0

0
0

文字

分享

0
0
0

好奇號首次用化學相機分析鐵鎳隕石「蛋岩」!

臺北天文館_96
・2016/12/12 ・1328字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

編譯/胡佳伶|任職於臺北市立天文科學教育館

美國航太總署的火星探測車好奇號在表面發現一顆高爾夫球大小的鐵鎳隕石──「蛋岩」!

鐵鎳隕石這類隕石在地球很常見,之前也曾在火星發現,不過這是好奇號首度使用化學相機的雷射光譜儀分析。圖/NASA
鐵鎳隕石這類隕石在地球很常見,之前也曾在火星發現,不過這是好奇號首度使用化學相機的雷射光譜儀分析。圖/NASA

鐵鎳隕石這類隕石在地球很常見,之前也曾在火星發現,不過這是美國航太總署(NASA)好奇號(Curiosity)首度使用化學相機(ChemCam)的雷射光譜儀分析火星上的鐵鎳隕石。

火星科學實驗室計畫(Mars Science Laboratory,簡稱 MSL)操縱探測車的科學家,在 2016 年 10 月 27 日發現這顆外型怪異、顏色深邃、表面光滑有金屬光澤的岩石。好奇號發射了幾十次的雷射脈衝射擊岩石上的九個點(照片中的亮點),分析目標的化學成分,發現這塊岩石含有鐵、鎳和磷。其中有些點含有大量的鎳和磷,顯示可能有僅存在於鐵鎳隕石中的鐵鎳磷化物。

鐵隕石經常源自小行星的核心物質。小行星在熔融的狀況下,較重的金屬成分會沉到中心形成核心。這類隕石可以提供小行星碎裂後的紀錄,有些碎片最終會掉到地球或是火星上,科學家在火星上發現的小行星族群,和地球上不太一樣。

「蛋岩」(Egg Rock)可能是在好幾百萬年前掉到火星上,因此研究火星上的鐵隕石也能幫助我們了解火星環境所產生的影響。科學家讓雷射光譜儀對同一個點發射雷射脈衝,比較最先幾次和之後的化學相機分析結果,就能知道這顆隕石表面和內部的化學成分有何不同。

好奇號是在夏普山(Mount Sharp)低處的墨里地層(Murray formation)發現這顆岩石,沉積岩顯示這裡曾經是火星古代湖泊的底部。好奇號自 2016 年 10 月起二度延長任務,主要的科學目標就是研究火星古代的環境如何隨時間改變。之前的研究成果顯示,如果火星曾經存在生命,那麼此處相當適合微生物生存。

pia21134-figa_1505mr0076450000404470e01rs24b_w_scl
好奇號是在夏普山低處的墨里地層發現這顆岩石,沉積岩顯示這裡曾經是火星古代湖泊的底部。圖/NASA

好奇號是在 2011 年 11 月 26 日於佛羅里達州卡納維爾角空軍基地發射,2012 年登陸火星夏普山腳下的蓋爾隕坑(Gale Crater)。原本規劃的任務時間只有 23 個月,但目前探測車運作的時間已超過原先規劃的兩倍。

搭載的 10 項科學儀器中,有兩項的功能已經出現衰退情形。包含中子反照率動態偵測器(Dynamic Albedo of Neutrons,簡稱 DAN),其中產生中子的原件電壓已經開始減弱,不過就算之後無法再產生中子,儀器仍能利用被動模式偵測地面水分子。另外火星車環境監測站(Rover Environmental Monitoring Station,簡稱 REMS)的風力偵測也有點問題,雖然如此,好奇號目前每天仍會傳回火星的其他天氣狀況,像是溫度、濕度和壓力。

msl_laser_466x248
好奇號發射雷射脈衝射擊岩石,分析目標的化學成分。圖/網路天文館提供
pia15103-libs-schematic-full
好奇號的雷射光譜儀運作原理。圖/NASA

 

本文轉載自網路天文館

文章難易度
臺北天文館_96
477 篇文章 ・ 12 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!


0

12
2

文字

分享

0
12
2

如何幫畜牧業減排溫室氣體?——教會小奶牛上廁所,可有效降低「一氧化二氮」排放!

阿咏_96
・2021/10/17 ・2612字 ・閱讀時間約 5 分鐘

近年來,大眾對於「氣候變遷」這個詞越來越不陌生,國際間也會簽訂不同協議與政策,來減緩溫室氣體的排放,講到這邊,我們通常會想到化石燃料的使用,但較少被人們注意到的是,畜牧業也是排放甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等溫室氣體的大宗,甚至會造成水污染及空氣污染。

最近由心理學家團隊發表的研究,提出一種可能的解決方案,以減少畜牧業對環境的影響,也就是——「教小奶牛上廁所」!

看到這邊一定頭上冒出好幾個問號,為什麼畜牧業會對氣候變遷造成影響?是哪方面的影響?為什麼教奶牛尿尿可能可以減緩對環境的衝擊呢?要怎麼教?

圖/Pixabay

畜牧業和氣候變遷到底有什麼關係?

首先,根據聯合國糧食與農業組織 (FAO) 的報告,全球畜牧業每年約排放 7.1 兆噸的二氧化碳,大約是人為排放溫室氣體的 14.5%,其中,牛是排放量最大的物種,佔畜牧業排放量的 65 %,而大約來自於腸道發酵、糞便儲存與加工、飼料生產過程、其他能源使用等活動,FAO 也提出了目前評估可實行的減緩方案,其中一項便是提高奶牛的飼料開發以及飼養技術,來減少消化過程中和分解糞便時產生的甲烷 (CH4) 與一氧化二氮 (N2O) 。

而這篇研究的主角之一就是一氧化二氮 (N2O) ,雖然它只佔全球溫室氣體總排放量的 5% ,但它把熱留在地球的能力卻將近是二氧化碳的 300 倍!除此之外,每次排放的一氧化二氮 (N2O) 都會停留在大氣中超過一世紀,可以說是一種「長壽」的溫室氣體。從 1990 年起,紐西蘭的一氧化二氮排放量增加了五成,主要是來自乳製品業擴展以及氮肥使用,因此紐西蘭政府制定了一個目標,要在 2050 年之前將一氧化二氮的排放減少到淨零。

但這和牛有什麼關係呢?

紐西蘭的一氧化二氮排放量增加與乳製品業擴展有關。 圖/Pixabay

從「牛尿尿」開始的氮旅程

原因是牛尿液中氮含量很高,而動物尿液中的氮來源主要是尿素  (CH₄N₂O),在紐西蘭和澳洲,通常將牛飼養在戶外,牠們排尿之後,就開始一趟名為「氮循環」的旅程,首先尿素會迅速在土壤裡被水解成銨鹽 (NH4+) ,再經過微生物「亞硝化菌」氧化成亞硝酸根 (No2),接著,另外一群微生物「硝化菌」,將亞硝酸鹽 (No2) 再氧化成硝酸根 (NO3),以上的過程稱為「硝化作用 (Nitrification) 」。

當然,旅程還沒有結束,另一群稱作「脱硝菌」或「脫氮菌」的微生物會將硝酸鹽還原成氮氣 (N2),叫做「去硝化作用」或「脫氮作用」,而一氧化二氮 (N2O) 是反應的中間產物,會直接被釋放到大氣中。

難道把牛飼養在牛舍裡就沒有問題了嗎?

代誌不是憨人想得這麼簡單!當牛尿液中的氮和地板上的糞便混在一起時,會產生另一種空氣污染物——氨 (NH4)。

File:Nitrogen Cycle 2.svg
生態環境中的氮循環系統。細菌在其中扮演了關鍵角色,將氮源轉換為各種化合物,能夠被生物利用。圖/WIKIPEDIA

所以,如果牛的尿液可以被收集處理,裡面所含的氮就可以被轉換,減緩對環境的衝擊,但是要怎麼收集牛的尿液呢?

最直接的方式就是,教小牛到「廁所」裡尿尿。

要怎麼教會小牛尿尿?獎勵和拆解步驟是關鍵

研究團隊利用行為心理學的原理,訓練小牛到特定的地方排尿,這個原理便稱為「操作制約 (Operant Conditioning)」,由美國哈佛大學心理學教授史金納 (B.F. Skinner) 於 1938 年提出,當時有個著名的動物實驗稱為「史金納箱 (Skinner Box)」,將飢餓的小白鼠放在箱子裡,內有電動裝置紀錄動物的正確反應次數和頻率,因飢餓不安而活動的小白鼠,偶然壓到槓桿就會得到少量食物,當以後小白鼠看到槓桿,再去壓桿的頻率就會比以前高。對小白鼠來說,因反應而出現的食物是「強化物」,對壓桿這個「操作性反應」產生了強化作用。

除此之外,他們還運用訓練小孩上廁所,一種叫做「反向鏈接技術 (Backward Chaining Technique) 」的方式,將目標拆解成小步驟,從最後一步開始訓練到第一步。

首先,小牛被限制在圍欄設置成的廁所區域裡,當小牛排尿後再給予牠們喜歡的食物進行強化。然後,把小牛帶到圍欄外的一條走廊上,並再次強化進去廁所裡尿尿的行為,如果小牛在走廊上就排尿,便會用讓牠稍微不開心的噴水阻止牠。

經過幾次強化訓練,他們訓練的八頭小牛中,有七隻學會了在廁所尿尿,而且學習的速度和人類小孩差不多快!牠們大約只受了 15 天的訓練,大部分的小牛在 20 至 25 次排尿後學會了整套,比三到四歲的人類小孩還快。

小奶牛在廁所尿尿的影片。資料來源/參考資料 1

由此,研究團隊得到了兩個結論,第一是牛能夠學會注意自己的排尿反射,在準備尿尿時會移動到廁所裡;第二,在可以得到獎勵的情況下,牠們學會先憋尿,除非到了正確的地方。

牛牛學會了,然後呢?

在知道可以訓練牛牛到廁所排尿後,下一步要怎麼做才能夠離減排溫室氣體的目標越來越近呢?

作者認為希望未來可以優化廁所裝置,自動檢測排尿以及給予獎勵,就像是放大版的史金納箱一樣。除技術層面外,像是紐西蘭、澳洲等地的畜牧業,大多將牛飼養在開放的圍場,應該要把廁所設在哪裡,或者牛願意走多遠過來上廁所,都是需要進一步了解的問題,也才能夠將這項技術真正運用在不同國家的畜牧業,實際做到減緩畜牧業對氣候變遷的影響。

參考資料

  1. Dirksen, N., Langbein, J., Schrader, L., Puppe, B., Elliffe, D., Siebert, K., … & Matthews, L. (2021). Learned control of urinary reflexes in cattle to help reduce greenhouse gas emissions. Current Biology, 31(17), R1033-R1034.
  2. Gerber, P. J., Steinfeld, H., Henderson, B., Mottet, A., Opio, C., Dijkman, J., … & Tempio, G. (2013). Tackling climate change through livestock: a global assessment of emissions and mitigation opportunities. Food and Agriculture Organization of the United Nations (FAO).
  3. 張春興(民80)。教育心理學:三化取向的理論與實踐。台灣東華書局。
  4. Backward Chaining Technique
  5. 全國法規資料庫:空氣污染防治法施行細則
  6. The science of nitrous oxide

阿咏_96
156 篇文章 ・ 375 位粉絲
You can be the change you want to see in the world.
網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策