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科學寶可夢 #51 三地鼠:勇闖地涵的神祕動物

Rock Sun
・2016/11/21 ・3624字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

身為一名訓練師,你真的了解你的寶貝們嗎?寶可夢圖鑑讀熟了沒?

其實圖鑑告訴你的比想像中的還多喔!每個星期周末跟著 R 編一起來上一門訓練師的科學課吧!來跟大家分析這些寶可夢們是如何使用科學力來戰鬥的。

地下謎團大揭密 #51 三地鼠

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圖/Gotta Critique ‘Em All

科學寶可夢連載到目前為止,最強大寶可夢的名號,就獻給這個三合一地瓜了!!

因為牠不只是相當強大,還是一個充滿謎團的神奇寶貝。

在開始研究三地鼠的圖鑑內容前,有件事一直讓我很好奇,應該說不只是我,而是整個寶可夢世界的粉絲們都很好奇的問題:

地鼠和三地鼠在泥土底下究竟長什麼樣子?

這個問題網路上已經有各式各樣天馬行空的想像了,像是大怪物或是什麼詭異的肌肉棒子,但在這篇文章當然我們要用一個比較嚴謹的方式來推論地底下到底藏有什麼秘密。

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三地鼠比例示意圖。圖/Pokémon Wiki – Wikia

先從地鼠開始,我們先假設地鼠是一個圓柱體,以幫助後續計算。從某個動畫的畫面(上圖)來看,地鼠的直徑和寶貝球差不多,Bulbapedia 上提到寶貝球跟棒球差不多大,一般的棒球直徑差不多是 7.8 公分。而根據紀錄,地鼠的身高是 20 公分(目前還不考慮有其他未知的身體部位在地底下)。在這樣的假設下,一隻地鼠的體積是 955 立方公分,如果地鼠的肌肉跟真實世界的動物一樣密度與水相近,那牠的理想體重應該要是 0.955 公斤。對照圖鑑你會發現,圖鑑上設定的地鼠體重比我們算出來的還比較少,僅 0.8公斤,所以地鼠「在泥土下方還有其他身體部位」的說法看起來並不合理。(註 1)

但情況到了三地鼠身上,就沒有這麼單純啦!三地鼠的體重是地鼠 41 倍多—— 33.3 公斤,而身高也變成 71 公分。由於三地鼠是由三隻不一樣身高的地鼠組合而成的,假設最高的那隻 71 公分,最矮的那隻跟進化前的地鼠一樣,另一隻是平均值 45 公分,經由計算得到這三個圓柱體體積應該為 6498 立方公分,而理想體重應該是 6.498 公斤。

圖鑑上設定的 33.3 公斤,與我們計算出來的 6.498 公斤,相差了 27 公斤,這些重量去哪裡了?

  • 如果大家對 27 公斤沒概念的話,根據 103 學年度的小學體適能統計,27 公斤差不多是一個 7~8 歲的小朋友的體重,而平均身高大概是 125 公分。
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“大家幹嘛還在執著三地鼠底下是什麼啊!” “每一隻三地鼠底下都有一個小剛嗎?老兄” 。圖/Amino Apps

但大家從上頭的動畫圖片可以看出來,三地鼠竟然可以輕鬆被小剛捧在手心中?這下子情況有兩種,一個是這其實是從完整的三地鼠身上摘取下來的部分身體!?(註2);另一個則是這小小一隻三地鼠就有 33 公斤的重量。

覺得不可能嗎?按照老樣子,更驚人的事實還在後頭……

「三個地鼠湊在一起,能向下遁地 60 英里(約 96.56 公里)深,造成大地震。」(紅、藍、葉綠版)

「非常強大的神奇寶貝,能穿過最堅硬的岩層,向下挖 60 英里深。」(銀、魂銀、Y 版)

「三個頭分別移動減少阻力,能向下挖超過 60 英里深。」(鑽石、珍珠、白金、黑、白版)

之所以把超過一個圖鑑資訊找上來是因為我要確定沒有看錯(註3),但博士們似乎一致同意,三地鼠可以向下挖 96 公里深。地球表面的岩石圈,深度大概是 100 公里;而目前人類挖過最深的洞,深度不過才 12 公里出頭,不到三地鼠的1/6(註 4)。

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世界人造最深的洞——科拉超深井。圖/cycyron – LiveJournal

這個深度別說陽光,任何有機質基本上已經不存在了,天曉得三地鼠挖到這裏要幹嘛?算了~牠還是高興的挖到這個鳥不生蛋的地方了,但等著牠的可不是黃金寶藏或是鼠間仙境,而是恐怖的高溫高壓地獄。

從地面到地心,除了前面幾公尺的泥土或許會比較涼爽外,基本上溫度是隨深度增加的,大約每公里上升 30℃(註5);而壓力的話,每下降 10 公尺會上升 3 個大氣壓。假設三地鼠從地面(15℃,1 大氣壓)開始挖,當牠挖到 96 公里深的時候,溫度應該是 2895℃,壓力為 28,800 大氣壓。

先吐槽壓力好了,28,800 大氣壓大約是每平方公分有 29.66 公噸的壓力壓在你身上,用之前的假設計算三地鼠頭頂截面積為 47.8 平方公分,所以承受的壓力大概為 1412 公噸,想像一下你頭頂 1000 多台小汽車是什麼感覺?

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筆者向知名外國科普專欄 What If 致敬。(醜死了….)

而溫度也是高的亂七八糟,如果你還記得噴火龍的文章的話,融化岩石的溫度是 1400℃,而這裡硬是比這個數據高 2 倍!在你絕望之前先告訴你一個好消息,還記的不久前我們提出的假設嗎?

「如果這小小一隻三地鼠就有 33 公斤的重量……」

如果此假設正確,那麼經過計算,三地鼠的身體密度為 5.1256 g/cm3

而整個的地球的平均密度是很接近的 5.515 g/cm3,如果三地鼠有部分身體是由類似的物質組成的,牠或許就能在這溫度下生存。而且別忘了小剛手上的三地鼠身上的確有部分是岩石組成的,假如牠體內還是有部分是由肌肉組成的來維持生理機能,那我們可以預見的是三地鼠部分身體密度可能比 5.1256 g/cm還高,所以從找一下密度稍高的物質……

喔喔~ 找到了,密度 6.1 g/cm3,釩金屬,熔點 1910 °C,雖然還不到要求但還可接受,如果再高一點,我們能找到密度 8.57 g/cm的鈮,熔點 2477 °C,但是都不到要求。如果硬是要找熔點超過 2895℃ 的物質,我們有原子序 75 的錸,熔點 3186 °C,但密度高達 21.02 g/cm3,想必三地鼠的底盤(還是要叫腳?)應該是這些物質的結合體才能承受這種高溫吧!

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喂?大地工程部嗎?ㄜ~我家附近出現了三地鼠,然後我朋友掉進那個洞了,你覺得他還有救嗎?……。圖/Giphy

幸好圖鑑中有直接說出「沒人知道它底下到底長什麼樣子」這句話,我們才能做這麼多想像,把三地鼠的能力合理化,希望神奇寶貝圖鑑能一直這樣下去,如果哪一天三地鼠的下真實身分曝光的話,我相信問題一定有增無減。再說,誰不喜歡網路上的各種好笑的遐想圖呢?

比較純潔的例如這種(圖/deviantart)
比較純潔的(?)例如這種。圖/deviantart

編註:

  1. 在寶可夢的外傳《精靈寶可夢不可思議的迷宮》(Pokemon Mystery Dungeon)中,玩家扮演寶可夢們救出了一隻受困在土裡的地鼠時他說了一句話:「我覺得我的腳還在懸空~」,所以證明:1. 地鼠有腳,2. 如果挖到一個中空的地質區牠會無法移動。
  2. 大家有沒有很好奇既然身高體重都有了,為什麼還會紀載「沒人知道它底下到底長什麼樣子」?很可能看到三地鼠完全體的人在用彈簧秤量出重量之後,就無法在繼續記錄下去了,說不定進化之後三地鼠變成是像蜥蜴的尾巴,最後科學家只取得了脫落的部分;也有可能像安康魚的燈籠,這些科學家都葬生在三地鼠肚子裡了。
  3. 除了以上的圖鑑資訊,三地鼠還有「三個頭高速上下移動,讓土質鬆軟,更好行動」(金、心金)、「能向下挖 60 英里深,沒人知道它底下到底長什麼樣子」(水晶)、「三地鼠是由同一個身體冒出來的三個頭,所以他們的思緒是一樣的,能夠相當合作的持續挖洞」(紅寶石、藍寶石、綠寶石)、「能以時速 60 英里遁地,人會以為是大地震」(黃)。除了某種程度解釋了三地鼠移動方式和生活模式之外,最後一個敘述讓我相當困惑,一方面是不知道有沒有翻譯錯誤,一方面是,如果時速 60 英里遁地屬實,那麼三地鼠逆天舉動又多了一個全新的面貌,但產不產生大地震是看深度決定,如果牠在你家底下 10 公分以這個速度移動, 你當然會這麼以為。
  4. 維基百科:科拉超深井是蘇聯於 1970 年在科拉半島鄰近挪威國界的地區開始的一項科學鑽探,其中最深的一個鑽孔 SG-3 在 1989 年達到 12,262 公尺。截止目前,以垂深計算,這個鑽孔仍是到達地球最深處的人造物。然而,其井深記錄在 2008 年和 2011 年被在卡達的阿肖辛油井(12,289 公尺)和俄羅斯在庫頁島的 Odoptu OP-11油井(12,345 公尺)打破,目前排名世界第三。
  5. 溫度隨深度而增加的速度為地溫梯度,在不同地區,由於岩石性質和周圍環境的差異,地溫梯度有很大的差異。但是,所有的測量都表明:在地球內部,深度愈大溫度就愈高,在大陸上,地溫梯度變化範圍為每米 0.01-0.1℃。在海底,每米 0.04-0.08℃。這樣,就可以找到一個合理的平均值,例如,每公里 30℃。

參考資料:

  1. Scientific Pokedex
  2. Pokemon Database
  3. 地數位典藏國家型科技計畫-臺灣大學地質科學典藏數位化計畫:地球內部的溫度和熱源
  4. Ask Smithsonian: What’s the Deepest Hole Ever Dug?
  5. Wikipedia (地熱梯度物質密度科拉超深鑽孔岩石圈
  6. Chemistry Quick Fact

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文章難易度
Rock Sun
62 篇文章 ・ 431 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者


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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?

數感宇宙探索課程,現正募資中!

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椀濘_96
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