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太平洋垃圾島成為另類生態家園

葉綠舒
・2012/05/31 ・1437字 ・閱讀時間約 2 分鐘

經過這幾年,大家對於太平洋垃圾島(Great Pacific Garbage Patch)[1] 應該都不陌生了。它位於北太平洋環流(North Pacific Gyre)的中心,有相當高濃度的塑膠垃圾。

太平洋垃圾島,位於北太平洋環流(North Pacific Gyre)的中心。 圖片來源:維基百科(http://0rz.tw/Sup26)。

這幾年,太平洋垃圾島之所以聲名大噪,主要是因為有很多海鳥死亡後,在消化道裡面發現了大量的塑膠。但最近由加大聖地牙哥分校(University of California, San Diego)的 Goldstein 博士的研究團隊發現,除了讓鳥類因食用塑膠而死之外,太平洋垃圾島還發生了其他更令人擔心的事情。

這個發現完全是意外。原本他們是在觀察從太平洋垃圾島收集到的塑膠碎片,但在觀察的時候發現,有些塑膠碎片上有橘色的蟲卵。經過鑑定後,發現這些蟲卵是 Halobates sericeus 的卵,它與水黽(water strider)是近親(以下稱為「海黽」)。

海黽(Helobates sericeus)。圖片來源:ScienceNow(http://0rz.tw/PdqiA)

由於過去從來沒有在塑膠上面看到海黽的卵(他們通常下蛋在火山浮石或漂流木的碎片上),而觀察發現,過去數十年,太平洋垃圾島不僅面積變大了,裡面的塑膠垃圾的濃度也上升了;是否是因為這樣造成海黽開始產卵在塑膠碎片上呢?Goldstein 博士說,海黽跟一般的昆蟲不同,它的一生都在海上度過,但它們還是需要把卵產在固體上。過去他們只能產在火山浮石或漂流木的碎片上,而這些東西在海裡都是可遇而不可求的;如今因為人為的垃圾污染,造成海洋裡面有很多塑膠碎片,於是海黽們便開始使用它來產卵,是否會造成海中的海黽數量急速上升呢?

在海中,海黽是螃蟹的食物;當海黽數量大增時,是否意味著螃蟹的數量也會大爆炸呢?而接下來又是影響到什麼生物的數量?而海黽大量增加,是否會造成浮游生物(phytoplankton)因大量捕食(浮游生物是海黽的食物)而急速減少減少?那麼其他靠浮游生物為生的生物會怎麼樣呢?

生態系就像一張大網,牽一髮而動全身;當海洋生態系已經因為我們這幾十年來大啖鮪魚、鱈魚、旗魚造成生態系頂端的掠食者大量消失而不穩,而生態系底部的浮游生物又因為海黽大量增加而急速減少,是否會使得已然脆弱的海洋生態系更加不穩?

這些塑膠碎片,都是我們幾十年來濫用塑膠製品、恣意拋棄塑膠類垃圾所產生的共業,當我們看到鳥類因為食用過量塑膠而死、海中出現垃圾島時,人類就應該要有深切的醒悟了;如今有更多令人擔憂的新發現,我們是否應該更加留心自己的行為,到底我們只是「環保的言論者」,還是「環保的行動者」呢?早上去早餐店買早餐,三明治用塑膠袋裝、豆漿放在塑膠杯或是覆蓋了膠膜的紙杯、上面插著一根塑膠的吸管;老闆很貼心的把這些放在一個塑膠袋裡,這些行為看起來像是小事,我們的生活瑣事—但有多少人認真的想過,三明治的塑膠袋、豆漿的塑膠杯或是膠膜吸管塑膠袋,都在我們吃完早餐後被丟棄,即使有認真的作回收,中間只要任何一個環節出問題,這些塑膠就有可能成為太平洋垃圾島的一份子、成為海黽的繁殖場、影響到海洋的生態;如果沒有回收,那麼這些塑膠要不就是在某個掩埋場裡污染我們的土壤與地下水、要不就是在某個焚化爐裡燃燒,消耗越來越珍貴的燃料以及產生有毒的廢氣、或者是輾轉到達太平洋垃圾島來影響海洋生態系….能不謹慎嗎?能嗎?

參考資料

[1] Wikipedia—Great Pacific Garbage Patch [2012-05-20]
[2] Ocean Trash Is a Lifesaver for Insect —ScienceNOW [2012-05-08]

本文原發表於作者部落格

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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災難片成真!?小行星「貝努」行蹤飄忽,撞地球的機率有多大?

EASY天文地科小站_96
・2021/09/19 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘
  • 文/陳子翔(現就讀師大地球科學系, EASY 天文地科團隊創辦者)

知名物理學家史蒂芬.霍金(Stephen Hawking)認為,小行星撞擊是宇宙中高等智慧生命最大的威脅之一。而回首地球的過去,六千五百萬年前的白堊紀末期,造成恐龍消失的生物大滅絕,也肇因於一顆直徑約十公里的小行星撞擊。那麼,我們應該擔心小行星帶來如同災難片場景的巨大浩劫嗎,人類又能為這件事做什麼準備呢?

我們該擔心哪些小行星,小行星撞擊能被預測嗎?

太陽系中的小行星不可勝數,但並非所有小行星都對於地球有潛在的危害。那麼,哪些小行星是應該注意的呢?

我們可以簡單從兩個條件,篩選出對地球有潛在威脅的小行星:第一是小行星的軌道,第二則是小行星的大小。如果一個天體的運行軌道與地球的運行軌道沒有交會,那也就不需要擔心它會部會撞到地球了。而直徑越大的小行星,撞擊地球產生的災害就會越大,例如一顆直徑 10 公尺的小行星墜落能造成小範圍的建築物受損,而直徑 50 公尺的小行星撞擊,其威力則足以摧毀整座大型城市。

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/5/59/Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg/1024px-Chelyabinsk_meteor_event_consequences_in_Drama_Theatre.jpg
2013 年俄羅斯車里亞賓斯克小行星墜落事件,隕石在空中爆炸的震波震碎大片玻璃。圖/Nikita Plekhanov

過去天文學家透過遍布世界的天文台,不斷在夜空中尋找近地小天體,並持續監測它們的動向。而透過觀測資料推算其軌道,就可以算出這些危險的小鄰居未來與地球發生「車禍」的機率有多大,而這篇文章的主角「貝努」,就是一顆被認為有較大機會撞擊地球,因此被重點關注的對象。

貝努撞地球會是未來的災難嗎?

貝努在 1999 年被發現,是一顆直徑約 500 公尺的小行星,它以橢圓軌道繞行太陽,公轉週期大約 437 天。由於貝努的軌道與地球相當接近,它每隔幾年就會接近地球一次,而本世紀貝努最接近我們的時刻將會發生在西元 2060 年,不過別擔心,該年貝努與地球最接近時,距離預計也還有七十萬公里,大約是地球至月球距離的兩倍,撞擊風險微乎其微。

綠色為地球軌道,藍色為貝努軌道。圖/University of Arizona

然而天文學家真正關注,撞擊風險較大的接近事件則會發生在下一個世紀。根據目前的軌道計算,貝努在西元 2135 年和 2182 年的兩次接近,會有較大的撞擊風險。說到這裡可能許多讀者會覺得,既然我們都活不到那個時候,何必去操心那些根本遇不到的事情呢?

那麼,讓我們想像一個情境:

如果今天天文學家突然發現了一顆與貝努一樣大的小行星,並算出它將在一年後撞上地球,那身為這個星球上「最有智慧的物種」,我們能怎麼應對呢?

很遺憾的:我們很可能對於撞擊束手無策。當前人類並沒有任何成熟的技術,能夠在這麼短的時間內改變小行星的軌道。這時候人們可能就會希望前人早點望向星空,調查小行星,好讓人們能夠有多一百年的時間準備應對的方法了!

小行星軌道計算不就是簡單的牛頓力學,為什麼算不準?

那麼貝努在未來 100〜200 年到底會不會撞擊地球呢?其實天文學家也說不太準,只能給出大概的機率而已,而且時間越久,預測的不確定性就越大。

你也許會想,天體的運行軌道不就只是簡單的牛頓力學,三百年前的人就已經掌握得很好了,在電腦科技發達的現代怎們會算不準呢?確實,如果要算地球與火星在 100 年後的相對位置,那電腦還能輕鬆算出相當精確的答案,但如果是計算小行星 100 年後的位置,事情就變得棘手多了……

由於小行星的質量很小,就算是相對微小的引力干擾還是足以改變其運行方向,而混沌理論(Chaos theory)告訴我們,任何微小的初始條件差異,都能造成結果極大的不同。因此要對小行星軌道做長期預測,就不能只考慮太陽的引力,而是必須把行星等其他天體的引力也納入計算,才能獲得比較準確的結果。尤其是當這些小行星與地球擦肩而過時,即使只有幾百公尺的位置偏差,受到的引力也會有相當的不同,使得小行星的未來軌跡出現巨大的差異。

而更令天文學家們頭痛的是,有些問題甚至不是萬有引力能夠解決的,其中一個因子就是「亞爾科夫斯基效應」(Yarkovsky Effect)。這個效應是這樣的:當陽光照在自轉中的小行星上,陽光會加熱小行星的受光面,而被加熱的這一面轉向背光面時,釋放的熱能會像是小小的火箭引擎一樣推動小行星。這個作用的推力非常小,但長期下來還是足以對質量很小的天體造成軌跡變化,也讓軌道預測多了很大的不確定性。

亞爾科夫斯基效應的動畫。影片/NASA

OSIRIS-REx 任務揭露貝努的神秘面紗,也讓軌道推估更精確

為了更深入了解貝努,NASA 在 2016 年發射 OSIRIS-REx 探測器探查這顆小行星。OSIRIS-REx 主要的任務包括從貝努表面採取樣本並送回地球分析、對整顆小行星做完整的調查,以及評估各種影響貝努運行軌道的因子,改善貝努軌道的預測模型,評估將來的撞擊風險。

在軌道分析方面,OSIRIS-REx 一方面能在環繞貝努的過程中緊盯貝努的「一舉一動」,讓天文學家透過精確的觀測結果反推貝努的軌道特性。另一方面,要評估亞爾科夫斯基效應對小行星軌道的影響,也需要考量小行星的地形地貌、反照率等等因素,因此 OSIRIS-REx 的各項觀測資料,也有助於建立更精確的軌道預測模型。

OSIRIS-REx 探測器。圖/University of Arizona/NASA Goddard Space Flight Center

目前 OSIRIS-REx 的任務還沒有結束,但是在取得更準確的軌道預測模型與撞擊風險評估上,已經有了初步的成果。根據這次任務提供的觀測資料,天文學家將預測貝努未來軌道的時間極限,從原本的西元 2200 年延長至 2300 年。而西元2300年之前,貝努撞上地球的機率大約是 0.057% (1/1750),最危險的一次接近則會發生在西元 2182 年

「知己知彼,百戰不殆」。面對像貝努這樣的危險鄰居,唯有盡可能認識它的一切,才越能夠掌握其未來的動向,進而在將來思考要如何面對小行星的撞擊的風險。另外,目前 OSIRIS-REx 也正在返航地球的旅途上,期待 2023 年 OSIRIS-REx 能順利的帶著貝努的樣本回到地球,帶給我們更多有關小行星的重要資訊!

參考資料

EASY天文地科小站_96
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