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鬼月談鬼火(下):鬼火等於磷火?分析鬼火的真正成因

臺北地方異聞工作室_96
・2019/08/15 ・3564字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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文/楊海彥(小波)

上一集,我們回顧了臺灣的鬼火傳說,並歸納出鬼火的幾個特點,分別是:(1)通常在夜裡出沒,(2)在墓地、河畔或是海濱都可能見到,(3)顏色以淡藍色為主,但也有橘紅色的伯公火,(4)火焰的數量可能是一至多個,且(5)有會跟著人跑的紀錄。

可是這樣一來,「屍體骨頭中的磷因高溫自燃產生鬼火」這個說法,似乎就有些站不住腳了。

磷火的幾個疑點

磷質佔人體體重的 1%,一個大約 70 公斤的成年男子,體內大約會有 700 公克左右的磷。其中又以無機鹽類狀態與鈣結合者最多,佔 85%,形成骨骼,牙齒中不溶性的磷灰石。1

骨骼中的磷的確不少,但鬼火=磷這個解釋這樣就可靠了嗎?Image by Eliane Meyer from Pixabay

一個人能提供 700 公克左右的磷作為鬼火的燃料,這樣的量看來並不少。而磷源自屍體中的骨頭和牙齒,也足以解釋鬼火為何通常在墓地出現,河畔與海濱也可以視為富含水生動物的骸骨。再加上磷的自燃溫度大約攝氏 34 度,越潮濕自燃溫度越低,只要夏天氣溫夠高就可能引發自燃。

磷似乎完美解釋了鬼火如何產生,只是有個問題:磷燃燒的火焰不是淡藍色。

這是國外 Youtuber 拍攝的白磷燃燒的影片。影片中可以看見,白磷燃燒的反應相當激烈,焰色是橘黃色,並伴隨產生大量的濃煙(這也是為什麼白磷是煙霧彈的主要成分),這與目擊描述中幽幽飄盪的淡藍色鬼火一點也不相像。更重要的是,磷並不以純物質的狀態存在於自然界中,因此形成鬼火的不可能是純磷。

另一個自燃的可能人選是磷化氫(PH3)。這是一種無色、可燃、劇毒的氣體,是屍體分解後的產物之一。一般來說磷化氫沒有味道,但伴隨產生的聯膦(P2H2)具有魚腥或大蒜的臭味,兩者混合時,在空氣中極度容易自燃。

即便如此,磷化氫與聯膦的燃燒一樣既快速又猛烈,與鬼火相去甚遠:

這樣一來,鬼火到底是如何形成的?

鬼火到底是什麼?從古至今都有人在研究

中國早在南宋時期,就有人提出磷與鬼火之間的關係。陸遊《老學庵筆記˙卷四》中提到:「予年十餘歲時,見郊野間鬼火至多,麥苗稻穗之杪往往出火,色正青,俄復不見。蓋是時去兵亂未久,所謂人血為磷者,信不妄也。今則絕不復見,見者輒以為怪矣。」到了清代,紀曉嵐的《閱微草堂筆記˙第九卷》更直接寫道:「磷為鬼火。」

日治時期的臺灣,正處於日本明治維新後,破除迷信、科學至上的氛圍中,當時漢文臺灣日日新報上也出現了一篇〈捉燐辯惑〉,故事大概是這樣:作者在學校看見鬼火,日人校長便讓眾人一起抓鬼火,沒多久校長抓到了,眾人一看卻只是一片枯葉。正疑惑這怎麼會是鬼火,校長便要大家進到屋內,不一會,枯葉刷地一聲燃燒起來,就像有人摩擦燐石一樣,眾人非常詫異。校長於是趁機教育眾人,鬼火就是燐火,是磷素和水素和合而成。2

看到鬼火也要趁機教化學,這校長也不太容易。(誤)Image by HG-Fotografie from Pixabay

值得一提的是,即使早自宋朝,乃至清朝、日治時期,就已經有人知道鬼火與磷之間的關係,那也是少數知識分子的事,民間對於鬼火的忌諱並沒有減少多少,否則也不會有那麼多鬼火傳說了。

東方是如此,那西方又是如何呢?

西方解釋鬼火的思路:天然氣?

與東方認為鬼火與磷有關的思路不同,西方人最開始認為鬼火與天然氣有關。

西元 1596 年,一名叫 Ludwig Lavater 的神學家,在其著作《Of Ghostes and Spirites, Walking by Night: And of Straunge Noyses, Crackes, and Sundrie forewarnings, which commonly happen before the death of men: Great Slaughters, and alterations of Kingdomes》(對,書名就是這麼長),書中〈That many naturall things are taken to be ghoasts〉的章節中,便認為鬼火是由富含硫磺的礦脈燃燒導致。3, 4

到了 1776 年,亞歷山德羅˙伏打在讀完一篇由班傑明‧富蘭克林所著,關於「可燃空氣」的論文後研究並發現甲烷。在研究甲烷期間,他提出可能由於自然界中的電,比如閃電,與沼氣中的甲烷反應,才導致鬼火的產生。這個論點被當時的學界廣泛接受。(值得一提的是,亞歷山德羅‧伏打後來發明了世界第一個電池,並且成為今天電勢的單位,伏特。)

世界各地的鬼火焰色跟溫度都有所不同。Image by Waldkunst from Pixabay

目前為止都只是紙上談兵,要一直到1832年,Louis Blesson才算真正開始對自然界產生的鬼火進行研究。

他到世界各地發生鬼火的地方進行實驗,發覺不同地區的鬼火,焰色與溫度也會不同。此外當他第一次接觸鬼火,便意外發現鬼火會在他接近時後退,並且非常容易被他的呼吸吹動;他必須撇過頭、站定一會,鬼火才回到原位。不只如此,沼氣引發的鬼火在夜晚離地面比較高,越接近黎明就越低,最後消失無蹤3。這兩者很好地解釋了鬼火為何會移動,以及為何只有在夜晚才看得到鬼火。

與鬼火性質最接近的答案:冷焰

1980 年,英國的地理學家 Alan A. Mills,第一次嘗試在實驗室裡複製鬼火。

他混合了油狀的磷化氫與天然氣,成功產生了綠色的火光,然而大量刺鼻煙霧也伴隨產生,與自然界中看到的鬼火實在相差甚遠。但他持續進行研究,直到 2000 年時,重新提出鬼火可能是一種「冷焰」。4

所謂的冷焰是一種最高溫度低於攝氏 400 度的火焰,通常必須以特定的比例混合燃料與空氣才會產生。與一般火焰不同之處在於,冷焰的燃燒反應並不激烈,且只會釋放些許的光、熱和二氧化碳,這是因為一般的燃燒會將化合物完全分解與氧氣結合,但冷焰的燃燒互相反應的幾乎都是部份分解的化合物自身。冷焰在日常生活中不常見,但卻是引擎發生爆震的主要原因。5

冷焰不僅溫度低、燃燒不劇烈,導致必須在非常暗的地方才可看見,焰色光譜大多落在藍色與紫色之間,更重要的是,天然氣也符合產生冷焰的條件!屍體分解後不僅會產生磷化氫,更會產生大量甲烷,雖然沼氣與天然氣不盡相同,但成分接近的沼氣產生冷焰,是有可能的。

有興趣的話,上面影片就是在實驗室中製造了冷焰。

世界上的鬼火目擊事件眾多,我們無法確認每一起鬼火事件引發的真正原因。不過若是以臺灣來看,根據上一集蒐集的傳說,冷焰已經很好地解釋大部分鬼火的特性。

總結來說,整個鬼火產生的故事應該是這樣的:墳場或河畔、海濱的屍體腐壞,產生磷化氫聯膦甲烷,因為種種原因,這些氣體逸散出來,甲烷與空氣恰好混合成能夠形成冷焰的比例,磷化氫和聯膦再自燃形成火源,便能產生淡藍色的、幽幽飄盪的鬼火。若是混合的比例不對,單純燃燒甲烷,那便會成為橘紅色的伯公火。

除了冷焰之外,還有其它的解釋

除了冷焰之外,科學家也提出其它鬼火的可能成因。2008 年,義大利的化學家 Luigi Garlaschelli和Paolo Boschetti 提出了「化學發光」的假說;他們將磷化氫與空氣和氮氣混合,製造出一種黯淡的綠色冷光,雖然伴隨著煙霧和臭味,但根據他們的說法,只要調整環境中的溫度、溼度等條件,煙霧和異味都可以消除,而且人眼在黑暗中難以辨別顏色,把綠色看成淡藍色是有可能的。6

此外,還有地質學家提出因地殼變動的「壓電效應」產生的「地電」,以及森林中的生物──比如某些蜜環菌屬的菇類、微生物、昆蟲──所發出的「生物螢光」兩種假說,不過礙於篇幅便不多作介紹。

螢光蕈經過長時間曝光的攝影作品。圖/wiki commons

近代,鬼火的目擊事件越來越少,這不僅是在臺灣,全世界都是一樣。除了因為火葬逐漸取代了土葬,也是因為沼澤與森林被大肆開發,就像失去棲地的動物,鬼火也失去了生成的源頭。過往的神祕傳說,在文明與科技的發展中逐漸消失,彷彿是某種詩意又悲劇的比喻,卻是實在發生的過程。

過去我們常說的「鬼火即磷火」看似科學,實際上卻是過度簡化的解釋,偏偏我們大多數人對此深信不疑。部份的人認為傳統迷信又落後,擁有科學至上的想像,但若是對事物的成因不求甚解,科學和迷信又有什麼不同呢?

資料來源

  1. 維基百科-磷質
  2. 〈捉燐辯惑〉。1907年7月6日,漢文臺灣日日新報。
  3. 《Of Ghostes and Spirites, Walking by Night: And of Straunge Noyses, Crackes, and Sundrie forewarnings, which commonly happen before the death of men: Great Slaughters, and alterations of Kingdomes》,〈That many naturall things are taken to be ghoasts
  4. Wikipedia-Will-o’-the-wisp
  5. Wikipedia-Cool flame
  6. Wikipedia- Chemiluminescence


【作者簡介】楊海彥/
轉換多次跑道,最終決定與朋友們一起開妖怪工作室。目前專注於台灣怪談研究,擅長將台灣文史和民俗轉化為故事,也設計實境遊戲和桌遊。嗜讀奇幻文學,熱愛電影,喜歡咖啡也喜歡茶,養一隻以拿鐵為名的貓。

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妖怪就是文化!北地異工作室長期從事臺灣怪談、民俗、文史的考據和研究,並將之轉化成吸引人的故事和遊戲。成員來自政大與臺大奇幻社,從大學時期就開始一起玩實境遊戲和寫小說,熱愛書本、電影和實地考察。 歡迎來我們的臉書專頁追蹤我們的近況~https://www.facebook.com/TPE.Legend

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AI 是理科「主場」? AI 也可以成為文科人的助力!
研之有物│中央研究院_96
・2022/08/13 ・5646字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/田偲妤
  • 美術設計/蔡宛潔

AI 的誕生,文理缺一不可

人工智慧(Artificial Intelligence,簡稱 AI)在 21 世紀的今日已大量運用在生活當中,近期掀起熱議的聊天機器人 LaMDA、特斯拉自駕系統、AI 算圖生成藝術品等,都是 AI 技術的應用。多數 AI 的研發秉持改善人類生活的人文思維,除了仰賴工程師的先進技術,更需要人文社會領域人才的加入。

中央研究院「研之有物」專訪院內人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員,帶大家釐清什麼是 AI?文科人與工程師合作時,需具備什麼基本 AI 知識?AI 如何應用在人文社會領域的工作當中?

中央研究院人文社會科學研究中心蔡宗翰研究員。圖/研之有物

詩詞大對決:人與 AI 誰獲勝?

一場緊張刺激的詩詞對決在線上展開!人類代表是有「AI 界李白」稱號的蔡宗翰研究員,AI 代表則是能秒速成詩的北京清華九歌寫詩機器人,兩位以「人工智慧」、「類神經」為命題創作七言絕句,猜猜看以下兩首詩各是誰的創作?你比較喜歡哪一首詩呢?

猜猜哪首詩是 AI 做的?哪首詩是人類做的?圖/研之有物

答案揭曉!A 詩是蔡宗翰研究員的創作,B 詩是寫詩機器人的創作。細細賞讀可發覺,A 詩的內容充滿巧思,為了符合格律,將「類神經」改成「類審經」;詩中的「福落天赦」是「天赦福落」的倒裝,多念幾次會發現,原來是 Google 開發的機器學習開源軟體庫「Tensor Flow」的音譯;而「拍拓曲」則是 Facebook 開發的機器學習庫「Pytorch」的音譯,整首詩創意十足,充滿令人會心一笑的魅力!

相較之下,B 詩雖然有將「人工」兩字穿插引用在詩中,但整體內容並沒有呼應命題,只是在詩的既有框架內排列字句。這場人機詩詞對決明顯由人類獲勝!

由此可見,當前的 AI 缺乏創作所需的感受力與想像力,無法做出超越預先設定的創意行為。然而,在不久的將來,AI 是否會逐漸產生情感,演變成電影《A.I. 人工智慧》中渴望人類關愛的機器人?

AI 其實沒有想像中聰明?

近期有一則新聞「AI 有情感像 8 歲孩童?Google 工程師爆驚人對話遭停職」,讓 AI 是否已發展出「自我意識」再度成為眾人議論的焦點。蔡宗翰研究員表示:「當前的 AI 還是要看過資料、或是看過怎麼判讀資料,經過對應問題與答案的訓練才能夠運作。換而言之,AI 無法超越程式,做它沒看過的事情,更無法替人類主宰一切!

會產生 AI 可能發展出情感、甚至主宰人類命運的傳言,多半是因為我們對 AI 的訓練流程認識不足,也缺乏實際使用 AI 工具的經驗,因而對其懷抱戒慎恐懼的心態。這種狀況特別容易發生在文科人身上,更延伸到文科人與理科人的合作溝通上,因不了解彼此領域而產生誤會與衝突。如果文科人可以對 AI 的研發與應用有基本認識,不僅能讓跨領域的合作更加順利,還能在工作中應用 AI 解決許多棘手問題。

「職場上常遇到的狀況是,由於文科人不了解 AI 的訓練流程,因此對 AI 產生錯誤的期待,認為辛苦標注的上千筆資料,應該下個月就能看到成果,結果還是錯誤百出,準確率卡在 60、70% 而已。如果工程師又不肯解釋清楚,兩方就會陷入僵局,導致合作無疾而終。」蔡宗翰研究員分享多年的觀察與建議:

如果文科人了解基本的 AI 訓練流程,並在每個訓練階段協助分析:錯誤偏向哪些面向?AI 是否看過這方面資料?文科人就可以補充缺少的資料,讓 AI 再進行更完善的訓練。

史上最認真的學生:AI

認識 AI 的第一步,我們先從分辨什麼是 AI 做起。現在的數位工具五花八門,究竟什麼才是 AI 的應用?真正的 AI 有什麼樣的特徵?

基本上,有「預測」功能的才是 AI,你無法得知每次 AI 會做出什麼判斷。如果只是整合資料後視覺化呈現,而且人類手工操作就辦得到,那就不是 AI。

數位化到 AI 自動化作業的進程與舉例。圖/研之有物

蔡宗翰研究員以今日常見的語音辨識系統為例,大家可以試著對 Siri、Line 或 Google 上的語音辨識系統講一句話,你會發現自己無法事先知曉將產生什麼文字或回應,結果可能正是你想要的、也可能牛頭不對馬嘴。此現象點出 AI 與一般數位工具最明顯的不同:AI 無法百分之百正確!

因此,AI 的運作需建立在不斷訓練、測試與調整的基礎上,盡量維持 80、90% 的準確率。在整個製程中最重要的就是訓練階段,工程師彷彿化身老師,必須設計一套學習方法,提供有助學習的豐富教材。而 AI 則是史上最認真的學生,可以穩定、一字不漏、日以繼夜地學習所有課程。

AI 的學習方法主要分為「非監督式學習」、「監督式學習」。非監督式學習是將大批資料提供給 AI,讓其根據工程師所定義的資料相似度算法,逐漸學會將相似資料分在同一堆,再由人類檢視並標注每堆資料對應的類別,進而產生監督式學習所需的訓練資料。而監督式學習則是將大批「資料」和「答案」提供給 AI,讓其逐漸學會將任意資料對應到正確答案。

圖/研之有物

學習到一定階段後,工程師會出試題,測試 AI 的學習狀況,如果成績只有 60、70 分,AI 會針對答錯的地方調整自己的觀念,而工程師也應該與專門領域專家一起討論,想想是否需補充什麼教材,讓 AI 的準確率可以再往上提升。

就算 AI 最後通過測試、可以正式上場工作,也可能因為時事與技術的推陳出新,導致準確率下降。這時,AI 就要定時進修,針對使用者回報的錯誤進行修正,不斷補充新的學習內容,讓自己可以跟得上最新趨勢。

在了解 AI 的基本特徵與訓練流程後,蔡宗翰研究員建議:文科人可以看一些視覺化的操作影片,加深對訓練過程的認識,並實際參與檢視與標注資料的過程。現在網路上也有很多 playground,可以讓初學者練習怎麼訓練 AI,有了上述基本概念與實務經驗,就可以跟工程師溝通無礙了。

AI 能騙過人類,全靠「自然語言處理」

AI 的應用領域相當廣泛,而蔡宗翰研究員專精的是「自然語言處理」。問起當初想投入該領域的原因,他充滿自信地回答:因為自然語言處理是「AI 皇冠上的明珠」!這顆明珠開創 AI 發展的諸多可能性,可以快速讀過並分類所有資料,整理出能快速檢索的結構化內容,也可以如同真人般與人類溝通。

著名的「圖靈測試」(Turing Test)便證明了自然語言處理如何在 AI 智力提升上扮演關鍵角色。1950 年代,傳奇電腦科學家艾倫・圖靈(Alan Turing)設計了一個實驗,用來測試 AI 能否表現出與人類相當的智力水準。首先實驗者將 AI 架設好,並派一個人操作終端機,再找一個第三者來進行對話,判斷從終端機傳入的訊息是來自 AI 或真人,如果第三者無法判斷,代表 AI 通過測試。

圖靈測試:AI(A)與真人(B)同時傳訊息給第三者(C),如果 C 分不出訊息來自 A 或 B,代表 AI 通過實驗。圖/研之有物

換而言之,AI 必須擁有一定的智力,才可能成功騙過人類,讓人類不覺得自己在跟機器對話,而這有賴自然語言處理技術的精進。目前蔡宗翰的研究團隊有將自然語言處理應用在:人文研究文本分析、新聞真偽查核,更嘗試以合成語料訓練臺灣人專用的 AI 語言模型。

讓 AI 替你查資料,追溯文本的起源

目前幾乎所有正史、許多地方志都已經數位化,而大量數位化的經典更被主動分享到「Chinese Text Project」平台,讓 AI 自然語言處理有豐富的文本資料可以分析,包含一字不漏地快速閱讀大量文本,進一步畫出重點、分門別類、比較相似之處等功能,既節省整理文本的時間,更能橫跨大範圍的文本、時間、空間,擴展研究的多元可能性。

例如我們想了解經典傳說《白蛇傳》是怎麼形成的?就可以應用 AI 進行文本溯源。白蛇傳的故事起源於北宋,由鎮江、杭州一帶的說書人所創作,著有話本《西湖三塔記》流傳後世。直至明代馮夢龍的《警世通言》二十八卷〈白娘子永鎮雷峰塔〉,才讓流傳 600 年的故事大體成型。

我們可以透過「命名實體辨識技術」標記文本中的人名、地名、時間、職業、動植物等關鍵故事元素,接著用這批標記好的語料來訓練 BERT 等序列標注模型,以便將「文本向量化」,進而找出給定段落與其他文本的相似之處。

經過多種文本的比較之後發現,白蛇傳的原型可追溯自印度教的那伽蛇族故事,傳說那伽龍王的三女兒轉化成佛、輔佐觀世音,或許與白蛇誤食舍利成精的概念有所關連,推測印度神話應該是跟著海上絲路傳進鎮江與杭州等通商口岸。此外,故事的雛型可能早從唐代便開始醞釀,晚唐傳奇《博異志》便記載了白蛇化身美女誘惑男子的故事,而法海和尚、金山寺等關鍵人物與景點皆真實存在,金山寺最初就是由唐宣宗時期的高僧法海所建。

白蛇傳中鎮壓白娘子的雷峰塔。最早為五代吳越王錢俶於 972 年建造,北宋宣和二年(1120 年)曾因戰亂倒塌,大致為故事雛形到元素齊全的時期。照片中雷峰塔為 21 世紀重建。圖/Wikimedia

在 AI 的協助之下,我們得以跨時空比較不同文本,了解說書人如何結合印度神話、唐代傳奇、在地的真人真事,創作出流傳千年的白蛇傳經典。

最困難的挑戰:AI 如何判斷假新聞

除了應用在人文研究文本分析,AI 也可以查核新聞真偽,這對假新聞氾濫的當代社會是一大福音,但對 AI 來說可能是最困難的挑戰!蔡宗翰研究員指出 AI 的弱點:

如果是答案和數據很清楚的問題,就比較好訓練 AI。如果問題很複雜、變數很多,對 AI 來說就會很困難!

困難點在於新聞資訊的對錯會變動,可能這個時空是對的,另一個時空卻是錯的。雖然坊間有一些以「監督式學習」、「文本分類法」訓練出的假新聞分類器,可輸入當前的新聞讓機器去判讀真假,但過一段時間可能會失準,因為新的資訊源源不絕出現。而且道高一尺、魔高一丈,當 AI 好不容易能分辨出假新聞,製造假新聞的人就會破解偵測,創造出 AI 沒看過的新模式,讓先前的努力功虧一簣。

因此,現在多應用「事實查核法」,原理是讓 AI 模仿人類查核事實的過程,尋找權威資料庫中有無類似的陳述,可用來支持新聞上描述的事件、主張與說法。目前英國劍橋大學為主的學者群、Facebook 與 Amazon 等業界研究人員已組成 FEVEROUS 團隊,致力於建立英文事實查核法模型所能運用的資源,並透過舉辦國際競賽,廣邀全球學者專家投入研究。

蔡宗翰教授團隊 2021 年參加 FEVEROUS 競賽勇奪全球第三、學術團隊第一後,也與合作夥伴事實查核中心及資策會討論,正著手建立中文事實查核法模型所需資源。預期在不久的將來,AI 就能幫讀者標出新聞中所有說法的資料來源,節省讀者查證新聞真偽的時間。

AI 的無限可能:專屬於你的療癒「杯麵」

想像與 AI 共存的未來,蔡宗翰研究員驚嘆於 AI 的學習能力,只要提供夠好、夠多的資料,幾乎都可以訓練到讓人驚訝的地步!圖/研之有物

AI 的未來充滿無限可能,不僅可以成為分類與查證資料的得力助手,還能照護並撫慰人類的心靈,這對邁入高齡化社會的臺灣來說格外重要!許多青壯年陷入三明治人(上有老、下有小要照顧)的困境,期待有像動畫《大英雄天團》的「杯麵」(Baymax)機器人出現,幫忙分擔家務、照顧家人,在身心勞累時給你一個溫暖的擁抱。

機器人陪伴高齡者已是現在進行式,新加坡南洋理工大學 Gauri Tulsulkar 教授等學者於 2021 年發表了一項部署在長照機構的機器人實驗。這名外表與人類相似的機器人叫「娜丁」(Nadine),由感知、處理、互動等三層架構組成,可以透過麥克風、3D和網路鏡頭感知用戶特徵、所處環境,並將上述資訊發送到處理層。處理層會依據感知層提供的資訊,連結該用戶先前與娜丁互動的記憶,讓互動層可以進行適當的對話、變化臉部表情、用手勢做出反應。

長照機構的高齡住戶多數因身心因素、長期缺乏聊天對象,或對陌生事物感到不安,常選擇靜默不語,需要照護者主動引導。因此,娜丁內建了注視追蹤模型,當偵測到住戶已長時間處於被動狀態,就會自動發起話題。

實驗發現,在娜丁進駐長照機構一段時間後,住戶有一半的天數會去找她互動,而娜丁偵測到的住戶情緒多為微笑和中性,其中有 8 位認知障礙住戶的溝通能力與心理狀態有明顯改善。

照護機器人娜丁的運作架構。圖/研之有物

至於未來的改進方向,研究團隊認為「語音辨識系統」仍有很大的改進空間,需要讓機器人能配合老年人緩慢且停頓較長的語速,音量也要能讓重聽者可以清楚聽見,並加強對方言與多語混雜的理解能力。

臺灣如要發展出能順暢溝通的機器人,首要任務就是要開發一套臺灣人專用的 AI 語言模型,包含華語、臺語、客語、原住民語及混合以上兩種語言的理解引擎。這需花費大量人力與經費蒐集各種語料、發展預訓練模型,期待政府能整合學界與業界的力量,降低各行各業導入 AI 相關語言服務的門檻。

或許 AI 無法發展出情感,但卻可以成為人類大腦的延伸,協助我們節省處理資料的時間,更可以心平氣和地回應人們的身心需求。與 AI 共存的未來即將來臨,如何讓自己的行事邏輯跟上 AI 時代,讓 AI 成為自己的助力,是值得你我關注的課題。

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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別用愛了,用冰發電吧!——可燃冰的發現、應用及油氣能源的未來
Chih-Chen Huang_96
・2022/02/23 ・6224字 ・閱讀時間約 12 分鐘

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能源與環保間的平衡在全球一直都是十分火熱的議題。火力發電、核分裂發電等高效率的發電方式,或許會對環境及生物造成永久危害;風力發電、大陽能電池等綠能,受限於天候而無法廣泛應用;乾淨又有效率的核融合發電仍在開發階段,還不到可以商用的程度。那麼,通往乾淨能源的這條路,是否就這樣被插上此路不通的標示牌呢?當然不!因為可燃冰為我們另闢了一條蹊徑。

圖一 :正在燃燒的可燃冰。圖/參考文獻 1

那麼,可燃冰究竟是什麼呢?是否如同字面上,是一種可以燃燒的冰?如果是,是何種機制會使冰能被點燃;如果不是,那麼它是怎麼形成冰晶狀態的呢?若你好奇的話,請讀下去吧!本篇會從可燃冰本身、其應用與開採問題,全面地介紹這種新能源。

可燃冰的性質

可燃冰又稱為「天然氣水合物」,其中,甲烷氣體若佔總天然氣的 99%,則稱為「甲烷水合物」。直接觀察它被點燃的樣子,就像是一塊能燃起火焰的冰塊,這也是「可燃冰」一稱的由來。然而,確切來說,這顆「冰塊」其實是水和甲烷氣體在低溫高壓下混合形成的類冰物質。也就是說,可燃冰其實不是冰,而是由水分子組成的一個個「水籠」。如圖二,籠中包含大量的甲烷氣體,因此便不難理解它被稱為「甲烷水合物」的原因。或許你十分好奇水籠的模樣,不過在那之前,我們必須先談談組成水籠的柵欄——氫鍵。

圖二:可燃冰是由水分子組成的一個個「水籠」。圖/參考文獻 2

(一)、氫鍵

氫鍵為組成可燃冰結構舉足輕重之角色,而為介紹水籠及避免混淆重點,氫鍵概念皆舉水(簡式 H2O)為例。顧名思義,氫鍵是一種以「已結合 1 個氧原子的氫原子」為中心,與另一個氧原子所形成的「作用力」。沒錯,氫鍵並沒有產生實際的鍵結,本質上反而是一種電磁力。這個概念或許有點抽象,不過我們可以用小朋友吃蛋糕的例子來理解。

現在,老師分蛋糕給一群小朋友,高年級的小朋友可以分到比較多塊且口味不同的蛋糕,而低年級的小朋友則只有一塊蛋糕。分完蛋糕後,低年級的小朋友會跑去坐在大哥哥旁邊吃蛋糕,因為當他拿出一半的蛋糕分享時,大哥哥也會分享一半的蛋糕給他,如此一來,他們都能吃到 2 種口味的蛋糕。若低年級的小朋友還想再和別人分享一次,他就必須擁有第二塊蛋糕。然而,我們都知道他已經沒有多的蛋糕了,所以他會跑到另一個擁有蛋糕的大哥哥旁邊看著他,希望這個大哥哥能和他分享蛋糕。

看完這個故事,我們可以把蛋糕替換成電子、低年級生替換成氫(價電子數為 1),而擁有很多蛋糕的大哥哥即為擁有許多電子的氧(價電子數為 6)。因此,如圖三(A)所示,當氫和氧各提供 1 個電子時,便會形成共價鍵。同時,已將電子用光的氫,會與另一顆帶有 2 個多餘電子——或稱作「孤電子對」(lone pair)——的氧形成氫鍵。

圖三(A):氫鍵結構。圖/黃之辰繪

其形成原因則如圖三(B),當氫用掉唯一的電子後,部分氫原子相對帶正電,會與另一個擁有孤電子對的原子互相吸引,故部分原子帶負電的氧原子互相吸引。這個吸引力就是氫鍵,並且由於其成因,我們可以說氫鍵就是一種電磁力。

圖三(B):氫鍵形成原理。圖/黃之辰繪

(二)、水籠

當許多個水分子以氫鍵結合時,水籠便形成了。

圖四:水分子間的氫鍵。圖/參考文獻 3

事實上,水籠分為許多種類,有結構 Ⅰ 型水合物、結構 Ⅱ 型水合物以及結構 H 型水合物。如下方圖五,在以單位晶格的尺度下觀察,結構 Ⅰ 型為的水合物是以 2 個五角十二面體(512)的小籠,和 6 個十四面體(51262)的大籠所組成。

這時,你可能會好奇:為什麼是這個組合呢?讓我們來想想拼圖。當我們拿起一塊拼圖,會發現它會有凸出、凹陷,或是平平的不凸出也不凹陷等 3 種樣式的「邊」,或許是 4 個凸出、3 個凸出 1 個凹陷、2 個凸出 2 個凹陷,或是 1 個平平的邊加上 3 個凹陷……。這時,如果我們拿起一塊有「4 個凸出」的拼圖,那麼我們能把另外一塊也是 4 個凸出的拼圖拼在原本的那塊上嗎?

顯然無法。因此,如果我們要將拼圖拼起來,就需要拿出另外 4 片有凹陷的拼圖,各接在原本那塊拼圖上,才能逐漸將這副拼圖拼完。這個「拼拼圖」的概念也就是為什麼水籠結構會需要不同的立體形狀組成了,因為這些不同的形狀負責「鑲嵌」彼此,從而形成一個完整的、沒有空隙的拼圖,也就是這個堅固的水籠。

接下來讓我們繼續介紹另外 2 種結構。結構 Ⅱ 型則以 16 個五角十二面體,加上另一種十六面體(51264)的大籠結合而成;結構 H 型則分別由 2 種小籠—— 3 個五角十二面體,及 2 個十二面體(435663)——與二十面體(51268)大籠組成。其中,不論是大籠或小籠,每個籠中皆包含 1 個甲烷分子。

值得注意的是,甲烷水合物屬於結構 Ⅰ 型水合物,且其分子式為 CH4·8H20。理論上來說,一單位晶格內應含有 8 個甲烷分子與 64 個水分子。然而,由於可燃冰晶體中的水可與鄰近的 2 個水籠共用,因此一單位晶格內實際上只有 46 個水分子,而這也是當我們將可燃冰轉化後,可以產生大量天然氣的原因。

圖五:各類水籠結構及組成。圖/參考文獻 4

二、可燃冰的誕生

上文有提到水和甲烷能在低溫高壓之下生成可燃冰。那麼,是什麼環境才會包含大量的水、足夠的天然氣,同時又有低溫高壓的特性呢?沒錯,就是海洋!現在,我們已經有足夠多的水了,但要如何在海中找到大量的甲烷呢?以大西洋的布雷克海脊(Blake Ridge)為例,含有甲烷的沉積物稱為「氣水化合物穩定帶」(GHSZ,GasHydrate Stability Zone),大約厚 300 至 500 公尺,且位於約 190 公尺至 450 公尺的中深度範圍海域[參考文獻 5]。在這些沉積物的孔隙中,有許多以溶解狀態存在的甲烷。那麼,問題又來了,這些深海礦床是怎麼產生甲烷的呢?答案就是——細菌!

在深海中存在著 2 種細菌:好氧細菌和厭氧細菌。從他們各自的名字來看,很明顯可以知道好氧細菌會進行有氧呼吸,也就是它們會以氧的化學反應來獲得能量。反之,厭氧細菌不用以有氧呼吸來生存,意即它們可以生存在沒有氧的環境中。

在深海礦床中,沉積物孔隙中的水在幾公分的深度便是缺氧狀態的,且由於這個區域的水域包含了沉澱率高、有機碳含量豐富、環境酸鹼值適中等條件,厭氧細菌便會開始作用在這些沉積物的有機碳物質上,並產生甲烷。 

事實上,大陸地區也可以生成可燃冰,但是蘊含量極少,大約只有 1% 的可燃冰儲存在陸域[參考文獻 9]。其原因或許和組成陸地的砂石成分有關,因為科學家採樣之後的結果顯示,這些生成於陸域的甲烷水合物僅會存在於深度 800 公尺以下的砂岩或粉沙岩岩床中。同時,存在於砂石縫隙中的化合物,會被熱力或微生物分解;然而,重量較重的烴類——也就是組成天然氣的原料,卻會在較輕的化合物被分解完之後,才有機會被分解[參考文獻5]。可以看出大陸生成甲烷水合物的條件極為苛刻,因此,以這種方式形成的可燃冰,目前只存在於西伯利亞和阿拉斯加的永凍土中。

三、能源議題的救世主?

可燃冰在近幾十年突然出現在人們的面前,一躍成為炙手可熱的能源議題新寵兒。事實上,人類早在 1810 年就已經於實驗室中發現天然氣水合物這種物質,只不過受限於當時的時空背景以及科學發展進程,1934 年才在美國的輸氣管道中,發現天然的甲烷水合物這種「可以燃燒的冰塊」。直到 1968 年,蘇聯科學家才終於在西伯利亞發現了天然氣水合物礦藏[參考文獻 6],而在此期間,人們普遍認為天然氣水合物大多只會出現在太陽系外圍的低溫區[參考文獻5]

那麼,這種神祕的、甚至連科學家都還沒完全搞清楚生成機制的化合物,究竟是怎麼在這場能源大賽中「殺出重圍」的呢?這和可燃冰的轉化率、蘊藏量、能源危機,甚至人類環保意識的提升都有不可或缺的關係,可謂是天時地利人和的結果。

然而,目前可燃冰離完全商用仍有很長的一段路要走。先不提這個,我們來談談轉化率,顧名思義就是「可燃冰轉換成天然氣的效率」。前面有提到,當可燃冰轉化後,即可產生大量天然氣,而若我們精確地看數字,就可以發現 1 立方公尺的可燃冰分解後,可釋放出大約 164 立方公尺的天然氣[參考文獻 6]

這個轉化率著實驚人,因為若拿同等體積的天然氣和可燃冰相比,可燃冰能產出的能量是天然氣的 150 至 180 倍!所以,若可燃冰能順利轉為商用,無疑能使「運輸天然氣加蓋地下管線」、「天然氣存量減少以致價格上漲」等問題迎刃而解。 

不過,某種能源能是否能順利轉為商用,還有一個重要的條件——蘊藏量。目前,人類就正在面臨石化燃料存量枯竭的問題,然而人們的生活早已和石化燃料密不可分,小至織品原料,大至交通工具,或許都會面臨一場重大的革新,而這些無疑會造成經濟動盪,故這是十分棘手且嚴峻的狀況。

那麼,可燃冰的蘊藏量究竟能供人類使用多久呢?根據美國的天然氣需求量來看,僅開發美國本土外海的天然氣水合物,就足以供美國人使用 2000 年[參考文獻 9]!而台灣在西南海域發現的存量,可以供台灣使用約 40 年[參考文獻 10]!科學家也預估,可燃冰的天然存量大約是天然氣的 2 至 10 倍[參考文獻 5]

由於可燃冰驚人的轉化率、龐大的蘊藏量,再加上燃燒後不會產生殘渣等特性,造成的汙染相較於現今正在使用的各種燃料來說減少許多。在人類盡力追求經濟產能與環保平衡的今天,無疑是救世主一般的存在。

四、如何開採可燃冰

可燃冰看似是目前能源議題的最佳解,但我們對它的瞭解仍遠遠不夠,因為我們還不知道如何快速、安全且大量開採。自 40 年前第一次發現礦藏至今,科學家不斷探索、採集並分析可燃冰這種新興燃料,即使瞭解仍十分有限,但也已經發展出一些鑑別以及開採的方法。除了以前傳統、直觀(但是相對來說更低效且粗魯)的加熱法及減壓法以外,甚至有了更新型的開採方法。不過,在介紹新型方法前,我們可以先從較傳統的方法開始,以便更加瞭解開採可燃冰最基本的模型與原理。由於此種方法較為直觀,篇幅會較為簡短。

以下分別介紹 3 種傳統與新型開採方法:

(一)、傳統——加熱法與減壓法

加熱法,顧名思義就是將可燃冰層以對流法、電磁加熱法[參考文獻 6]等直接升溫,將可燃冰分解為天然氣與水,並且直接以管線收集天然氣。減壓法則是以管線導出可燃冰層下方的氣體或流體,使可燃冰層的壓力變小。此時,可燃冰中的「冰」就會因為壓力下降而液化成為水,使得天然氣被釋放。

(二)、新型——二氧化碳置換開採法

這個方法可說是傳統加熱法的進化型態,兩者都是以同樣的原理運作,即:使可燃冰升溫,讓水合物中的天然氣釋放出來,並加以收集。那麼,二氧化碳置換法為什麼是進階版的加熱法呢?原因就在於這種方法能在開採可燃冰的同時,將一部份的二氧化碳轉為水合物,封存在海底。以環保的角度來說,簡直可以稱得上是高收益。

此方法的核心概念是利用天然氣水合物和二氧化碳水合物保持穩定時的壓力差進行開採,意思就是,當我們把壓力控制在特定範圍下,天然氣水合物就會分解,而適合這個壓力的二氧化碳水合物就會形成[參考文獻 6]。圖六是二氧化碳置換法的示意圖,圖六(A)是開發前蘊藏可燃冰礦藏的海床。開採時,如圖六(B)所示,我們需要在可燃冰礦層的上方及下方都注入二氧化碳,下方那一層是主要運作的區域,而上方則用以阻隔並穩定海床。

接著,因為壓力被控制在適合二氧化碳水合物生成的範圍,因此當這種水合物逐漸生成並放熱時,最靠近底層的可燃冰就會被這些熱量分解,轉化出大量甲烷。此時如圖六(C),這些甲烷會被導管收集,所以下方的二氧化碳就會上移、填補空缺,然後持續生成二氧化碳水合物,使更多的可燃冰分解、釋放甲烷。在這種連鎖反應下,我們就可以達到在不斷釋放可燃冰中甲烷的同時,不斷(以水合物的形式)封存注入至海床中的二氧化碳[參考文獻 11]

圖六:以二氧化碳封存置換甲烷氣示意圖。圖/參考文獻 11

(三)、新型——固體開採法

最初的固體開採法是直接採集可燃冰固體,並將可燃冰固體移至淺水海域後加以分解,因為若是以物理或化學方法就地分解,會產生消耗能源,而且經費昂貴。之後,固體開採法也衍生出了另一種更進階的方式,稱為「混合開採法」。這種方法是將可燃冰就地轉為固體、液體混合的狀態,再將包含了可燃冰固體、液體及氣體的「泥漿」以導管傳輸至海平面上作業,藉此取得天然氣[參考文獻 6]。這種不用再將礦產運送至淺水區的方式顯然更加方便操作,且以導管運輸的方式能進一步減少可燃冰的損耗。

五、台灣的可燃冰及各式能源之比較

相對於其他科技、科學競賽來說,台灣在可燃冰的發展上,雖然起步較晚,仍然有相當亮眼的成績。2018 年,科技部的第二期能源國家型科技計畫(NEP-II)就在臺灣西南外海採集到天然氣水合物。而誠如主導計畫的中央大學地科系許樹坤教授所說:「台灣因沒有自主能源,更顯珍貴。」教授說:「台灣是一個能源缺乏的島嶼,99% 的能源都仰賴進口。科學的新發現,若能配合工程技術開發,就能帶來新契機。台灣西南海域蘊藏豐富,預估可用上 40-50 年,目前日本和中國大陸都已試開採[參考文獻 17]。」若是台灣能成功開採並使用可燃冰,或許便能在這場白熱化的能源議題中,找到一線生機。

各式能源之比較表。資料來源/參考文獻 16

參考文獻

  1. Frozen Heat: Exploring the Potential of Natural Gas Hydrates.(2017, May).Office of Fossil Energy and Carbon Management.
  2. Sara E. Harrison. Natural Gas Hydrates. Physics 240, Stanford University, Fall 2010.
  3. Model of hydrogen bonds (1) between molecules of water. Wikipedia.
  4. Juwon Lee and John W. Kenney III. Clathrate Hydrates. IntechOpen.
  5. 甲烷水合物,維基百科。
  6. 可燃冰,百度百科。
  7. Kenneth C. Janda. Gas Hydrate Structure.
  8. 冰與火戰歌,經濟部石化產業高值化推動辦公室簡報。
  9. 解開可燃冰封印,科學人雜誌。
  10. 西南海域可燃冰若開採學者:可供台灣使用逾40年,國立中央大學。
  11. 以二氧化碳封存置換甲烷氣示意圖,中央地質調查所。
  12. 超流體,維基百科。
  13. 固液共存,百度百科。
  14. Coal – Types, Uses and Formation
  15. Table 8.2. Average Tested Heat Rates by Prime Mover and Energy Source, 2010 – 2020,SAS Output (eia.gov)
  16. 各式發電比較,國立交通大學。
  17. 重大突破!中大地科團隊首次在台灣海域鑽獲「可燃冰」,國立中央大學。
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鬼月談鬼火(下):鬼火等於磷火?分析鬼火的真正成因
臺北地方異聞工作室_96
・2019/08/15 ・3564字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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文/楊海彥(小波)

上一集,我們回顧了臺灣的鬼火傳說,並歸納出鬼火的幾個特點,分別是:(1)通常在夜裡出沒,(2)在墓地、河畔或是海濱都可能見到,(3)顏色以淡藍色為主,但也有橘紅色的伯公火,(4)火焰的數量可能是一至多個,且(5)有會跟著人跑的紀錄。

可是這樣一來,「屍體骨頭中的磷因高溫自燃產生鬼火」這個說法,似乎就有些站不住腳了。

磷火的幾個疑點

磷質佔人體體重的 1%,一個大約 70 公斤的成年男子,體內大約會有 700 公克左右的磷。其中又以無機鹽類狀態與鈣結合者最多,佔 85%,形成骨骼,牙齒中不溶性的磷灰石。1

骨骼中的磷的確不少,但鬼火=磷這個解釋這樣就可靠了嗎?Image by Eliane Meyer from Pixabay

一個人能提供 700 公克左右的磷作為鬼火的燃料,這樣的量看來並不少。而磷源自屍體中的骨頭和牙齒,也足以解釋鬼火為何通常在墓地出現,河畔與海濱也可以視為富含水生動物的骸骨。再加上磷的自燃溫度大約攝氏 34 度,越潮濕自燃溫度越低,只要夏天氣溫夠高就可能引發自燃。

磷似乎完美解釋了鬼火如何產生,只是有個問題:磷燃燒的火焰不是淡藍色。

這是國外 Youtuber 拍攝的白磷燃燒的影片。影片中可以看見,白磷燃燒的反應相當激烈,焰色是橘黃色,並伴隨產生大量的濃煙(這也是為什麼白磷是煙霧彈的主要成分),這與目擊描述中幽幽飄盪的淡藍色鬼火一點也不相像。更重要的是,磷並不以純物質的狀態存在於自然界中,因此形成鬼火的不可能是純磷。

另一個自燃的可能人選是磷化氫(PH3)。這是一種無色、可燃、劇毒的氣體,是屍體分解後的產物之一。一般來說磷化氫沒有味道,但伴隨產生的聯膦(P2H2)具有魚腥或大蒜的臭味,兩者混合時,在空氣中極度容易自燃。

即便如此,磷化氫與聯膦的燃燒一樣既快速又猛烈,與鬼火相去甚遠:

這樣一來,鬼火到底是如何形成的?

鬼火到底是什麼?從古至今都有人在研究

中國早在南宋時期,就有人提出磷與鬼火之間的關係。陸遊《老學庵筆記˙卷四》中提到:「予年十餘歲時,見郊野間鬼火至多,麥苗稻穗之杪往往出火,色正青,俄復不見。蓋是時去兵亂未久,所謂人血為磷者,信不妄也。今則絕不復見,見者輒以為怪矣。」到了清代,紀曉嵐的《閱微草堂筆記˙第九卷》更直接寫道:「磷為鬼火。」

日治時期的臺灣,正處於日本明治維新後,破除迷信、科學至上的氛圍中,當時漢文臺灣日日新報上也出現了一篇〈捉燐辯惑〉,故事大概是這樣:作者在學校看見鬼火,日人校長便讓眾人一起抓鬼火,沒多久校長抓到了,眾人一看卻只是一片枯葉。正疑惑這怎麼會是鬼火,校長便要大家進到屋內,不一會,枯葉刷地一聲燃燒起來,就像有人摩擦燐石一樣,眾人非常詫異。校長於是趁機教育眾人,鬼火就是燐火,是磷素和水素和合而成。2

看到鬼火也要趁機教化學,這校長也不太容易。(誤)Image by HG-Fotografie from Pixabay

值得一提的是,即使早自宋朝,乃至清朝、日治時期,就已經有人知道鬼火與磷之間的關係,那也是少數知識分子的事,民間對於鬼火的忌諱並沒有減少多少,否則也不會有那麼多鬼火傳說了。

東方是如此,那西方又是如何呢?

西方解釋鬼火的思路:天然氣?

與東方認為鬼火與磷有關的思路不同,西方人最開始認為鬼火與天然氣有關。

西元 1596 年,一名叫 Ludwig Lavater 的神學家,在其著作《Of Ghostes and Spirites, Walking by Night: And of Straunge Noyses, Crackes, and Sundrie forewarnings, which commonly happen before the death of men: Great Slaughters, and alterations of Kingdomes》(對,書名就是這麼長),書中〈That many naturall things are taken to be ghoasts〉的章節中,便認為鬼火是由富含硫磺的礦脈燃燒導致。3, 4

到了 1776 年,亞歷山德羅˙伏打在讀完一篇由班傑明‧富蘭克林所著,關於「可燃空氣」的論文後研究並發現甲烷。在研究甲烷期間,他提出可能由於自然界中的電,比如閃電,與沼氣中的甲烷反應,才導致鬼火的產生。這個論點被當時的學界廣泛接受。(值得一提的是,亞歷山德羅‧伏打後來發明了世界第一個電池,並且成為今天電勢的單位,伏特。)

世界各地的鬼火焰色跟溫度都有所不同。Image by Waldkunst from Pixabay

目前為止都只是紙上談兵,要一直到1832年,Louis Blesson才算真正開始對自然界產生的鬼火進行研究。

他到世界各地發生鬼火的地方進行實驗,發覺不同地區的鬼火,焰色與溫度也會不同。此外當他第一次接觸鬼火,便意外發現鬼火會在他接近時後退,並且非常容易被他的呼吸吹動;他必須撇過頭、站定一會,鬼火才回到原位。不只如此,沼氣引發的鬼火在夜晚離地面比較高,越接近黎明就越低,最後消失無蹤3。這兩者很好地解釋了鬼火為何會移動,以及為何只有在夜晚才看得到鬼火。

與鬼火性質最接近的答案:冷焰

1980 年,英國的地理學家 Alan A. Mills,第一次嘗試在實驗室裡複製鬼火。

他混合了油狀的磷化氫與天然氣,成功產生了綠色的火光,然而大量刺鼻煙霧也伴隨產生,與自然界中看到的鬼火實在相差甚遠。但他持續進行研究,直到 2000 年時,重新提出鬼火可能是一種「冷焰」。4

所謂的冷焰是一種最高溫度低於攝氏 400 度的火焰,通常必須以特定的比例混合燃料與空氣才會產生。與一般火焰不同之處在於,冷焰的燃燒反應並不激烈,且只會釋放些許的光、熱和二氧化碳,這是因為一般的燃燒會將化合物完全分解與氧氣結合,但冷焰的燃燒互相反應的幾乎都是部份分解的化合物自身。冷焰在日常生活中不常見,但卻是引擎發生爆震的主要原因。5

冷焰不僅溫度低、燃燒不劇烈,導致必須在非常暗的地方才可看見,焰色光譜大多落在藍色與紫色之間,更重要的是,天然氣也符合產生冷焰的條件!屍體分解後不僅會產生磷化氫,更會產生大量甲烷,雖然沼氣與天然氣不盡相同,但成分接近的沼氣產生冷焰,是有可能的。

有興趣的話,上面影片就是在實驗室中製造了冷焰。

世界上的鬼火目擊事件眾多,我們無法確認每一起鬼火事件引發的真正原因。不過若是以臺灣來看,根據上一集蒐集的傳說,冷焰已經很好地解釋大部分鬼火的特性。

總結來說,整個鬼火產生的故事應該是這樣的:墳場或河畔、海濱的屍體腐壞,產生磷化氫聯膦甲烷,因為種種原因,這些氣體逸散出來,甲烷與空氣恰好混合成能夠形成冷焰的比例,磷化氫和聯膦再自燃形成火源,便能產生淡藍色的、幽幽飄盪的鬼火。若是混合的比例不對,單純燃燒甲烷,那便會成為橘紅色的伯公火。

除了冷焰之外,還有其它的解釋

除了冷焰之外,科學家也提出其它鬼火的可能成因。2008 年,義大利的化學家 Luigi Garlaschelli和Paolo Boschetti 提出了「化學發光」的假說;他們將磷化氫與空氣和氮氣混合,製造出一種黯淡的綠色冷光,雖然伴隨著煙霧和臭味,但根據他們的說法,只要調整環境中的溫度、溼度等條件,煙霧和異味都可以消除,而且人眼在黑暗中難以辨別顏色,把綠色看成淡藍色是有可能的。6

此外,還有地質學家提出因地殼變動的「壓電效應」產生的「地電」,以及森林中的生物──比如某些蜜環菌屬的菇類、微生物、昆蟲──所發出的「生物螢光」兩種假說,不過礙於篇幅便不多作介紹。

螢光蕈經過長時間曝光的攝影作品。圖/wiki commons

近代,鬼火的目擊事件越來越少,這不僅是在臺灣,全世界都是一樣。除了因為火葬逐漸取代了土葬,也是因為沼澤與森林被大肆開發,就像失去棲地的動物,鬼火也失去了生成的源頭。過往的神祕傳說,在文明與科技的發展中逐漸消失,彷彿是某種詩意又悲劇的比喻,卻是實在發生的過程。

過去我們常說的「鬼火即磷火」看似科學,實際上卻是過度簡化的解釋,偏偏我們大多數人對此深信不疑。部份的人認為傳統迷信又落後,擁有科學至上的想像,但若是對事物的成因不求甚解,科學和迷信又有什麼不同呢?

資料來源

  1. 維基百科-磷質
  2. 〈捉燐辯惑〉。1907年7月6日,漢文臺灣日日新報。
  3. 《Of Ghostes and Spirites, Walking by Night: And of Straunge Noyses, Crackes, and Sundrie forewarnings, which commonly happen before the death of men: Great Slaughters, and alterations of Kingdomes》,〈That many naturall things are taken to be ghoasts
  4. Wikipedia-Will-o’-the-wisp
  5. Wikipedia-Cool flame
  6. Wikipedia- Chemiluminescence


【作者簡介】楊海彥/
轉換多次跑道,最終決定與朋友們一起開妖怪工作室。目前專注於台灣怪談研究,擅長將台灣文史和民俗轉化為故事,也設計實境遊戲和桌遊。嗜讀奇幻文學,熱愛電影,喜歡咖啡也喜歡茶,養一隻以拿鐵為名的貓。

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妖怪就是文化!北地異工作室長期從事臺灣怪談、民俗、文史的考據和研究,並將之轉化成吸引人的故事和遊戲。成員來自政大與臺大奇幻社,從大學時期就開始一起玩實境遊戲和寫小說,熱愛書本、電影和實地考察。 歡迎來我們的臉書專頁追蹤我們的近況~https://www.facebook.com/TPE.Legend

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牛雜湯裡各種奇形怪狀的「牛肚」到底是什麼?
Carol
・2021/01/20 ・2851字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

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  • 作者/Carol Hsu|生科系畢業,目前工作與臨床試驗相關。喜歡植物,想要小丑魚。

晚餐吃飽後,總想嚐一點不一樣的味道。沒錯,對於女孩來說,總有第二個胃來裝下甜點,可是,不只是愛吃甜點的女孩,有多一個胃,身為反芻動物的牛,更是號稱有四個胃……。等等,牛真的有四個胃嗎?

對於愛吃甜點的人就像第二個胃可以裝甜點。圖/pixabay

牛其實只有一個胃啦

不過,牛其實只有一個胃,只是區分成四個「胃部」(一個胃中的不同區域)以利於反芻。

反芻,可讓食物在口中反覆咀嚼,一來可以使粗糙纖維的牧草或飼料完全消化。二來可以縮短在外進食停滯的時間,先將食物暫存在胃部,待處在安全適合的環境時,再細細咀嚼。所以,我們可以看到牛的嘴巴總是不停地嚼阿嚼的,舌頭更是沒有停過。

所以,那熱騰騰的牛雜湯、香噴噴的滷牛肚還有好吃的毛肚鍋,其實不是吃牛的不同胃,只是不同胃部喔。

長得不一樣,但都是同一個胃的不同胃部。圖/pixabay

但是,明明吃的是同一個牛胃,為什麼外觀差這麼多?在餐桌上,牛肚與毛肚的樣子大不相同,有的是蜂窩狀,也有一小格小格子;有的則是長條狀有細小突起;有些則是像百頁狀,層層堆疊。

這些形態上的差異,是源自於四個胃部的功能差異。牛胃組成的四個部分,分別是瘤胃、蜂巢胃、重瓣胃、皺胃。這四個胃部不僅外觀與功能不同,體積大小也有所差異。

牛的胃有分四個不同的胃部。圖/pixabay

儲存食物的牛胃第一關——瘤胃

當食物進入到牛的口中,由食道連通到的胃第一個胃部是「瘤胃」。瘤胃(Rumen),是牛隻身體中體積最大的胃部,約佔了牛隻腹腔 75% 的體積,可用來暫存食物。在瘤胃中,有大量的微生物,例如細菌、真菌、原生生物。

牛的瘤胃,因為外觀毛茸茸,也被稱為「草肚」。圖/Wikipedia

藉由微生物們的幫助及由口中分泌的唾液,促使食物在此發酵及分解。在瘤胃的無氧環境中,微生物的存在可以調節 pH 值,並且藉此使植物的木質纖維素得以發酵成揮發性脂肪酸(Volatile Fatty Acids ,VFAs)等有機物質,後續可被用來生合成能量。

防止囫圇吞棗的關卡——蜂巢胃

第二個胃部,是蜂巢胃(Reticulum),又稱「網胃」,外觀是有一個一個六角形方格的蜂巢狀,是食物通過瘤胃後的下一個胃部。不過,蜂巢胃和瘤胃並非完全獨立,兩者之間僅由一層肌肉組織分隔,因此兩者又合稱為「蜂巢芻胃」(reticulorumen)。瘤胃及蜂巢胃的環境相似,皆含有大量微生物來促使植物分解。

牛的蜂巢胃,在菜餚裡俗稱「牛蜂胃」或「金錢肚」。圖/Wikipedia

蜂巢胃主要的功能就是集結小分子的食團,讓這些食團到下一個胃部。蜂巢胃的特殊構造也可以防止較硬、較大的食物直接進入後段的消化系統,可讓食物再退回瘤胃消化,或是回到口中重新咀嚼。食糜回到口中與唾液混合,也就是反芻。光是反芻的動作,牛隻一天就得花上 6~8 小時。

吸收食物水分——重瓣胃

接下來的胃部則是重瓣胃(Omasum)。球形的重瓣胃,連接蜂巢胃及皺胃,和蜂巢胃其實相隔不遠。重瓣胃也因為構造層層堆疊著,在飲食上甚至有著「牛百頁」之稱,層層重瓣的大小不一。

有「牛百頁」之稱的重瓣胃。圖/Wikipedia

隨著蜂巢胃的收縮,消化食團斷斷續續地進到重瓣胃。重瓣胃阻隔了固體、粗糙、尚未磨碎的食團,使其聚集在此,並可再退回蜂巢胃消化。經由重瓣胃繼續進到皺胃的主要為流質或稀狀的物質,進行進一步地消化。在相關研究指出,重瓣胃也可以吸收部分水分。

真正消化的地方——皺胃

最後,則是有「真胃」之稱的皺胃(Abomasum)。皺胃的功能和單胃動物(不進行反芻的動物,例如人)最為相似,具有可以分解食物的消化液可用來分解蛋白質的消化酵素,且含有可殺菌的鹽酸,還有來自胰臟的消化液會匯集於此幫助食物消化。連接在皺胃後方的小腸及大腸則是進一步地進行營養吸收。

牛的皺胃。圖/Wikipedia

能消化牧草纖維的秘密

不過,與人類胃不同的是,牛的胃有著大量微生物軍團。在牛胃這個高溫、厭氧且酸鹼值略酸性的環境,非常適合細菌、真菌和原生動物等微生物生存。其中纖毛蟲 (Ciliate protozoa)占了一半以上的比例,其種類更是超過細菌,而厭氧性的真菌,雖然數目及種類較少,但對於分解植物纖維是相當重要的。

牛胃中的微生物可分解植物纖維。圖/pixabay

先前的研究中,已有研究團隊透過將 43 隻乳牛牛胃中的微生物 DNA 定序及交叉比對基因資料庫,鑑定出 913 種微生物,且其中大部分的微生物目前仍是未知的,並從這些微生物的基因序列中,可發現碳水化合物活性酶(carbohydrate-active enzymes, CAZys),有助於將牧草中的纖維素分解,轉換成有價值的養分。因此,對於牛隻而言,瘤胃發育及環境中的菌相,會直接影響牛隻吸收營養成分的能力。牛隻瘤胃中的微生物軍團,影響著產乳效益及甲烷的排放量及習性。

胃中的菌相會影響牛隻吸收養分的能力。圖/pixabay

隨著人類社會的進展,肉類食用及乳品的需求量大幅提升,促使著牧場畜養更多的牛隻。牛隻所進食的富含纖維的草料能在瘤胃中被微生物發酵而產生醣類,醣類進一步發酵的過程中會產生甲烷等物質。這些牛隻進食時所排放甲烷也被視為影響全球溫室效應的一個因素。牛隻排放甲烷的過程,其實與瘤胃中的菌相有著密切關連。

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