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如果台灣這麼大,還會有聖嬰現象嗎?

陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2017/06/16 ・2965字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

圖一,改自 Wikimedia 世界地圖。

你有沒有想過,如果台灣比我們想像的大很多,那麼世界會因此而改變嗎?答案是,會!而且影響的層面非常的廣。近日這個熱門話題起源於PTT論壇上一位網友的問卦,而其他厲害的網友們也紛紛作出分析,甚至拍成影片,告訴我們若存在想像中的臺灣洲,究竟會發生哪些有趣的事。

不過你可知道,如果「大臺灣」真的存在的話,改變的將不只是島內生態與文明,甚至包含我們看待某些氣候的方式,其中聖嬰現象就是一個例子。這次就讓我們來思考一下,如果臺灣這麼大,對聖嬰現象將會造成什麼影響。

何謂聖嬰現象?

在說明「大臺灣」如何影響我們看待聖嬰之前,先來初步認識這個有趣的大尺度氣候。聖嬰現象(El Niño),從字面上來看,我們可以容易聯想到與耶穌基督的關聯。事實上,在早年位於祕魯地區的漁民們,便發現每當聖誕節前後,都會捕不太到魚,且海水相對平時來的溫暖,而後便將這樣的氣候變化,以西班牙語稱之為「聖嬰」(El Niño)。那麼為甚麼當這樣的現象發生時,當地的魚群會減少呢?其中關鍵原因便在於湧升流(upwelling)。

湧升流如圖二所示,為受到表層風的吹拂,進而產生由下向上的水流。對於魚群來說,湧升流的存在,可以幫助牠們獲取不少來自深水的營養物質,而這些營養物的來源,主要來自於海表面有機物的沉降,並進一步分解成硝酸鹽及磷酸鹽分布於深水層。因此,湧升流的存在便可將這些營養帶至表面,最後形成富饒的漁場供漁民捕獲。

圖二、湧升流示意圖。當風將上層水團帶走後,進而造成底層水向上補充,形成湧升流。圖/wikipedia

可是,當聖嬰現象發生時,漁民發現捕不太到魚了,其理由在於湧升流效應減弱,造成魚群缺乏食物來源而難以聚集成漁場。那麼為甚麼湧升流會減弱呢?其中一個關鍵原因便在於東風減弱。

東風的減弱與太平洋東西兩側壓力場變化有所關聯,同時也與海洋的交互作用密不可分。從圖三我們可以注意到,當聖嬰現象發生時,暖池(Warm pool)[1]有往太平洋東側移動的趨勢,太平洋兩側高低壓會發生變化(東側降低西側升高),並且海洋中斜溫層(Thermocline)[2]的存在深度也會有所改變。

圖三、正常年與聖嬰現象發生時的大氣對流變化。圖/wikipedia

註[1]:一般指的是熱帶西太平洋及印度洋東部多年平均海表溫度在28℃以上的暖海區。

註[2]:水溫在水體內部沿垂直線方向下變化幅度劇烈的水層。

如果臺灣變超大會怎樣?

接下來就是有意思的部分:通常要了解聖嬰現象是否發生,我們可以依據量測氣壓變化,或是海表溫度(Sea Surface Temperature, SST)來一窺究竟;然而這些方法,都將會因為臺灣變成超大而受到影響。

首先是量測壓力的部分,一般科學家常以南方震盪指數(Southern Oscillation Index, SOI)來表示,概念為將大溪地(Tahiti)月平均的地表氣壓減掉達爾文(Darwin)的地表氣壓。所以當聖嬰現象發生時,由於太平洋東側氣壓降低,西側升高,我們便可以發現SOI指數會比平時來得低。

圖四、達爾文、大溪地及假想臺灣洲的相對位置。圖/修改自wikipedia

那如果……台灣變成巨無霸大洲。注意到了嗎? 大溪地整個被臺灣吃掉了!也因此原本的南方震盪指數將無法計算,除非我們在臺灣洲的台東國架站,才有辦法彌補原本大溪地的觀測位置。

既然量測氣壓走不通,下一個可以嘗試的便是利用海表溫度變化。根據定義,科學家將赤道太平洋Niño3.4(170°W~120°W, 5°S~5°N)範圍內的海表面溫度距平值進行五個月的移動平均與標準化,當連續六個月以上超過0.4°C的話,便可判斷為聖嬰年,反之低於0.4°C即為反聖嬰年

圖五、聖嬰現象海溫指標區域,以及假想臺灣洲的相對位置。圖/修改自International Research Institute for Climate and Society

不免俗的,讓我們再次看看臺灣巨大化之後會碰上甚麼麻煩。從圖五中我們可以注意到,臺灣洲根本佔據了指標區域的一半以上,也就是說,科學家將無法透過海表溫度的變化對聖嬰進行觀測。

很遺憾的,在受到臺灣劇烈膨脹後,兩個主要的聖嬰觀測指標便失去效力,也就是說,我們將難以透過量化的方式來了解聖嬰現象。

那麼聖嬰現象還是否會發生?

本質上,依據觀測及理論,聖嬰現象為一個大氣與海洋的交互現象,且發生位置主要位於熱帶太平洋海域;也因此,一旦這個巨大化的臺灣影響到大氣、太平洋或是之間的耦合機制,都將足以影響聖嬰現象的存在。

首先我們從海洋的角度來看。膨脹的臺灣就如同將太平洋一刀兩斷,也就是無論洋流走向或是大尺度的海洋波動(例如Kevin wave等,都將受到很大程度的影響,而這些都和聖嬰現象背後的動力機制密不可分;而若以大氣的角度來看,考慮巨大臺灣洲是等比例放大的臺灣,那麼中央山脈將會是一道非常宏觀的高牆,甚至足以抵擋信風的吹拂。一旦海洋上空大尺度範圍的風場受到影響,便意味著大氣環流會進而有所改變,這一些都極有可能影響聖嬰現象的產生。若我們從定義的角度,由於先前量化聖嬰的指標,無論是SOI或是ONI,在受到大臺灣的影響下都已失去效力,因此在無法量化的條件下,除非我們再發展一套新的指標,否則就無法評估聖嬰現象是否發生。

不過無論如何,巨大臺灣洲畢竟只是一個想像。事實上,若今日的臺灣有如此龐大,無論是島上物種或是人類文化演變,都將是前所未有的新樣貌;若再思考「大臺灣」的形成,我們甚至要改寫教科書對於全球板塊分布的描述,地球歷史也將會是個嶄新的故事。

當然啦,若該故事成真,最先抗議的民族應該就是夏威夷人了,畢竟夏威夷島可就再也不會出現在這個世界上了!

參考資料

  1. [問卦] 如果台灣是這個大小 會變怎樣?
  2. El Niño & La Niña (El Niño-Southern Oscillation)
  3. Southern Oscillation Index (SOI)
  4. Oceanic Niño Index (ONI)
  5. Trade winds
  6. 聖嬰奧秘

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陳柏成 (Po Cheng Chen)
12 篇文章 ・ 5 位粉絲
熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com


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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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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)