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沒有葡萄酒可以喝?釀酒師的新挑戰:氣候變遷

劉筱蕾_96
・2015/11/27 ・2790字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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source:Greg Pye
source:Greg Pye

民以食為天,在注重「吃」的台灣人眼中,一起和朋友吃個飯,喝個小酒,絕對是人生一大樂事。在氣候變遷造成小麥更容易感染疾病氣候變遷導致大黃蜂棲息範圍銳減?等文章中,都提到全球氣候變遷已對許多農作物收穫、或是生態環境造成影響。而另一篇文章紅酒與熊貓的兩難,亦明確指出由於降雨、氣溫與濕度的微幅改變,目前許多著名的紅酒產地,未來可能會因為氣候的改變,而在世界葡萄酒版圖中逐漸消失。

面對看似難以挽回的情況,也許有人會問:「若是施以灌溉等方法,我們還是可以繼續在餐桌上大啖美味的葡萄酒啊!」

大王,你把葡萄酒想簡單了。 (英雄語氣)

(中肯貌)大王,酒可是比你想得複雜多了呢! Credit: 英雄
(中肯貌)大王,酒可是比你想得複雜多了呢!
Credit: 英雄

How It’s made—葡萄酒的製程

首先,要從葡萄酒的製程談起。以紅葡萄酒為例,在葡萄達到適當的熟度之後,酒農需經過採收、壓榨、發酵、與陳放等手續,才能真的成為市面上販售的葡萄酒。

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葡萄酒製作過程 (注意:這只是個簡表!請千萬不要以為酒可以這樣簡簡單單就做出來,會難喝死人的。)
葡萄酒製作過程
(注意:這只是個簡表!請千萬不要以為酒可以這樣簡簡單單就做出來,會難喝死人的。)

隨著氣候環境改變,葡萄的品質與葡萄酒的釀製過程也受到了很大的影響,然而這些層面是從釀酒葡萄棲地的遷移看不出來的。

 葡萄甜了,酒商的臉就綠了—談果實本身的改變

 氣候變遷對紅酒製程所產生的第一個影響是葡萄生長加快。在環境氣溫提高到25-30℃之間時,葡萄的新陳代謝與其代謝產物累積都會增加。換言之,果實成熟時間變早了,而且糖度增加。在高於30℃的溫度,雖會因為葉綠體的結構改變,造成新陳代謝與其產物累積中止,但高溫造成的蒸散作用會讓果實的糖分濃度增高,酸性物質減少而pH值上升,酸度降低。

聽起來還不錯啊! 糖度的上升代表後續釀造成品的酒精濃度提高,未來的酒好像會更香濃。但是科學家告訴我們,會變濃是真的,但是香則未必。因為隨著酒精濃度上升,人類對香氣感知的受器也會變遲鈍,此外,由於氣溫的上升、果實成熟時間變早,酒農必須提早採收,提早採收會讓葡萄酒中的氣味與顏色分子(如多酚、單萜、花青素)組成也會隨之改變,部份我們喜愛的香氣,像是花香或香料味,會變弱或消失,酒的顏色也會變得淺淡。同時,酒中酸度的下降,代表了葡萄酒抵抗微生物的能力變低了,這會讓後續的發酵過程中,雜菌出現的機會增加。

 非戰之罪果實品質改變造成的製酒問題

 葡萄採收之後,酒農接下來面對的是釀製過程。由於溫度與環境的改變,葡萄的糖度、酸度、與採收條件都有所變化,那這些因素又會對製酒造成什麼結果呢?

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酒的製程真的沒有那麼浪漫,大部分的時候都是髒兮兮的工作。 Credit: Termarina rossa
酒的製程真的沒有那麼浪漫,大部分的時候都是髒兮兮的工作。
Credit: Termarina rossa

一般來說,為了達成品質的穩定,大部分的葡萄酒發酵都是藉由人工添加酵母菌來穩定品質。不過,隨著製酒環境的溫度升高,以及前文提到的pH值上升,酒槽中適合酵母菌繁殖的環境改變,也讓其他雜菌的繁殖加快。釀造過程中,雜菌與酵母相互競爭養分的結果,往往會導致發酵遲緩,甚至發酵中止。更重要的是,雜菌的增加也會造成飲用者的健康風險,例如葡萄酒中可能會產生致癌物——真菌毒素(mycotoxins),雖然在政府食品管理法規的管理與監督之下,能對產品的成分加以分析管理,所以我們不會喝到「黑心致癌酒」。然而可以確定的是,真菌毒素的出現確實跟氣溫上升有關。

對努力釀酒的酵母菌大軍造成進一步損害的還有糖分。雖然糖分是酵母菌的主要食物,但是葡萄汁中過高的含糖量會讓酵母菌「被糖醃」,讓發酵中產生的副產物改變,從而改變酒質。

另外,酒精發酵中高糖分造成的高酒精濃度,也會對另一部分的發酵過程,也就是乳酸發酵造成影響。葡萄酒中的蘋果酸在乳酸發酵的過程中會進一步減少,被細菌轉化為口味較柔和的乳酸。乳酸發酵是葡萄酒中烤麵包、奶油、焦糖等香氣的來源之一。一般來說,酒精發酵之後葡萄汁被轉化成酒,造成的酒槽環境條件改變,應該會讓進行乳酸發酵自行發生。但是因氣溫升高讓葡萄汁的糖分與酒精增加,會讓進行乳酸發酵的細菌細胞膜受損,抑制乳酸發酵結果。

 和縱連橫—氣候改變與病蟲害間關係

 另一個因氣候變遷而凸顯的議題是病蟲害,以及病媒棲地改變造成的疾病傳播。舉例來說,像昰皮爾斯病 (Pierce’s Disease)。皮爾斯病是由一種原產於美國東南部的昆蟲—褐透翅尖頭葉蟬(Homalodisca vitripennis)所傳播。當釀酒葡萄被感染,木質部導管會因為大量繁殖細菌影響水分輸送。受感染葡萄葉片會變成黃棕色,最後乾枯掉落。芽也會受影響而死亡。根據研究顯示,褐透翅尖頭葉蟬的族群會因為較高的冬季溫度而增加,從而影響這種昆蟲(以及疾病)的北向傳播。

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但是溫度改變造成的病蟲害傳播也不一定只會帶來不良的影響。像是葡萄酒中的一個很重要的類別—貴腐酒,就仰賴特定葡萄貴腐黴菌(Botrytis cinerea)的寄生,讓果實中的水分被微生物吸乾,以釀造出世界知名的高價位甜葡萄酒,某些研究指出,環境溫度的上升會讓葡萄果實得受損變嚴重,得以增加貴腐黴菌的進入葡萄果實,並吸收多餘水分的機會。所以從這個方向來講,病蟲害的擴散對葡萄酒產業的影響還有待更深入的討論。

隨著葡萄果實的水分被貴腐霉抽取出來,釀出來的酒也會越變越甜 Credit: Château Doisy-Védrines, Barsac, Sauternes
隨著葡萄果實的水分被貴腐霉抽取出來,釀出來的酒也會越變越甜
Credit: Château Doisy-Védrines, Barsac, Sauternes

結語

在日本知名的漫畫「百姓貴族」中,描繪出現代農業工作者隨時必須面對的環境與經營課題。酒類的釀造不但展現每個區域的社會、文化歷程(詳見 人類祖先在一千萬年前就開始飲酒了?! ),也呈現農人們面對當地環境所做的努力。而要如何在環境變遷、農業生產、消費者需求間取得平衡,做出大家喜歡的酒,就要仰賴農夫、消費者、與科學家的共同努力了。

  • 致謝:本文為作者參與歐盟居禮夫人人才培育計畫創新訓練網絡(Innovative Training Networks, Marie Curie Actions)之子計畫 MicroWine 所撰寫。

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參考資料:

  1. De Orduna, Ramon Mira. Climate change associated effects on grape and wine quality and productionFood Research International 7 (2010): 1844-1855.
  2. Malolactic fermentation
  3. 葉緣焦枯病菌
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文章難易度
劉筱蕾_96
7 篇文章 ・ 2 位粉絲
森林系出身,遵守農院傳統熱愛喝酒吃肉的動漫宅,在英國漂流完之後到美國Smithsonian Institution 繼續漂流。我的興趣是植物的演化與馴化。這個過程表現了生物被自然和人為條件「雕塑」的過程。希望能擔任生物與歷史研究間的橋樑,並把研究中的所學到的小故事跟科學觀念分享給大家。

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末日模擬!從氣候變遷到核戰爭,人類未來將走向哪個結局?
PanSci_96
・2024/11/19 ・1957字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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科學家模擬的末日場景

隨著二氧化碳排放持續增加,全球的政治局勢日益緊張,世界上各國的承諾屢屢在國際會議中被辜負,戰爭的結束也似乎遙遙無期。警示世界末日的「末日鐘」越來越接近午夜,人類與地球的未來變得越來越悲觀。

這並非一種刻意的悲觀,而是基於氣候變遷和人類衝突升溫的現實。許多人或許和我一樣好奇,末日會不會真的臨近?如果會,那又會是什麼樣的場景?是氣候徹底失控的《明天過後》?還是生態浩劫後的全面沙漠化,需要武力生存的《沙丘》和《瘋狂麥斯》?或者是核戰之後,所有人生存在廢墟中的《異塵餘生》?

我們的未來走向尚未確定,但科學家已經率先模擬了不同的可能結局,讓我們可以一窺未來的模樣。這些模擬告訴我們,如果人類繼續走某些路徑,地球的結局將是如何。至於我們是否能避免這些結果,就得由全體人類共同決定。

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如何模擬出整顆星球的氣候變化?

要模擬整顆星球的大氣變化是一項龐大的任務,至少需要三大要素:理論、資料、和計算資源。

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首先,人類對氣候系統的物理和化學模式需要有足夠的了解,也就是大氣理論必須足夠完備。其次,需要足夠多的資料來模擬整個行星。這些資料包括地球半徑、自轉速度、海洋分布、太陽輻射、大氣成分等等,甚至是地表的狀況與地形。台灣的中央山脈就能影響到西太平洋的颱風走向,進而影響整個東亞的氣候。如果希望盡可能還原地球的真實情況,還需考量海洋的垂直溫度分布、植物分布導致的生物地球化學反應等。

最後,還需要強大的計算資源,也就是超級電腦。由於資料量龐大,每個參數的小誤差都可能引發蝴蝶效應,影響到預測結果。因此,科學家通常會微調各項參數,並對每組參數進行多次計算,這些都需要大量的運算能力。

模擬沙丘中的荒漠星球

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯,經布里斯托大學模擬,揭示未來氣候可能。圖/wikimedia

科幻小說《沙丘》中的厄拉科斯(Arrakis)是一顆完全荒漠化的星球,英國布里斯托大學的亞歷山大·法恩沃斯等人曾對這顆星球進行了模擬。他們使用在研究地球氣候變遷時使用的氣候模型,並結合小說中的設定,如大氣中的二氧化碳濃度和臭氧含量等,模擬了 500 年後的厄拉科斯氣候。

模擬結果顯示,厄拉科斯的赤道和熱帶地區夏季高溫達 45 度,冬季不低於 15 度。而高緯度地區則更為極端,夏季高溫可達 70 度,冬季最低可達 -75 度。由於大氣濕度和雲層的存在,極地反而比赤道更溫暖。此外,儘管小說中描述厄拉科斯幾乎沒有降雨,但模擬顯示高緯度和山區仍會有少量降雨。

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這些結果顯示,科學家不僅愛科幻,也樂於用科學方法來驗證科幻中的設定。這些模擬能讓我們更了解地球的氣候系統,並讓我們警惕荒漠化的危機。

核戰後的世界:核冬天的可怕景象

如果人類全面爆發核戰爭,戰後的世界會是什麼樣子?研究顯示,大規模的核武攻擊將產生大量的輻射塵和煙灰,進入大氣層並遮蔽陽光,導致「核冬天」的到來。

2019 年的一篇研究模擬了美俄之間的全面核戰爭,結果顯示,爆發後的第一年,全球氣溫將大幅下降,北半球的夏季溫度將下降 25 度,冬季氣溫則會降至零下,植物生長期縮短至僅剩 25 天。煙灰遮蔽陽光,導致全球糧食供應崩潰,第二年可能有 50 億人面臨飢餓。

這些模擬結果告訴我們,全面核戰將帶來毀滅性的後果,核冬天將使人類無法正常生活,這是真正的末日場景。

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核戰模擬顯示,氣溫驟降與糧食崩潰將致全球大饑荒。圖/envato

地球的未來會是如何?

地球未來的命運取決於我們今天的選擇。如果我們對氣候變遷置之不理,兩極冰帽將完全融化,海平面上升,許多沿海地區將被淹沒。雖然不至於像《水世界》中那樣極端,但低地區域的居民將面臨嚴重的生存挑戰。

如果人類選擇繼續衝突,甚至爆發毀滅性戰爭,我們的未來將如《瘋狂麥斯》或《異塵餘生》般,生存在廢墟中,面對乾旱、糧食短缺與持續的環境破壞。

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新北「氣候行動徵件」活動總獎金 8 萬元 號召青年展開行動成為氣候領袖
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/23 ・1247字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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全球正面臨急遽的氣候變遷,世界公民必須共同面對,環保局發布「新北 2024 國際青年氣候行動論壇——氣候行動團隊創意徵件」,鼓勵臺灣青年從校園或社區出發,針對觀察到的環境問題提出行動方案,入選隊伍將獲得專業導師指導並帶領實踐提案內容,最終勝出者不只可獲新臺幣 4 萬元獎勵金,更有機會放眼國際,於年底的紐約荒野中心青年氣候高峰會上展現成果。環保局將於 5 月 24 日下午辦理線上說明會,徵件日期至 6 月 24 日截止,歡迎有興趣參與的學生及老師報名參與!

報名網址:https://reurl.cc/Ke0gQn

環保局表示,新北市已連續 3 年辦理青年氣候論壇,建立與青年交流對話的平台,今(113)年更持續與紐約荒野中心(The Wild Center)攜手,號召青年以行動應對氣候變遷,培養青年成為氣候領袖。實踐淨零永續的道路上,青年的角色非常重要,去年新北市青年氣候論壇邀請到荒野中心氣候行動主任 Jen Kretser,分享了許多紐約青年行動案例,像是大學生於學院頂樓設置太陽能板,實現「上課教室自主發電」的校園計畫,又如同學自發建立校園田園、自主提出畢業晚會減塑需求等,引起與會臺灣青年們的廣大迴響,提出許多問題進行討論。

新北市環保局「2023 新北青年氣候論壇」,邀請到美國紐約荒野中心氣候行動主任 Jen Kretser(左 3),分享了許多紐約青年行動案例

環保局長期關注青年行動力,辦理「環保小局長計畫」、「永續未來學院」、「青年氣候論壇」等活動,致力推動全齡化的環境教育,今發布的「氣候行動團隊創意徵件」,進一步鼓勵臺灣「青」世代成為行動發起者,提出自己的問題觀察與創意解方,並真正落實行動,由青年自己決定從何處開始改變,即使是日常生活中觀察到看似微小的行動,都有可能在實踐後擴大影響到整個校園、社區,甚至整座城市。

環保局說明,氣候行動徵件邀請全臺高中職及大專院校學生,透過影像紀錄、實體行動、循環設計、社群媒體傳播等多元方式呈現創意永續行動提案,徵件至 6 月 24 日止,經初選後 4 組入選隊伍將在新北市展開為期一個月的短期氣候行動實踐,同時由環保局媒合專業導師進行線上課程,最後於 8 月「新北 2024 國際青年氣候行動論壇」進行決選,優勝的隊伍除可獲得獎勵金外,更能持續推展氣候行動並製成行動影片,影片有機會在年底紐約荒野中心青年氣候高峰會上進行分享,讓青年氣候行動與國際接軌。

環保局將於 5 月 24 日下午辦理線上說明會,歡迎有興趣參與的學生及老師報名參與,徵件簡章及更多相關資訊可至環保局官網或「新北 2024 氣候行動團隊創意徵件」活動網站查詢。

※ 5/24 徵件線上說明會報名網址:https://reurl.cc/Ke0gQn
※ 環保局官網簡章:https://www.epd.ntpc.gov.tw/Article/Info?ID=11254
※ 「新北 2024 氣候行動團隊創意徵件」活動網站:https://greenage2024.com

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本文轉自新北市政府環境保護局網站

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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