0

0
0

文字

分享

0
0
0

燃燒的雨林,炎上的議題:關於亞馬遜的幾個問題與答案

活躍星系核_96
・2019/08/29 ・5421字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

  • 文/胖胖樹 王瑞閔

最近亞馬遜雨林火災的議題發酵,有人憂心忡忡,擔心地球會完蛋;有的人又抨擊「綠色恐怖主義」把雨林大火過度誇張,使用了很多假照片。

於是陸續有朋友問我很多關於熱帶雨林燃燒的問題:為什麼會燒起來?為什麼之前不救火,現在又要救?怎麼救火?森林大火是自然現象嗎?是否對雨林更新有幫助?全球暖化是真的嗎?亞馬遜雨林燃燒,地球真的會完蛋嗎?我們能做什麼保護熱帶雨林?

 

在 Instagram 查看這則貼文

 

Leonardo DiCaprio(@leonardodicaprio)分享的貼文 張貼

本次有關亞馬遜熱帶雨林燃燒的討論中,最受矚目的名人莫過於李奧納多。

熱帶雨林燃燒是假新聞?森林火災是自然現象?

這次雨林燃燒的新聞,確實夾帶了很多「假照片」,也造成了很多人過度恐慌。這次的雨林燃燒不會對人類的社會、經濟或氣候造成立即且顯著的影響,人類不會馬上滅亡,不會明天就吸不到氧氣。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但是,人類破壞雨林是事實,人類放火燒雨林也是事實。

雨林雖然佔陸地面積不到 10%,但是卻有超過一半的陸地生物生存在雨林裡。雨林是數以萬計生物的家,請問你家願意讓其他物種以經濟開發的名義隨便放火燒掉嗎?

熱帶雨林非常潮濕,通常不會像松樹林或桉樹林那樣因為天乾物燥,被雷劈了而自燃。雨林會燃燒基本上都是人為的。人類開發雨林,把土地拿來養牲畜、種植高經濟價值的作物、或是開採礦物等理由,不停的破壞雨林。

NASA釋出今年8月15日至22日間衛星Terra與 Aqua上之 中解析度成像光譜儀 (MODIS)所偵測到之火災資料,今年的起火數已是自 2010 年以來最高。圖/©NASA Earth Observatory / Joshua Stevens

為什麼之前巴西政府不願意救火,受輿論壓力才開始救。這道理就跟古蹟會莫名其妙失火一樣,燒光了土地才能被人類利用,才有辦法換成鈔票。人類為了錢,什麼事情都幹得出來。而且雨林發生火災的地方通常都在交通不便之處,加上救災技術等問題,救災困難,過去通常都是等到 11 月雨季來臨時火才會熄滅。

雖然每年破壞的比例不高,對地球氣候不會造成立即且明顯的影響,但是每年森林面積少一點少一點,累積起來的面積就很可觀,對自然生態無疑是嚴重的破壞。沒有人喜歡自己的家被燒掉吧!憑什麼人類可以為了自己的私心把野生動物的家燒掉?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
衛星資訊顯示了亞馬遜雨林的起火狀況。圖/ NASA Earth Observatory/Joshua Stevens

為什麼會燒起來?是否對雨林更新有幫助?

溫帶森林,如松樹林或桉樹林每隔一段時間,很容易發生火災。因為松針是很好的燃料、桉樹本身含精油,也是很好的燃料。這些植物構成的森林,在生態上被稱為「火災適存植群」。因為環境相對惡劣——乾燥或土壤貧瘠,不適合多數的植物生長,生物多樣性低。

拿這種一公頃樹木種類只有一二十種的森林自燃現象,來比一公頃樹木有一兩百種、生物多樣性高到爆表的熱帶雨林的非自燃──人類放火──類比,是生態知識的缺乏。

溫帶森林與熱帶雨林的屬性不同,「自然更新」的情況也差異很大。圖/by Johannes Plenio from Pixabay

對於存在地球上超過千萬年的熱帶雨林而言,所謂的「天然更新」,是發生於大樹自然死亡、大象等大型動物的破壞所造成的「孔隙」。這樣的微破壞,造成森林裡光線環境的改變,有助於林下小樹苗成長,土壤內的種子庫發芽。這種現象才叫作「天然更新」,森林可以在數年或十數年間恢復鬱閉的狀態。偶有火山爆發等大規模的天災發生,導致較大面積的森林毀壞,整個森林生態系統就必須從草地、陽性樹種、陰性樹種重新「演替」,沒有數百年是沒有辦法恢復成雨林的。

「更新」和「演替」是規模跟尺度完全不同的生態概念,不可以混淆。

雨林每年本來就會起火?亞馬遜雨林不供應氧氣?

各地的雨林有短暫的乾季。過去幾千幾萬年,雨林裡的原住民會利用乾季燒掉一小塊,用來耕種,而燒掉的餘燼正好成為作物的養分。等養分耗盡,原住民會移往下個地方。因為每次燒掉的面積往往就是一小塊田的大小,對雨林來說勉強可以算是「孔隙」。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

不論是亞馬遜雨林,或是非洲、亞洲的雨林,每年被人類破壞的面積都是幾千幾萬公頃,甚是幾百幾千平方公里。這規模遠大於任何的天災,要恢復難上加難。

 

編按:在本次的討論中,有些人聲稱亞馬遜雨林為世界之肺,提供了全世界 20%的氧氣。這說法以目前的科學來說並不正確。

亞馬遜雨林是不是提供我們新鮮氧氣不是重點,重點是雨林是個多功能的生態系統。

雨林涵養水源,作為動物的棲息環境,並在碳循環中扮演重要的角色。雨林破壞後,不論是變成農田、牧場,還是稀樹草原,確實都還是會吸收二氧化碳。但是這樣的生態條件,吸收及儲存的二氧化碳量都遠比原本的熱帶雨林少。雨林涵養水源,在水循環中扮演重要角色,雨水不會快速流向大海,土地不會過分乾燥。再加上植物的蒸發散作用,讓水分子可以在同一塊土地上循環往復,提供所有生物珍貴的水源。

雨林是陸地上一半以上的生物的家。破壞後,這些生物將何去何從?

全球氣候變遷是真的嗎?

森林每年吸收的二氧化碳約占陸地植物的七成,高達 1.3×1011 公噸。儲存在森林生態系中的碳量逾四千五百億公噸。森林被破壞,除了降低土地吸收二氧化碳的能力,也會讓原本儲存在森林中的二氧化碳被大量釋放到大氣之中。無論是否相信全球暖化,都不能否定森林在減緩溫室氣體排放的重要貢獻。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

全球暖化與氣候變遷是真的嗎?有人說這是個假議題!首先,我想說的是全球氣候變遷這樣的說法比全球暖化更精確。因為溫室氣體濃度升高,不是只有造成全球暖化,而是產生極端氣候。熱更熱,冷更冷,乾季更乾,雨季降雨強度更強,雨來的又快又急,造成洪水。

請大家思考及回想一下,很多地方冰川融化是真的吧!去年暖冬以至於今年沒有龍眼可以吃是真的吧!今年泰國只下了一場雨,雨季就沒有了;今年初一大堆地方櫻花不開,或開不好;今年夏天南部很多地方雨下的又大又久;甚至幾年前台北市下雪、美東冷得跟《明天過後》電影一樣;歐洲滑雪場沒有雪,印度卻下雪。這些都是事實吧!

全球氣候變遷是不是真的,請看科學數據。1896 年瑞典學者阿瑞尼斯(Svante Arrhenius)率先提出:人類大量使用石化燃料會提高大氣中的二氧化碳,造成全球暖化。過去人類覺得這有助於植物生長,解決糧食問題。但是後來科學家就發現,沒有這麼簡單。因為氣溫過高,植物也會停止生長。氣溫改變還會影響空氣濕度跟降雨量,這些因素綜合起來,不見得有利於植物。

1988 年 11 月成立的「政府間氣候變化專門委員會」(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)聚集了近百位全球頂尖的科學家進行研究,每隔一段時間就會有新的報告以各種語言公布。二氧化碳濃度比工業革命前升高了約 100 ppm,平均溫度上升從最早的 0.2-0.6 度,到現在新的數據顯示大概是 0.8-1.5 度。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

或許有人會覺得 1 度根本就沒什麼,地球以前還有冰河期,溫度變化更大。但是即使如此,我們都不能否認人類開發,過度使用地球資源,不斷的破壞地球的生態環境吧!

森林對於控制溫室氣體排放,有什麼角色?

回顧歷史,為了回應「第二次世界氣象大會」的建議,1992 年在巴西舉行地球高峰會,開放簽署「聯合國氣候變化綱要公約」(The United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC),管制溫室氣體排放。

1997 年氣候變化綱要公約締約國會議通過京都議定書,有興趣的來看一下議定書條文:

  • 京都議定書第 3.3 條,1990 年以後所進行之荒地造林(afforestation)、復舊造林(reforestation),以及毀林(deforestation)──簡稱 ARD──所產生的二氧化碳吸收或排放淨值,應併入溫室氣體排放或減量值計算。
  • 京都議定書第 3.4 條,因加強森林經營管理(forest management)所額外增加的碳吸存量併入排放減量值。

研究發現,毀林與森林退化所造成的二氧化碳排放約占總放量的 11%。為了鼓勵巴西等國保護森林,國際間又決定將「減少毀林及森林退化造成的溫室氣體排放」(Reducing Emission from Deforestation and Degradation)──簡稱為REDD──併入碳排放的計算中。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

這些都是國際上肯定森林在減緩溫室氣體排放的重要依據。

雨林被破壞,地球真的會完蛋嗎?

人類破壞雨林不是一天兩天了,從大航海時代,先進國家進入美洲、非洲、亞洲,都不斷的破壞原始雨林,掠奪式的開墾。為了製作奎寧,美洲的金雞納樹被砍光變成稀有植物;為了做家具和造船,美洲的桃花心木也被砍光變成稀有植物;為了種咖啡、種可可,全世界都有雨林被砍掉;為了種可樂,非洲的森林被砍掉;為了種橡膠與油棕梠,亞洲的雨林被砍掉;為了養牛或種大豆,美洲雨林被砍掉……為了各式各樣的理由,為了經濟發展,過去幾百年來,蠻荒的雨林成為類短視近利的活祭品,不斷的被破壞,造成了無法挽回的影響。

亞洲的雨林。攝影/胖胖樹 王瑞閔

隨著知識進展,人類開始發現破壞雨林除了造成生態無可挽回的悲歌、降低生物多樣性,人類也開始自食惡果。熱帶雨林和珊瑚礁是地球上非常重要的兩大碳庫。當雨林被破壞,釋放大量二氧化碳到大氣中,加速了全球暖化與氣候變遷,造成極端降雨或乾旱,進而使熱帶雨林的溼度降低,乾季拉長,僅存的雨林也持續衰敗。而砍伐雨林後滾滾泥水淹蓋了熱帶海域的珊瑚礁,造成珊瑚死亡,全球暖化所造成的高溫也會使珊瑚礁白化。當兩大碳庫都毀壞殆盡,下一步滅亡的可能就是人類自己。

過去百千年來,雨林帶給人類豐富的資源,不論飲食、香料、衣服染色、油、橡膠、藥物、化粧品,都是取之於雨林。目前也還有很多新藥的開發,必須仰賴熱帶植物。可是人類不僅不懂得知恩圖報,還加速毀壞雨林。

台灣雖然沒有雨林,但是台灣也有豐富的生態系統,台灣數百年來的歷史中,無論是在經濟、貿易、民生、醫療、飲食,甚至族群、宗教各方面,熱帶雨林植物一直扮演舉足輕重的角色。如果全球氣候變遷是真的,有天雨林全部消失了,極端氣候很可能導致地球上所有的生態系統都大崩壞,到時候台灣土地上絕種的恐怕就不只雲豹,而是非常多的生物都會從台灣島上消失。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • 註解:台灣沒有科學上嚴格定義的熱帶雨林,除了森林結構缺乏突出層,而且沒有龍腦香科的植物。

政治、經濟、能源、人權、長照、教育、理財、自我實現,等等議題都非常重要,而且有立即的影響,總是被多數人放大檢視。生態破壞、全球氣候變遷,影響又慢又不明顯,總是被忽略,很多人漠不關心。如果全球暖化是假議題,很好,大家都平安;但是如果是真的,那將使地球生態整個完蛋,接著人類大滅亡,連遺產都找不到繼承人,再多的社會議題都將是一場空。二十一世紀,人類該覺醒了!

我們能做什麼保護熱帶雨林?

或許這次亞馬遜危機議題夾帶大量吸睛、騙關注的假照片,甚至造成恐慌。但是我衷心希望,藉由這次亞馬遜大火的相關報導,可以喚醒更多人對雨林生態保護的重視,希望大家開始注意生活中的小細節。

不要任意浪費資源、減少或不要使用一次性塑膠產品、購買 FSC 認證的木材或紙張、購買雨林友善商品、少吃速食店的牛肉、捐款給國際雨林保護組織、多多告訴身邊朋友熱帶雨林保護的重要性。

如果有一天地球生態毀壞,地球不會完蛋,但是人類一定會!如果我們不停止破壞地球環境,這一切將不再只是科幻電影中的場景,而是每天真實上演的人類自我毀滅進行曲。衷心希望不會有這一天。

同場加映:

本文轉載自 FB專頁 胖胖樹的熱帶雨林,原文為〈燃燒中的熱帶雨林

文章難易度
活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 120 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

0

8
2

文字

分享

0
8
2
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

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

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。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
196 篇文章 ・ 300 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

0

8
0

文字

分享

0
8
0
氣候變遷會讓世界變得又熱又病嗎?暖化之下的寄生關係可不簡單
阿咏_96
・2023/05/15 ・3188字 ・閱讀時間約 6 分鐘

近年來,氣候變遷已經變成一個眾所皆知的熱門話題,不僅影響著我們身處的自然環境,以及人類生活,也對生物的繁殖、生長、分布等造成衝擊。不過,今天我們沒有要討論海平面上升、極端天氣等這些巨觀環境的改變,而是要來談談或許你我體內都有的——寄生蟲。

提到寄生蟲,大家比較熟悉的或許是蟯蟲、蛔蟲等,有機會寄生於人類體內的寄生蟲,而自然中許多物種之間也有寄生關係,但這與氣候變遷有什麼關係呢?

有許多研究顯示,氣溫升高會導致寄生蟲爆發事件增加,也有些研究說寄生蟲在高溫下的表現比宿主好,因此暖化可能會造成相關疾病越來越嚴峻,後來也衍生出「地球越溫暖,流行病越多」的假說。

地球越溫暖,流行病越多」的假說近來相當盛行。圖/envatoelements

寄生不是哩想ㄟ那麼簡單

俗話說:魔鬼藏在細節裡。腹肌藏在脂肪裡。

如同在生物課本裡學過的,寄生關係是生物間的交互作用,一種生物寄居在另一種生物的體表或體內,獲取營養得以生存、繁殖,所以也並非只有寄生蟲的事,和宿主的生理也有很大關係。找到溫度升高會影響寄生過程的哪些步驟,以及背後的機制怎麼運作,是了解氣候變遷對寄生關係影響的關鍵。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

近期發表在英國皇家學會《自然科學會報》(Philosophical Transactions of the Royal Society B)的一項新研究就發現,溫度能夠調節寄生真菌在宿主水蚤體內的感染機制。

這個研究由臺灣大學氣候變遷與永續發展學程助理教授孫烜駿與美國密西根大學研究團隊合作,利用暖化實驗觀察水蚤和真菌之間的寄生關係。

他們將一種水蚤 Daphnia dentifera 作為實驗物種,水蚤平常吃藻類等浮游植物,然後也會被更大的捕食者吃掉,因此水蚤在淡水食物網中扮演著重要角色。而今天的另一個主角 —— 寄生真菌 Metschnikowia bicuspidata ,則是一種會感染多種水蚤的酵母菌。

那水蚤是怎麼被感染的呢?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

宿主與寄生真菌之間的攻防戰

水蚤在濾食水中浮游植物時,寄生真菌的孢子可能會一起被牠吃進去,這時感染過程就開始了(水蚤表示:窩⋯⋯窩不知道QQ)首先,寄生真菌的針狀孢子需要先刺穿水蚤的腸道上皮細胞,才能進到體腔內開始發育、繁殖,感染初期有些水蚤還可能痊癒,否則就會進到最終感染階段,一旦水蚤體腔內充滿寄生真菌的孢子或孢子囊,便不可能康復,最終走向死亡,之後下一代孢子釋放回環境中,再被新宿主吃掉,完成感染週期。

寄生真菌在水蚤中的感染過程。生真菌的針狀孢子會先刺穿水蚤的腸道上皮細胞。圖/英國皇家學會《自然科學會報》

也不是所有被吃進去的孢子都能夠成功感染宿主,必須要經過重重關卡,畢竟水蚤也不是吃素的(好啦水蚤真的吃素沒錯 XD)

而兩道最重要的關卡就是「物理屏障」與「細胞免疫」。

物理屏障是一種常見的防禦形式,例如我們的皮膚和植物的角質層,在水蚤與寄生真菌的感染過程裡,腸道上皮細胞就是抵抗孢子進入體腔的物理屏障,像是一道能夠抵抗外來敵人的城牆。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但如果孢子還是順利進到水蚤的體腔內,細胞免疫就像一支軍隊,免疫細胞士兵們會聚集到被感染的部位,開啟防禦模式,共同抵禦外敵,也就是前面提到的,有些剛被感染的水蚤有機會康復的原因。

健康的 Daphnia dentifera 水蚤(左圖)與被寄生真菌 Metschnikowia bicuspidata 感染的水蚤(右圖)。圖/國立台灣大學

暖化之下,寄生關係會怎麼樣

研究團隊想知道:溫度對物裡屏障和細胞免疫的影響,以及會不會影響最終感染的機率。

因此他們把水蚤放到 20°C 和 24°C 下的環境飼養,為甚麼是這兩個溫度呢?

根據先前研究,20°C 是適合水蚤生長繁殖的溫度,而 24°C 則是來自 2100 年氣候變遷預測下的平均溫度變化,自西元 1985 年起,夏季的湖面溫度以每十年 0.34°C 攀升,到本世紀末預計上升 4°C。

並將不同溫度下飼養的水蚤,分別放入有寄生真菌和沒有寄生真菌的環境,總共四種環境條件的組別。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  1. 實驗組:24°C,沒有寄生真菌
  2. 實驗組:24°C,有寄生真菌
  3. 控制組:20°C,沒有寄生真菌
  4. 控制組:20°C,有寄生真菌

接著,為了知道感染初期的情形,針對有寄生真菌的組別,研究團隊在放入真菌 24 小時後,用複式顯微鏡觀察,檢查水蚤腸道和體腔內是否有孢子,以及孢子的數量。

那要怎麼知道物理屏障和細胞免疫的防禦效果呢?

如同前段提過的,我們將作為物理屏障的腸道上皮細胞想像成城牆,免疫細胞想像成軍隊,而寄生真菌的孢子是試圖入侵的外敵

腸道的防禦力便是用「後來在體腔內的孢子數」與「所有試圖刺穿腸道上皮的孢子數」相除;也就是「進到城牆內的敵人數」除以「所有一開始來城牆外攻擊的敵人數量」。(編按:每一百個攻擊城牆的敵人,會有多少人突破城牆的防禦進到牆內)

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

除此之外,團隊也觀察在不同溫度下水蚤腸壁上皮的厚度,畢竟城牆的厚度可能是防禦的關鍵。

而細胞免疫則是以「前來支援的免疫細胞數」除以「體腔內的孢子數」計算,可以想像成一個敵人需要幾個士兵一起抵抗

除了兩道關卡的抵禦能力外,為了解水蚤的健康狀態,研究團隊紀錄牠們在感染後的死亡率和繁殖力。

溫度影響的不只是寄生關係

實驗結果發現,較溫暖環境下的水蚤腸壁上皮細胞比控制組厚,但腸壁是越厚越好嗎?

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另一個結果顯示,其實較厚和較薄的腸壁上皮細胞,比較能抵抗寄生孢子的攻擊,反而是有中等腸道厚度的水蚤防禦孢子進入體腔的能力較弱。

而關於細胞免疫,則發現隨著成功進入體腔的孢子數量增加,附著在孢子上的免疫細胞總數也跟著增加,但在較溫暖環境下飼養的水蚤召集來的免疫細胞,比控制環境下來得少。也就是說,越多敵人入侵,軍隊會募集越多士兵來共同對抗,但在溫暖環境下召來的士兵較少

那物理屏障和細胞免疫之間有什麼關係呢?

在 20°C 下,腸道上皮細胞越厚,每個寄生孢子所需要的免疫細胞數就越少,這似乎蠻容易理解的,若城牆越厚,軍隊火力就不需要太強,反之亦然。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

但在 24°C 卻看不到同樣的趨勢,我們知道的只有在溫暖環境下,同樣腸道厚度免疫細胞仍比控制組少。

最後,不論是繁殖力還是存活率,都是在溫暖環境下被感染的水蚤敬陪末座。

從這個研究,我們可以得知,溫度上升不僅會改變宿主的物理屏障,也會影響細胞免疫,進而改變寄生真菌對水蚤的感染結果。在更了解溫度影響寄生關係中的哪些關鍵特徵和結果後,便能預測在暖化環境中,宿主與寄生蟲之間的交互作用,以及所導致的後果。

參考文獻

  1. Sun, S. J., Dziuba, M. K., Jaye, R. N., & Duffy, M. A. (2023). Temperature modifies trait-mediated infection outcomes in a Daphnia–fungal parasite system. Philosophical Transactions of the Royal Society B, 378(1873), 20220009.
  2. Rohr, J. R., & Cohen, J. M. (2020). Understanding how temperature shifts could impact infectious disease. PLoS biology, 18(11), e3000938.
  3. Harvell, C. D., Mitchell, C. E., Ward, J. R., Altizer, S., Dobson, A. P., Ostfeld, R. S., & Samuel, M. D. (2002). Climate warming and disease risks for terrestrial and marine biota. Science, 296(5576), 2158-2162.
  4. Miner, B. E., De Meester, L., Pfrender, M. E., Lampert, W., & Hairston Jr, N. G. (2012). Linking genes to communities and ecosystems: Daphnia as an ecogenomic model. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 279(1735), 1873-1882.
  5. Ozersky, T., Nakov, T., Hampton, S. E., Rodenhouse, N. L., Woo, K. H., Shchapov, K., … & Moore, M. V. (2020). Hot and sick? Impacts of warming and a parasite on the dominant zooplankter of Lake Baikal. Limnology and Oceanography, 65(11), 2772-2786.
阿咏_96
12 篇文章 ・ 649 位粉絲
You can be the change you want to see in the world.

0

4
2

文字

分享

0
4
2
熱穹所壟罩的世界!——熱浪對全球造成的衝擊——《科學月刊》
科學月刊_96
・2022/11/26 ・4035字 ・閱讀時間約 8 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

  • 駱世豪/中研院環境變遷研究中心博士後研究學者。

Take Home Message

  • 歐美熱浪的主因是噴流增強了熱穹的下沉,造成熱空氣北移和累積。臺灣的熱浪則是受到副熱帶高壓的影響。
  • 熱浪發生頻率變頻繁且強度變強,與溫室氣體排放造成的全球暖化效應增加有很大的關係。
  • 熱浪事件對生態、糧食、經濟和健康等面向都造成威脅,全球與臺灣熱浪的持續天數和強度都有增加的趨勢。

古代傳說中,后羿射下九個太陽讓地上的氣候適宜、萬物得以生長,古代的預言已經告訴我們,炎熱的氣候條件不利於萬物的生長。而在現今全球暖化的情況下,另外九個太陽會復活嗎?以上雖是玩笑話,但今(2022)年歐洲國家就受到熱浪(heatwave)嚴重影響,葡萄牙與西班牙最高溫度達到 45℃ 以上;英國更出現 54℃ 以上的極端高溫,發布有史以來第一個紅色高溫預警,並進入緊急狀態。

據統計,歐洲各國在 6 月因熱浪死亡的人數高達 2468 人。中國的溫度也突破近 62 年的歷史同期最高夏季平均氣溫,有 23 個省分出現 40℃ 以上高溫,許多地方都出現因熱浪致死的案例。臺灣也在 7 月中出現接近 40℃ 的溫度,並在多地出現 35℃ 左右、維持數天的極端高溫。近年來熱浪的強度和發生頻率不斷提高,造成人員經濟的損傷也愈來愈多,而究竟什麼是熱浪?它形成的背後機制為何?

熱浪是什麼?

「熱浪」是夏季主要造成災害的極端事件之一,根據世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)的定義:「熱浪現象是指一個地區超過該地區的歷年最高溫度平均值 5℃ 以上,並且持續 5 天以上。」一個地區能維持極端高溫並持續一段時間,背後一定有些天氣系統所導致。

如近年歐洲、北美熱浪頻傳,主要因素就是噴流(jet stream)與熱穹(heat dome)所造成;東亞主要受太平洋副熱帶高壓(subtropical high)影響;印度和亞馬遜等熱帶區域則主要是受到降雨的影響。各區域因為氣候背景與緯度位置不同,造成熱浪的成因也有所不同,接下來我們會依序介紹世界各地氣候與緯度間的相互關係。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

高空之龍所環抱的氣團

當北半球夏季中高緯地區噴流向北蜿蜒形成一個像 Ω(omega)的形狀時,就有可能形成熱浪(圖一),或因為它的特殊形狀而被稱為阻塞高壓(omega blocking)。噴流是一股由西往東的氣流,通常位於對流層頂,它的水平長度達上萬公里、寬數百公里,中心風速有時可達每小時 200~300 公里。

而噴流就像一個在地上亂甩的水管,蜿蜒的波動有時往北有時往南,當噴流在北美或歐洲地區蜿蜒向北時,會形成一個 Ω 的形狀,也會造成反氣旋(順時針)式風切,進而讓大氣產生下沉運動。在此區域內不易形成對流,造成穩定且乾燥的環境,也就是所謂的熱穹,或是阻塞高壓。噴流和熱穹是相輔相成的關係,噴流增強熱穹的下沉機制,將南邊的暖空氣往北傳送,並將熱空氣累積,所以才形成熱浪。

圖一:熱浪形成原理與機制
(資料來源:AFPgraphics)

而在東亞的夏季,氣溫主要受太平洋副熱帶高壓(subtropical high,以下簡稱副高)影響。副高中心約位於太平洋(東經 160 度、北緯 30 度左右),在它的增強過程中會向西伸擴張至中國東南沿岸,而當副高處於增強的狀態時,副高系統會再向西延伸且壟罩整個臺灣。

如上述所說,高壓壟罩的狀況下屬於對流穩定的晴朗天氣,配合上夏季的西南季風,將暖濕空氣往北傳送並堆積在副高所壟罩的區域上,最後在此區域形成熱浪現象。相較於北美、歐洲區域的乾熱浪,臺灣的熱浪屬於濕熱浪(wet heatwave)。除了極端高溫外,還有著高濕度的影響,悶熱的環境對人體有更大的傷害和影響。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

另外,印度和亞馬遜熱帶區域雖屬於終年偏高溫的地區,但仍有熱浪現象產生,主要原因是降雨。熱帶地區主要氣候分為乾季與溼季,溼季通常為該地區的夏天,下雨能有助於該地區降溫,所以當降雨系統未出現、延遲或偏移,就很有可能會造成嚴重的熱浪。

熱浪造成的嚴重影響

熱浪事件對生態、糧食、經濟、健康等面向都造成諸多影響,以下將分為四類說明:

生態浩劫

根據聯合國(United Nations, UN)底下的政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第六次評估報告預測,如果到了 2100 年全球的溫度升高達到 2℃,陸地上大約 18% 的物種將面臨滅絕的高風險;如果升溫至 4.5℃,在我們有紀錄的所有動植物物種中約有一半將受到威脅。臺灣也面臨相同的狀況,當熱浪發生的頻率愈來愈高,持續時間和強度也都增加的狀況下,將發生物種多樣性減少、物種的分布改變、增加外來物種入侵機會等情況,對整體生態系平衡或農業生產造成衝擊。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

糧食危機

IPCC 於 2019 年報告中指出,全球主要農產品(如玉米、小麥、大豆)產量都會受到全球暖化影響減產 1.8~4.5%。若情況持續惡化,到 21 世紀中則可能導致產量下降 5~30%。

經濟損害

美國報導指出熱浪會造成極端高溫,進而對人體產生危害,所以對於生產力(gross domestic product, GDP)也有影響。在高於平均水平的夏季氣溫下,每升高 1℃,美國各州的 GDP 就會下降 0.25%。國際信評機構標普全球(S&P Global)的報告預測,氣候變遷恐導致 2050 年前全球每年經濟產出損失 4%,臺灣位處的東亞區域則會有 1% 左右的損失(圖二)。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖二:全球GDP損失分布預測
預估全球於 2050 年在中度暖化情境(RCP4.5)下,GDP 因水災、自然災害以及熱浪所造成的損失分布。
(資料來源:S&P Global Ratings, Trucost, 2022)

人體危害

對於人體而言,熱浪最嚴重的傷害為熱衰竭(heat exhaustion)。根據臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平臺計畫(TCCIP)的報告指出,2003 年的歐洲熱浪估計已造成七萬多人死亡;2010 年俄羅斯熱浪則導致超過 5 萬 6000 人死亡。科學家警告:「如果各國家和企業不採取激烈行動來削減溫室氣體排放,2050 年時的英國與高溫相關的死亡人數預計將增加兩倍,而且世界將經歷更頻繁、更強烈、更危險的熱浪危機。」

越來越熱的台灣——極端高溫天氣的頻率增加

熱浪發生頻率變頻繁且強度變強,主要與溫室氣體排放造成全球暖化效應增加有很大的關係。更進一步使用溫度發生機率圖解釋(圖三),若峰值愈接近右邊,代表高溫事件發生的機率愈高;反之,若峰值愈接近左邊,低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時,就如同圖三所顯示的新氣候,整體機率分布相較於舊氣候來說會往右偏移,往更高溫度的地方移動,造成熱浪事件的發生機率更高。

而實際上全球的變化也是如此,根據科技部、中央研究院環境變遷中心以及國家防災中心的報告,比較全球早期(1951~1980 年)和近期(1981~2010 年)的日最高溫資料(圖四左),在機率分布圖上可以看到往右偏移的情形,表示極端高溫事件的頻率與溫度都有增加的趨勢。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

臺灣的夏季日最高溫度也有相同的趨勢變化,以臺北的資料為例,比對早期(1960~1990 年)和近期(2006~2017 年)的夏季日最高溫度,能發現近期的頻率分布向右偏移,夏季日最高溫度的發生機率增加,平均值也增加近 1℃(圖四右)。全球與臺灣的平均氣溫或極端溫度發生頻率皆有增加的趨勢。

圖三:全球溫度發生機率變化分布圖
若峰值愈接近右邊,代表高溫事件發生的機率愈高;愈接近左邊,低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時(新氣候),整體機率分布會往右偏移,造成熱浪事件機率增加。而實際上全球的變化也是如此。(資料來源:Matt 科學Taylor, BBC Weather)
圖四:日最高溫與日最低溫觀測頻率分布圖
(資料來源:《臺灣氣候變遷科學報告2017-物理現象與機制報告》)

在未來(21 世紀中後期)趨勢的變化中,研究學者利用模式推估,指出以現在的熱浪門檻為標準,未來若是能將全球暖化程度控制在低暖化情境(RCP2.6),則臺灣地區的熱浪不管是在頻率、持續時間或強度上,和現今的差異不大。相反的,在高暖化情境(RCP8.5)情境下,21 世紀末臺灣整個夏季都可能處於熱浪狀態。未來若暖化情況持續增長,熱浪的發生將成為常態,而且持續天數和強度也有增加的趨勢。

TCCIP 計畫依據 IPCC 所設定的溫室氣體排放情境,進行臺灣地區的溫度模擬:在高暖化情境(RCP8.5)推估下,世紀末可能增溫超過 4℃,而北部地區增溫較南部嚴重,高溫有可能影響農作物生長與收成。臺灣在未來將面臨更嚴重的熱浪衝擊,對於能源使用、公共衛生健康等都可能帶來前所未有的考驗,而這急迫性的問題,就像電影《普羅米修斯》(Prometheus)裡女主角說的:

「如果不阻止它,我們就會無家可歸!」(If we don’t stop it, there won’t be any home to go back to!)

溫室氣體排放情境假設:「RCP」

IPCC 的報告中長使用到的濃度路徑「RCP」為 representative concentration pathways 的英文縮寫,代表不同程度暖化路徑的人為溫室氣體排放量的「情境假設」,其中假設四種不同暖化情境,由輕微到最嚴重分別為 RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5,分別代表的意義如下:

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
  • RCP2.6:增溫最小且緩慢的情境,輻射強迫力先在 21 世紀中期達到最大值 3 Wm-2,大約和二氧化碳濃度 490 ppm 相似,然後再緩慢下降到 21 世紀末。
  • RCP4.5:輻射強迫力會在 21 世紀末達到一個穩定狀態的情境,約為 4.5Wm-2,和二氧化碳濃度 650 ppm 相似,代表世界各國會想盡辦法做到溫室氣體減量的目標。
  • RCP6.0:和 RCP4.5 相似,但輻射強迫力為 6 Wm-2,約為二氧化碳濃度 850 ppm,代表世界各國並沒有盡全力積極做到溫室氣體減量的目標。
  • RCP8.5:輻射強迫力持續的增加到大於 8.5 Wm-2,即二氧化碳濃度會大於 1370 ppm,代表世界各國並無任何減量的動作。
圖五:輻射強迫力隨時間的變化圖
(資料來源:TCCIP; Representative Concentration Pathway, GRID-Arendal/Studio Atlantis, 2021)
  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 11 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
科學月刊_96
249 篇文章 ・ 3436 位粉絲
非營利性質的《科學月刊》創刊於1970年,自創刊以來始終致力於科學普及工作;我們相信,提供一份正確而完整的科學知識,就是回饋給讀者最好的品質保證。