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加國研究預測:無法逆轉的行星崩潰近在眼前

國科會 國際合作簡訊網
・2012/08/03 ・1720字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 588 ・九年級
圖片來源:PIX-JOCKEY@Flickr,根據創用CC-By 2.0條款使用

包括加拿大 SFU 大學(Simon Fraser University)的科學家在內的 21 名科學家利用科學理論、玩具生態系統模型(toy ecosystem modeling)和古生物學證據,預測我們將遭遇到比目前所認為與孕育萬物的大自然發生衝突的更糟路線。

發表於自然(Nature)期刊一篇題為〈接近地球生物圈中的狀態轉變〉(Approaching a state-shift in Earth’s biosphere)的論文中,跨領域的作者認為地球的生態系統正急速接近一個即將發生且不可逆轉的崩潰(collapse)。

地球的生物多樣性在加速損失,氣候波動愈來愈劇烈,生態系統間關連性的增長,以及其總能量收支(energy budget)完全改變,這些都是行星的狀態達到極限或引爆點的前兆。

作者預測在這個世紀就會遇到,一旦發生這種情況,我們所知道的地球生態系統可能在轉瞬間就崩潰,且這個過程是不可逆的。

Arne Mooers 表示,「地球歷史上前一次的引爆點發生在約 1 萬 2 千年前,當地球還在冰河時代,前一次持續了 10 萬年,才到目前的間冰期(interglacial)狀態。一旦到達了引爆點,最極端的生物變化,會導致僅在 1 千年內就到達我們目前的狀態。這就像是在不到一年的時間內快速從嬰兒長大變成年人。更重要的是現在這個星球的變化更快。」

SFU 大學的生物多樣性教授是這篇論文的作者之一。他表示,「這個機率是非常高的,下一個全球性狀態改變將嚴重破壞我們的文明。請記得我們是從狩獵採集一路走來,才在地球歷史上最穩定及良好的時期登陸月球的。」

「一旦發生極限引起的行星狀態轉變,就不能逆轉回到從前。因此,如果一個系統因為加入了大量的能量,而切換到一個新的狀態,即使你清除新的能量,它也不會恢復到舊系統。這個星球沒有從前狀態的記憶。」

這些預測與普遍持有的信念相反:一般認為人類活動引起的壓力,如氣候變化,正在摧毀我們星球的論點仍然是有爭議的,而且任何崩潰都會是漸進的、還會是好幾個世紀以後的事。

這項研究得出的結論是,地球表面的大量轉變最好不要超過 50%,否則我們將無法拖延、更遑論避免行星崩潰。

我們將景觀轉變成農業和城市地區的比例,已經達到 43% 的關卡,使地球越來越容易受到環境流行病的影響。

Mooers 表示,「總之,人類沒有做過什麼真正重要的事來避免最壞的情況,因為能使大有可為之作法實行的社會結構並不存在。我那些研究地球歷史上氣候引起的變化的同事非常擔心。事實上,有些同事還極度恐慌。」

研究預期即將發生不可逆的行星塌縮

這篇論文的作者來自於智利、加拿大、芬蘭、英國、西班牙及美國,最初他們 2010 年在加州大學柏克萊分校(University of California Berkeley)進行跨領域的會議來集思廣益。

他們檢查了各種生物學科理論及概念性的研究記錄,以尋找新的方法應對現在地球上正在發生的前所未有的變化。

人類產生的壓力,又稱為全球性的強制機制(global-scale forcing mechanisms),正在快速改變地球的大氣層、海洋和氣候,這些壓力有可能在我們的有生之年,就迫使生態系統和生物多樣性逼近我們生存的關鍵極限。

研究中提到,「當今全球性的強制機制,包括了人口前所未有的增長速率及幅度,與隨之而來的資源消耗、棲息地的改造與破碎、能源生產和消耗,以及氣候變化。」

人類活動驅使全球性強制機制變得比過去更多。結果我們現在看到的氣候變化速度,超過 1 萬 2 千年前地球從冰河時期到間冰期狀態時的極端行星狀態變化速度。你必須要回到恐龍時代結束時的流星災難末期,才能找到過去的先例。

地球現有物種滅絕呈指數增加、過去罕見物種佔有優勢地位,及極端氣候波動的發生,與上一次行星大轉變的關鍵改變類似。當各種擾動都反映在玩具生態系統模型內,可以看到這些系統迅速傾覆且不可逆轉的情況。

作者建議,如果我們希望拖延或減少行星狀態轉變,各國政府應立即採取五項行動。作者 SFU 大學生物多樣性教授 Arne Mooers 的總結如下。

「全球社會必須一同下定決心,快速且大幅降低我們的人口。更多人需要移動到較高密度的最佳地區,讓部分地球得以恢復。至少在短期內像我們這樣的人必須被迫減少物質生活。我們還需要在開發技術上投入更多,在不消耗更多土地及野生物種的情況下,生產並分配食物。這是一項非常艱鉅的任務。」

作者:駐加拿大台北經濟文化代表處科技組
資料來源:Study predicts imminent irreversible planetary collapse—Siomon Fraser University, SFU [2012-06-06]

轉載自國科會國際合作簡訊網 [2012-07-30]

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推開地獄之門?冰島開挖全球首座「火山岩漿井」,開啟地球科學新篇章!

安比西林_96
・2021/10/20 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

水井、石油井和天然氣井大家都知道,但你有聽過「岩漿井」嗎?最近,冰島著手開挖全球第一座「火山岩漿井」。這似乎是一個瘋狂的主意,滾燙的岩漿可高達攝氏上千度,還可能伴隨著可怕的火山災害。不過這個前所未有的大膽計劃,不僅具備新興可再生能源的巨大潛能,更有望開啓地球科學的新篇章!

冰與火之地——冰島,100% 依靠可再生能源的國家

落在北極圈邊緣的冰島(Iceland),擁有壯闊冰川與絢麗極光,同時也是地球上火山活動最頻繁的地區之一,可謂名副其實的「冰與火的國度」。這座大約 1500 萬年前才因火山活動形成的年輕島嶼,因位在大西洋中洋脊[註1]之上,受到歐亞大陸板塊與北美洲板塊往各自方向的拉扯,而有著 32 個活躍的火山系統,且平均每 4 年就會發生噴發。

圖/wikimedia

除了令人屏息的天然極地美景,冰島更是全球綠能國家中的模範生。得天獨厚的地理條件,讓冰島超過 99% 的電力都是依靠可再生能源,其中 73% 的電力源自水力發電,另 26.8% 則來自地熱能。在可再生能源,尤其是地熱能的開發應用技術上領先世界的冰島,在地發電厰不單是觀光旅游的賣點之一,更吸引了不少國外的投資入駐,以降低企業的碳足跡。

延伸閲讀:利用地球的熱情發電吧:深層地熱發電

通往「地獄」之門,也是推開科學新研究的大門

地熱能開發技術純熟的冰島,在 2009 年的一次鑽探中,卻遇到了意想不到的變故:原本想開挖深達 4500 公尺下的熱水,沒想到卻在 2100 公尺處挖到了一個岩漿庫[註2]!這此的開挖位於冰島北部的 Krafla 火山口附近,一個較小火山口 Víti (冰島語中正是「地獄」之意)邊上。

大量的蒸汽與玻璃從鑽孔中噴湧而出,在鑽探套管報廢之前,還觀測到破紀錄的 900°C 高溫。原先的計劃被迫喊停,但科學家卻從中看到進行地科研究的大好機會。

2009 年時,原先要鑽探地熱井的冰島團隊,卻意外挖到了一口岩漿井。圖/science.org

這起事故,促成了克拉夫拉岩漿試驗臺( Krafla Magma Testbed,簡稱 KMT)研究計劃的誕生。時隔多年籌備,這個備受矚目與期待的計劃,在國際大陸科學鑽探計劃(International Continental Scientific Drilling Program)與多個科研機構的支持資助下,終於於今年展開。這一次,科學家們帶著更堅實的鑽探工具,與明確的鑽研目標,要來敲開通往「地獄」的大門。

「我們曾去過火星,也到過金星,但我們從未觀測過地表下的岩漿。」意大利國家地理物理與火山學的研究主任 Paolo Papale 如是説道。

過去火山學家一直缺乏直接觀測地底岩漿的機會,只能仰賴地震儀、GPS 感測系統和雷達衛星,來推測岩漿的運動。儘管他們可以調查噴發到地表的熔岩,但這些已固化的樣本,早已失去大部分原本所含有的氣體。這些氣體是驅動火山噴發,影響岩漿原始溫度、壓力與成分的關鍵。

自 2009 年與這口岩漿井打交道以來,科學家確認它的脾氣相當溫和,並無噴發的太大風險,加上位處偏僻無人居住之地,因此非常適合進行研究。未來若從 KMT 取得新鮮熱辣的岩漿樣本,將可用來驗證過去科學家對於岩漿的認知是否屬實。

地底下的岩漿,揭開大陸形成的秘密

地球大部分海床,都是由玄武質熔岩[註3]構成,冰島也不例外 。然而組成大陸地殼的花崗岩,卻是由另一種更粘稠、富有二氧化矽的流紋質岩漿而來,而 KMT 岩漿井底下的就是流紋質岩漿。

為什麽構成海床與大陸地殼的熔岩種類有所差異?科學家相信,探究以玄武岩為主要構成的冰島上的流紋質岩漿樣本,將揭秘這個地質科學中很基本,卻未解決的問題。

要長期監測岩漿井的溫度、氣壓、化學成分等參數,實實在在地挑戰人類科技的極限,因為靠近岩漿處的溫度可是超過攝氏一千度。鑽探團隊正測試各種能耐高溫及膨脹的器械,而科學家也在研發各種可抵抗高溫高壓的新型偵測器。

這些研究成果不僅能用於地球科學,有朝一日更可能造福太空探索,如被運用在登陸太陽系中環境最惡劣的金星上。

水手 10 號拍攝的金星,由可見光與紫外光影像疊合而成,可見其表面被一層厚厚的硫酸雲遮蓋。圖/維基百科

一口岩漿井,將成為世界重要的火山學中心

KMT 引領科技的創新,也為冰島的地熱能產業帶來突破的機會。越靠近熾熱的岩漿,利用地熱能發電的效率便會增倍,這麽一來便可減少為了滿足能源需求而開挖的地熱井數量,降低對周圍環境造成的衝擊。光是在 2009 年意外挖掘的這一口岩漿井,就具備可以供應一整個小鎮電力的潛能。

開挖岩漿井時,需要注入大量的水來冷卻與潤滑鑽頭,這個對火山系統進行擾動的過程,也提供科學家一個瞭解火山運動的絕佳觀測機會。進行鑽探後,地震波速度發生的改變,也可透露岩漿流動的範圍。透過探究這些細微的火山運動變化,科學家能更好預測火山的噴發,讓我們能建立更整全的火山預警系統。

「十年後,這裏將可能成為火山學的中心。」冰島地熱研究中心科學主管 Ottó Elíasson 這麽認為。觀察地底下流動的岩漿,就像在瞭解地球的脈動,可以告訴人類更多關於這顆星球的故事,更能帶領我們走向更多科學新的可能性。

註釋

  1. 大西洋中洋脊(Mid – Atlantic Ridge,又稱中大西洋帶),是橫跨大西洋及北冰洋、大部分地區位於海底的山脈。
  2. 岩漿庫(Magma chamber,又稱岩漿房),是地球表面下一至十公里處由熔岩和火山灰氣體形成聚集之處。由於其內的岩漿密度比周圍的母岩來得低,因此會產生使岩漿往上移動的浮力。如果出現可讓岩漿通往地表的管道,便會造成火山噴發。
  3. 玄武岩(basalt),由基性岩漿噴發凝結而成,主要成分是矽鋁酸鈉或矽鋁酸鈣,是一種細粒緻密的黑色火成岩。玄武岩質熔漿被認為源自地球的上部地函。

延伸閱讀

參考資料

  1. Forget oil or water. In Iceland, well diggers seek to tap a volcano’s magma
  2. VisitIceland – Geography of Iceland
  3. VisitIceland – Renewable energy
  4. Magma chamber
  5. Krafla Magma Testbed
  6. Rhyolite
  7. Basalt

安比西林_96
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本職為生態環境領域的可撥煙酒生。 不定時掉落科普文章。 大家一起嗑科科(❍ᴥ❍ʋ)
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