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幫地球算年紀:「地質年代學之父」霍姆斯誕辰|科學史上的今天:1/14

張瑞棋_96
・2015/01/14 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

地球的年齡有多大?當然我們現在已經知道是 45 億年左右,但直到二十世紀初以前,科學家的估算仍然南轅北轍,從幾萬年到幾億年都有,因為沒一個可靠的方法。直到發現了放射性之後,才終於有可以正確推估地球年齡的工具。然而這個方法可不是一出現就受到肯定,若非扮演承先啟後之關鍵角色的英國地質學家霍姆斯堅持不懈,我們可能要更晚才會知道地球的年齡。

亞瑟.霍姆斯。圖/Photo courtesy of University of Edinburgh, Department of Geology and Geophysics.

放射性最早是貝克勒 (Henri Becquerel) 於 1896 年無意間發現,科學家才因此知道原來像鈾這種放射性元素會自發性地射出放射線,衰變成另一個較輕的元素。單一原子何時衰變是隨機不定的,但是億萬個原子平均的衰變速率就固定不變了,就像你不知道這次擲骰子會出現幾點,但你可以確定擲一億次的平均點數肯定是 3.5。每個元素都有自己獨特不變的半衰期(半數的原子發生衰變所需的時間),因此從衰變後的新元素與剩下還沒衰變的放射性元素兩者的數量比例,就可以推算這是經過多少時間的衰變結果,也就可以知道這個樣本的壽命。(前提是所有新元素都是經由衰變產生,而且沒有衰變成別的元素)

拉塞福最先想到可以用這方法測定岩石的年齡,1905 年他測出一塊岩石的壽命達五億年,這已遠高於原先科學家預估的地球年齡。美國化學家波特伍德 (Bertram Boltwood) 則於 1907 年發表論文,宣布他用鉛跟鈾的比例測出最古老的岩石樣本已有 13 億年。

不過地質學家反應相當冷淡,他們對放射性測定的方法不具信心,波特伍德無奈的轉移陣地,而拉塞福原本就不認為測量地球年齡是他的正事。結果只有當時剛進大學的霍姆斯一個人堅持下去。他用放射性測定各種岩石的年齡,雖然隨後發現的同位素(同一元素有不同的中子數)、地殼變動與地函的影響等因素都使得測定地球年齡變得更加複雜,但霍姆斯反而樂觀看待,因為相對的,納入這些因素可以得到更精確的答案。

1927 年他已經將地球年齡回推到 30 億年,而他的努力也開始受到重視。四年後美國國家科學院決定徹底解決地球年齡的問題,霍姆斯當然受邀加入調查委員會,並擔任最後書面報告的執筆人,確認放射性測定是測定地球年齡唯一可靠的方法。如今公認的地球年齡 45.4 億年正是用此方法測定的。

霍姆斯扮演承先啟後角色的還有大陸漂移說。魏格納雖然在 1912 年就提出大陸漂移說,卻因為無法提出漂移的機制而不被採信。霍姆斯率先提出固體地函內的熱對流可以用來解釋大陸漂移現象,後來也果然得到證實。霍姆斯因為其貢獻而被稱為「地質年代學之父」。

 

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。

 

 


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文章難易度
張瑞棋_96
423 篇文章 ・ 480 位粉絲
1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,當了中年大叔才開始寫作,成為泛科學專欄作者。著有《科學史上的今天》一書;個人臉書粉絲頁《科學棋談》。


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調香師的秘密:「糞臭素」挑起你骯髒的慾望

胡中行_96
・2022/05/16 ・2039字 ・閱讀時間約 4 分鐘

倫敦高級區梅費爾(Mayfair)的聯排透天洋房裡,他與屋主近身互動。六呎高,湛藍的雙眸,古銅的肌膚,寬闊的下顎,銀髮一絲不苟地貼齊,以及一縷迷人的香氣:肉桂、皮革和不可言喻的香味,他確定迎面襲來的深刻,源自另一個時空。

梅菲爾位在倫敦西區,它是世界上最昂貴的地區之一。圖/Wikipedia

「當你嗅聞,你是用腦在聞。最原始的,處理記憶和情緒的部位。」
屋主解釋:「若芸芸眾生試圖尋覓自我的氣味,那我正在打造專屬你的身份。」

關於香水的秘密

一場訪談,讓男性時尚雜誌《GQ》的作家 Michael Paterniti 化身高級訂製香水的顧客,而江湖人稱「香水界情色男優」(the Pornographer of Perfume)的屋主 Roja Dove,正優雅地介紹混香的秘密。「我使用『糞臭素』,一種帶有糞便氣息的醜陋分子。男女性器皆與肛門比鄰,底蘊裡一丁點的『糞臭素』,便能喚起骯髒的慾望。」[1]

Roja Dove 是一位英國調香師。圖/Wikipedia

糞臭素是怎麼來的?

來到住處之前,兩人在麗池飯店(Ritz Hotel)旁的沃爾斯利餐廳(the Wolseley)用過午餐。此時他們的消化系統正將蛋白質,分解成胺基酸(amino acid)。接著,腸道內的菌落會先進行「去胺作用」(deamination),用氫去代換胺基。於是,有一種叫做「色胺酸」(tryptophan)的胺基酸,就變成「吲哚-3-乙酸」(indole-3-acetic acid,簡稱「IAA」)。

再來,乳酸桿菌(Lactobacillus)、梭菌(Clostridium)和類桿菌(Bacteroides),透過「去羧作用」(decarboxylation;羧,注音ㄗㄨㄟ)把 IAA 中的羧基(carboxylic acid group)換成氫,人體內的「糞臭素」(skatole;即3-methylindole)就誕生了[2][3][4]

Roja Dove 的調香手法

在正式調香之前,Roja Dove 會提供約莫 200 張的試香紙,讓訂製高級香水的顧客挑選最能觸發當下感覺,並連結過往回憶的幾種氣味。Roja Dove 將以它們為發想的根據,把原料輕拍到試香紙上,再把試香紙與一只金屬小風車連結。當小風車運轉,微風迎面吹來,他便能感受這些原料的效果。

當然,調香運用的糞臭素不是靠「人體製造」,而是在實驗室或工廠裡「人工合成」。1883 年德國化學家費雪(Hermann Emil Fischer, 1852-1919)發明了「費雪吲哚合成」(Fischer Indole Synthesis):一種苯肼(phenylhydrazine)和醛(aldehyde)或酮(ketone),透過酸觸媒(acid catalyst)催化產生的作用。一般罐裝糞臭素,便是這麼來的[2][5]

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成需要耗時一到二年。圖/Pixabay

從溝通、聞香、構想、嘗試、製作到完成,長達一、二年後,每 3.4 盎司(100.55 毫升)要價 4 萬美元的訂製香水,才會被呈現在顧客面前。所幸,對花不起重金與不特別愛好香水的人來說,還是有其他巧遇糞臭素的機緣。因為某個程度上來說,糞臭素就像愛。它撲朔迷離地存在生活中出乎意料之處:香水、茉莉、橙花、甜菜、香菸、糞便、煤焦油與草莓冰淇淋。糞臭素時臭時香,載舟亦能覆舟,令人欲拒還迎。

氣味的關鍵在於濃度

氣味由香變臭的關鍵,在於濃度。像是過多的愛,使人無法擔待。以體積比來說,一旦超過 60 pptV(0.327 ng/L)[註1],就會開始臭得一去不返[7]。如果以重量比計算,健康人體製造的糞便中,糞臭素濃度約為 5 μg/g,但消化道疾病患者,則可高達 80 到 100 μg/g[註2]。換句話說,腸道保健雖然不會讓人芬芳馥郁,但至少能避免如廁之後臭名遠揚[8]

回顧過去的調香職涯,Roja Dove 感嘆上等的原料不再是小農收成,產地直銷,人工合成的產物也逐漸取代天然素材。

「的確,我們必須在香水裡添加合成物。」他向時尚作家 Michael Paterniti 坦承,那是為了襯托自然的味道,但是如果大比例的使用人造成份,「合成的香水聞起來,就永遠僅是人工的氣息。」然而大時代的趨勢,就連知名調香師也無力回天。諷刺的是,在這場產業變遷的遺憾裡,得知糞臭素並非天然,卻多少能帶給香水顧客卑微的慰藉。

註解

  1. pptV(parts per trillion by volume),則是兆分之一體積比。ng/L,指每公升幾奈克。
  2. μg/g,又作 mcg/g,指每公克中有幾微克,也就是 ppmW(parts per million by weight)百分之一重量比。

參考資料

  1. How to Smell Like a God (GQ, 2014)
  2. Skatole – A Natural Monstrosity In Perfume, Parliaments, Produce And Poop (American Council on Science and Health, 2020)
  3. Impact of the Gut Microbiota on Intestinal Immunity Mediated by Tryptophan Metabolism (Frontiers in Cellular and Infection Microbiology, 2018)
  4. 羧酸(教育部重編國語辭典修訂本,臺灣學術網路第六版)
  5. Emil Fischer Biographical (the Nobel Prize)
  6. Skatole (American Chemical Society, 2021)
  7. Identification, quantification and treatment of fecal odors released into the air at two wastewater treatment plants (Journal of Environmental Economics and Management, 2016)
  8. New Insights Into Gut-Bacteria-Derived Indole and Its Derivatives in Intestinal and Liver Diseases (Frontiers in Pharmacology, 2021)

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胡中行_96
9 篇文章 ・ 7 位粉絲
曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。