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觀賞電影《白頭山》之前,增加觀影樂趣的火山地震知識

阿樹_96
・2019/12/27 ・4375字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

編按:《白頭山:半島浩劫》挑選在這個一點都不寒冷的耶誕節上映啦!災難電影裡最受歡迎的科學(不科學)主題再度出動。位在朝鮮半島上的白頭山可是座貨真價實的火山,至於電影情節是否可靠,就讓我們繼續看下去……

上個簡單的地球科學,您可以看到電影《白頭山》中的不同樂趣,考慮到大家的雷點,本文分成三部分:

  1. 只介紹白頭山是什麼、火山是什麼的科學
  2. 預告片中的資訊討論(只有 5% 的雷)
  3. 劇透與阿樹的心得:建議給不怕被雷或是看完電影再來看比較好的部分

只要大家在服用前請看清「小標題」和防雷線,無論是看電影前先看、看完電影再來看本文、或是看電影前先看前半段看電影後看後半段,都符合本文的用途!

無雷)關於白頭山和火山

白頭山,在台灣的大家應該更熟悉它的另一個名字:「長白山」,是一個有噴發歷史紀錄的火山,但現在噴發口已變成了火口湖1

還有個特色是它也「不止屬於一個國家」:火口湖的一半是中國、一半是朝鮮民主主義人民共和國(北韓)的領土,而且朝鮮總愛在山腳下離它不算遠的地方試爆核子武器2

另外,雖然它不在大韓民國(南韓)的領土內,但仍是大韓民族(南北韓)的「聖山」,平常連遠觀都很難的地方,更不要說褻玩了,只能從電影看了!比去釣魚台還難啊(誤)。

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作者改繪,底圖來自- Own work@wiki commons, CC0
長白山(白頭山)在大韓民族心目中有特殊的象徵,圖為北韓領導人金正恩在十月騎馬登上白頭山的畫面,當時引起連串討論。 圖片嵌入自/Line Today TVBS 新聞 2019 年 10 月 16 日 18:44 圖:達志影像美聯社

無雷)所以,主流科學家對白頭山的認識是什麼呢?

即使有一定的難度,南韓科學家還想盡辦法認識白頭山。根據最新最火燙的研究(2020才要正式刊登期刊)3分析了底下的岩漿化學成分來源,發現白頭山的岩漿,有一部分可能是來自於「22 億年前」左右因為隱沒作用到達地球內部深處(接近 660 公里)後,經過一系列化學變化形成的岩漿,之後慢慢的上升到地表。

這是什麼概念呢?臺灣、日本、菲律賓雖然也有火山,但卻是在 100 多公里就開始形成岩漿,大概都是數千萬至數百萬年前形成,以地質觀點來看是年輕的,而白頭山就是那種「老字號的火山」。

白頭山形成故事很複雜,只要知道和我們熟悉的日本、臺灣等火山很不一樣就好

雖然白頭山很老,但是它老當益壯,可以長期的一直選總統大規模噴發,最近一次噴發發生在西元 946 年,所以也算是有噴發潛勢的活火山。但礙於政治情勢,雖然可以研究化學成分,但像臺灣、日本這樣放地震儀監測火山的方式,朝鮮的金統領就會就會跳出來說母湯了,因為他們會認為你想要監測他們的核子試爆(但其實明明每次試爆都會告訴大家啊)。

所以,到底它到底近期有沒有噴發的可能呢?有些科學家是認為有的,但有生之年能看到的可能最大噴發規模會比 946 年的噴發小很多4,雖然噴發指數比黃石火山等級的超級火山低一級,但低一級就差很多,無法像電影一般恐怖。

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火山噴發指數示意圖,圖中只標示到 7 級,第 8 級為Yellowstone 火山(人類從未見過這種等級的噴發),而白頭山前一次噴發大約和 1815 年 Tambora 的噴發程度同級,但一般認為目前即使有很快要噴發的前兆,也不會高過 7 級。

可是,這麼認真的討論,就不能拍電影了,所以從火山噴發的規模程度來看,可能不要太認真比較好,我們只能試想,基於科學家對這座火山的看法有點不確定性,所以就把它提升一級來做成災難片吧!

而火山會有什麼災害,也可以在進電影院前先簡單預習一下,如火山碎屑流、火山灰是什麼,造成的影響如何?(延伸閱讀傳送門:你以為的大屯火山是長這樣嗎?)更重要的是,白頭山是爆炸性的火山(其實大屯山也算是)。因此如果最後影片中出現大量滾燙的岩漿一路暢行、追著主角群並流入城市,那鐵定就是胡扯了!

 

 

—-接下來開始有少量(預告片)劇情囉—-

 

 

預告片劇情)白頭山的災難是…

預告片中,暗示了火山會有伴隨地震的情況,確實火山爆發前常有很多地震,而且地震的變化也有助於幫助我們評估火山要噴發的程度。但《白頭山》預告片中大樓倒塌的情況也……未免誇張了!目前已知世界上最大的火山性地震規模為 5.56。從預告片只有一秒不到的手機簡訊截圖可以看到,地震規模 7.8、距離手機處 146 公里遠的地震,確實蠻危險的!

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但這樣說起來,地震就發生在離白頭山 250 公里遠的地方。可是瑞凡,這樣不對啊,火山性地震多只在火山附近,這拉得有點太遠了。不過,談到地震預警,也附帶一提,像臺大的吳逸民老師開發的地震預警技術,也有推廣到韓國哦!7

規模 7.8,發生在北北西方 146 公里處…

我從預告片中還截了一個 seismic wave 的圖,這一幕就算大家不懂地震學,光是看著波線劇烈的上擺動,搭上一邊搖晃的情境,誰都知道在說地震很大、直觀的讓大家體會這件事──我認為這樣的呈現是不突兀的科普融入。

而且,南韓的地震其實相當少,因為它並不是在活躍的地方,但 2016 年和 2017 年分別發生了規模 5.8 和 5.5 的地震(1978 年開始觀測至今最大的兩個地震),尤其是後者還被認為是地熱發電而誘發的。基於研究少、大家認識少的推論,電影中描述的狀況我認為已經足有教育意義了。

至於預告片提到「阻止火山爆發」這件事,在科學上目前只能說仍在「想像」階段。有一篇來自 NASA JPL 實驗室的文章8有提到關於地熱開發,有可以降低火山噴發風險的可能性。原理是應用火山內部的能量,原則上,熱量被交換出來使用的話,而降低噴發風險。但是,以(即將爆發的)岩漿壓力的尺度,能在人類的影響下被降低,除了限制很多,(以現行可能的技術來說)時間也會拉得很長,可能有生之年都很難看到的有效,當然更不用說要在短時間內阻止火山爆發了。

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綜合來看,這部電影的眾多火山設定並非空穴來風,不確定有沒有科學顧問,但基本的地震規模、震度、火山性地震的情境與專有名詞上來看,沒有太離譜的錯誤。災難設定的部分,我想就把它和《加州大地震》、《明天過後》當作同級吧──是可以小吐嘈,但不會因此覺得難看的電影。

 

 —最後就是阿樹的心得,含有大量劇透—

 

(劇透)地科人看電影的微妙樂趣:吐槽

不得不提的還是地震,強震警報的手機簡訊的喬段,劇中大部分(韓國)的民眾收到都是「傻眼」狀態,然後就等著地震來了。考慮到就一個地震很少的國家,電影中的呈現還蠻貼近人的本能反應。

不過,接下來的劇情還是要小吐嘈一下:

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怎麼會在地震時,還能這麼帥氣飛車呢?

搖成這樣根本你的方向盤不是你的方向盤了,所以河振宇真只能說是強運男,雖然整部戲都能看到主角威能啦……但總之這不是好的防災做法。基於房屋應該不會倒成這樣,以救命機率來說,還是好好的找地方躲吧,你不可能比河振宇或李柄憲帥!

能在天崩地裂還這樣開車逃命不是強運是什麼呢(笑)

地震完接著談洪水,我一直很好奇,秀智是怎麼安全的從洪水中脫困,是我沒看到還是剪掉了啊?但我必須說,要在大水淹到車子邊後逃出車子,是非常困難的……因為我曾坐過一個模擬設施,只要60公分高的水,就幾乎推不開門了!所以我的推論是:這對夫婦都相當的強運,所以把女兒托付給他們是對的(咦)。

最後,我們談談火山,我覺得要跟製作團隊拍拍手一下,這個火山有火山灰、很靠近火山的地方有火山彈,而且最重要的是「沒有像魔戒中困住佛羅多的岩漿海」。雖然有一半的原因是火山被阻止了,但前幾次噴發產生的火山灰落,也可以在普天的場景中看到,這樣的火山呈現,已經比以往的火山災難片好很多了(雖然火山性地震達規模 8 還是母湯,不合理啦)。

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只是有點不太合理的是,根據西元 946 年的噴發後火山灰落分布圖,其實日本應該會很緊張,而中國應該更不可能不管。但電影裡韓國人除了不顧北京反對、也不顧美帝反對,更完全忽略又愛又恨的日本,反而跟朝鮮特務合作,完全體現了大韓民國萬歲的情操。不過,這情懷也不意外的反映在韓國上映的口碑和票房上。

西元946年噴發時,噴發物(火山灰)主要隨風向吹向日本
By seokjihyang, CC0

最後,我還想談一個被忽略的主角,那就是科學家 Robert,雖然我蠻在意為什麼很多電影裡的科學家不是老老的、就是胖胖的,明明科學家應該也可以很帥啊!好啦,我知道不能搶兩帥哥的風采,而馬東石也是戲精,前段演出了科學家的孤傲。只是,通常同樣理念科學家不致於孤單到只有一個人還能做出很厲害的研究,如果真的有這樣厲害的科學家卻沒人鳥他,那真的還是早早去美國不要留戀韓國好了。(不對電影教我們要愛國)

但劇情用很短的時間交代的科學,我覺得有不錯的概念可以做為教材,那就是:

  • 科學總是有不確定性(裡面提到的成功是機率性的)
  • 科學需要不斷的調整驗證(所以成功率可能提高,但電影中提到的太快速了)
  • 科學需要普及,尤其是對官員要更有效率(Robert用了一步就解答了阻止火山的方法,這敘事在好萊塢電影很常見)

所以,以地科+科普背景的我而言,這類的災難片可是大談特談科普的好機會啊!而且這部片可以談的議題還很多,但受限於篇幅還是先談到這就好囉!

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馬東石演的科學家有點可愛,以另一種方式來拯救人民

參考資料

  1. 維基百科:長白山
  2. 無所遁形的核子試爆
  3. Choi, H. O., Choi, S. H., Lee, Y. S., Ryu, J. S., Lee, D. C., Lee, S. G., … & Liu, J. Q. (2020). Petrogenesis and mantle source characteristics of the late Cenozoic Baekdusan (Changbaishan) basalts, North China Craton. Gondwana Research, 78, 156-171.
  4. Stone, R. (2010). Is China’s riskiest volcano stirring or merely biding its time?.
  5. 震識:你以為的大屯火山是長這樣嗎?
  6. PNSN: Volcanic Earthquakes
  7. 台灣地震科學中心通訊第二十五期:台灣地震預警的發展
  8. Wilcox, B. H., Mitchell, K. L., Parcheta, C. E., Schwandner, F. M., & Lopes, R. M. (2017). Defending human civilization from supervolcanic eruptions. Jet Propulsion Laboratory: NASA.
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阿樹_96
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地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文與  益福生醫 合作,泛科學企劃執行

昨晚,你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎?這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾,甚至在腦海中數了幾百隻羊,大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程,讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇:你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠,我們得先認識身體的一套精密防衛系統:下視丘-垂體-腎上腺軸(HPA axis) 。這套系統原本是演化給我們的禮物,讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時,能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動,腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙),這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性,讓我們在危機中保持清醒 。

然而,現代人的「劍齒虎」不再是野獸,而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

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在理想的狀態下,人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後,身體會進入「修復模式」,此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點,讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素(Melatonin)接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號,它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素(Orexin)神經元,幫助大腦順利關閉覺醒開關。

對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說,身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態 / 圖片來源:envato

然而,當壓力介入時,這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出,長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化,使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌,更會讓食慾素在深夜裡持續活化,強迫大腦維持在「高覺醒狀態(Hyperarousal)」。 這種令人崩潰的狀態就是,明明你已經累到不行,但大腦卻像停不下來的發電機!

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升,而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸,分泌更多皮質醇來試圖消炎,高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期(REM),導致睡眠品質變得低弱又破碎,最終形成「壓力-發炎-失眠」的惡行循環。也就是說,你不是在跟睡眠上的意志力作對,而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關:PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局,科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系:腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」,而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便,更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話,直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」(Psychobiotics)。

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腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路,這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」/圖片來源:益福生醫

在眾多研究菌株中,發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發,累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」(First Night Effect, FNE),也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難,俗稱認床。科學家在進行實驗時發現,補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期(NREM)的睡眠長度,且入睡更快,起床後也更容易清醒。更重要的是,不同於常見的藥物助眠手段(如抗組織胺藥物 DIPH)容易造成快速動眼期(REM)剝奪或導致睡眠破碎化,PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力,它能有效縮短入睡所需的時間,並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現,即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理(Heat-treated),轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」(Postbiotics),其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點,讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中,科學家觀察到一個耐人尋味的現象:當詢問受試者的主觀感受時,往往會遇到強大的「安慰劑效應」,無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人,主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相,讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而,客觀的生理數據(Biomarkers)卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後,實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人(84.6%)出現了夜間褪黑激素分泌增加,且壓力荷爾蒙(皮質醇)顯著下降,這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統,而不僅僅是心理安慰。

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最值得關注的是,對於那些失眠指數較高(ISI ≧ 8)的族群,這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後,不僅生理標記改善,連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間,以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌:https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠:構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息,而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠,關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石,始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境,到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統,並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現,身體便能更順暢地啟動睡眠開關,回歸自然的運作節律。

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與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持,每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始,為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

與其將失眠視為意志力的抗爭,不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作,泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡,乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生;但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視,那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」(IPF),其預後往往不太樂觀,確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先,我們得先破解一個迷思:肺纖維化並不是單一疾病,而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」,腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象,患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕,像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是,IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化,是兩種完全不同的概念。

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IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性,一旦形成就很難逆轉 / 圖示來源:shutterstock

肺部為何會變成「菜瓜布」?

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布?這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織,就是肺部間質組織(interstitium)的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍,包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下,肺部損傷後會啟動修復機制,並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內,這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號,導致負責修復工作的「纖維母細胞」(fibroblasts)被過度活化,進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織,最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現,這個過程之所以棘手,在於它是一個「惡性循環」,肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ,它們相互加乘,演變成難以阻斷的強大破壞力。

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雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸,特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外,患有自體免疫疾病(如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎,)的患者,他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人,必須特別警覺。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ,但已知某些特定族群的風險更高。/ 圖示來源:shutterstock

打斷惡性循環的挑戰,為何只對抗「纖維化」還不夠?

面對這個不可逆的疾病,醫學界長年束手無策,直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥:Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺,首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而,這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望,卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看,這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題:既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊,那麼,我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略,從而更有效地打斷這個惡性循環?

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找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題,科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素:磷酸二酯酶 4B(PDE4B)

為什麼鎖定它?讓我們看看它的「雙重作用」機制:

  1. 關鍵位置: PDE4B 同時存在於免疫細胞(與發炎有關)與纖維母細胞(與纖維化有關)當中。
  2. 作用機制: PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP(環磷酸腺苷) 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
  3. 雙重抑制: 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性,細胞內的 cAMP 就不會被分解,濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞,同時產生抗發炎抗纖維化的雙重效應。

簡單來說,鎖定並抑制 PDE4B,就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程,有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來,全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗,我們相信,在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後,期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

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最後,我們必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手,雖然現有的治療手段能延緩惡化,但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織,因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

必須再次提醒,特發性肺纖維化(IPF)與漸進性肺纖維化(PPF)是極具破壞性、且不可逆的疾病。/ 圖示來源:


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不只地震,更肩負了火山、海嘯測報的使命!推開地震中心大門後的甘苦與祕密
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/08/15 ・5154字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

經過中學地科課程的薰陶,大部分的人都知道臺灣位於環太平洋地震帶上,是菲律賓海板塊與歐亞板塊的碰撞交界處,因此地震非常、非常地頻繁。

然而,這個頻繁到底是多頻繁呢?

據統計,臺灣每年偵測到的地震平均達 3 萬多次,每天平均約發生 100 多次地震,約 2 天多出現 1 次規模 4.0 ~ 5.0 的地震,規模 5.0 至 6.0 的週期大約是 2 個星期左右,每年平均出現 3 次規模 6.0 以上的地震。

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每一秒 180 天,帶你看見臺灣的地震活動頻率有多麼驚人!圖/中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統

影片說明:

每一天都有這麼多地震在這塊島嶼底下悄然發動,什麼時候又會有如 921 般的大地震突然重創臺灣?

為了更了解這塊土地和潛在的危機,中央氣象局地震測報中心(以下簡稱地震中心)一肩擔起監測臺灣地震的重任,不斷提升地震測報的效能,努力降低未來可能的地震災害。

1989 年 7 月 1 日,中央氣象局將原有之地球物理科,升格為地震測報中心。圖/中央氣象局

33 年內,進化了 5 次的「強地動觀測」計畫

自日本政府在臺北測候所設置了臺灣史上第一座地震儀至今,已經有 125 年的歷史了。這麼多年來,臺灣的地震儀和地震觀測網,有了哪些翻天覆地的變化呢?

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1897 年 12 月 19 日,臺北測候所設置了全臺第一座地震儀:​格雷.米爾恩式(Gray Milne)地震儀,開啟了臺灣地震觀測科學化的偉大時代。圖/中央氣象局臺灣地區地震儀沿革網

國民政府接手臺灣後,改由中央氣象局負責臺灣的地球科學相關測報業務,並在 1989 年成立了「地震測報中心」,擴大編制,走上地震觀測現代化之路。

自成立至今,地震中心投入了巨大的資源和心力在「加強地震測報建立地震觀測網計畫」和「強地動觀測」的長程計畫中,其中強地動觀測每 6 年一期,致力於建置地震觀測資料的蒐集與應用,目前已完成共 5 期的計畫。

經過地震中心 33 年來的努力,從都會區到山區、從陸地到海上、從地表到井下、從 16 位元到 24 位元,地震測站的儀器越來越好,也漸漸拓展至臺灣各個地方。

截至 2022 年 7 月為止,包含中央氣象局地震觀測網(CWBSN)和臺灣強地動觀測網(TSMIP)在內,全臺已經建置了超過 700 個地震測站,是全世界測站密度最高的地震觀測網,平均不到 10 公里就有 1 個地震站!

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小小的臺灣、全世界密度最高的地震站!圖/中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統-測站介紹

蒐集了震波資料,然後呢?

除了監測地震活動之外,這些測站蒐集到的強震資料,不僅可以成為學術研究的養分,讓地震學家更了解這塊土地下的構造和祕密,在民生防災上,更有著極為關鍵的貢獻!

「地震」,是臺灣人自出生以來就與之共存,甚至習以為常的自然災害。不過,地震到底有多可怕?

對於成年人們來說,傷痛與恐懼可能會被逐漸淡忘,而對於那些沒有經歷過 921 集集大地震、1999 年以後出生的孩子們,更是毫無具體的想像和實際感受。

臺灣史上傷亡最慘重的1935年新竹-臺中(關刀山附近)地震,帶走了約 3000 人的生命;2018 年 2 月的花蓮地震,震毀了 4 棟大樓;日本 311 大地震和海嘯,奪去了 1.5 萬條生魂;震撼半個亞洲的中國汶川大地震,有將近 7 萬人罹難,受災人口高達 4600 萬多人。

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1935年新竹-臺中地震不僅震毀了魚藤坪橋(後改名為龍騰斷橋),也是臺灣目前史上傷亡最慘重的地震。圖/報地震 – 中央氣象局 FB 粉專

因此,對於地震中心來說,如何「應用」這些地震資料,發展出更先進的預警系統,協助制定建築物耐震設計規範,以及配合其他政府單位規劃救災計畫,更是中心業務的一大重點。

30 秒→10秒→5秒!越來越強大的強震即時警報

「建置強震速報系統」是強地動觀測第 2 期計畫的主要目標,致力於提升地震測報的計算能力、縮短向其他單位通報的時間。

在 921 地震期間,雖然當時的地震速報系統只是雛形,卻成功在地震後 102 秒對外發布地震報告,這樣的速度,備受國際重視與肯定。

到了第 3 期計畫,「強震即時警報系統」已經可以在 30 秒內自動推估出初步的地震規模與震央位置,搶在破壞性地震波(S波、表面波)抵達前,將地震的訊息傳達給防災、救災相關單位。

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除了大家最熟悉的、會讓手機響起震耳欲聾警報聲的災防告警系統(PWS)外,地震中心也和各防救災單位、公共設施、各級學校以及電視臺合作,一旦強震即時警報偵測到符合條件的地震,就會馬上傳遞地震消息,讓各單位進行緊急應變。

時至 2020 年 4 月,隨著地震觀測網的擴大和更新,以及不斷進步的通訊技術,地震中心已經可以在地震後約 10 秒內發出地震預警訊息,為國人爭取更多避難的黃金時間。

下一步,地震中心將投入前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,除了持續擴建井下地震觀測網、發客製化地震預警系統作業模組之外,也預計在 4 年內,讓都會區可以在 7 秒內收到地震預警。

在更久遠的未來,地震中心期許可以順利的應用 AI 技術,建置新一代的地震預警作業系統,進一步將發布時間縮短到 5 秒以內!

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地震前兆:有辦法抓住強震前的蛛絲馬跡,然後「預測」嗎?

由於地震是在板塊彼此的作用之下,岩層不斷累積應變能量後斷裂錯動而成,不斷累積能量的同時,地底的岩石有可能會產生許多微小的裂隙和變形,並間接影響其他環境參數,改變地下水位、地球磁場、大地電場的數據。

以 921 大地震為例,在車籠埔斷層附近,地球科學家就曾經觀察到地下水水位出現了「同震」的變化!

地球科學家推測,有可能是當地的岩層受到應力的影響後,產生了許多微小的裂隙,因此改變了岩層的孔隙率、滲透率,進而產生地下水位的變化。

如果每一次大地震之前,地球科學家都可以掌握到這些細微的現象,就有可能發展出成熟的地震前兆研究和技術,甚至走上「地震預測」之路。

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因此,地震中心除了建置地震站的觀測網之外,也大力推動地震前兆的研究,自 921 大地震後開始設置「臺灣地球物理觀測網」(TGNS):

圖說:地球物理測站的外觀。圖/中央氣象局地震測報中心提供
  • 「全球導航衛星系統」(GNSS)可以進行大地測量,建立臺灣大地變形的資料庫,藉此監測斷層、火山活動,以及地層下陷或滑動等現象。
  • 「地下水」測站能夠連續記錄大氣壓力、雨量與地下水位的相關性。
  • 「地球磁場」測站用以監測地球磁場擾動的現象。
  • 「大地電場」測站可以蒐集大地電場的觀測資料,並推估與大地震之間的關係。
地球物理觀測網分布圖,包含了 163 個 GNSS、6個地下水位、12個地球磁場以及 20 個大地電場觀測站。圖/中央氣象局臺灣地震與地球物理資料管理系統

可惜的是,雖然地球物理的資料和分析已經逐漸制度化,但在地震前兆的研究上,成功案例仍然遠遠不足!

不僅是臺灣在地震前兆上遭受挫折,其他國家在這個領域的研究也長路漫漫。地球科學家還沒有辦法歸納出地震前的行為並取得共識,更別說是地震預測這個更遙遠的夢想了。

幸好,現有的難關無法阻擋地球科學家的好奇心,中央氣象局地震中心也持續投注心力在地震前兆研究中,期許未來有破解祕密的一天!

起死回生的火山、仍然未知的海嘯威脅,地震中心也緊盯不放!

根據噴發紀錄和火山地震波等證據,在中央研究院林正洪研究員的努力下,中研院於 2016 年提出大屯火山群岩漿庫存在的證據,同時也在龜山島附近發現同樣的現象。

隨著地球科學家不斷提出新的證據,經濟部中央地質調查所蒐集相關的研究成果後,在 2019 年 9 月 24 日召開了「火山活動專家諮詢會議」。在各方學者的討論下,讓大屯火山群「起死回生」,將原本公認是死火山的大屯火山群和龜山島,重新被認定為「活火山」。

面對這個反轉,全臺如臨大敵,畢竟人口眾多的天母、北投與士林就在大屯火山群的山腳下,不但核電廠鄰近,總統府和 101 大樓也都距離它不到 20 公里!

大屯火山監測網分布圖,以及核電廠、總統府和臺北 101 等重要地標之相對位置(黑色三角形為地表的地震站,紅色三角形為井下地震站,YM01 到 YM12 測站由大屯火山觀測站維護)。圖/中央氣象局地震測報中心三十周年專刊

我們對這些火山的了解和掌控,又到了哪一步呢?

藉由氣體、溫度、地表變形和地震波等資料,地球科學家可以判斷出大屯火山是否瀕臨爆發的狀態,而早在 2011 年,內政部與國家科學及技術委員會成立大屯火山觀測站 (TVO),並整合中央地質調查所、中央氣象局、中央研究院及國內各大學分析研究成果,建立多項火山監測系統及平台,同步監測大屯火山活動並進行研究。

除了來自大屯火山觀測站的 10 個地震站之外,也包含氣象局設置在北部的地震站,藉此協助研究人員獲得幾乎即時的火山地震資訊。

大屯火山地區的即時地動訊號,紅色矩形為地震訊號。圖/中央氣象局地震測報中心三十周年專刊

當前我國政府已在 2018 年5 月 25 日正式將火山災害列管於「災害防救法」,隔年中央氣象局也制定了火山活動等級與預警發布機制,後於 2020 年 9 月 14 日公布「火山噴發訊息發布作業要點」,一旦大屯火山有任何不對勁,就會立即啟動火山預警發布機制!

氣象局將「火山活動等級」分為 3 級,適情況召開火山專家諮詢小組會議和發布通報。圖/交通部中央氣象局火山噴發訊息發布作業要點

除了來自大屯火山的威脅外,地震中心也負責海嘯的監測和警報發布,並在短短的幾分鐘內,就能解算出海嘯的抵達時間、預估浪高。

倘若太平洋海嘯警報中心(PTWC)預估海嘯可能在 3 小時內到達臺灣,或是臺灣近海發生規模 7 以上、震源深度小於 35 公里的地震時,地震中心即會發布海嘯警報,籲請沿岸居民因應海嘯侵襲。

臺灣的地震防災教育,地震中心也當仁不讓!

除了地震、火山和海嘯測報等核心業務之外,地震中心也致力於地震和防災教育,提供無數科普資源,讓社會大眾學習和運用。

在網路上,有中央氣象局建置的「中央氣象局數位科普網」、回答你關於地震大大小小疑惑的「地震百問」、地震中心官方 Facebook 粉絲專頁「報地震-中央氣象局」等等,各式各樣的線上科普內容。

在實體場域,中央氣象局也設置了幾個展示空間:中央氣象局本部、臺灣南區氣象中心、田中氣象站、竹子湖氣象站-火山監測教育展示室等地(目前因疫情暫停開放),讓有興趣的民眾或學校機關,都可以實際前往觀摩,親眼見證地球科學家和氣象局人員的工作場域和聆聽解說。

畢竟,若想達成真正意義上的「防災」,單單只是完善測報工作、防災工程與避難措施並不足夠。更重要的是,必須讓所有臺灣人都有正確的防災觀念,才能有效提升整體社會的抗災能力。

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