與分布於勞倫大陸的韋斯特德海百合屬(Westheadocrinus互為親緣關係最接近的姊妹群,由於本科為行固著生活而非自由游動的類群,因此穆氏海百合和韋斯特德海百合的近緣關係暗示了「華南陸塊─勞倫大陸」間的生物地理連結,並且進一步支持了羅迪尼亞大陸的「失落環節」(missing link)假說,即華南陸塊應位於勞倫西緣與澳大利亞—南極東緣的中間地帶以構成其連結。

分布於華南陸塊中奧陶世(約大坪期)的穆氏海百合和勞倫大陸產的韋斯特德海百合親緣關係最為接近,意味著「華南陸塊──勞倫大陸」生物地理連結並且支持羅迪尼亞大陸的「失落環節」(missing link)假說。 圖/原始論文

遠古生物的物種新發現,雖然表面看似只是又增加一個滅絕的生物命名種,然而若適當地配合上系統發育學、比較形態學、生物地理學及地質事件等,我們不僅得以窺伺生物的演化之謎,更可進一步探討古地理和地球演變。這些古代生物的發現,無疑是探索過去地球脈動的「羅塞塔石碑」。

  • 這項研究成果已於 2017 年 10 月 31 日線上刊載於《亞洲地球科學期刊》(Journal of Asian Earth Sciences)

原始論文:

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蕭昀_96
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澳洲國立大學生物學研究院博士,在澳洲聯邦科學與工業研究組織國立昆蟲標本館完成博士研究,目前是國立臺灣大學生態學與演化生物學研究所博士後研究員,曾任科博館昆蟲學組蒐藏助理。研究興趣為鞘翅目(甲蟲)系統分類學和古昆蟲學,博士研究主題聚焦在澳洲蘇鐵授粉象鼻蟲的系統分類及演化生物學,其餘研究題目包括菊虎科(Cantharidae)、長扁朽木蟲科(Synchroidae)、擬步總科(Tenebrionoidea)等,不時發現命名新物種,研究論文發表散見於國內外學術期刊 。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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