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崩塌作用會如何影響氣候?在太魯閣舉行的龐大實驗

Lea Tang
・2019/12/18 ・2147字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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崩塌,對在台灣生長的我們來說並不陌生。為了更加了解崩塌作用對人類甚至於大氣的影響,一場在太魯閣國家公園的實驗即將展開——

最理想的實驗室

崩塌(landslide),指的是在重力影響下,塊體沿著坡度產生大範圍移動的一種地質現象。通常只要符合三項基本要素:地勢陡峭地震,崩塌就會被觸發。台灣位於西太平洋火山地震帶,除了地震多、颱風(短時間內強降水事件)也多,這類頻繁的極端事件使得台灣成為世界上最容易發生崩塌現象的國家之一。

地震讓土塊因震動變得鬆散,大雨則減少土壤顆粒中的摩擦力。圖/pixabay

太魯閣國家公園(Taroko National Park)就是一個最典型的例子。其陡峭的大理石峽谷,成了科學家眼中最理想的實驗室。

崩塌會釋放二氧化碳?

過去三年中,德國地貌學家霍維斯(Niels Hovius)與同事們在太魯閣國家公園到處安裝儀器,意圖打造台灣最全面的景觀動態觀測站。這個實驗有兩大目標:監視崩塌並了解其觸發因素,以及探討另一個肉眼看不見的影響——

崩塌作用會消耗大氣中的二氧化碳?還是釋放更多二氧化碳到大氣中?

大多數儀器將作為崩塌檢測器,地震儀紀錄館時造成的震動;相機用來記錄新鮮的崩塌沉積物及裂痕。圖/sciencemag.org

當崩塌發生,其催生的化學風化可能會釋放二氧化碳,或消耗掉大氣中的二氧化碳。藉由分析崩塌現象是一種碳匯(carbon sink)、亦或是碳源(carbon source),能幫助研究人員將碳循環(carbon cycle)——這個掌控地球氣候及宜居性的關鍵因素——模擬得更加完善。

在說明原理前,我們需要稍微了解碳源碳匯碳循環這幾個專有名詞所代表的意思。

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什麼是碳源?碳匯?碳循環?

碳循環示意圖:以植被(vegetation)為例,藍色小箭頭和數字代表碳藉由植物的光合作用被儲存到植物體(121.3)、再由呼吸作用(60)、腐敗分解返回大氣(1.6)。圖/wikimedia

碳源(carbon source)指的是碳的排放源,包含燃燒石化燃料、森林火災和呼吸作用等,把原本被儲存起來的二氧化碳釋放到大氣中。碳匯(carbon sink),又稱吸納源、吸儲庫,是碳的儲存庫。例如海洋、土壤及植物的光合作用,能從大氣中吸收並儲存二氧化碳。

通常兩者間會形成動態平衡。這種碳元素在地球上大氣、生物圈、岩石圈、土壤圈及水圈彼此交換流動的循環方式,就稱之為碳循環。

崩塌對大氣的無形影響

雖然自工業革命後,人為產生的二氧化碳已經成為碳循環中的主導力量,但化學風化——以本文來說是水與被侵蝕裸露岩石間的交互作用——是自然界中另一個強大的參與者。

而崩塌作用,是催化劑。

崩塌可以產生更多岩石的裸露面,增加表面積來參與風化作用。圖/wikipedia

它可以讓岩石產生更多新裸露面,增加參與化學風化的接觸面;或是留下刻痕,方便雨水向下侵蝕。

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要判斷受崩塌所驅動的化學風化作用是釋放還是吸收二氧化碳,取決於岩石的組成成份和酸。大氣中的二氧化碳溶於雨水生成碳酸,這種弱酸能與矽酸鹽組成的岩石(如砂岩、花崗岩等)反應產生碳酸氫根離子。碳酸氫根離子經由雨水沖刷入海後,被生物利用形成碳酸鈣殼體。當生物死去,遺骸最終可在海床上堆積長達數百萬年。

這便是碳匯(carbon sink)。

若碳酸雨水落在石灰石或其他碳酸鹽岩石地區,只要附近有黃鐵礦之類的硫化礦物,就會有相反的結果。硫化物先是和氧氣反應生成硫酸,溶解碳酸鹽岩石後釋放二氧化碳,

變成碳源(carbon source)。

不同環境,不同的化學風化

根據前文,不同環境下會有化學風化上的差異,那麼已知 1/4 是碳酸鹽岩的太魯閣國家公園究竟是吸收還是釋放碳啊?

要判斷是由哪種風化作用主導,就得靠分析河水和崩塌滲液中的離子。

美國學者羅伯特‧艾默生(Robert Emberson)主張,太魯閣是二氧化碳的碳源(carbon source),因為碳酸鹽岩和硫化礦物的反應比矽酸鹽和碳酸的反應快了數千倍。中研院同位素地球化學家黃國芳卻認為:過去幾世紀的時光,已經幾乎讓硫化礦物與碳酸鹽消耗殆盡,未來可能反而是矽酸鹽的風化佔上風。

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欲知後事如何,請待下回分解

倒塌的樹幹也有極重要的地位。圖/pxfuel

另外在崩塌作用下被移動的樹幹、植被等,也開始它們由河流邁向海洋的旅程。由於植物本身就儲存了碳,若這些有機物質在腐爛前被快速掩埋,可以防止分解時再度把二氧化碳釋回大氣。

對此,科學家們決定在太魯閣和其它有相似岩石組成的地方測量崩塌的淨風化作用,了解風化作用隨著時間推移會有什麼改變;他們也監控被沖到下游的樹幹來紀錄它們的狀態。

落落長說了一大段,結論其實很短。

Q. 太魯閣的崩塌作用到底是排碳多?還是吸碳多?

A. 一切還有待確定。

因為除了岩石的組成外,時間、附近的有機物質等都是影響最終判斷該地區是吸碳還是釋碳的關鍵因素。所以欲知後事如何,還請客倌們耐住性子、靜心等候了。

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參考資料:

  1. A massive experiment in Taiwan aims to reveal landslides’ surprising effect on the climate
文章難易度
Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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改良天然氣發電技術不會產生二氧化碳?灰氫、藍氫、綠氫分別是什麼?
PanSci_96
・2024/02/11 ・5656字 ・閱讀時間約 11 分鐘

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用天然氣發電可以完全沒有二氧化碳排放?這怎麼可能?

2023 年 11 月,台電和中研院共同發表去碳燃氫技術,說是經過處理的天然氣,燃燒後可以不產生二氧化碳。

誒,減碳方式百百種,就是這個聽起來最怪。但仔細研究後,好像還真有這麼一回事。這種能發電,又不產二氧化碳的巫術到底是什麼?大量使用天然氣後,又有哪些隱憂是我們可能沒注意到的?

去碳燃氫是什麼?

去碳燃氫,指的是改良現有的天然氣發電方式,將甲烷天然氣的碳去除,只留下乾淨的氫氣作為燃燒燃料。在介紹去碳燃氫之前,我們想先針對我們的主角天然氣問一個問題。

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最近不論台灣、美國或是許多國家,都提升了天然氣發電的比例,但天然氣發電真的有比較好嗎?

好像還真的有。

根據聯合國底下的政府間氣候變化專門委員會 IPCC 的計算報告,若使用火力發電主要使用的煙煤與亞煙煤作為燃料,並以燃燒率百分之百來計算,燃料每釋放一兆焦耳的能量,就會分別產生 94600 公斤和 96100 公斤的二氧化碳排放。

如果將燃料換成天然氣,則大約會產生 56100 公斤的二氧化碳,大約只有燃燒煤炭的六成。這是因為天然氣在化學反應中,不只有碳元素會提供能量,氫元素也會氧化成水並放出能量。

圖/pexels

除了碳排較低以外,煤炭這類固體燃料往往含有更多雜質,燃燒時又容易產生更多的懸浮顆粒例如 PM 2.5 ,或是溫室效應的另一主力氧化亞氮(N2O)。具體來說,產生同等能量下,燃燒煤炭產生的氧化亞氮是天然氣的 150 倍。

當然,也別高興這麼早,天然氣本身也是個比二氧化碳更可怕的溫室氣體,一但洩漏問題也不小。關於這點,我們放到本集最後面再來討論。

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燃燒天然氣還是會產生二氧化碳?

雖然比較少,但也有燃煤的六成。像是綠能一樣的零碳排發電方式,不才是我們的終極目標嗎?別擔心,為了讓產生的二氧化碳量減到最小,我們可以來改造一下甲烷。

圖/unsplash

在攝氏 700 至 1100 度的高溫下,甲烷就會和水蒸氣反應,變成一氧化碳和氫氣,稱為蒸汽甲烷重組技術。目前全球的氫氣有 9 成以上,都是用此方式製造的,也就是所謂的「灰氫」。

而產物中的一氧化碳,還可以在銅或鐵的催化下,與水蒸氣進一步進行水煤氣反應,變成二氧化碳與氫氣。最後的產物很純,只有氫氣與二氧化碳,因此此時單獨將二氧化碳分離、封存的效率也會提升不少,也就是我們在介紹碳捕捉時介紹的「燃燒前捕捉」技術。

去碳燃氫又是什麼?

圖/pexels

即便我們能將甲烷蒸氣重組,但只要原料中含有碳,那最終還是會產生二氧化碳。那麼,我們把碳去掉不就好了?去碳燃氫,就是要在第一步把甲烷分解為碳和氫氣。這樣氫氣在發電時只會產生水蒸氣,而留下來的碳黑,也就是固態的碳,可以做為其他工業原料使用,提升附加價值。

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在氫氣產業鏈中,我們習慣將氫氣的來源做顏色分類。例如前面提到蒸氣重組後得到的氫氣被稱為灰氫,而搭配碳捕捉技術的氫,則稱為藍氫。完全使用綠能得到的氫,例如搭配太陽能或風力發電,將水電解後得到最潔淨的氫,則稱為綠氫。而介於這兩者之間,利用去碳燃氫技術分解不是水而是甲烷所得到的氫,則稱為藍綠氫。

但先不管它叫什麼氫,重點是如果真的不會產生二氧化碳,那我們就確實多了一種潔淨能源可以選擇。這個將甲烷一分為二的技術,聽起來應該也不會太難吧?畢竟連五◯悟都可以一分為二了,甲烷應該也行吧。

甲烷如何去碳?

甲烷要怎麼變成乾淨的氫氣呢?

很簡單,加溫就好了。

圖/giphy

只要加溫到高過攝氏 700 度,甲烷就會開始「熱裂解」,鍵結開始被打斷,變成碳與氫氣。

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等等等等…為了發電還要耗費能源搞高溫熱裂解,划算嗎?

甲烷裂解確實是一個吸熱反應,也就是需要耗費能量來拆散原本的鍵結。根據反應式,一莫耳甲烷要吸收 74 千焦耳的熱量,才會裂解為一莫耳的碳和兩莫耳的氫氣。但是兩莫耳的氫氣燃燒後,會產生 482 千焦耳的熱量。淨能量產出是 408 焦耳。與此相對,直接燃燒甲烷產生的熱量是 891 千焦耳。

而根據現實環境與設備的情況,中研院與台電推估一公噸的天然氣直接燃燒發電,與先去碳再燃氫的方式相比,發電量分別為 7700 度和 4272 度。雖然因為不燃燒碳,發電量下降了,但也省下了燃燒後捕存的成本。

要怎麼幫甲烷去碳呢?

在近二十幾年內,科學家嘗試使用各種材料作為催化劑,來提升反應效率。最常見的方式,是將特定比例的合金,例如鎳鉍合金,加熱為熔融態。並讓甲烷通過液態的合金,與這些高溫的催化劑產生反應。實驗證實,鎳鉍合金可以在攝氏 1065 度的高溫下,轉化 95% 的甲烷。

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中研院在 2021 年 3 月,啟動了「 Alpha 去碳計畫」,進行去碳燃氫的設備開發。但團隊發現,盡管在理論上行得通,但實際上裝置就像是個不受控的火山一樣,熔融金屬與蒸氣挾帶著碳粒形成黏稠流體,不斷從表面冒出,需要不斷暫停實驗來將岩漿撈出去。因此,即便理論上可行,但熔融合金的催化方式,還無法提供給發電機組使用。

去碳燃氫還能有突破嗎?

有趣的是,找了好一大圈,驀然回首,那人卻在燈火闌珊處。

最後大家把目光放到了就在你旁邊,你卻不知道它正在等你的那個催化劑,碳。其實過去就有研究表明碳是一種可行的催化劑。但直到 201 3年,才有韓國團隊,嘗試把碳真的拿來做為去碳燃氫的反應催化劑。

圖/pexels

他們在高溫管柱中,裝填了直徑 30 nm 的碳粒。結果發現,在 1,443 K 的高溫下,能達到幾乎 100 % 的甲烷轉化。而且碳本身就是反應的產物之一,因此整個裝置除了碳鋼容器以外,只有碳與氫參與反應,不僅成本低廉,要回收碳黑也變得容易許多。

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目前這個裝置需要加緊改良的,就是當碳不斷的積蓄,碳粒顆粒變大,反應會跟著下降。如何有效清除或更換濾網與反應材料,會是能否將此設備放大至工業化規模的關鍵。

最後,我們回頭來談談,在去碳燃氫技術逐漸成熟之後,我們可能需要面對的根本問題。

天然氣是救世主,還是雙面刃?

去碳燃氫後的第一階段,還是會以天然氣為主,只混和 10 % 以下的氫氣作為發電燃料。

這是因為甲烷的燃燒速度是每秒 0.38 公尺,氫氣則為每秒 2.9 公尺,有著更劇烈的燃燒反應。因此,目前仍未有高比例氫氣的發電機組,氫氣的最高比例,通常就是 30 % 。

目前除了已成功串連,使用 10 % 氫氣的小型發電機組以外。台電預計明年完成在興達電廠,使用 5 % 氫氣的示範計畫,並逐步提升混和氫氣的比例。根據估計,光是 5 % 的氫氣,就能減少每年 7000 噸的二氧化碳排放。

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但隨著天然氣的使用量逐步提高,我們也應該同時留意另一個問題。

天然氣洩漏導致的溫室效應,是不可忽視的!

根據 IPCC 2021 年的報告,若以 20 年為評估,甲烷產生的溫室效應效果是二氧化碳的 82.5 倍,以 100 年為評估,效果為 29.8 倍,是僅次於二氧化碳,對於溫室效應的貢獻者第二名。這,不可不慎啊。

圖/unsplash

從石油、天然氣井的大量甲烷洩漏,加上運輸時的洩漏,如果沒有嚴格控管,我們所做的努力,很有可能就白費了。

非營利組織「環境保衛基金」曾在 2018 年發表一篇研究,發現從 2012 到 2018 年,全球的甲烷排放量增加了 60 % ,從煤炭轉天然氣帶來的好處,可能因為甲烷洩漏而下修。當然,我們必須相信,當這處漏洞被補上,它還是能作為一個可期待的發電方式。

圖/giphy

另一篇發表在《 Nature Climate Change 》的分析研究就說明,以長期來看,由煤炭轉為天然氣,確實能有效減緩溫室氣體排放。但研究也特別提醒,天然氣應作為綠能發展健全前的過渡能源,千萬別因此放慢對於其他潔淨能源的研究腳步。

去碳燃氫技術看起來如此複雜,為什麼不直接發展綠氫就好了?

確實,綠氫很香。但是,綠氫的來源是電解水,而反應裝置也不可能直接使用雜質混雜的海水,因此若要大規模發展氫能,通常需要搭配水庫或海水淡化等供水設施。另外,綠氫本來就是屬於一種儲能的形式,在台灣自己的綠能還沒有多到有剩之前,當然直接送入電網,還輪不到拿來產綠氫。

圖/unsplash

相比於綠氫,去碳燃氫針對的是降低傳統火力發電的碳排,並且只需要在現有的發電廠旁架設熱裂解設備,就可以完成改造。可以想像成是在綠能、新世代核能發展成熟前的應急策略。

當然,除了今天提到的灰氫、藍氫、綠氫。我們還有用核能產生的粉紅氫、從地底開採出來的白氫等等,都還沒介紹呢!

除了可以回去複習我們這一集的氫能大盤點之外,也可以觀看這個介紹白氫的影片,一個連比爾蓋茲都在今年宣布加碼投資的新能源。它,會是下一個能源救世主嗎?

最後,也想問問大家,你認為未來 10 年內,哪種氫能會是最有潛力的發展方向呢?

  1. 當然是綠:要押當然還是壓最乾淨的綠氫啦,自產之前先進口也行啊。
  2. 肯定投藍:搭配碳捕捉的藍氫應該會是最快成熟的氫能吧。
  3. 絕對選白:連比爾蓋茲也投資的白氫感覺很不一樣。快介紹啊!

什麼?你覺得這幾個選項的顏色好像很熟悉?別太敏感了,下好離手啊!

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參考資料

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PanSci_96
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紅紅的葉子要怎麼行光合作用?紅葉和黃葉裡也有葉綠素嗎?——《樹葉物語》
時報出版_96
・2023/10/29 ・2029字 ・閱讀時間約 4 分鐘

顏色會依照我們觀看的對象吸收和反射的光而有所不同。樹葉因為會吸收所有藍色和紅色系光譜,只反射綠色,因此看起來是綠色的,而讓樹葉顯現綠色的東西,便是負責養育生命的葉綠素。

需要光合作用時也只會紅通通的日本紅楓

當然,也有葉子不是綠色的。樹木一生中雖然會變換顏色,但也有一開始長葉就不是綠色的。關於這類樹木,首先想到的便是日本紅楓(Acer palmatum ‘Shojo-Nomura’)。

日本紅楓連剛冒出葉子時也不泛綠色,和它的名字一模一樣,打一開始就很紅。那麼,日本紅楓紅色的葉子裡沒有葉綠素嗎?如果缺少葉綠素,樹木無法行光合作用;若不行光合作用,將無法製造生存所需的養分,那究竟該如何生存呢?

所有樹葉裡都有葉綠素,但是除了葉綠素,還有類胡蘿蔔素、花青素和單寧等各種成分,我們需要從這裡找出頭緒。類胡蘿蔔素、花青素和單寧等成分分別呈現黃色、紅色和褐色,葉子雖然從一開始就具備多種顏色的成分,但在更需要光合作用的時候,葉綠素會上來表面;待過了秋季,逐漸接近無法行光合作用的冬季,其他顏色的成分才會開始活躍,秋楓便是如此。然而,日本紅楓即使在需要光合作用的時期,葉子也只會紅通通的,非常奇妙。

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淺綠色顯露出來的瞬間

圖/wikimedia

日本紅楓是人們培育出來的品種,以做為造景用的觀賞樹木。換言之,日本紅楓並不是在自然狀態下生長的樹木,而是人們為了更長時間觀賞楓樹的紅色葉子所培育的品種,讓它一年四季都能呈現紅色。雖說紅色葉子裡頭同時含有泛綠色的葉綠素,但不管再怎麼看,都看不到綠色。

我再次重申,觀察樹木需要長時間、仔細地觀察。日本紅楓葉子上的紅色氣息轉淡的現象一年大概會發生兩次,分別是開花與果實逐漸成熟時,也就是樹木最需要養分的時刻。這時的日本紅楓葉子會發生非常細微的變化,乍看之下無法得知其差異:仍然泛著紅色,仔細觀察卻能在葉子某些部分感覺到綠色的氣息。

雖然葉子顯現紅色,但葉綠素若不進行光合作用,樹木就無法存活,在開花和結果等需要大量養分的關頭更是如此,這種時候只要仔細確認日本紅楓的葉子,將能感覺到葉綠素行光合作用活動的跡象。葉子上面延展的葉脈或葉柄端的紅色會轉淡,非常顯眼。果實結果和逐漸成熟時也一樣,可以在變淡的紅色之間突然看見綠色。即便葉子是紅色的,葉綠素還是會在它非常迫切需要養分時活躍起來,無怪乎顯現了綠色。

黃金松的樹葉只有黃色嗎?

日本紅楓是人工選育的品種,但自然狀態下也有樹木不是發綠色的芽,好比名為黃金松(Pinus densiflora ‘Aurea’)的樹木。雖然松樹的葉子一年四季都是綠色,黃金松的葉子卻呈金黃色。黃金松是松樹的品種之一,是相當稀有的樹木,它只有下方呈綠色,整體看來葉子是金黃色的。據說從以前開始,只要天氣乾旱,黃金松的金黃色葉子就會變成褐色,梅雨季則變成綠色,對於觀察氣候十分必要,不過這種說法並無科學根據。儘管如此,據說以前農夫們乾脆叫黃金松「天氣木」。

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非常稀有的黃金松是在自然狀態下也會發金黃色、而不是綠色的芽。

韓國曾經發現幾棵自然狀態下的黃金松,特別是慶尚北道蔚珍郡周仁里的黃金松就被指定為地方紀念物,是一株受到保護的珍貴樹木。這棵黃金松曾是預測氣候的標準,村裡亦相傳若發生戰爭,它的葉子會泛紅。

蔚珍郡周仁里的黃金松和旁邊其他樹木的葉子顏色不同,一眼就能清楚看出來。這棵佇立在斜坡上的樹木已有五十歲左右,由於被指定為文化財,四周圍上了柵欄、被確實地保護著。雖然遠處就見得到它神祕的模樣,但務必近距離觀察。必須仔細觀察葉子,才能得知樹木的祕密,知道樹木如何用金黃色的葉子製造養分、使自己生長。

即便植物圖鑑裡記載「除了葉子的基部,其他都是黃色」,實際上再怎麼觀察,仍然很難說是黃色,非要講的話,比較接近綠色和黃色混合在一起的淡綠色。當然,顏色以針葉來說算特別,但不能說是黃色或金黃色。與其說黃金松的葉子是金黃色的,不如說是以綠色為底,黃色顯現得稍微強一點。

無法丟掉綠色的原因

我們談日本紅楓和黃金松,但擁有紅葉或黃葉的樹木不只這些,尤其是觀賞用的培育品種中,還有不少葉子的顏色相當五彩繽紛。然而,不管是哪種樹木,都無法完全丟掉綠色,因為綠色是葉綠素的顏色,而葉綠素是樹木的生命之窗。

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——本文摘自《樹葉物語》,2023 年 5 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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