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大屯火山復活了?所以要準備逃離台北了嗎?

震識:那些你想知道的震事_96
・2017/05/08 ・2832字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

文/潘昌志|「你地質系的?」不,但我待過地質所,而且還是海研所的碩士。無論在氣象局、小牛頓…都一樣熱愛地科與科普。現在從事試題研發工作,並持續在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科的各種知識,想以科普寫作喚醒人們對地球的愛。

最近每當關於大屯火山的新研究、新發現登上媒體,或是陽明山發生了地震之後,「大屯火山是死是活?」就幾乎是大眾或媒體必備問題之一。但經常問題並不會只有一個,而是一個接著一個,今天我們整理了幾個常見問題,雖不一定能完全說明白,但多少可以幫助大家增加對它的認識。

為什麼現在科學家對大屯火山的判斷「起死回生」?

小油坑噴氣孔。圖/Daniel Guo, CC BY-SA 3.0, wikimedia commons.

科學發展是與時俱進的,當新的科技、新的研究方法或是新的理論問世後,依新證據的可靠性不同,可能會微調我們的想法,也可能會顛覆我們的認知。數十年前在地質學上的證據顯示,上一次大屯火山大規模噴發至少是十萬年前,不過近年來更多的火山碎屑定年研究結果顯示,最近一次的噴發時間點可能是六千年前(Belousov et al., 2010),所以就時間經驗的定義上(一萬年內曾經噴發過)就能歸類於「活火山」。

不過,對科學家來說,光有時間經驗的定義還不夠嚴謹,如果有更好的科學證據會更有說服力;而目前更為科學的定義就是火山底下是否有「活躍的岩漿庫」,然而岩漿庫在地底下動輒十幾至數十公里深,真的要確認其存在還真不容易,所以對觀測火山來說,「不知死活」的情況是很常發生的!

回過頭來談談大屯火山,除了前面提到的定年研究之外,近年來大屯火山觀測站和許多科學家都發現,許多活火山的特徵都能在大屯火山的觀測上看到,譬如火山地區特有的地震型態(Lin et al., 2005),或是大油坑、小油坑等地噴氣孔噴出的化學成分的分析結果(Yang and Song, 1999),雖然沒有立即噴發的徵兆,但都是間接支持「大屯火山為活火山」的證據。

所以我們要準備逃離台北了嗎?

那今年初新聞媒體提到「首度證實大屯火山有岩漿庫」是怎麼回事?代表台北下面有顆超級大的不定時炸彈嗎?

喔喔喔先別緊張!我先告訴你結論:

即使地底下「有岩漿庫」,也不代表它即將要噴了!

即使地底下「有岩漿庫」,也不代表它即將要噴了!

就算說這很重要,也不用每次都要講三次了……。

大屯火山觀測站中的即時監測儀器傳回的影像,從左而右分別是大地震量監測、微震監測、地球化學監測,以及即時影像與地磁變化(右邊被裁切處)。

哇咧!那你們科學家告訴我下面有岩漿庫是要我窮緊張嗎?當然不是,就是因為科學上雖然告訴我們大屯活山在分類上較接近活火山,但還是難以確定它是「越來越 high」還是「越來越沒活力」的狀態;也正因為如此,科學家們才極力的要「證明」大屯火山是不是活火山,以及大屯火山有沒有即將要噴發的趨勢。

年初的報導,其實是源自中研院林正洪研究員的研究(Lin, 2016)成果,而這項研究成果幫我們找到了一種可能可以持續監測火山岩漿庫的方式。林老師的方式和醫療上照超音波的原理類似,是透過波經過不同介質時發生波速變化來推測波經過了「有什麼不一樣的東西」,差別在於偵測的是岩漿庫、使用的是天然的地震波。這項研究幫我們「找到了」岩漿庫大致的位置,這樣一來未來就有更好的目標和方向來持續監測。關於此研究詳情,請看阿樹先前寫的這篇文章,還有科普一傳十昨天的直播影片以及馬國鳳教授數月前專訪的,如對此還更有興趣,可以看這個投影片

所謂新發現大屯火山下的岩漿庫的位置,就是在圖中 Low-V Zone 的地方,是藉由部分通過此區的紅線(地震波)變化求得的,此張投影片截取自(?沒有連結)

附帶一提,先不論岩漿庫大小和活動程度,由於目前所知它位在 20 公里深的地方,因此要「噴發」還有某程度的距離,畢竟岩漿要上湧到地表,還有一大段路要走,以目前的科技來說不會什麼都沒觀測注意到就噴發了,與其擔心會發生什麼事,不如給予學者更多鼓勵期待,祈望未來我們更能透徹的了解大屯火山,才能更安心的與之共存啊!

如果大屯火山是活火山,會影響台北的房價嗎?

這不能問我啊(笑)!放眼世界各國,很少有人會來問地球科學家房價問題,舉個例來說,日本的東京、美國的加州都是地震頻繁的地區,過去曾經發生過的強震災害甚至比我們的九二一集集地震還更加慘重,這些地區的開發也未曾因此減少。或許你會想:難道他們(日本人)不怕死嗎?不!反而是非常怕,正因知道地震的可怕、知道地震來時逃無可逃,他們更要了解地震的風險。因此日本設立了「地震調査研究推進本部」,從科學角度評估地震風險,這些資料已公布多年,光是東京附近的直下型地震(規模 7.0 左右)未來 30 年的發生機率高達 70%。這些資料「提醒」著他們,無論是防災規畫、或是籌辦奧運時都會有地震風險需要評估進去。

日本主要活動斷層帶未來發震機率示意圖,截取自地震調查研究推進本部長期評估報告

所以,如果國內的科學家,清楚明白的用科學數據告訴我們,住家所在地未來的地震潛勢有多高,或是未來有可能有哪些災害風險要注意,首要第一件事到底是「思考房子的脫手價」還是「假如災害來時該怎麼辦」呢?

至少《震識》的想法是,比起房價,更重要的是人命財產的安危,如果在災害潛勢極高、又難以有預防措施的地方,本就不該住人。但是,大多地方只要有適當的危機意識、適當的防災措施,例如增加建物的耐震度、規畫足夠的災害收容空間與建置完善的救災體系,都能讓我們面對災時有足夠的應變能力,同時也不因對災害的恐懼而影響我們的生活起居,這正是為何許多科學家仍積極從事這些災害風險評估的研究。

最可怕的並不是災害,而是逃避災害的鴕鳥心態!


相關影音連結:

  • 科普一傳十:地球大災問—大屯火山復活了嗎?
  • 彭啟明博士專訪馬國鳳教授(廣播節目錄音)

關於大屯火山提到的文獻:

  • Belousov, A. et al. Deposits, character and timing of recent eruptions and gravitational collapses in Tatun Volcanic Group, Northern Taiwan: hazard-related issues. J. Volcanol. Geotherm. Res. 191, 205-221(2010).
  • Lin, C. H. et al. Preliminary results of seismic monitoring at Tatun volcanic area of northern Taiwan. Terr. Atm. Ocean. Sci. 16, 563-577 (2005).
  • Lin, C.-H. Evidence for a magma reservoir beneath the Taipei metropolis of Taiwan
  • from both S-wave shadows and P-wave delays. Sci. Rep. 6, 39500; doi:10.1038/srep39500 (2016).
  • Yang, T. F. & Song, S. R. 3He/4He ratios of fumaroles and bubbling gases of hot springs in Tatun Volcano Group, North Taiwan. Nuovo Cimento Della SocietaItaliana Di Fisica C22(3-4), 281-286 (1999).

延伸閱讀:


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震識:那些你想知道的震事_96
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《震識:那些你想知道的震事》由中央大學馬國鳳教授與科普作家潘昌志(阿樹)共同成立的地震知識部落格。我們希望透過淺顯易懂的文字,讓地震知識走入日常生活中,同時也會藉由分享各種地震的歷史或生活故事,讓地震知識也充滿人文的溫度。


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就是想知道十萬個植物的為什麼!解開植物生長之謎的駭客兼翻譯——蔡宜芳專訪

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/04/06 ・3848字 ・閱讀時間約 8 分鐘

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。

2018 年「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第十一屆傑出獎得主

  • 中研院分子生物研究所特聘研究員蔡宜芳,畢業自台灣大學植物系,在美國卡內基美隆大學(Carnegie Mellon University, CMU)取得博士,後於加州大學聖地牙哥分校(University of California, San Diego, UCSD)進行博士後研究,研究專長為植物分子生物學。主要從事細胞膜蛋白的功能研究,在硝酸鹽轉運蛋白研究領域有卓越貢獻。2021 年蔡宜芳特聘研究員榮獲美國國家科學院(National Academy of Sciences, NAS)外籍院士(international members)。

如果妳撿到蔡宜芳掉的手機,可能很難立即知道失主是誰,甚至有點摸不著頭緒:因為她手機裡超過 80% 的照片,都是植物。為何會選擇植物作為研究領域?身為中研院分子生物研究所特聘研究員,在植物分子生物學領域貢獻卓著的她卻說,這個決定其實「不太科學」,因為起心動念是自己「真的很喜歡植物」。

因為喜歡所以好奇,因為好奇而想要知道更多:許多 love story 都是這樣開始的,而研究領域的開展又何嘗不是一場超浪漫故事呢?也因為一般人都不夠認識植物,聽不懂植物的細語呢喃,更需要蔡宜芳這般熱愛植物的科學家,擔任植物駭客兼翻譯,讓不辨菽麥者也能偷聽花開的聲音。

故事,從一株異變的阿拉伯芥開始說起。

植物對於氮肥的攝取機制與調控方法正是蔡宜芳的研究主題。圖/劉志恒攝影

分子生物學突破:發現植物吸收硝酸鹽的關鍵蛋白 CHL1

上世紀 50 年代起的「綠色革命」,大幅提升了糧食生產量,餵飽了激增的地球人口,「氮肥」在其中功不可沒。它對植物開花結果至關重要,然而植物透過什麼機制攝取氮肥?如何調控才能更有效地吸收?蔡宜芳研究的正是其中的分子機制。

氮,是生物存活的重要元素;從推動光合作用的葉綠素、各種代謝反應的酵素,到與遺傳相關的核酸中,都有氮的存在。但對植物來說,要取得氮元素卻出乎意料地困難;大氣的組成中近五分之四為氮氣,但是除了藉由少數有固氮能力的微生物以外,植物只能使用在土壤中非常少量的氮源,吸收的型態有「氨鹽」與「硝酸鹽」,其中又以硝酸鹽為主。

但是,硝酸鹽是帶電離子,無法自行通過脂質構成的細胞膜,那到底植物如何利用硝酸鹽呢?為了解開這個長年來的謎題,蔡宜芳將目光投向一棵無法正常吸收硝酸鹽的阿拉伯芥突變株,並利用當時最新發展出來的分子生物技術,試圖找到出關鍵基因。蔡宜芳表示,這個無法正常吸收硝酸鹽的突變株,在她約 10 歲時就被荷蘭研究者發現,這麼多年來在傳統技術底下被研究得相當透徹;卻直到她開始進行博士後研究,伴隨植物分子生物相關技術發展,才有方法找到關鍵的轉運蛋白。

這樣的研究自然充滿了挑戰,因為新技術還不穩固,就連實驗室老闆都曾勸她放棄。不願投降的她,決定一邊持續研究氮代謝,一邊到其他研究室學細胞膜研究的新技術,1994 年,蔡宜芳從美國回到台灣,持續研究進一步發現, 位在植物細胞膜上的 CHL1 硝酸鹽轉運蛋白,除了作為硝酸鹽的「搬運工」,還有其他異想不到的功能。在你我的印象當中,植物是被動的吸收養分:但其實當土壤中的的硝酸鹽變化時,植物會主動改變硝酸鹽的運作模式,這就是蔡宜芳團隊在 2003 年的重大發現。運作模式的改變正來自於 CHL1 蛋白的磷酸化轉換,因此 CHL1 蛋白也具備作為「傳令兵」的功能。透過 CHL1,植物便能感應周圍的硝酸鹽濃度,幫助植物調控基因表現,以便能更有效率地利用硝酸鹽。

掌握硝酸鹽吸收的調控,在農業領域十分有發展潛力,蔡宜芳的研究進一步轉向,對接實際應用,期盼為農業的永續未來提供新解方。除了 CHL1硝酸鹽轉運蛋白的機制外,她也針對阿拉伯芥如何吸收與輸送硝酸鹽到不同組織的分子機制展開探索。近期更研究探討是否能以育種或基因調控的方式,增進植物吸收硝酸鹽的效率。由於硝酸鹽非常容易在環境中流失,因此多數的氮肥施放到田間後,植物也往往吸收不了;如果可以改善植物的吸收效率,就能減少施肥的浪費,連帶減少製造氮肥耗用的能源,也讓農作物長得更好。

好消息是,透過基因調控,蔡宜芳團隊已經在阿拉伯芥、菸草及水稻上實驗成功,並取得相關專利,期待未來將授權給生物科技公司進行下一步。

培養科學研究必備品:好奇心、科學思辯與毅力

蔡宜芳從事研究的初衷是因為對植物的喜愛與好奇心,對她來說和植物有關的十萬個為什麼,猶如始終永遠拼不完的大型拼圖,從小時候就在蔡宜芳的心中佔據了重要位子,於是她「追根究柢」(如字面上意義),想靠自己解開植物現象背後的秘密。

人們對自己不了解又無法回嘴的植物充滿了誤解,往往覺得植物跟動物一點也不同,然而在蔡宜芳看來絕非如此,她表示,已經有研究發現,當我們這些動物咬下蔬菜的瞬間,植物裡頭負責傳導的的鈣離子就會產生變化。「大家都覺得植物不會動不會叫,但其實植物是有感知的。」蔡宜芳表示,植物其實都知道,只是用我們不懂的方式在表達,要靠研究才能一句一句地破解植物的密語。

圖/劉志恒攝影

當然研究也不能自己埋頭苦幹,交流非常重要。蔡宜芳擔任植物學期刊 《Plant Physiology》 編輯多年,但回憶起剛建立獨立實驗室的階段,面對那麼多來自審稿人的刁鑽問題,當時的自己也難免生氣。一旦轉換身份成為審稿人,被審的經驗也讓她更明白審查論文時該注意的重點,一來一往的思辨與答辯,反而讓她覺得很好玩。

「我自己有個突破,是因為被質疑的時候很生氣,可是不能光氣,也要想辦法解決。就在生氣的時候,想出來的方法,最後變成我們實驗室很新的工具。」而她也認為自己在替《Nature》等重要期刊審稿時,認真地給出言之有物的評論,幫她累積了領域內的信譽,才讓期刊編輯的位置找到了她。

蔡宜芳曾擔任植物學期刊《Plant Physiology》編輯。圖/《Plant Physiology》網頁截圖

像投稿審稿這般來回思辨的訓練,對科學家的養成非常重要,然而蔡宜芳觀察,科學思辨在台灣教育裡比較缺乏。她舉例,在美國課堂上,老師會要學生先讀一篇論文,接下來整堂課則要學生批評論文有什麼問題。「我們在台灣被訓練的人,都會把 paper 當作傳世經書在讀,讀懂它就覺得很開心了——要去批評它,我們真的沒有習慣。」蔡宜芳坦言那過程對她來說曾經非常痛苦,但會痛就代表該變。

她就此改變了思路:面對知識,蔡宜芳要求自己不僅要讀懂,還要有餘力批評它,說出對、錯在哪裡。蔡宜芳認為,科學就是得永遠抱持著質疑的態度,在不疑處有疑,才能找到真正的答案。「在我自己的實驗室裡面,我也一直在逼學生要去思考」。

蔡宜芳在實驗室中,會不斷要求學生思考、批判。圖/劉志恒攝影

而除了好奇心及思辨能力之外,蔡宜芳認為「毅力」也是科學家在科學界持續前進的重要特質。經驗告訴她,在科學研究中遇見失敗比遇見成功的次數多太多了,革命十次稀鬆平常,如何二十次甚至三十次之後還能繼續往前走?那絕對需要強大的毅力來抗壓才行。

說到壓力,身為科學界的女性,蔡宜芳認為,自己的成長環境中,性別造成的影響並不大,以她所在的中研院分生所為例,研究人員性別比例很平均。但若深入細究,「無意識偏見」(unconscious bias)仍難以避免。她以自己帶過的學生為例,生科領域在大學時期男女比例大約是各半,但隨著碩士、博士一路往上,男性的比例逐漸多於女性。因為許多女學生在面臨職涯選擇的時候,往往會被迫以家庭或是男性伴侶的事業為優先,這種狀況回過頭來又讓部分老師覺得「教育女生有時會是浪費」,成為惡性循環。

榮獲過許多科學成就獎項的她,時常是唯一獲獎的女性,而就在接受採訪不久前,她又獲頒一個獎項,直到頒獎當天的照片寄回到所上,「一片黑西裝裡面,就我穿黃色!」她笑道。所上第五屆台灣女科學家傑出獎得主鍾邦柱老師看到照片時,也對她苦笑說:「哎,革命尚未成功,同志仍需努力。」

「先不要去想會有這個東西,做該做的事情。真正不平的時候,不要安靜不講。」儘管環境仍待改變,蔡宜芳建議女科學人自己先跨出一步,就如同她自己一路走來的態度。

一株莫名異變的阿拉伯芥,遇上一位不放棄的科學家兼植物迷,造就了改變農業、甚至是整體生態未來的契機。如果妳的手機也跟蔡宜芳一樣,裝的幾乎全是自己感興趣、想研究的東西的照片,請別質疑自己是不是怪怪的,或許妳也將靠著研究,改變世界,這是我能想到最浪漫的事了。

台灣傑出女科學家獎邁入第 15 年,台灣萊雅鼓勵女性追求科學夢想,讓科學領域能兩性均衡參與和貢獻。想成為科學家嗎?妳絕對可以!傑出學姊們在這裡跟妳說:YES!:https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台灣萊雅L’Oréal Taiwan 為慶祝「台灣傑出女科學家獎」15周年而規劃,泛科學企劃執行。


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