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末日降臨後,世界變什麼樣?——《最後一個知識人》

PanSci_96
・2016/06/23 ・5560字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

最好的世界終結方式

在我們探討「最好的結果」之前,先讓我們著眼談談「最糟糕的結果」。從重建文明的角度來看,最糟糕的末日就是全面核戰。就算你幸運脫逃,沒有跟整座城市一起陪葬,現代世界的物料大半都被毀滅,滿布塵埃的黑暗天空和地面都遭落塵毒害,農業發展受阻。另一種情況是,太陽日冕大量拋射,就算沒有直接致命危害,這點卻也同樣糟糕。特別是強烈的太陽噴發,轟擊地球磁場,像敲鐘一樣引發振盪,在電力輸送線中誘發強烈電流、摧毀變電器並瓦解地球各地的電力網。全球停電會擾亂水、瓦斯的泵送作業和燃料的提煉,也導致變電器的生產停頓下來。儘管沒有直接奪走人命,現代文明的設施,卻仍因此毀棄,接著社會秩序很快就會崩潰,人群四處流浪,迅速耗盡剩餘物質,促使人口大量減少。到最後,生還者仍得面對一個沒有人的世界,此時原本預留的資源,卻已經消耗殆盡。

一旦發起核戰,我們恐怕是難以倖免於難。圖/Jim@youtube

儘管許多末日後電影和小說偏愛的劇情,都是工業文明和社會秩序瓦解,逼得生還者瘋狂爭搶日漸稀少的資源,不過我想專注在完全相反的地方。由於人口驟減,基礎設施都原封不動保存下來。人類絕大部分都絕跡了,不過物資還在。從零開始重建文明的空想實驗,將帶來最有趣的起始點。假設生還者有一段寬限期,讓他們得以站穩腳跟,接著就有必要重新學習自給自足的社會運作模式。

要是世界真的終結,急性傳染病對基礎設施的破壞性較低。理想的病毒風暴結合了攻擊性高的病毒、漫長潛伏期和將近百分之百的致死率。而且末日病原體的特性是人傳人,短暫期間內就能發病(讓後續受感染宿主群極大化),而且必死無疑。我們已經成為一個真正的都市物種——自二○○八年起,全球多數人並不住在鄉間,而是屬於城市居民——人群稠密聚集,加上頻繁跨洲旅行,為傳染原的高速傳播提供了理想條件。一三四○年代的黑死病消滅了三分之一的歐洲人口(全亞洲遇害人數比例也大致雷同),倘若同類瘟疫在今天發動攻擊,我們這個文明的復元彈性,恐怕還會比以往更低弱 [1]。

多少亞當夏娃才能重建文明?

在一場全球劇變之後,倖存族群起碼要有多少人,才有機會重生,不只要是重新分布到世界各處,而且還要加速文明的重建?換句話說:能快速重新啟動的臨界人數為何?

倖存人口群的兩種極端類型,我這裡就分別稱之為《瘋狂麥斯》(Mad Max)和《我是傳奇》(I Am Legend)情境。倘若現代社會的生活支持系統內爆,卻沒有立刻導致人口減少(好比太陽風和磁場忽然噴發出大量物質到地表),大半人口都存活下來,彼此激烈爭搶,很快就會把殘留資源消耗一空。寬限期虛耗空度,於是社會快速沉淪,陷入《瘋狂麥斯》風格的野蠻,從而導致人口大量遞減,不再有希望快速恢復。但話說回來,假使你是全世界的唯一生還者,如美劇《最後一個人》(The Omega Man)的主角,或少數生還者當中的一人,但是彼此分布太零散,這輩子不太可能有機會巧遇,這樣一來,重建文明或甚至恢復人類族群的想法,恐怕也只是一場空。人類命懸一線,一旦最後一位男女死亡,人類就要滅亡——如同李察.麥森(Richard Matheson)的小說《我是傳奇》所描述的處境。兩名生還者,一男一女,才是物種長期存續的最小值,但從區區兩個人開始增加人口數,還是會嚴重拖垮遺傳多樣性和長期發展生機。

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在《我是傳奇》(I Am Legend)的世界裡,男主角與他的愛犬在已經荒廢的紐約努力生存。圖/IMDB

所以理論上重新建立社會的人口最小值為何?學界針對現今紐西蘭毛利人粒線體 DNA 序列進行分析,想知道最早乘木筏抵達玻里尼西亞東部的拓荒者,人數是多少。遺傳多樣性顯示,這支族群的有效規模,約不多於七十名生育期女性,至於總人口數,則略超過該數之兩倍。另有相仿遺傳分析則推出,絕大多數北美原住民的拓荒規模也大體相仿,他們是在約一萬五千年前,趁海平面較低時期,越過了白令陸橋。所以末日後數百名男女聚居一地共組團體,肯定便納入了足以重新散布全世界的遺傳變異性。

問題在於,就算每年增長百分之二——歷來全球人口在工業化農耕和現代醫學體系支撐下的最高增長速率——這個群體依然得花八個世紀才能恢復到工業革命時代的人口數。(後續章節我們還會探討,為什麼必須具有特定人口規模和社會經濟結構,才有機會發展出先進科學和技術。)初始人口數縮減至此,恐怕遠不足以維持定量的農業生產,更別提較先進的生產方法,所以人類或許會一路退回狩獵採集生活方式,投入全副心神勉力求生。人類從出現以來,百分之九十九時間都過著這種無法支持密集人口的生活,這也顯示了一種極難再次脫離的困局。該如何避免文明大倒退?

倖存人口群需要大量人手下田耕作,確保一定的農業生產力,同時還得有充分人力,才能投入其他工藝的技術開發及復興活動。為達到高效能,你會需要數量足夠的生還者,才能有人從事各種不同工作,並有豐富的集體知識避免退步過甚。不論地點在哪,初始倖存人口數約達一萬(就英國來講,這就相當於區區 0.016% 的倖存比率),是這場空想實驗的理想出發點,不過這群人必須組成一個新的社區,並能和平共處、通力合作。

讓我們把注意力轉移到生還者身處的世界,還有一旦他們開始重建,周遭會如何變動。

大自然重新進駐

一旦例行維護工作終止,大自然立刻就會抓住機會,重新控制都市空間。街道會開始堆積垃圾碎屑,堵塞排水口並積水成池,接著殘骸腐敗化為覆土。先鋒野草開始增生。就算沒有車胎重壓,柏油路面的紋路依然會持續擴大,形成裂口。每逢嚴寒,凹陷處就會積水,接著液體結冰,體積膨脹,從內側撐開路面。這樣冷凍又融解的循環週期,對大自然亦是沉重打擊,長期下來力量足以彌平整座山脈。風化作用為伺機成長的小草帶來越來越多的生態區位,接著灌木叢也長了出來,向下扎根,隨後崩裂地表。其他植物更是咄咄逼人,它們具穿透力的根部,逕自鑽過磚頭和水泥,尋找住所,並深入濕氣源頭。藤蔓會蜿蜒攀上紅綠燈和交通號誌,把它們當成金屬樹幹;覆蓋建築外牆的茂密攀緣植物,會長成類似懸崖下方的植披風貌,並從屋頂向下蔓生。

大自然
建築損毀,大自然重新進占我們的都會空間,包括人類的知識儲藏庫,好比紐澤西這處荒廢圖書館。

往後幾年,搶占生長區的植物,逐漸累積出厚層綠葉,腐敗物形成有機腐植質,並與隨風飄揚的塵埃和劣化混凝土、磚頭的碎礫混合,構成真正的都市土壤。從辦公室破窗飄散出來的紙張和其他碎屑,在底下市街聚集,為堆肥新添一層材料。泥土覆面逐漸加厚,把道路、停車場和城鎮開放空間蓋得密不透氣,於是樹木也就得以生根。沒有柏油路街道和廣場的地方,都市的青草公園和周遭鄉間會很快回歸林地景象。短短一、二十年間,較年長的灌木叢和樺木便已根深柢固,接著在末日後頭一個世紀尾聲,就能見到茂密的雲杉、落葉松和栗樹林區。

當大自然忙著收回領土,同時建築物也會在不斷增生的森林中逐漸粉碎、腐朽。隨著植被回返,在街道填入林木和隨風飄散的落葉,還混雜了從破窗灑落的廢棄物,街上會聚滿一堆堆完美易燃物,於是烈燄席捲都市叢林的機會增加。火種在建築外側堆積,經夏季雷雨風暴點燃,或者由陽光照過碎玻璃來點燃火苗,這時條件齊備,毀滅野火順著街道一路燒去,也在摩天樓內部迅速向上延燒。

現代都市不會像一六六六年的倫敦或一八七一年的芝加哥那樣遭大火夷平,當時大火是從一棟木造建築迅速往另一棟延燒,還跳過狹窄街道。不過火燄延燒時,若是沒有消防隊挺身對抗,依然會釀成大禍。儲留在地下管線和建築內部各處的瓦斯會起火爆炸,街上棄置的汽車,油箱裡面還留存燃料,更為火海加油。居住區還有一枚枚炸彈,一旦烈燄捲過就會引爆,包括:加油站、化學物質儲藏庫和乾洗店裡一槽槽高揮發性可燃溶劑。最令末日後生還者刻骨銘心的景象之一,或許就是舊都市失火燃燒的慘況,一道道令人窒息的黑色粗大煙柱,高高聳立地平線上,把夜空轉變成血紅一片。烈燄過去之後,當代建築便只殘留磚頭、混凝土和鋼鐵結構——可燃物燒毀之後的焦黑骨架。

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1666 年倫敦大火,幾乎夷平整個城市,造成倫敦城內將進九成的平民無家可歸,損失慘重。圖/wikipedia

祝融席捲廢棄都市,蹂躪廣大地帶,不過最終卻是由水徹底摧毀所有精工營建的建築。末日後第一個冬季,各處水管會陣陣爆裂,來年冰融便在建築內部瀉流。雨水會從缺了窗扇的開口或破窗吹進室內,順著鬆脫屋瓦間隙滴落,並從堵塞的屋簷落水溝和排水管漫出。窗框和門框油漆剝落,濕氣滲入,腐壞木料侵蝕金屬,直到窗框架整個從牆上脫落。木質結構——地板、樑桁和屋頂樑柱——也會吸收濕氣,腐敗朽壞,原本把各元件固定為一體的螺栓、螺釘和釘子也都鏽蝕損毀。

混凝土、磚頭和水泥,也受溫度起伏影響,先從阻塞的屋簷落水溝吸收淌流的水分,若是位於高緯度地區,它們會在冷凍–融解的無情循環下粉碎。在溫暖氣候區,白蟻和蛀蟲會與真菌協力吃掉建築木料。隔沒多久,木頭橫樑就會腐壞,撐持不住,導致樓板崩垮,屋頂塌陷,最後牆壁本身也向外鼓出,接著坍塌。我們的房屋或公寓大樓,最久只能撐個一百年。

金屬橋梁會隨油漆剝落,水分滲入結構體而鏽蝕弱化。許多橋梁的喪鐘,可能是當風把碎屑吹進伸縮縫,縫被填滿後才敲響。伸縮縫是橋梁的呼吸孔,讓建材在夏季暑熱時有熱脹冷縮的空間。一旦阻塞,橋梁就會自己對自己施力,把受蝕螺栓逐一切斷,整座結構抵受不住,終至傾頹。許多橋梁撐不到一、兩個世紀就會崩塌,墜入水底,碎礫殘片在依然挺立的橋柱邊排列成堆,形成連串河中堤堰。

面目全非的城市

現代建築的鋼筋混凝土是相當出色的建材,不過儘管耐受性勝過木料,卻也無法不受腐敗影響。諷刺的是,劣化跟內部結構強度有關。鋼筋(強化鋼條)被包在混凝土中,和自然環境隔絕,然而隨著微酸雨水滲入,還有腐敗植物釋出腐植酸,日漸侵入混凝土,嵌在裡面的鋼筋,就會開始在內部生鏽。對現代營建技術的最後一擊,是鋼筋最終因生鏽而膨脹,表面因濕氣而被撐開,加速毀壞。鋼筋是現代建物的弱點——從長遠看來,無鋼筋混凝土肯定比較耐用:羅馬萬神殿圓頂,歷時兩千年依然牢固。

不過高樓的最大威脅卻是地基積水,肇因於排水管路無人養護、下水道阻塞或河川週期洪泛,這種現象在河岸城市尤其嚴重。高樓的支撐結構會侵蝕、降解,或者因地基下陷,使列名摩天大樓的建築,命運卻遠比比薩斜塔還悽慘,注定要傾圯崩塌。建築殘礫墜如雨下,讓周遭大廈受損更甚,有時建築還甚至直接倒向隔壁大樓,像巨大骨牌般接連倒塌,最後只剩幾棟挺立在喬木天際線間。料想在幾個世紀之後,已經沒剩幾棟高聳建築矗立著。

在短短一、兩個世代之後,都市地理風貌肯定面目全非。當初找到機會生長的樹苗,這時已經是完全成熟的樹木。市街大道已經被茂密的森林廊道取代,高樓建築之間的人工峽谷擠滿林木。大樓本身已經非常破舊,植物從窗口處向下懸垂,有如垂直生態系統。大自然已經重新進占都市叢林。過了一段時間,崩垮建築所形成的巨大瓦礫堆,也會在腐爛植物堆累積下逐漸軟化,形成土壤——一座座泥土小丘長出樹苗,最後就連一度聳立天際的超高大樓的崩塌殘軀,也都被蒼翠植被掩蓋。

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車諾比核災後,大自然重新掌管這座城市,高聳的樹木充斥在昔日的街道上(遠方建物即為車諾比核電廠)。圖/Amort@flickr

在遠離城市的海上,幽靈船隊漂蕩,跨越大洋,偶爾由變幻莫測的海風和洋流推動,自行擱淺在海岸,船腹敞開,洩漏一灘灘燃料浮油,搭載的貨櫃或也隨洋流漂移,如蒲公英的種子隨風飄盪。倘若有人適時適地恰好看到最壯觀的船難事件,或許可視為人類最宏偉作品的返航。

國際太空站是一座巨大恢宏的百尺建物,是歷時十四年才建造完成的近地軌道衛星:許多壓力艙、細長支柱和蜻蜓翅膀狀太陽能板共組而成的巨構。儘管它在地球上空四百公里高處飛翔,這座太空站卻不在大氣稀薄高層之外,稀薄空氣仍對這座龐然巨物無情地施加難以察覺的微弱阻力。這會消耗太空站的繞軌能量,讓它穩定朝地表螺旋下墜,必須一再借助火箭推進器的動力,才能回到原先軌道高度。一旦太空人死亡,或缺乏燃料,太空船就會持續下降,每個月約墜落兩公里。不久之後,它就會被拖下來化為一團火球,像人造流星般,在空氣中拉出一道熾烈火光。

國際太空站(ISS)圖/wikipedia

註:

[1] 不過,黑死病衍生的長期影響,部分有益於社會,是死亡烏雲中的一絲慰藉。接下來的勞力短缺,讓熬過人口大減的農奴得以掙脫枷鎖,不再受莊園地主掌控,而這也幫助打破封建體制,走向更趨於平權的社會結構和市場導向經濟。


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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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