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把冷泉加熱,就會得到溫泉嗎? 關於柴山湧泉的那些事

廖英凱
・2019/01/09 ・2455字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 578 ・九年級

我溫泉 都不用溫泉 改用冷泉加熱 再放一些味噌湯包
那就是味噌湯了吧……
不是味噌湯,這溫泉泡起來跟味噌 87%口感很像
那就是味噌湯阿幹
──你不可不知道柴山兩津開發秘辛

什麼是溫泉?

近日有政治人物表示:把冷泉加熱就會變成溫泉。

欲分析這個主張背後的科學原理,或許可以先從法規上對於溫泉的定義來看看。由經濟部為主管機關的「溫泉法」1中,將溫泉定義為「符合溫泉基準之溫水、冷水、氣體或地熱(蒸氣)」。而所謂的溫泉基準,又被另訂在「溫泉標準」2之中,在這份標準中,溫泉被分成了「溫水」與「冷水」:

  • 第二條 符合本標準之溫水,指地下自然湧出或人為抽取之泉溫為攝氏三十度以上且泉質符合下列款、目之一者:
    • 一、溶解固體量……(略)
    • 二、主要含量陰離子……(略)
    • 三、特殊成分……(略)
  • 第三條 本標準之冷水,指地下自然湧出或人為抽取之泉溫小於攝氏三十度且其游離二氧化碳為五百(mg/L)以上者。

因此,就溫泉標準中的「冷水」來看,不只是溫度需低於攝氏三十度,還需要有較高的二氧化碳濃度。例如著名的「蘇澳冷泉」,水質屬於碳酸氫鈣泉,泉水中富含二氧化碳,透明無色且帶有氣泡。在日本時期,日本軍人竹中信景,更以蘇澳冷泉為原料,在蘇澳設置汽水工廠,而打造了名聞一世紀的「彈珠汽水」!

著名的蘇澳冷泉,水質屬於碳酸氫鈣泉,泉水中富含二氧化碳。圖/wiki commons

也因此,回顧一下來看我們平常習慣稱之的溫泉,實為法規上的溫泉溫水;而如蘇澳冷泉,則是法規上的溫泉冷水。又因為法規並沒有規定把溫泉水加熱、冷藏或結冰,會影響到它的定義。所以不管拿到的是冷掉的溫泉還是加熱的冷泉,都仍屬於法規上的「溫泉」了。

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你的冷泉不是你的冷泉

但是!此處就有兩個需要留意的陷阱題了!

其一是,冷泉(如蘇澳冷泉)之特別與可貴的因素,與泉水中含有的游離二氧化碳濃度有關。所謂游離二氧化碳,指的是二氧化碳以碳酸和分子的形式溶解於水中。如同氣泡水喝起來會比較酸且有氣泡的原因一般。一旦將泉水加熱,會使得氣體的溶解度降低,水中的氣泡感就變少了,這就略浪費了冷泉的優勢。

其二是,「柴山冷泉」雖然以冷泉為名,但泉質完全不符合溫泉法規上的溫泉冷水!

柴山冷泉的本質,其實就是滲漏到地表的地下水。這種含水層 (aquifer) 裸露於地面層的情況,在順向坡、斷層線山腳、火山碎屑岩和安山岩層層相疊的火山山腳都有可能會發生,最常見的例子便是有時在山壁上會看到湧出的山泉水。因此柴山「冷泉」更精確或好理解的用詞,應是「湧泉」。

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湧泉對於生態與文明的影響非常深遠,海生館助理研究員邱郁文老師的研究即發現,高雄早期地底的湧泉,孕育了拉氏青溪蟹、台灣米蝦、鱸鰻等濕地生物。昔日柴山湧泉最主要的出水口「龍巖冽泉」,更曾被清朝詩人以「玉磯噴雪碎,石乳撒花濺。蟹眼千尋濼,龍澌百丈淵。」讚揚。只可惜自來水建設逐漸替代了湧泉的功能,而最終讓湧泉水直接引入地下水道排放出海。3

柴山湧泉最主要的出水口龍巖冽泉,今日主要剩下遊憩的功能。圖/wiki commons

另外,柴山湧泉還有一個生態與文史方面的重要性,與另一個出水口、位於龍巖冽泉南側的石頭公湧泉有關。高師大生物科技系梁世雄教授考據了石頭公湧泉,發現湧泉處有乳白色硫化物,分析認為是由微生物群聚產生的硫化氫組成,認為這可能是一種「硫化湧泉」4。梁世雄、邱郁文、楊娉育等人考證石頭公廟前水道附近,於日治時期有「高雄溫泉」之歷史紀錄5。打狗文史再興會社理事陳坤毅亦提出 1922 年時,當地設有溫泉浴場,將硫化湧泉加熱做為溫泉使用的紀錄6

因此,儘管柴山湧泉不符合法規定義上的溫泉,但仍具有相當觀光、生態與環境教育的價值。湧泉之利用,也可以如同一些水質優良的山區,就會有業者推出利用山泉水養魚泡茶,或是將山泉水引入泳池與洗澡水等。對於水質更好的地方,更會將飲用水視為一種重要的產業(望向金球獎最大贏家 – Fiji water girl =w=)。

柴山湧泉表示:「我渴了」

然而,2012-2015 年間謝寶森、邱郁文、梁世雄、黃大駿等人所主持的「全國湧泉濕地生態資源調查78」,卻發現龍巖洌泉面臨水源枯竭與水泥化之嚴重威脅,大部分時間均為枯竭狀態,唯有在颱風或長時間大量降雨後才會出泉,水量稀缺有待復育。

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而在水質的部分,2014 年秋季,龍巖冽泉因生化需氧量 (BOD) 偏高,汙染程度 (RPI) 為 2.25 ,屬中度污染程度。其鄰近的石頭公廟湧泉除秋季 RPI 為 1.5 屬於未(稍)受污染,其餘三個季節均為中度汙染。研究團隊也推測此區水質,有受到生活汙水的影響。

因此,如果觀光局長真的有心想發展湧泉的觀光,建議先踢皮球給環保局長和水利局長把污染防治和生態復育先做好吧XDD

至於還有一種湧泉叫做傳說中的高涌泉(拜)又是另外一則故事了……

要以柴山湧泉發展觀光,最需要的可能是先替它補充水分。圖/pixabay

參考資料

  1. 水利法規查詢系統:溫泉法
  2. 水利法規查詢系統:溫泉標準
  3. PanSci:「生猛科學」首聚:保證在地、保證生猛,宇宙史上第一次熱炒店科學開講!
  4. 環境資訊中心:柴山下奇特的「硫化湧泉」 可能等不到透徹研究就消失了
  5. 柴山湧泉的沒落與再現
  6. KUN 土申!冷泉加熱成溫泉?
  7. 行政院農業委員會林務局生態調查資料庫:全國湧泉濕地生態資源調查
  8. 林務局自然保育網:101-14 全國湧泉濕地生態資源調查
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廖英凱
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非典型的不務正業者,對資訊與真相有詭異的渴望與執著,夢想能做出鋼鐵人或心靈史學。 https://www.ykliao.tw/

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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

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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「地熱發電廠」能夠取代核四嗎?溫泉之外必須知道的地熱大小事(上集)ft.阿樹【科科聊聊 EP69】
PanSci_96
・2021/12/03 ・2292字 ・閱讀時間約 4 分鐘

泛泛泛科學 Podcast 這裡聽:

當減碳、淨零排放蔚為風潮,再生能源發電成為各國積極發展的方向。2021 年 11 月,宜蘭清水地熱發電廠正式啟用,然而「地熱發電」究竟是什麼?為何火山、溫泉多的台灣,到現在才有第一座「民營」地熱發電廠?現行的地熱發電模式,竟和你家冷氣機運作原理相近?

圖/Pexels

隨著即將到來的全民公投,發電問題也再度成為議論話題。本集 y 編將與泛科學專欄作者阿樹,探討「地熱發電」能否成為台灣發展「再生能源」的新方向?

2:21 什麼是地熱發電?

近日,宜蘭清水地熱發電廠取得執照後開始啟用。此為台灣第一座「民營」地熱發電廠,但並不是台灣第一座地熱發電廠,當地過往也曾有「公營」發電廠。「地熱」能源為由地殼抽取的天然熱能,能量來自地球內部的熔岩,阿樹也提及台灣火山多,並位處板塊交接處,因此地溫梯度(Geothermal Gradient)上升得很快(平均為每 1km 上升 30℃),十分適合發展地熱發電。

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延伸閱讀:

利用地球的熱情發電吧:深層地熱發電

7:41 美國、東南亞也有地熱發電

全球地熱發電量排名前十名的國家,除了包含火山活動頻繁的冰島之外,美國源於其西岸位處太平洋、北美洲板塊交界處,並且亦有多座火山,地熱資源豐富,因此地熱發電量位居榜首;東南亞的印尼、菲律賓兩國也因擁有許多火山,地熱發電量可觀;相對而言,地熱資源排名全球第三的日本,則並沒有很多地熱發電廠。阿樹也分享到蓋電廠涉及層面頗廣,涉及環境評估、居民意願等,即便興建的是再生能源發電廠,取用土地並非想像中容易。

延伸閱讀:

推開地獄之門?冰島開挖全球首座「火山岩漿井」,開啟地球科學新篇章!

12:35 地熱發電難以發展的原因

阿樹提及,早期的地熱發電有很多技術層面需克服,例如:抽取到的地下水內含礦物質,容易腐蝕發電機組,或管線內沉澱鈣化合物,導致能通過的水量減少,導致發電成本高、效益不佳的結果。過往,1981 年啟用的清水公營地熱發電廠,也因上述原因,裝置功能消耗至僅剩原先十分之一,最終只好關廠停用。同時,地熱發電抽取的熔岩、地下水,容易含有重金屬成份,發電產生的蒸氣也可能含有有毒氣體,工安風險頗高。

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15:40 發電和冷氣機運作模式很像?

經現代技術改良後,研發出「雙循環系統」(Binary Cycle System)有助於地熱發電。該機組有「存在熱源」、「工作流體」(地下水)兩個封閉的循環系統,透過熱交換器以熱源加熱工作流體,使其汽化產生推力,推動發電機組發電。阿樹也解釋其「熱傳導」作用方式,近似冷氣機讓冷媒由液體蒸發成氣體,進而從中排出「冷氣」。

阿樹也解釋,此系統特殊在於「取熱不取水」。「存在熱源」的循環,採用較低沸點的物質,與流體經加熱後發電,不僅可在熱源降低時進行,相較於沸點高的物質能產生更多蒸汽,達到更好的發電效果;「工作流體」循環則是從地底抽取的地下水,經發電過程使用後,由回注井再送回地底,讓地底高溫區幫它「加熱」再利用。

延伸閱讀:

前方高能注意!你知道可以用「熱」發電嗎?把廢熱變能源的黑科技──熱電材料

18:19 地底下的技術瓶頸

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由於希望讓發電使用後的地下水,再送回地底「加熱」,因此需動用常出現於石化工業的「水力壓裂技術」(Hydraulic Fracturing),往地底注入高壓水打破岩石裂縫,製造「回注井」輸送地下水。然而,阿樹解釋由於難以確認岩層狀況,需透過鑽井或甚至使用炸藥、打地震波等探勘方式,判斷地下岩石類型確實能被「鑽破」,分析「水力壓裂」製造裂縫後,水源確實能回柱到地底高溫區。

22:06 地熱發電的「附加價值」

y 編問及發展地熱發電時,是否還能有其他「附加價值」,阿樹則回應多半可作為發電的地區,也可能發展為「溫泉遊憩觀光區」,也提及由於地熱發電所需條件較高,要找到適當地點並不容易,相對而言找到「溫泉」的機率還是比較大。他也提到,只要有較完整的地質架構圖,地質學家便可以判斷此處是否可能有溫泉。

25:11 溫泉是被「法規」定義出來的

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日本及台灣皆各自以《溫泉法》訂定溫泉的「標準」,台灣《溫泉法》下的《溫泉標準》則明定,地下自然湧出或人為抽取之泉溫須達攝氏三十度,且具有陰離子或其他特殊成分,才可被稱為「溫泉」;三十度以下且仍具有上述成分,則可被稱為「冷泉」。

延伸閱讀:

把冷泉加熱,就會得到溫泉嗎? 關於柴山湧泉的那些事

30:46 為何日本台灣的溫泉很有名?

全世界都有地熱資源,但日本、台灣卻形成特殊「溫泉文化」,進而讓溫泉成為觀光名勝景點。阿樹從地科角度指出,日、台的溫泉其實未有特殊之處,而是歷史脈絡的發展讓它變得特別,「溫泉」也只是溫泉文化形成的「背景條件」而已。

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如果火山一言不合就爆發會怎樣?——《地震100問》
親子天下_96
・2020/06/11 ・1367字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

  • 作者/潘昌志;繪者/陳彥伶

火山爆發時會造成什麼災害呢?

可能會燒毀附近區域、造成山崩、地震和土石流。

火山爆發造成的火山碎屑流可能摧毀民宅。圖/親子天下提供

火山噴出的熱氣,會與周圍岩石碎屑混合,形成「火山碎屑流」,溫度極高且流速極快,從山上滾下來時會燒毀並活埋一切。火山碎屑流遇到河水、雨水或雪水,會變成很像土石流的「火山泥流」,黏性高,易壓毀經過的樹與建築。

火山猛烈爆發時,會噴出大量溫度高達 900 ∼ 1200°C 的岩漿,容易引起大火,還可能伴隨地震和海嘯。

「火山灰」是什麼呢?

火山灰是火山噴發出的細小岩石粉末和玻璃顆粒。

火山灰可能影響飛航安全。圖/親子天下提供

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火山灰比大部分的灰塵還要細,可以飄到遠方,不但會影響到飛航安全,也可能遮蔽陽光,造成天氣變冷。2010 年冰島的艾雅法拉火山(Eyjafjallajökull)爆發時,大量火山灰曾造成全球 10 萬次的航班被迫取消。

  • 地科小故事:維蘇威火山和龐貝城

西元 79 年 10 月,義大利的維蘇威火山爆發。當時鄰近的龐貝城很快就被高速流動的火山碎屑流摧毀。直到超過 1500 年後,這座古羅馬城才被挖掘出來。

被火山碎屑掩埋的龐貝城,像時光膠囊一樣保存完整,是考古學家了解古羅馬文化的重要遺跡喔!圖/親子天下提供

火山只有可怕的災害,完全沒有益處嗎?

火山的地熱可用來發電,也常形成溫泉。

別府「海地獄」溫泉。圖/wikimedia

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火山底下的熱源,可用來作為「地熱發電」,也能將地下水加熱成「溫泉」,還常因特殊的地形景觀而成為知名的觀光景點。日本九州因為遍布眾多火山,形成許多知名溫泉。

火山那麼燙,科學家要怎麼研究它呢?

科學家會穿著特殊的隔熱防護裝備,近距離的調查火山。

靠近火山研究時,火山學家會穿戴特殊防護裝備。火山若是快爆發,科學家就會遠方觀測,以策安全。圖/親子天下提供

火山岩漿的高溫超過 1000°C,因此火山學家研究活火山時,常穿戴特殊的防護裝備與防毒面罩,隔絕高溫和毒氣。若是快要爆發的火山,科學家就不會靠近,而是運用觀測站或人造衛星的數據,距監測火山活動以確保安全。

火山爆發有辦法提前知道嗎?

大部分火山噴發前都有徵兆,透過長期監測就能預警。

火山噴發前可能有地震地表隆起;如果地底的岩漿很活躍,有些小噴氣孔噴出的化學成分也會有變化。臺灣的活火山很少,不曾發布火山預警。但在火山密集的日本,就將火山警戒分五級,數字越大代表越危險。

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萬一遇到火山噴發, 逃跑時要戴安全帽,並用毛巾或防護面罩遮住口鼻喔! 圖/親子天下提供

——本文摘自泛科學 6 月選書《地震100問:最強圖解X超酷實驗 破解一百個不可思議的地科祕密》,2020 年 4 月,親子天下

親子天下_96
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