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解密新海研 1、2、3 號身世!造船原來這麼不容易

Suzuki
・2019/11/28 ・2802字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

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海研一、二、三號開拓了「臺灣海洋研究元年」,三艘船服務海洋研究快三十年,今年海研一號滿 34 歲,海二、海三也滿 26 歲,為了航行安全與研究永續,老船亟需汰舊換新。

回顧老船的貢獻 臺灣的海洋研究由此啟航:回顧海研一、二、三號的貢獻

今年底、明年初,海研界將迎來三艘新船──科技部耗資 16 億打造的 800 噸海研船「新海研 2 號」、「新海研 3 號」,以及 2200 噸的「新海研 1 號」。三艘預備交船的海研新血續航力更長,希望能讓未來台灣海洋研究更有機會跨出本島海域,帶起另一波海洋研究高峰。

然而,催生三艘 16 億的船並不容易,在海研船籌備小組的老師們眼中,三艘海研船從經費著落、設計、建造、管理單位確認到海試一路走來,走了快十年,可說是得來不易的研究船。

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得來不易的研究船,取名、找保母都充滿挑戰

臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所終身特聘教授龔國慶表示,自己 2011 年就已向科技部提議要造新船取代舊船,之後他便開始協助撰寫計畫書爭取經費,過了三年多經費才有著落,並在 2015 年初啟動研究船汰舊換新計畫,終於在今 (2019) 年底前交船。

新海研 3 號在船廠內尚未闔上甲板的情形。圖/張詠斌提供

新海研船的籌備並非一帆風順,期間其實曾發生各種爭議與困難,像是在去年以「五萬元取新名」登媒體版面,而早在這個爭議以前,新海研船歸誰管也引起關注。

科技部原本希望新海研船能從「學校各自管理」,改為「統一由國研院海洋中心管理」,卻引起管理海研一、二、三號的臺灣大學、臺灣海洋大學與中山大學的反彈。

臺灣大學海洋研究所教授詹森表示,雖然能理解科技部期望統一管船、節省成本的立場,但站在教育的角度,船對海洋教學十分重要,因此校方投入很多心血在海一的管理、安全檢驗,甚至積極參與新研究船的設計、儀器的檢驗及管理辦法的訂定,為的就是讓海研船上的教學與研究經驗能夠傳承。

中山大學海科所副教授張詠斌提到,船由學校管理,確實比較便利,海上實習如果遇到天氣不佳,能找空白船期排上去,免去與其他單位溝通和協調的成本。

船歸學校所有亦可降低「政治敏感」。張詠斌表示,研究船因安裝許多儀器,在接近他國海域時都很敏感,學校屬於半民營機構又具有自主性,若遇國家海權紛爭時,較容易處理,而外國也會比較願意讓學校管理的船隻停泊,但如果是國家層級來管理的話,遇到衝突會比較麻煩。

之前海研一號就曾在三貂角被日本保安廳公務船干擾,也曾遭遇中國公務船攔查,在海巡署協助下,事件才終能和平落幕註1,此顯示海權與國家安全問題不得不列入考量。

中山大學海科所張詠斌副教授認為,研究船交由學校管理,對於從事海洋研究時比較不敏感。圖/簡鈺璇拍攝。

學界提出他們的想法,科技部卻拿不定主意。一旦喬不定誰管船,新海研船開工、監工、測試又要由誰來做呢?此事就從 2015 年拖到 2018 年底,科技部才因法規和經費因素,最後拍板定案,由三個學校各自管理海研船。

這之間的反覆折騰,對參與規劃新船的學校來說,實在煎熬。詹森教授坦言:「一想到在我當(臺大)海研所所長任內,船沒有了,我就難過得睡不著覺。」

臺灣大學海研所詹森教授從頭參與新海研船的籌備,認為海研船應有教育意涵。圖/簡鈺璇拍攝。

詹森表示,管理船並不輕鬆也很費成本,每年海一的營運費就要 5000 萬以上的臺幣,但船對學校來說真的很重要,本來一度覺得學校可能要沒有船了,好在科技部回心轉意將船交給學校。

新海研的未來任務:擴大研究範圍、啟發學生興趣

常有人說:「臺灣是靠海吃飯!」除了說明臺灣海域有豐富漁獲外,對海洋研究者來講,更是一塊寶地。

臺灣鄰近全球海域溫度最高的「西太平洋暖池區」,長年水溫 25 度以上,與全球海流、聖嬰現象、颱風等等息息相關,話題十足,加上臺灣南北具有海溝,做地球物理、海洋地質亦相當適合。

那麼未來,新的海研船會做什麼事情呢?這三艘新的海研船加裝了海水淡化系統、發電設備,使得航行天數得以增加,新海研 1 號可航行 45 天以上、新海 2 號和新海 3 號則是 30 天以上,因此海洋研究範圍將不只限於臺灣周邊海域。

新海研 1、2 及 3 號。圖/中華民國海洋學會臉書

對此,科技部海洋學門和學界提出了「航向藍海」的研究計畫。張詠斌表示,這個計畫希望結合臺大、海大與中山大學老師的研究專長,預計讓三艘研究船一起航行,開拓「高雄-關島-帛琉」的研究航線,總航行天數為 40 天。

張詠斌提到,此航線會經過颱風生成區、北太平洋馬里亞納海溝、北赤道洋流等特殊的區域,是值得開拓的海洋研究區,離其他國家遠,亦是海洋研究的處女地。

科技部海洋學門與學界一同針對三艘新研究船提出「航向藍海」計畫,規劃高雄至關島、帛琉的研究航線。圖/張詠斌、科技部海洋學門投影片資料

將來科技部規劃進行「北赤道洋流變動對黑潮之影響」、「西太平洋聖嬰-反聖嬰現象之早期觀測」、「颱風生成海域海氣交互作用探測」、「海洋塑膠微粒輸送量觀測」、「馬里亞納海溝深海探測」、「海洋生地化通量及生物資源之長期觀測」、「海洋底床礦物資源探勘」等科學議題的深究。

龔國慶則希望海研船能有更多教育目標,像是 2006 年,海洋大學就曾在教育部計畫的補助下,結合海研二號辦理「黑潮暑期學分班」,讓不限海洋科系的大專院校同學報名參與,透過八天課程帶領大家認識黑潮並至海上實習,做海洋研究報告。

海研一、二、三號在 2005 年曾合體辦理「高中生黑潮探險體驗之旅」,當時吸引 34 位高中生參與,並在船上過夜和做實驗,希望新海研船也能復辦此活動。圖/張詠斌提供

「片段的研究不代表真實,必須長期投入才行,教育也是。」龔國慶表示,前陣子還遇到十多年前參加黑潮暑期學分班的同學向我打招呼,他跟我說還記得海洋學分班的課,這就表示學分班真的能啟發大家對海洋的興趣。

臺灣海洋大學教授龔國慶希望海研船除了研究功能外,亦有推廣海洋教育的使命。圖/簡鈺璇拍攝

龔國慶提到,近年來在科技部產學合作計畫的支助下,大學也與多媒體公司合作,完成了 50 則以「海洋科學與人類生活」為主題的「海洋鮮聞」科普極短片,更獲得通傳會頒發適齡兒童標章。

他希望教育部能在這些珍貴的研究與科普成果的基礎下,接力並持續地支持新海研船辦理各項海洋教育推廣活動,達到臺灣以「海洋立國」為目標的願景。

註解:

  1. 日本船制止「海研一號」研究 海巡署派「南投艦」解危
  2. 海研一號遭陸公務船攔查 關鍵2小時發生什麼事?
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人體吸收新突破:SEDDS 的魔力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/03 ・1194字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 紐崔萊 委託,泛科學企劃執行。 

營養品的吸收率如何?

藥物和營養補充品,似乎每天都在我們的生活中扮演著越來越重要的角色。但你有沒有想過,這些關鍵分子,可能無法全部被人體吸收?那該怎麼辦呢?答案或許就在於吸收率!讓我們一起來揭開這個謎團吧!

你吃下去的營養品,可以有效地被吸收嗎?圖/envato

當我們吞下一顆膠囊時,這個小小的丸子就開始了一場奇妙的旅程。從口進入消化道,與胃液混合,然後被推送到小腸,最後透過腸道被吸收進入血液。這個過程看似簡單,但其實充滿了挑戰。

首先,我們要面對的挑戰是藥物的溶解度。有些成分很難在水中溶解,這意味著它們在進入人體後可能無法被有效吸收。特別是對於脂溶性成分,它們需要透過油脂的介入才能被吸收,而這個過程相對複雜,吸收率也較低。

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你有聽過「藥物遞送系統」嗎?

為了解決這個問題,科學家們開發了許多藥物遞送系統,其中最引人注目的就是自乳化藥物遞送系統(Self-Emulsifying Drug Delivery Systems,簡稱 SEDDS),也被稱作吸收提升科技。這項科技的核心概念是利用遞送系統中的油脂、界面活性劑和輔助界面活性劑,讓藥物與營養補充品一進到腸道,就形成微細的乳糜微粒,從而提高藥物的吸收率。

自乳化藥物遞送系統,也被稱作吸收提升科技。 圖/envato

還有一點,這些經過 SEDDS 科技處理過的脂溶性藥物,在腸道中形成乳糜微粒之後,會經由腸道的淋巴系統吸收,因此可以繞過肝臟的首渡效應,減少損耗,同時保留了更多的藥物活性。這使得原本難以吸收的藥物,如用於愛滋病或新冠病毒療程的抗反轉錄病毒藥利托那韋(Ritonavir),以及緩解心絞痛的硝苯地平(Nifedipine),能夠更有效地發揮作用。

除了在藥物治療中的應用,SEDDS 科技還廣泛運用於營養補充品領域。許多脂溶性營養素,如維生素 A、D、E、K 和魚油中的 EPA、DHA,都可以通過 SEDDS 科技提高其吸收效率,從而更好地滿足人體的營養需求。

隨著科技的進步,藥品能打破過往的限制,發揮更大的療效,也就相當於有更高的 CP 值。SEDDS 科技的出現,便是增加藥物和營養補充品吸收率的解決方案之一。未來,隨著科學科技的不斷進步,相信會有更多藥物遞送系統 DDS(Drug Delivery System)問世,為人類健康帶來更多的好處。

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前進海底探險!帶你搶先看海研生力軍「新海研 1、2、3 號」!
Suzuki
・2019/11/27 ・4612字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 512 ・六年級

因應海洋研究需求,科技部繼 9.5 億打造「勵進」研究船後,今年底、明年初又有三艘 16 億的研究船「新海研 1 號、2 號、3 號」,投入海洋研究的行列,預備接替服務 30 年老船的「海研一、二、三號」任務,組成新的海研船隊。

三艘海上尋寶船,居然能開拓疆土?

新海研 1 號全長 66 公尺、2200 噸,未來由臺灣大學營運管理,主要跑遠程航線;新海研 2 號與新海研 3 號體型稍小,全長 40 公尺、800 噸,由臺灣海洋大學及中山大學管理,分別會跑東海與南海航線。

新海研 3 號(前)與新海研 2 號(後)在今年 9、10 月陸續驗收,最快會在今年底舉行交船典禮。圖片提供/張詠斌

可別把海研船想得跟漁船、貨船一樣喔!海研船載著先進的儀器,就像是海上的「尋寶船」,可以藉由聲納、岩芯採樣等設備,來發掘海底的「寶物」、揭開海平面下的秘密,無論是對天然海底資源的開採,或是海軍潛艦攻擊與防衛皆很重要。

更厲害的是,海研船甚至能為國家擴大「海權」呢!

根據《聯合國海洋法公約》規定:如果沿海國的陸地領土有自然延伸的海床和底土範圍(大陸棚範圍),就算超過 200 海哩的專屬經濟區 (EEZ),該國仍有海底資源開發權。

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中山大學海洋科學院副教授張詠斌表示,這項規定讓各國無不卯足力量,證實鄰海附近的大陸棚與本國領土相連,正因如此,備有探測聲納裝備的研究船在他國附近海域就非常敏感。

2012 年日本就曾向聯合國申請擴大 31 萬平方公里的大陸棚面積,相當於其國土的 82%,大大增加日本對海域探勘與資源開採權,可是讓韓國、中國氣得跳腳呢註1

好的,現在知道「海研船」的厲害了吧!在「新海研 1 號、2 號、3 號」還沒正式開啟科研任務前,泛科學先帶大家到臺灣國際造船(臺船)的基隆廠區,瞧瞧新船的模樣,搶先一看新船的儀器設備。

臺船基隆廠廠區一個個棚子都是造船的生產線。圖片拍攝/簡鈺璇

海研船底的秘密:各式昂貴的聲納儀器

走進基隆廠區內,從鋼材切割、加工組裝、焊接,加裝儀器,一個個架高的棚子搭起造船生產線,這時,新海研 1 號(新海 1)已進到船塢內了。臺船將船塢的水抽乾、架高船底準備為新海一上白色的新塗裝,而塗裝完畢後,新海一就會進入海上測試階段了。

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新海研 1 號在今年八月進船塢整理,準備噴漆塗裝。圖片拍攝/簡鈺璇

「人生難得有機會看到船底啊!快拍照」臺大海洋研究所教授詹森說道,邊拿起手機與船底的螺旋槳自拍。詹森是新海研船籌備小組成員,也是新船從無到有的催生者之一,籌備三年期間,除了到各部會開會,就是跑船廠「盯哨」看進度,開工後每月都到船廠三次,把船當成自己的孩子一樣。

三年多來參與新船籌劃小組,終於看到海研船快完工的樣子,詹森開心地拿起手機與新海研一號自拍。圖片拍攝/簡鈺璇

其實,海研船最重要的武器都在船底喔!抬頭一瞧,船底下有各式圓圓、長長的凹槽,這些可不是進出水的洞,而是埋了市值數百萬的聲納儀器的地方喔!

船底的聲納儀器有三種:

1. 多音束測深儀 (Multi-beam):讓研究船從大近視變成裸視 1.0

船底下長型、排列呈 T 字型的裝置,就是聲納設備「多音束測深儀」(Multi-beam),紅色的面則是它發出聲波的音鼓。雖然它看起來毫不起眼,卻是新海研船的鎮船之寶,也是船上最貴的儀器。

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有了它,臺灣就能仰賴它準確掃射海底地形,提升研究品質,順便探測海底大陸棚,擴大我們的海洋國土(誤)。

Multi-beam 音鼓 (Transducer) 在海研船底的樣子。圖片拍攝/簡鈺璇

張詠斌表示,以前量測地形都是用「單音束」(Single-beam) 的測深儀,一次只能發射單束聲波,然後讓船慢慢開,一點一點把資料串起來,合成海底地形資料,但點跟點之間會產生誤差,比如說有魚游過去、水下干擾,或是地形造成波折射等誤差都無法排除,就像是「近視的人看海底,覺得底下有東西,但看不清楚是什麼形狀」。

但 Multi-beam 不一樣,不同頻率的聲波出去,可以得到各種頻率掃出去的結果,頻率越低的波束可穿透的水深越深,再將資料比對,清楚的地形資料就出來了,如同戴上眼鏡一般。

新海研配置的 Multi-beam,新海 1 在 6000 米內有效,新海二、三則是 3000 米。臺大海研所楊穎堅教授形容,以前用 Single-beam 像是拿鋤頭耕田,一次只能掃一條線,現在 Multi-beam 則是耕耘機翻土,可掃射整個海底面。

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Multi-beam 會發出多個扇面聲波,取得的資料範圍是整個面,換算的海底地形解析度較單音束測深儀 (Single-beam) 高。圖片提供/臺大海研所

2. 單音束科學測深儀 (Single-beam):小兵立大功

除了長型的 Multi-beam 之外,船底還有許多紅色圓形的聲納裝置(長得好像爵士鼓啊~),像是單音束測深儀或科學魚探機器 (Single-beam),可發射單一脈衝至海底,用地形反射傳回的聲波強度推估水深。

張詠斌表示,雖然 Multi-beam 比 Single-beam 厲害許多,能將海底地形掃得更清楚,但 Single-beam 的好處就是不需經過資料處理,可以馬上秀出那條線的地形圖,而 Multi-beam 則需要比較繁複的資料處理。

因此,研究者在用 Multi-beam 前,還是會拿 Single-beam 為地形把個脈,做個初步探測。

如圖所示,船底左邊兩個圓圈是科學魚探機跟單音束測深儀,右邊兩圈為都卜勒流速剖面儀,鼓面越大、發射的頻率越低、量測的距離越深。圖片拍攝/簡鈺璇

3. 都卜勒流速剖面儀 (ADCP):都卜勒效應好好用

另一組圓形裝置就是 ADCP ,它應用都卜勒原理,當反射波的波長變短、頻率變高,就表示水流向音鼓發出的聲源移動,反之則遠離聲源,使用四組音鼓就可以推算水流速度剖面。

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船底除了三組聲納設備外,還裝設「超短基線 (USBL)」水下定位系統,因應水下儀器無法裝設 GPS,工作人員會將 USBL 收發器裝在船底,應答器放在儀器或載具上,藉由回傳的訊號量測兩者間的距離。

船底有安裝 USBL,可作為水下載具的接收站臺。圖片拍攝/簡鈺璇

慢工出細活,研究船設計可需要高深的功夫!

臺船有近 50 年的造船經驗,但這是臺船第一次建造高級研究船。

臺船專案經理、基隆廠主任施炎輝表示,臺船造船速度很快,但造研究船沒辦法那麼快,儀器設備自國外進口、安裝、測試其實都需要時間,且船的設計必須符合研究需求,像是船尾的底部要非常平坦,如果設計不好,聲納儀器的效果就會大打折扣。

臺船第一次建造和設計高級研究船,施工的每個細節都要非常注意,圖為新海研 3 號的半成品照。圖片提供/張詠斌

其講究的程度連壓克力板的厚薄都得調整。詹森表示,聲納的壓克力板太厚會吸收聲波,所以廠商必須要重新訂製。

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此外,研究船實驗室與主機房內,儀器眾多,要如何將大把如同頭髮般的電線理得整齊、便於維護也是個難題。由此可知,研究船的施工與設計細節還真不少呢!

圖十、詹森老師發現聲納設備的壓克力板太厚,立刻要求臺船重換。圖片拍攝/簡鈺璇

為了讓研究船可以平穩運行,有別於之前用柴油主機帶動馬達,新海研船使用發電機帶動馬達,以推動螺旋槳轉動,因此它的航行噪音較小、振動也比較輕微。此外,海研船也配置「減搖裝置」,像是新海 2、新海 3 都裝上了陀螺儀,日後研究人員暈船的狀況就「可能」不會那麼嚴重了XDD

另一方面,新海研船上還備有「動態定位系統」(DP),臺船造船師傅提到,這個系統只有軍事船和特殊需求的船才會裝,它能夠分析海流狀況、修正船與原本 GPS 定位的差距,並調整船的位置,讓船可以不偏移。

詹森表示,以前海研船都是靠經驗老道的船員「手動」調整位置,有了 DP,船的定位可以更精準。

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新海研 1 的操船室,特別加裝 DP 系統的操控臺。圖片拍攝/簡鈺璇

近期新海 2、新海 3 進入海上測試階段,臺大海研所副教授楊穎堅已搶先搭上新海 2,他表示相當滿意,「新海研船相當平穩、安靜,船的轉身速度敏捷」。

儀器測試亦是海研船交船前的重要一環,一般商船大多海試三天,海研船儀器測試和校正可是要花兩三個月呢!楊穎堅表示,臺船技術不錯,因為聲納設備跟船體的方位校正通常要花 24 小時,但新海 3 只花了 5 小時就校正完成,可見安裝時的偏離角度不大。

安全第一!新海研可是更注重安全了呢!

海研船的安全也是重要一環,在海研五號 2014 年不幸沉沒,兩位優秀研究者罹難後,監察院糾正科技部和交通部,提及海研五號的操船公司未依規定取得「安全管理章程」(International Safety Management Code,ISM),導致海五「因人為操作缺失而沉沒」。

詹森表示,海五是大家的痛,管理海研船的學校與機構有責任維繫研究人員與學生的安全,依科技部規定新海研 1、2、3 號建造與營運都要符合 ISM 規定,船隻管理的學校臺大、海大與中山也要取得該船的「安全管理認證書」。

張詠斌提到,研究船屬於公務船,原本可以豁免 ISM,但因為海五的緣故,研究船的安全必須提升至客船等級且需符合各項國際公約,所以臺船更改設計加強船體結構、救生、水密與防火設備等等,加上每位船員都有個人房間,因此新海研 1、2、3 號即使噸位變重,容納人數也沒有增加太多。

詹森提到,研究船的安全一來倚賴優質船廠,二來則是營運單位的管理,「船員一定要由學校自己聘,不能用外包」,這樣讓船員對船有感情,做事會比較認真和謹慎,且能夠直接與研究人員溝通,對海上研究作業也有幫助。

操船除了可以在船長室外,甲板上備有兩個「烤肉架」,天氣晴可至室外操船。圖片拍攝/簡鈺璇

「現在的研究船稍微可惜的地方就是研究作業區太小,像把整個貨車的東西擠在小客車上。」張詠斌表示,以安全為優先是對的,但希望日後設計研究船時也把研究需求列入考慮。

目前新海研 2 號、新海研 3 號正在最後的海試階段,在順利通過儀器檢測、驗船後,已於今 (2019) 年 11 月舉辦交船典禮,而新海研 1 號則會在明年才會完成交船。

你是否跟我一樣等不及看海研船海上馳騁的英姿呢?讓我們一起期待他們正式服役後為我們的研究帶來的新進展吧!

新海一上有起重機、A 架和深海絞機等大型設備。圖片拍攝/簡鈺璇

新海研三姐妹的小檔案(資料整理/簡鈺璇)

新海研 1 號
R/V New Ocean Researcher 1
新海研 2 號
R/V New  Ocean Researcher 2
新海研 3 號
R/V New  Ocean Researcher 3
交船日 預計 2020 年 預計 2019 年 預計 2019 年
總噸位 2200 噸 800 噸 800 噸
全長 66 公尺 45 公尺 45 公尺
續航力 45 天 30 天以上
營運管理者 臺灣大學 臺灣海洋大學 中山大學
港籍 基隆港 基隆港 高雄港
設計建造地 臺灣 臺灣 臺灣

註解:

  1. 自由時報:日本延伸大陸棚 首獲聯合國承認

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你是國中生或家有國中生或正在教國中生?
科學生跟著課程進度每週更新科學文章並搭配測驗。來科學生陪你一起唸科學!

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臺灣的海洋研究由此啟航:回顧海研一、二、三號的貢獻
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不少人都對海上研究充滿美好的想像,「海上研究就像搭著公主郵輪到海上度假?」、「海上研究可以邊研究邊捕魚,三餐都吃得到現撈海產?」。其實並不然,海上研究非但一點也不舒適,反而充滿危險,是許多海洋研究者的夢魘。

海象不好時,浪一波接一波,躲也躲不掉,由此可知海洋研究之辛苦(圖片提供/龔國慶)

1980 年代,海研一號開啟了臺灣海洋研究的紀元,九成以上的國內海洋研究者都曾上船做研究,相關人員都對海研船又敬又怕!因為就算海象再怎麼不好,都得打起精神做實驗。

過去在臺大海洋研究所做實驗時,我總是腰間繫著塑膠袋,邊吐邊做實驗。

——臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所終身特聘教授龔國慶

海三(海研三號)又小又晃!這讓初次擔任領隊的我,暈到躺在船艙的床上,看著圓形的窗框,一下是天、一下是海。學生也常在海洋實習過後,告訴我再也不要上船,果真「男怕入錯行」。

——中山大學海洋科學系副教授張詠斌

而這樣的辛苦的經歷,也為臺灣帶來豐碩的研究成果。正值海研船即將汰舊換新之際,讓我們一同回顧臺灣海研船的歷史與重要的海洋研究篇章吧!

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開啟臺灣海洋研究的長老:海研一號

海研一號(以下簡稱:海一)是臺灣第一艘專為海洋探測與教學而興建的研究船,也是臺灣現行最老的研究船。1984 年委由挪威的造船廠建造,全長 50 公尺,總排水量 800 噸。目前以高雄港為母港,並由國立臺灣大學海洋研究所負責管理與維護。

臺大海研所教授詹森表示,他念臺大海研所碩士時,船才剛來,當時全所都很興奮,從此海洋研究不再是紙上談兵。即便現在海一船齡有 35 年,至今風華依舊,扣除歲修保養期,每年可跑 250 天。

海研一號已服務臺灣海洋研究逾 33 年,2019 年 6 月剛完成 1200 航次(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號跑遍了臺灣附近所有海域,包括:臺灣北部的東海、南部的南海與東部的西太平洋,最北至長江口,最遠則至帛琉海域。自 1985 年至 2015 年累積航跡總長達 168 萬公里,相當於繞地球 43 周。

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海研一號自1985年1月至2015年共30年的航行軌跡(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號參與無數國際合作計畫,尤以 2000 年與美國海軍研究處(ONR)合作的「亞洲海域國際聲學實驗」(ASIAEX)聞名於世。在此之後,臺美開始長期合作研究計畫。

臺大海研所教授詹森表示,這項實驗是美軍因應潛水作戰而發起的計畫,因為海水中的聲音傳播會受到波動、鹽度、壓力等影響,所以藉由這項計畫為各國水域展開相關研究,期能為潛艦作戰與防禦帶來幫助。

海研一號在這項計畫中,參與南海北部的聲學實驗(該區域亦為中共潛艦區)。然而,南海北部的海洋環境過於複雜,ASIAEX未能做出系統性的結果,但卻有意外的收穫:發現南海北部「東沙大陸棚外」有個全球最大的內波。這個內波可在 15 分鐘內落差達 150 公尺,足以淹掉北車前的新光大樓。內波不僅影響潛艦安全,還能翻攪海水,改變水溫與海水營養鹽成分,影響颱風生成、海底生物多樣性。(關於內波的實驗成果,延伸閱讀:海洋下的風暴:南海巨大內波生命

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海研一號投放氣象浮標(圖片提供/臺大海研所、攝影/連政佳)

2015 年起,海一協助臺大進行「海氣象浮標」觀測計畫,在西北太平洋颱風必經區放置兩個浮標,透過它們可即時觀測海上與海下的水溫、氣壓、鹽度等數據,並以衛星回傳資料。

「浮標計畫其實是不可能的任務」詹森說,海上天氣險惡,像他學海洋物理的人都不敢貿然施放浮標,但前任所長魏慶琳為了圓已故好友唐存勇教授的夢,積極籌設「海上颱風觀測網」,堅持試試看,在所內同仁的努力下,沒想到就成功了!

2016年臺大兩顆氣象浮標挺過強颱尼伯特,得到寶貴的觀測資料,其研究成果於今年登在頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)上(圖片提供/臺大海研所,新聞稿)。

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投放至今,兩個浮標被無數個颱風穿過去,像是強颱尼伯特,但它們仍堅守崗位,每十分鐘回傳一次資料,「颱風到來時,看這些數據就如同看球賽轉播般的精彩。」詹森教授表示,後來氣象局也參與此計畫,希望未來能將浮標數據放入氣象預報的數值模型中。(延伸閱讀:海上浮標護衛臺灣,讓準確預報颱風不是夢、台灣大學海洋研究所:海氣象及時傳輸浮標

曾衝到長江口的小船——海研二號

海一作為臺灣海研船的起點,接續其使命的小船便為海研二號(以下簡稱:海二)、海研三號(以下簡稱:海三)。這兩艘小船在 1993 年委由慶富製造,噸位都低於海研一號,主要負責較近海的研究。

海研二號以基隆港為母港,自 1993 年服務至今,由臺灣海洋大學管理營運(圖片/維基百科)。

海研二號在 1993 年來到海洋大學,當時的校長希望甫從臺大海洋研究所博士班畢業的龔國慶能以就學期間使用海一的研究經驗,協助海二的管理與營運。

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這一參與就快 27 年,今年海大校長張清風請他再去協助接收「新海研 2 號」,預備讓海二退休。「海研二號就像自己的孩子一樣!」龔國慶有感而發地說。

船晃到相機都拍不清楚了,學生依然可以穩住陣腳把藥劑加入實驗瓶中(圖片提供/龔國慶)。

由於噸位小,船上無減搖裝置、北部又面東北風的緣故,搭乘海二研究必備「拚搏」的精神,風一大,晃個 10-20 度以上是常有的事。

龔國慶主要從事海洋化學與生態的研究,而化學生態組在海研船上常是最忙、最累的一組。每一站都得透過採水瓶,將十幾罐不同深度的水取出,拿到實驗室再將不同水瓶分類、加藥、過濾和前處理,有時尚未處理完後,下一站取水點又到了,「忙到邊吐也要邊做」。

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他以 30 幾年海上研究經驗來傳授防暈心法,「不要怕吐,暈船還是要吃飯喝水喝可樂,絕對不要用吃藥睡覺來逃避,只要你面對它,展現意志力,就可以克服它。」

海研二號相繼參與兩個為期十多年的研究,包括「黑潮邊緣交換過程研究」(KEEP, 1989-2000)及「東海長期觀測與研究」(LORECS, 2000-2017)。

在 LORECS 研究計畫中,龔國慶教授曾領著海一、海二到長江口觀測興建三峽大壩對東海生態的影響。研究發現:大壩興建後,營養鹽減少,影響出海口的海洋生產力與生物多樣性。不過卻也意外發現,只要長江上游出現超大洪水,反而會為海上的藻類、浮游生物補充養分,增加漁業資源,不過也可能同時也帶來上游的污染。

海二與海一曾至長江口觀測,帶來豐碩的研究成果(圖片提供/龔國慶)。

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隨著臺海情勢的加溫,近年來臺灣研究船已很難再到長江口了,「海一、海二(有這樣的經歷)算是空前絕後了!」

龔國慶亦領著團隊觀測「極端氣候對海洋影響」,在三、四月東北季風強盛時,出海觀測沙塵暴對海洋食物鏈及二氧化碳吸收的情形,發現沙塵暴帶來的鐵離子可補充海洋所缺乏的微量元素,利於藻類和浮游生物生長,增加二氧化碳的吸收量。

圖右是沙塵暴為海洋帶來巨量的微量元素,特別是鐵,提升海洋基礎生產力,緩和超微浮游植物缺鐵與缺營養鹽的基因表現(圖片提供/龔國慶)。

除了春天觀測沙塵暴外,為了觀測颱風過境對海洋生態的影響,龔國慶的研究團隊整個暑假都在等待時機,一遇到東北部外海有颱風形成時,便趕在海上颱風警報未發布時出航,測颱風前海洋生態與吸收大氣二氧化碳的反應,然後在陸上颱風警報解除後,隨即在兇猛湧浪尚未平息的狀況下,再出航取得颱風後的資料,進行颱風前後觀測資料的比對。

海二遇風浪的搖晃情形,研究人員得有拚搏的精神(圖片提供/龔國慶)。

龔國慶表示,沙塵暴與颱風觀測都是發生在海象最惡劣的狀況,「但不做就不知道沙塵暴與颱風來臨時,海洋會發生什麼事情啊!」

海二克服颱風、東北季風為臺灣帶來寶貴的研究,今年九月龔國慶的研究團隊將帶同學們一起至黑潮洋流做塑膠微粒以及渦旋的觀測,一去又是九天,海二上無海水淡化器,為了省水,第五天後研究人員即使流汗,也得忍著不能洗澡,屆時又是辛苦但收穫滿載之旅。

海上儀器檢測站:海研三號

海三與海二是姊妹船,在同一年由同一造船廠製造,都負責近海研究。

海研三號以高雄港為母港,自1993年服務至今,由中山大學管理營運(圖片提供/張詠斌)。

張詠斌對海三的第一印象不算太好,從臺灣海洋大學畢業後,回到中山大學就當海三領隊,帶七天的航次。

「其實我很會暈船,頭一次上海三前兩暈到攤在床上,很不舒服,只能默想:明天會更好來撐過去。」張詠斌表示,好不容易適應海上狀況後,回到岸上又「暈路」,走路不自覺晃動,旁人看起來會覺得好笑。

海洋三號對中山海洋科學院來說相當重要。張詠斌表示,中山大學負責南海的研究,亦在東沙群島成立「東沙國際海洋研究站」,往來東沙研究工作大都由海三來協助的。此外,臺灣西南海域(墾丁外海附近)蘊藏天然能源「甲烷水合物」(可燃冰),海三有協助探勘的任務。

2018年臺法的研究團隊搭乘瑪麗杜凡號,鑽探臺灣西南海域的岩心,挖到10公分的可燃冰(圖片提供/蘇志杰)。

張詠斌表示,海三因為船小的關係,甲板空間有限,無法探鑽長達十幾公尺的地質岩芯,所以通常利用海三做前期觀測,確認地殼的成分,以及有無石油或天然氣,因為地質岩芯一鑽下去,遇到天然氣可能引爆危及船隻安全。

去(2018)年臺灣和法國的研究團隊聯合探勘西南海域,法國海洋研究船「瑪麗杜凡號」(Marion Durfresne)執行 25 公尺的岩芯採樣,首度鑽獲可燃冰。張詠斌表示,海三雖然挖不到可燃冰,但至少將把打岩芯前的功課做足了。

海三另一項重要任務,便是協助中山海下科技研究所做儀器測試。海下科技所是臺灣唯一專職開發水下載具的研究所,張詠斌表示,過往他們利用海三開發多項先進水下載具,能夠承受 3、4000 公尺的深海水壓,即時傳回海床的影像資料。

中山大學開發載具包括深海拖曳式攝影系統(ATIS)、深海拖曳式光纖探測系統(FITS)、深海視訊多管岩心採樣器(V-Corer),及視訊導引抓斗(TVG)。張詠斌表示,以往採集沈積物都是瞎子摸象,挖起來才知道有沒有挖到,現在靠著水下攝影載具,可以看到再取,大幅提升研究效率與品質。

海三協助開發的「深海拖曳式即時攝影系統ATIS」拍攝到海床泥火山噴發甲烷氣體的畫面

合體任務:意外的空難搜救

三艘海研船各自有重要的使命和任務,合體的機會少之又少,非常難得。其中一次是 2002 年澎湖空難。

當時華航客機墜海,由於海研船配備科學儀器與專業人員,三艘船遂加入搜救行動;主要利用聲納系統來搜尋機身殘骸,找出殘骸座標,以提供飛安會進行打撈。

2002 年海研船協助搜尋機身殘骸的資料新聞以及水下遙控無人載具夾起的華航機身殘骸。(圖片提供/張詠斌)

30 年來,海研一號、二號、三號陪伴許多國內學者歷經身份的轉變,自學生、講師至教授,逐步在海洋研究的領域中大展身手。三艘海研船隨著時間老舊,每年歲修、保養期逐年拉長,為了航行安全與研究計畫持續,勢必得汰舊換新。今年底和明年初,新的海研船將陸續交船,回顧感謝三艘老船的同時,也期待新海研船能帶來更豐碩的研究成果。


海研三姐妹的小檔案(資料整理/簡鈺璇)

海研一號
R/V Ocean Researcher 1
海研二號
R/V Ocean Researcher 2
海研三號
R/V Ocean Researcher 3
下水日 1984 年 1993 年 1993 年
總噸位 800 噸 295 噸 295 噸
全長 50 公尺 38.9 公尺 38.9 公尺
續航力 45 天 7 天,7 天以上可能需要限水、限電
營運管理者 臺灣大學 臺灣海洋大學 中山大學
港籍 高雄港 基隆港 高雄港
設計建造地 挪威 臺灣 臺灣
Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。