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《Nature》盤點:2019 年度照片大賞

Curious曉白_96
・2020/01/02 ・3514字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 548 ・八年級

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事件視界望遠鏡合作組織 (The Event Horizon Telescope collaboration) 於四月首次公開黑洞的事件視界影像。圖片來源:Nature@ETH Collaboration

2019 這一年,除了人類首次捕捉到黑洞影像外,也捕捉到了微觀世界中生物的新奇影像,以及氣候變遷的不祥跡象。《Nature》雜誌精選了十張令人印象深刻、值得反思的科學界及自然界照片,讓我們來一探這些照片背後述說的故事吧!

一、用科技模仿人體奧秘

圖片來源: Nature@Benoit Charlot/CNRS/IES Univ. Montpellier/Labex NUMEV

法國研究人員在矽晶圓上雕刻了一個微流控室的迷宮,以模仿循環網絡中的血液流動。 法國蒙彼利埃大學的生物物理學家 Benoît Charlot 使用掃描電子顯微鏡拍攝了此圖像。

二、細胞世界的相似相異

圖片來源:Nature@Carly Ziegler, Alex Shalek, Shaina Carroll (MIT) and Leslie Kean, Victor Tkachev and Lucrezia Colonna (Dana-Farber Cancer Institute)/Wellcome Photography Prize 2019

圖片圓圈中的每個小點代表恆河猴的一個細胞,而此處有 100,000 個細胞。具有相似性狀的細胞聚集在一起,每種顏色代表不同的組織,如胸腺和淋巴結(藍色)、骨髓(紅色)。

三、世界上最小號的「喇叭」

圖片來源:Nature@Dr. Igor Siwanowicz

喇叭蟲 (Stentors) 為單細胞淡水原生動物。 這張照片是霍華德·休斯醫學研究所 (Howard Hughes Medical Institute) 的研究員 Igor Siwanowicz 的作品,她將影像放大了 40 倍,並藉此獲得 2019 年 Nikon 小型世界顯微攝影大賽二等獎。

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四、地球正如履薄冰

圖片來源:Nature@Florian Ledoux

攝影師 Florian Ledoux 使用無人機拍攝了東格陵蘭島海冰的空拍圖。冬季積雪少、春季熱浪來襲和陽光充沛的夏季,都導致格陵蘭島冰原正在大量融化。

五、相會在太空

圖片來源:Nature@Christina Koch/NASA

宇航員 Christina Koch 拍攝了聯盟號飛行器 (Soyuz spacecraft) 的畫面。當時飛行器載著她的 NASA 同事 Jessica Meir 接近國際太空站 ( International Space Station, ISS)。10 月 18 日,兩人進行了史上第一次只有女性的太空行走,以修復國際太空站上故障的電池。

六、龜殼內的身體探索

圖片來源:Nature@Teresa Zgoda & Teresa Kugler

這隻烏龜胚胎的螢光影像是 2019 年的 Nikon 小型世界顯微攝影大賽的獲勝者。顯微鏡專家 Teresa Zgoda 和 Teresa Kugler 攜手疊合了數百個約 2.5 厘米長的胚胎立體顯微鏡圖像,造就了這張唯美又令人驚嘆的烏龜胚胎照。

七、「振」出新視野

圖片來源:Nature@NASA

這幅合成的彩色圖像顯示了超音速美國 T-38 Talon 飛機發出的衝擊波。這是美國 NASA 的工作人員使用實驗技術從飛機上方所捕獲的視野,它展現了飛機行經造成的氣壓快速變化,會使人們聽到音爆。這些數據可幫助航空工程師設計更安靜的超音速飛機。

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八、守護象群的女勇者

圖片來源:Nature@Brent Stirton/Getty

Petronella Chigumbura 是全女性反偷獵組織 Akashinga(可被譯做「勇者」)的成員。 她們在常發生盜獵大象事件的贊比西河谷 (Zambezi Valley) 的蓬蓬杜野生動物保護區 (Zimbabwe’s Phundundu Wildlife Area) 巡邏。

九、何以為家?

圖片來源:Nature@Morgan Bennett-Smith

一隻小丑魚在紅海中探索白化的海葵。像珊瑚一樣,海葵與藻類會形成共生關係,當海洋溫度過高時,這樣的關係會被破壞,導致海葵將藻類排出而失去原有的顏色。

十、一滴油脂識酒種

圖片來源:Nature@Stuart J. Williams

圖中這種網狀紋路來自於研究人員蒸發掉 1 微升 (μl,10-6 l) 波本威士忌後,其中的油脂所形成的紋路。 脂肪會溶解在高酒精濃度的烈酒中,但是加水稀釋後會使酒變渾濁。不同的威士忌酒種由於製程不同,會留下獨特的脂肪紋路。

加碼《Nature》編輯群私心推薦照片

在整理今年令人驚嘆的科學照片集同時,《Nature》雜誌的編輯們也各自私心推薦令他們印象深刻的畫面。以下是他們對這些照片的心得。

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沉睡的海豹

圖片來源:Nature@Ralf Schneider

Jessica Hallett (《Nature》媒體助理編輯): 「在倫敦自然歷史博物館舉辦本年度的野生動物攝影師競賽中,我最喜歡的照片是『像威德爾一樣睡著』( ‘Sleeping like a Weddell’)。 在今年觀看了成千上萬幅令人心碎的氣候變化、破壞和心靈重創的圖像之後,這張捕獲了和平與純真的威德爾海豹 (Leptonychotes weddellii) 照片是一口清新的空氣。它重新激發我對自然世界的熱情。」

懸崖採蜜人

圖片來源:Nature@Kevin Frayer/Getty

Lizzy Brown(《Nature》媒體執行編輯): 「採集野生蜂蜜的人垂吊繩索在懸崖搖晃,周圍環繞著蜜蜂和煙霧,吸引了我的目光。 這些採蜜人是居住在中國南部的傈僳族人,冒著生命危險收集蜂蜜。儘管他們謹慎地避免一次收穫過多的蜂蜜,然而殺蟲劑濫用和全球暖化導致的蜂群數量下降,仍舊威脅了這個傳統。」

受傷的猩猩寶寶

圖片來源:Nature@Sumatran Orangutan Conservation via ZUMA

Nisha Gaind(《Nature》歐洲分部總編):「這是手臂骨折的小蘇門答臘猩猩 (Pongo abelii) Brenda 的 X 光顯像。保育工作者從印度尼西亞島的村莊中救出了她,據說被非法飼養為寵物。作為編輯,我們看過許多保育相關的照片,但是這幅圖片出於許多原因令我十分震驚:不僅是 Brenda 的骨骼形狀非常『人性化』,她的無辜與保育中心的盡心盡力,趨使外科醫生(而非獸醫)為她進行了手術。蘇門答臘猩猩高度瀕臨滅絕,並因棕櫚油種植的擴張而受到威脅。」

著火的樹

圖片來源:Nature@Philip Pacheco/AFP/Getty

Tom Houghton(《Nature》媒體編輯):「 這張長時間曝光的照片描繪了十月份遍及加州的野火,一棵正被野火肆虐的樹幹殘骸。破壞中蘊含抽象的美麗,讓我想起了 2010 年冰島伊亞菲亞德拉山火山爆發時的畫面。」

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鯨魚監獄

圖片來源:Nature@ITAR-TASS News Agency/Alamy

Amelia Hennighausen(《Nature》美國媒體編輯):「當野生動物被囚禁時,結局往往會很殘酷。這些白鯨 (Delphinapterus leucas) 和虎鯨於在 2018 年俄羅斯的無人機攝影中被發現。預計將被販售給中國的娛樂水族館,並且很可能縮短牠們的壽命。這些畫面促使國際社會呼籲釋放這些動物,並引起了俄羅斯政府最高層的關注。 2019 年 11 月,最後一批動物從『鯨魚監獄』獲釋,經過專家檢查後釋放回海中。多年來,我一直在查看動物走私、棲息地遭到破壞和物種滅絕的圖像,但是這個故事重啟我的希望,改變是會發生的。」

水滴裡的青蛙

圖片來源:Nature@Navesh Chitrakar/Reuters

Agnese Abrusci(《Nature》媒體編輯):「尼泊爾荷葉上一隻青蛙的影像是『蓮花效應』的絕佳例子。 蓮花效應指的是由於蓮花表面的奈米結構使其具有抗水、自我清潔的特性;小顆粒(在這種情況下為整隻青蛙 XD)會被水滴捕獲。在 1970 年代科學家就首次描述了蓮花效應,此後已有許多應用。 對我而言,這張圖再次闡述,模仿自然是人類進步最好的策略之一。」

本文編譯自:The best science images of the year: 2019 in pictures Nature 576, 354-359 (2019)

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747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

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

延伸閱讀

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左看右看 貓頭鷹、寶石竟是斑馬魚
顯微觀點_96
・2024/03/28 ・1867字 ・閱讀時間約 3 分鐘

本文轉載自顯微觀點

乍看以為是寶石結晶的斑馬魚肌纖維、如竹林屏風般的斑馬魚尾鰭,到似貓頭鷹的斑馬魚鏡像圖以及充滿生命力大樹般的斑馬魚神經樹突,每一幅影像都以斑馬魚為題,卻拍出不同的趣味。

本次 Taiwan 顯微攝影競賽八名優選獎中,就有四位得獎者是中研院細胞與個體生物學研究所陳振輝老師的學生。這些拍出技術與美感兼具作品的研究者,分別為 Uday Kumar、Marco De Leon、陳樂融和劉昱秀。

其中, 來自印度的 Uday Kumar 參加第一屆顯微攝影競賽至今,年年獲獎,更榮獲首屆金獎。而他的同儕,來自菲律賓的 Marco De Leon 也因受到他的啟發參賽,於今年獲得優選。

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陳振輝老師實驗室主要以斑馬魚為樣本進行再生研究。他的學生們各自探索斑馬魚的不同組織或器官;有人專精於研究心臟、有人專門研究神經,有人則專門研究肌肉纖維。

Gems And Maturity Marco Pomida De Leon
Gems And Maturity Marco Pomida De Leon
生命之樹 劉昱秀

Uday Kumar 表示,由於每個人研究的方向不同,因此必須從基因工程到成長過程,各自「顧好」自己的斑馬魚。

這些攸關研究進度與實驗設計的斑馬魚,養殖在細生所地下室的魚房。數十個排列整齊畫一的魚缸,裡頭有著各式大小、不同生長階段和品系的斑馬魚。

為了能夠取卵進行基因轉殖,從養殖器皿到時間都必須加以控制。Uday Kumar 表示,除了一般魚缸外,養殖斑馬魚會再裝置一個多孔的產卵盒。晚上將公魚和母魚用隔板隔開,並保持環境黑暗,避免交配產卵。

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等到隔天上午將隔板拿掉,讓公魚、母魚相會,並利用光周期誘發產卵、受精後,必須將特製的產卵盒斜置,好讓受精卵下沉到魚缸底部。如此一來,也可避免斑馬魚將受精卵吃掉。

陳振輝老師實驗室專注於「多顏色細胞標誌技術」(Brainbow/Skinbow)。利用基因重組的方式,將紅、藍、綠三種不同色的螢光蛋白在個別細胞裡表現不同數量,依不同比例產生更多顏色來標誌不同細胞。

Uday Kumar 表示,要將目標基因注入細胞內,需要使用顯微注射技術,在立體顯微鏡下將注射管準確地插入受精卵中。

不過這對他來說,顯微注射已經是一件熟練到「像騎腳踏車」般簡單的事,一天注射超過 500 顆受精卵都沒問題。

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雖然基因轉殖對這些研究者來說已是熟能生巧的事,但要建立新的基因轉殖魚仍然要花上漫長的時間,通常需要 6 個月到一年,品系才會逐漸穩定。以 Uday Kumar 於 2021 年獲得金獎的作品來說,就是花了兩年才培育出能以正確比例呈現美麗色彩的斑馬魚。

顯微攝影的每一幅作品除了呈現出精彩美麗的影像外,背後更蘊含著每一位研究者精湛的技術以及長久累積的研究心血。

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細生所地下室的魚房,有著各式大小、不同生長階段和品系的斑馬魚。攝影/楊雅棠
Uday Kumar使用立體顯微鏡。攝影/楊雅棠

斑馬魚小教室

斑馬魚(Danio rerio)是常見的模式生物之一,原分布於孟加拉、印度、巴基斯坦、緬甸、尼泊爾等南亞淡水流域。其體長約 3 至 4 公分,雄魚體修長且背部呈淺橄欖黃色,雌魚體渾圓腹部較彭大;適合生長溫度為 23 至 28℃。

斑馬魚胚胎透明、發育期間短,容易觀察;且屬於脊椎動物,與人類有相似器官如心血管、神經等,加上基因組序列已解開,基因轉殖容易,種種優點使得牠成為非常適合作為遺傳研究及藥物篩選的脊椎動物模式。

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參考資料

  1. 顯微鏡下一抹彩虹,陳振輝,《中央研究院週報》第 1610 期
  2. 臺灣斑馬魚中心——中研院分支介紹,黃聲蘋,《中央研究院週報》第 1360 期
  3. 心臟、尾鰭與脊椎,那些以斑馬魚進行的「再生」研究
  4. 「從動物身上問對問題,就可以找到答案!」陳振輝談斑馬魚的超強再生力

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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
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・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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