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南極臭氧洞影響全球暖化?

李柏昱
・2013/11/04 ・1698字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

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2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)
2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)

南極的臭氧層破了個洞,這大家都知道。全球氣候正在逐漸暖化,大家應該也都聽膩了。不過如果說臭氧層破洞會影響全球暖化呢?看似無關的兩者間究竟有什麼關聯?氣候變遷造成自然災害的規模跟頻率增加,這點大家漸漸具有共識。但災害的分布並不平均,工業發展程度低,溫室氣體排放量也低的非洲南部國家反而成為自然災害頻仍下最大的受害者…

故事從天上的一個「大洞」開始

臭氧(Ozone)是由3個氧原子構成的分子,與我們呼吸所需的氧氣(兩個氧原子)不同。臭氧如果出現在地表,會被歸類為空氣污染物,對人體會造成頭痛、刺激呼吸道等負面影響。然而位於大氣平流層(stratosphere),離地約19至31公里高空的臭氧層,則是地表生物不可或缺的防護罩,能將大部分致命的太陽輻射吸收。

而在1980年代,科學家發現南極上空的臭氧層出現破洞,1年當中以南半球的春天,也就是9至11月時破洞最為嚴重,部分地區的臭氧濃度甚至減少70%。追根究柢,科學家發現臭氧洞是由當時廣泛使用於噴霧劑、冷媒中的氟氯碳化物(chlorofluorocarbons, CFCs)所導致,故在1987年的蒙特婁議定書中,全球全面禁止使用氟氯碳化物,臭氧洞才獲得控制。

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臭氧洞與全球暖化

臭氧洞的出現,代表有更多的太陽輻射能抵達地表,造成南極地區能量分布產生變化。藉由電腦模擬,科學家發現臭氧洞會影響南極上空的噴射氣流(jet stream),讓雲層形成的位置更往南極靠近。由於大氣中的雲層能反射太陽輻射,雲越往高緯度移動,所能反射的太陽輻射就越少;換句話說,地表接收的太陽輻射隨之增加,導致地表增溫。

不過,臭氧層破洞直接導致的地表增溫幅度,與溫室氣體完全無法相比,臭氧洞在全球暖化中所占的比重極小。但是臭氧洞還是會間接透過影響南半球的風場與高低壓,造成南半球氣溫的改變。

臭氧洞影響非洲南部增溫

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在最近一份針對非洲南部氣溫變化的研究中,便指出臭氧洞與暖化之間的關聯。非洲南部的平均氣溫在過去20年內顯著上升,尤其每年初夏時節,氣溫升高的幅度最為明顯。原先科學家歸咎於溫室氣體,但是氣候模型卻指出溫室氣體的影響應該是全年一致,不會因為季節而有所變化,這表示非洲南部暖化的原兇另有其人。

於是科學家比對了非洲南部在臭氧洞出現前後的氣象觀測資料,發現臭氧洞會影響南半球風場,並增強位於非洲西南沿海的安哥拉低氣壓(Angola Low),導致赤道較為炎熱的空氣往南吹往非洲南部。

「臭氧洞在非洲南部的氣候增溫中扮演重要的角色。」該研究計畫的主要作者德斯蒙德(Desmond Manatsa)說。根據氣象觀測資料,臭氧洞出現後非洲南部的平均氣溫上升了攝氏1度,而且初夏較大的增溫幅度也與當季臭氧層破洞較大的狀況符合。

在2012年,歐洲的科學家已經證實臭氧洞正在縮小,但是隨著全球溫室氣體的排放,未來南半球的天空將上演一場拔河比賽,結果將決定噴射氣流與雲層會更靠近赤道還是極區。究竟會如何演變誰也說不準,科學家需要對臭氧洞與全球暖化間的交互作用有更為透徹的了解,才能更為精確地評估南半球,甚至是全球的暖化速率。在台灣,儘管原因不同,災難承受者也多半是社經地位較低者,如提高弱勢族群的災難應受及調適能力,必然是將來防災應變的重點。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

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責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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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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提出蓋婭假說│科學史上的今天:7/26
張瑞棋_96
・2015/07/26 ・1033字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

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蓋婭,希臘神話中的大地之母。她誕生自混沌之中,不但是眾神之母,也創造了宇宙與地球,孕育出自然萬物。英國科學家洛夫洛克(James Lovelock, 1919年7月26日 – )腦中不由浮現蓋婭溫柔地將整個地球環抱懷中的樣貌……。

洛夫洛克於 1957 年發明電子捕獲檢測器,可以偵測氣體所含的原子與分子,因此 NASA 於 1961 年請他協助研發可以精確分析行星大氣成分的儀器,以供將來的太空計畫之用,尤其是探測火星的計畫。洛夫洛克在工作的同時,一邊想著是否可能從大氣組成研判火星是否有生命──畢竟地球的大氣組成在生命出現前後即有極大的差異。

1969 年,他根據四年前天文學家透過光譜分析得到的火星大氣組成,大膽預測火星上沒有生命!不只是因為火星大氣絕大部分是二氧化碳。而是因為它處於靜態的化學平衡狀態,不像地球大氣因為生命的作用,二氧化碳與氧氣不斷地循環變化。洛夫洛克思考地球環境與生命的互動關係,而於 1972年提出了「蓋婭假說」(Gaia hypothesis)。

蓋婭假說的論點是:

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地球提供了適合的地理條件孕育出生命,繁衍後的生命則反過來改變地球環境,並透過調節作用維持有利於生命的穩定狀態──包括大氣組成、氣溫、酸鹼值等。這整個是由小至細菌、浮游生物,大至森林、動物等地球上所有生命的反饋影響所致;就如同人會調節自己身體一樣,地球也可視為一個超級生命體。

蓋婭假說引起極大爭議,雖然環保份子與部分生態學家極力支持,但多數科學家卻持保留意見,道金斯與古爾德更是大力抨擊,認為作用於個體的天擇怎麼可能會影響到整個星球的穩定。

洛夫洛克於 1983 年以電腦模擬一個布滿只有黑白兩色雛菊的星球,黑白族群的數量會因太陽輻射的高低變化而消長,卻因此維持大氣溫度在一個穩定的範圍;相對地,沒有生命的星球則是隨著太陽輻射變化而氣溫劇烈改變。雖然洛夫洛克以雛菊模型有效反駁批評,爭取到更多支持,但歷史上多次冰河時期更迭以及諸多生物大滅絕事件,也使得蓋婭假說與仍難獲得主流科學界的認同。

反倒是洛夫洛克用電子捕獲檢測器率先在大氣層發現氟氯碳化物,才引領科學家找出南極臭氧層破洞的原因,開啟全球立法避免人為的破壞。如今地球暖化也證實了地球上最有影響力的生物──人類──的確正在改變整個星球的環境;蓋婭假說或許永遠只是個假說,卻是個具體意象提醒我們時時反省人類所應扮演的角色。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

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張瑞棋_96
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1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。

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南極臭氧洞影響全球暖化?
李柏昱
・2013/11/04 ・1698字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 513 ・六年級

2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)
2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)

南極的臭氧層破了個洞,這大家都知道。全球氣候正在逐漸暖化,大家應該也都聽膩了。不過如果說臭氧層破洞會影響全球暖化呢?看似無關的兩者間究竟有什麼關聯?氣候變遷造成自然災害的規模跟頻率增加,這點大家漸漸具有共識。但災害的分布並不平均,工業發展程度低,溫室氣體排放量也低的非洲南部國家反而成為自然災害頻仍下最大的受害者…

故事從天上的一個「大洞」開始

臭氧(Ozone)是由3個氧原子構成的分子,與我們呼吸所需的氧氣(兩個氧原子)不同。臭氧如果出現在地表,會被歸類為空氣污染物,對人體會造成頭痛、刺激呼吸道等負面影響。然而位於大氣平流層(stratosphere),離地約19至31公里高空的臭氧層,則是地表生物不可或缺的防護罩,能將大部分致命的太陽輻射吸收。

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而在1980年代,科學家發現南極上空的臭氧層出現破洞,1年當中以南半球的春天,也就是9至11月時破洞最為嚴重,部分地區的臭氧濃度甚至減少70%。追根究柢,科學家發現臭氧洞是由當時廣泛使用於噴霧劑、冷媒中的氟氯碳化物(chlorofluorocarbons, CFCs)所導致,故在1987年的蒙特婁議定書中,全球全面禁止使用氟氯碳化物,臭氧洞才獲得控制。

臭氧洞與全球暖化

臭氧洞的出現,代表有更多的太陽輻射能抵達地表,造成南極地區能量分布產生變化。藉由電腦模擬,科學家發現臭氧洞會影響南極上空的噴射氣流(jet stream),讓雲層形成的位置更往南極靠近。由於大氣中的雲層能反射太陽輻射,雲越往高緯度移動,所能反射的太陽輻射就越少;換句話說,地表接收的太陽輻射隨之增加,導致地表增溫。

不過,臭氧層破洞直接導致的地表增溫幅度,與溫室氣體完全無法相比,臭氧洞在全球暖化中所占的比重極小。但是臭氧洞還是會間接透過影響南半球的風場與高低壓,造成南半球氣溫的改變。

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臭氧洞影響非洲南部增溫

在最近一份針對非洲南部氣溫變化的研究中,便指出臭氧洞與暖化之間的關聯。非洲南部的平均氣溫在過去20年內顯著上升,尤其每年初夏時節,氣溫升高的幅度最為明顯。原先科學家歸咎於溫室氣體,但是氣候模型卻指出溫室氣體的影響應該是全年一致,不會因為季節而有所變化,這表示非洲南部暖化的原兇另有其人。

於是科學家比對了非洲南部在臭氧洞出現前後的氣象觀測資料,發現臭氧洞會影響南半球風場,並增強位於非洲西南沿海的安哥拉低氣壓(Angola Low),導致赤道較為炎熱的空氣往南吹往非洲南部。

「臭氧洞在非洲南部的氣候增溫中扮演重要的角色。」該研究計畫的主要作者德斯蒙德(Desmond Manatsa)說。根據氣象觀測資料,臭氧洞出現後非洲南部的平均氣溫上升了攝氏1度,而且初夏較大的增溫幅度也與當季臭氧層破洞較大的狀況符合。

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在2012年,歐洲的科學家已經證實臭氧洞正在縮小,但是隨著全球溫室氣體的排放,未來南半球的天空將上演一場拔河比賽,結果將決定噴射氣流與雲層會更靠近赤道還是極區。究竟會如何演變誰也說不準,科學家需要對臭氧洞與全球暖化間的交互作用有更為透徹的了解,才能更為精確地評估南半球,甚至是全球的暖化速率。在台灣,儘管原因不同,災難承受者也多半是社經地位較低者,如提高弱勢族群的災難應受及調適能力,必然是將來防災應變的重點。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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