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奈米黃金微粒讓馬桶變超級英雄

Lu-Tzu-Yao
・2013/07/22 ・375字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

馬桶 photo source:pixabay
馬桶     photo source:pixabay

「每一個馬桶都是英雄,只要黃金奈米微粒,它會消去你所有煩憂」,多虧現在有了新發明,你只需要一些陽光、一點水接著參雜著金黃色奈米微粒就可以消毒了。這些微小的金屬表面,在吸收陽光產生能量後,即使溫度未達沸點,也能使水轉變為水蒸氣。(參見〈奈米讓蒸氣更爭氣 !〉

在一項新研究中,工程師表示他們可以利用黃金奈米微粒,建立一個免插電、以太陽能殺菌的系統。由於效率好以及電源獨立性,使得這個滅菌裝置非常適合運用在公用廁所裡。這項研究發表於《Proceedings of the National Academy of Sciences》,研究團隊希望這項發明能快點問世,以預防一些開發中國家及滅菌技術較落後的國家面臨病菌散佈的問題。

資料來源: ScienceShot: Sterilizing Human Waste, No Electricity Required[8 July 2013]

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Lu-Tzu-Yao
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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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精神個案系列:離不開馬桶的女人
胡中行_96
・2023/01/16 ・1625字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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冥冥中一股力量強壓肩頭,女子又坐回馬桶上。才剛結束排便,卻覺得沒解乾淨,一坐便是幾小時。找了家庭醫師兩次,診斷不出個所以然。數月後,她開始聽到三名陌生男女在談論自己。有回如廁,忽見一黑影晃過。她咬定是三姊下降頭。[1]

求神問卜無法化解,連續十載情勢加劇。最後,女子索性霸著馬桶,吃喝拉撒睡。長期虛弱困坐,體重掉了 20 公斤,無法自主移動,還得仰賴別人協助沖澡。廁所門外稍有風吹草動,她便嚇得驚慌失措。丈夫多次苦勸就醫,她都以死相逼,於是在馬桶上扎實地坐了兩年半。[1]

直到那天,丈夫硬是叫來救護車,把她送去新加坡唯一的精神科教學醫療機構──心理衛生學院(Institute of Mental Health)。[1, 2]

新加坡心理衛生學院。圖/Sengkang on Wikimedia Commons(Copyrighted free use.)

華人文化弊病

這名華裔女子來自馬來西亞,家裡 12 個孩子中,她排行倒數第二。兒時窮困,小學五年級輟學,打過不少零工。23 歲時,到新加坡當裁縫。24 歲結婚,成為家庭主婦,育有一子。儘管個性外向隨和,愛好逛街、交友;但社交圈不大,發病後獨由丈夫照顧,僅與一名手足保持電話聯絡。[1]

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文獻指出,亞洲家屬對精神病患的普遍心態:社經底層恐懼憎惡;上流精英則感到罪惡羞辱。這樣貼負面標籤的現象,在新加坡 18 至 65 歲的民眾之間,十分明顯。[1]該國人口七成多為華人;再來是馬來與印度裔各佔不到一成。[3]《論語.顏淵》:「克己復禮為仁。一日克己復禮,天下歸仁焉。」儒家壓抑私欲,成就社會秩序。[4]然而,若因此嚴重忽略心靈感受,便可能誤將情緒困擾,解讀為身體不舒服。[1]華人愛面子,「家醜不外揚」的觀念,更會在面臨心理衛生議題時,加強否認、汙名化和軀體化(somatisation)。[1, 3]假裝事情不存在,或是怪罪軀體毛病。比起受過高等教育的族群,像本案女子這般的中低學歷患者,尤其容易將精神病徵歸咎於身體狀況。[1]

除了倫理束縛,民間宗教也是精神病患就醫的阻礙。不少東南亞女性患者,把「降頭」信仰融入被害妄想,指控親屬毒咒自己。家人見其怪異行徑,也以為是巫術所致,便延誤了診療時機。1980 年代,甚至有香港研究指出,高達一成的華人病患,在症狀出現超過 9 年後,才尋求醫療協助。[1]

晚發性思覺失調症

時年 57 歲的女子坐在診間,儀容不整,躁動失寧,消瘦憔悴,痀僂蜷曲,後背與雙腿破皮。毫無病識感的她,抱怨身體多處不適,又說擔憂三姊迫害。[1]幻覺、妄想、思考紊亂、行為異常等,皆為思覺失調症的常見症狀。[5, 6]此疾患好發於 20 來歲,兒童或 45 歲之後才發病的案例較少,[5]所以女子被視為罹患晚發性思覺失調症(late-onset schizophrenia)。另外驗血結果,顯示她維他命 D 不足,[1]會妨礙鈣質吸收。[7]

醫師開了抗精神病藥物risperidone、鎮靜劑clonazepam,與能消彌強迫性念頭的選擇性血清素再吸收抑制劑fluvoxamine;還有補充維他命D和鈣質的藥錠。[1, 8] 住院期間,女子的幻覺消失,被害妄想減退;藏身廁所的時間,也降至每日半小時以內。不過,無論物理治療怎麼訓練,她仍是得靠輪椅活動。18天後,女子出院。接下來十年持續回診追蹤,並服用 fluvoxamine 和 risperidone。變得較有病識感的她,不再懷疑遭三姊詛咒。[1]

  

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參考資料

  1. Tan HT, Lal M. (2022) ‘Socio-Cultural Factors Delaying Treatment in a Patient with Late-Onset Schizophrenia’. Case Reports in Psychiatry, 9689732.
  2. Singapore’s National Healthcare Group. (MAR 2019) ‘Corporate Profile’. Institute of Mental Health.
  3. Tan GTH, Shahwan S, Goh CMJ, et al. (2020) ‘Mental illness stigma’s reasons and determinants (MISReaD) among Singapore’s lay public – a qualitative inquiry’. BMC Psychiatry 20, 422.
  4. 國家教育研究院「克己復禮」教育部成語典(Accessed on 03 JAN 2023)
  5. Schizophrenia’. (07 JAN 2020) Mayo Clinic.
  6. Hany M, Rehman B, Azhar Y, et al. (15 AUG 2022) ‘Schizophrenia’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  7. U.S. National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases. (OCT 2018) ‘Calcium and Vitamin D: Important at Every Age’. U.S. NIH Osteoporosis and Related Bone Diseases – National Resource Center.
  8. Fluvoxamine’. (15 JAN 2022) MedlinePlus.
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。

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不愚人了!真的有黃金的愚人金!
姚荏富_96
・2021/07/22 ・1880字 ・閱讀時間約 3 分鐘

淘金熱一詞可以說是 19 世紀中相當著名的歷史標籤。當時因為特定地區被發現擁有大量的黃金礦脈,受到大肆宣傳後,造成許多地區勞動人口大量外移,原本地區的農業和商業全面停擺的全民瘋淘金現象,舉凡美國、澳洲、加拿大、紐西蘭等國家都因為淘金熱曾經紅過一段時間,甚至當時中國也輸出大量華工到澳洲去挖金礦,這些飄洋過海的華工許多人最後選擇留在澳洲,也就是現在許多澳洲華僑們的祖先。最後大家有沒有因為淘金而成功翻身大富大貴筆者也不得而知,但可以確定的是,直到現在黃金都還是能夠給我們許多美好的想像。

一張加州淘金潮的傳單。圖/Wikipedia

黃金有限,現代淘金術該何去何從?

從古自今人類對黃金總是這麼趨之若鶩,畢竟是貴金屬嘛,把黃金放到現代依然有相當高的價值,但隨著人類對天然資源的持續開採,專家們也時常在討論全球黃金開採的程度是不是已經快到底了。就目前美國地質勘探局(USGS)估算,地下蘊藏的黃金礦石儲量大約是 5 萬噸,依照統計人類已經開採了近八成的黃金,隨著黃金開採的成本與難度逐漸的提升,科學家們也將目光轉移到如何有效的提煉黃金上,這時過去對淘金客們毫無價值的「愚人金」(Fool′s Gold),竟然成為科學家尋找「現代淘金術」的一個解答。

愚人金也就是黃鐵礦(Pyrite),是以二硫化鐵為主要組成的礦物,外表上與黃金還算相似,在前面說到的淘金熱時期就有許多淘金者聲稱自己找到了黃金,但經過鑑定結果發現多半都是愚人金。不過有趣的是,經過科學家的研究後發現,這些愚人金其實是有一定程度含金量的

黃鐵礦。圖/Wikipedia

現形吧!隱形黃金,澳洲團隊還你原形

近期,澳洲科廷大學西澳礦物學院(Curtin University: Western Australian School of Mines)與中國地質大學(China University of Geoscience)於《地質學》期刊(Journal Geology)合作發表他們在從黃鐵礦中取得黃金的深入研究。科廷大學地球與行星科學學院首席研究員 Denis Fougerouse 博士指出,其實在黃鐵礦中有著我們以前還沒有發現的「隱形黃金」,但這是一種只能用原子探針(Atom Probe, AP)才能觀測到隱形黃金。

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研究團隊發現,這種隱形黃金以幾種過去從未發現的方式「潛藏」在黃鐵礦中,而這種潛藏方式其實就是在黃鐵礦生成時他的晶體結構會產生一些小缺陷,而黃金就剛好卡在這些小缺陷中,這個小缺陷也不是普通的小缺陷,而是奈米級別的晶體缺陷(nanoscale crystal defects),簡單來說就是有奈米級別的黃金卡在黃鐵礦的晶體缺陷中。

晶體為什麼會有缺陷?

理想情況下晶體會有週期性的排列方式,但這種週期性的排列規律在真實世界中是很容易被打破的,所以在多數實際的晶體中多少都含有不完美的部分,也就是所謂的晶體缺陷。在這次愚人金中的黃金就是在黃鐵礦等礦物晶體在岩石裡面生長過程中,晶體因為在地球深處受到拉伸扭曲等影響,造成數十億個錯位(dislocation)的小缺陷(非常小小到只有頭髮寬度的十萬分之一),而黃金就被鎖在這樣的晶體缺陷中。

奈米等級的黃金會存在於晶體缺陷中。圖/Pexels

現代淘金術走向環保提煉

而 Denis Fougerouse 博士與團隊不只發現了隱形黃金,還找到可以有效分離這些隱形黃金的方法,那就是用流體去做選「擇性瀝取」(selective leaching),將黃金從黃鐵礦中溶解出來,成功地從愚人金中淘出了真正的黃金。這種「淘金」方式不同於傳統的加壓氧化技術提煉過程需要消耗大量的能量,選擇性瀝取則是一種以更環保的方式來提煉黃金,不只低耗能,還可以在不破壞黃鐵礦的情況下取得黃金。

淘金熱的歷史已經過去,而百年來人們棄如敝屣的黃鐵礦竟然在一百多年後因為科技的提升,讓我們發現潛藏在「愚人金」結構中的秘密,甚至還有機會讓我們開發出更環保的黃金開採方式,這麼聽起來頗有愚人金洗刷了過去冤屈的意味,而事實也證明了,愚人金並不如大家想像中的這麼愚人,他可為人類的金礦開採方式提供了一種全新的思路呢。

參考資料:

  1. ‘Fool’s gold’ not so foolish after all — ScienceDaily
  2. 澳洲19世紀爆發的淘金熱,意外掀起了白澳政策的序幕 | 故事 StoryStudio
  3. 黃金資源有限 地球上黃金儲量剩多少 – BBC News 中文
  4. A new kind of invisible gold in pyrite hosted in deformation-related dislocations | Geology | GeoScienceWorld
姚荏富_96
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成大化學畢,文字/影像工作者,LIS初代科學史圖書館,著有《科學史上最有梗的20堂化學課》。興趣廣泛,涉足科普寫作、影像製作、投資理財、社會觀察、社群經營......技能樹持續擴張中,目標是將學會的知識或技能用有趣簡單的方式分享給大家。