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「地球之肺」亞馬遜森林不供氧,它的功能比你想得更複雜

陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2019/10/17 ・1815字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 506 ・六年級

亞馬遜森林,素來便有「地球之肺」的美名,而近期發生的森林火災,讓人不禁擔憂:「如果亞馬遜森林沒了,是否地球上就沒有足夠的氧氣呼吸了?」有趣的是,若先回歸「地球之肺」之名,我們可以發現,其實肺所要做的是將外界空氣的氧攜入體內的血液中,以供身體各器官使用;也就是說,其實肺的功能並不是產生氧,而是有效的吸收氧氣來提供生物使用。

也因此,我們以「地球之肺」之名來描述亞馬遜森林供氧這件事,一開始就並不全然精準。當然,若我們將地球類比為人體,則以「肺的主要功能是將氧氣從空氣運輸到血液中,並將二氧化碳從血液中排出」這事實來看,確實尚為一可接受的比喻;然而這就帶到另一個問題:亞馬遜森林之於整體地球,是否真的貢獻了一定程度的氧氣量?

素有地球之肺美名的亞馬遜森林,其攝於2009年。圖/Wikipedia

長期來說,亞馬遜森林對於氧氣淨產量幾乎為零

依據英國牛津大學(Oxford University)生態學家 Yadvinder Malhi 的研究,事實上以長期來看,亞馬遜森林對於整體地球的氧氣淨產量幾乎為零。其理由在於,森林本身透過光合作用(photosynthesis)所產生的氧,會透由自身生態系統內生物的呼吸作用(respiration)、微生物分解枯葉或樹木等原因所消耗掉。因此,亞馬遜森林對整體地球所貢獻的氧氣其實非常低。

另一方面,美國科羅拉多州立大學(Colorado State University)大氣科學系教授 Scott Denning 則指出,產氧的生物通常會透由另一種方式消耗氧,如呼吸作用或是死亡後其他微生物對其的分解作用,因此目前生態系的產氧與耗氧幾乎都是相互抵消的。目前地球大氣中氧氣占近 20%,主要的提供者推測來自於海洋的藻類。由於在海洋,死亡的藻類生物有可能在尚未被微生物完全分解利用前便埋藏至海底,因此耗氧與產氧之間的抵消作用降低,便能緩慢增加地球整體的氧含量。然而這過程需要很長的時間尺度,並非一時片刻即可完成。

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全球的氧氣透由陸地及海洋生態圈、大氣以及岩石圈之間交互作用達到傳輸與平衡。其中埋藏(burial)作用可增加大氣中的氧含量,而與岩石之間的氧化作用(oxidation)則會消耗大氣中的氧氣。圖/Wikipedia

既然亞馬遜森林對整體地球氧的淨產量幾乎為零,那麼難道對於地球的含氣量就沒有其他貢獻了嗎?

亞馬遜森林的功能,比你想得更複雜

答案恐怕沒這麼簡單。原因在於地球本身存在著複雜的生態系統,我們甚至可以這麼說:所有的生命與非生命之間都是透由某種關係息息相連著。我們現在已知,海洋中的藻類對於地球的供氧佔有重要角色,那麼亞馬遜森林是否能影響海洋中藻類的多寡?答案是有可能的。

亞馬遜森林中的植物透過蒸散作用,使水氣被帶至上空形成雲河

例如,亞馬遜森林中的植物透過蒸散作用,使水氣被帶至上空,形成了廣大的「雲河」。當這些雲河流動至山脈後,受地形抬升效應水氣凝結成水滴,落回至地面;在這過程中透過對岩石的侵蝕作用,進一步將其沉積物帶入海底,於是成了海洋中藻類的養分來源。更有趣的在於,海洋中的藻類也能透過另一種形式給予雨林養分。舉例來說,死亡的矽藻堆積在海底,經由數百萬年以上的地形作用,原本的海床成為了富含鹽的沙漠,於是當風將這些富含矽藻殼的塵土吹到雨林,便又成為了促進雨林生長的養分。

這一系列的交互過程,讓我們看到了地球上的生命與環境間的互動是如此的息息相關。因此,讓我們回歸到一開始的問題:「亞馬遜森林是否為地球貢獻了氧氣?」答案真的是否嗎?縱使亞馬遜森林本身在地球的氧氣淨產量不大,然而其除了具有維繫生物多樣性的重要性外,透過生物與非生物在不同時間尺度的作用,可以發現其與地球上每一份子的關係依然是緊緊相繫著。

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也因此,亞馬遜森林是否為地球貢獻了氧氣?這個問題的答案,便取決了我們用什麼樣的角度與高度,看待這片孕育我們一切萬物的美麗大地。

參考資料

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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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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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奠定現代通信基礎的克勞德.香農(Claude Shannon)
數感實驗室_96
・2024/06/06 ・743字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

以前小時候如果調皮不聽話,就會被大人叫去跪算盤,現在的家長家裡沒算盤了,反而會拿出電路板讓小孩跪。

咦?為什麼總是拿算數工具來懲罰小孩呢?

電路板上看似複雜電路板密密麻麻的,是電腦進行邏輯計算的關鍵。這小小的薄片能執行驚人的運算功能,背後的奧秘離不開一位傳奇科學家的貢獻。他不僅奠定了現代通信的基礎,還開創了人工智慧研究,這可不是一般人一生能做到的成就,但克勞德.香農(Claude Shannon)卻一次搞定。

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這位非凡的科學家是如何改變了我們的時代?

他讓我們今天能享受高效的通訊技術和智慧生活。如果你也覺得現在生活離不開手機和電腦,那你應該感謝這位數學和電機工程的天才。

對於 2000 年後出生的人而言,或許覺得用手機傳訊息、用電腦看影片再平常不過。但在 Shannon 出現之前,沒有人能系統性地定義「資訊」和「通訊」。他以其對動手實驗的熱忱,將這些看似無形的概念轉化為實際的理論,為世界帶來了一場資訊革命。

正是因為 Shannon 的卓越貢獻,我們才能享受如此便捷的現代通信技術。他不僅改變了科學的面貌,還深刻地影響了我們的日常生活。

Shannon 的故事也提醒我們,熱愛與好奇心是推動進步的核心力量。他用智慧和創造力,為我們打造現代通信的基礎,並開啟未來的無限可能。

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更多、更完整的內容,歡迎上數感實驗室 Numeracy Lab 的 YouTube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

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數感實驗室_96
69 篇文章 ・ 45 位粉絲
數感實驗室的宗旨是讓社會大眾「看見數學」。 數感實驗室於 2016 年 4 月成立 Facebook 粉絲頁,迄今超過 44,000 位粉絲追蹤。每天發布一則數學文章,內容包括介紹數學新知、生活中的數學應用、或是數學和文學、藝術等跨領域結合的議題。 詳見網站:http://numeracy.club/ 粉絲專頁:https://www.facebook.com/pg/numeracylab/

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古人用的超大型手機?從烽火臺到智能手機:通信科技的演進
數感實驗室_96
・2024/05/13 ・883字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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本文由 國立臺灣師範大學 委託,泛科學企劃執行。 

現代人手機普及率極高,你可能正在用手機閱讀這篇文章。

仔細想想,我們每天使用的手機真的很厲害。只需幾下操作,就能傳訊息、視訊通話,還能上網看影片、玩遊戲、使用社群網路等。

你可能知道全世界的第一支手機是 Motorola 在 1973 年 4 月 3 日推出的黑金剛,重達 2 公斤的程度。不過,早在幾千年前,其實已經有「手機」存在了。

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當時的手機不只兩公斤重或兩公升水壺大,甚至是有好幾層樓那麼高,那這些手機的傳輸速率也超級慢,看影片一定是不可能,連打電話聊天都辦不到。超級陽春,基本上只能傳遞「有」或「沒有」這樣的是非題。

應該有些人猜到了,其實就是「烽火臺」。

烽火臺是中國古代為了傳遞軍情所設計的通信系統。一座烽火臺上有幾位士兵,備有大量的稻草與木柴,如果看到敵人侵犯,或是前後的烽火臺燃起狼煙,士兵們就會立刻燃燒乾柴,釋放狼煙,傳遞攸關國家存亡的重要資訊。雖然,烽火臺的尺寸大小與現今我們常用的手機差很多,傳輸能力也差很多,但烽火臺還真是上古時代標準的通信設施哦!

接下來還會推出一系列「通信科技」相關的節目,內容囊括了通信發展的歷史故事、重要的通信科學家、通信相關的技術知識。

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讓你認識新聞報導中,常聽到的一些通信專有名詞,什麼是頻帶、頻寬?現代通信技術如此厲害的關鍵又在哪裡?甚至,這些技術跟我們平常在學校裡學到的各科知識,又有怎樣的連結呢?

這系列將用影片帶領大家進入這個有趣、改變全人類生活的通信世界,敬請期待哦!有更多想法也可以留言分享喔!

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