搶救千年藻礁生態，環保團體籲規畫保留區

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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• 作者 / 何郁庭（H編）

桃園沿海約有 27 公里長的藻礁海岸線，範圍包含了白玉藻礁、大潭藻礁及觀新藻礁等珍貴的藻礁地形。為了避免中油第三天然氣接收站在大潭地區動工，珍愛藻礁團體自 2020 年底開始發起公投案，並收到 70 萬份連署書，通過成案門檻。

公投即將於今年（2021）八月底舉行，到目前為止，藻礁生態、能源轉型及迴避開發工程在社會中遲遲未有共識，無論學界還是民間，都需要更多的公共討論，來釐清各項子議題的疑義。

4 月 14 日，由台灣環境資訊協會、荒野保護協會，以及數個民間環保團體主辦三接與藻礁保育、能源轉型關係〈對焦會議〉，邀請各方專業人士，提供研究數據及關鍵資訊，以期促成公共對話的平台，進而在公投之前，尋求能源、生態的雙贏之道。本文整理第三天然氣接收站（以下簡稱三接）與藻礁保育、能源轉型關係對焦會議的生態部分的演說，同時紀錄相關領域專家對民眾普遍的疑慮釋疑。

你說的「保育」是什麼？

生態報告場次的第一位講者，是長期致力於水域生態系研究的林幸助教授。林幸助一開始便表明了生態系服務的兩難，指出人類在開發的過程中，只能經由相對完善的規劃和政策，減少自然資源的耗損。並點出三接各方在爭議時，常常忽略的一個重點：「所謂保育，是保育藻礁礁體，還是保育藻礁生態系？」

「地質藻礁」指的是由殼狀珊瑚藻歷經千年累積形成的礁體，它是死的、靜態的，要由沙埋才能保護。「生態藻礁」指的是生存於藻礁礁體基質或空隙內的動植物，及其以營養關係為主所形成的藻礁生態系，它是活的、是動態的，也就是所謂的「生態功能」，沙埋會導致它失去功能。

藻礁生態系的現況與三接開發的應變之道

若現在反對開發的原因，是為了保育藻礁生態系，那麼，則需要從藻礁生態系現在正在面對的威脅開始說起。依照林幸助老師團隊的調查結果，以及環保署的公開資料，目前對藻礁生態系最大的影響為工業汙染及漂沙問題，其中又以漂沙對殼狀珊瑚藻的危害最明顯。

林幸助也說明自己的研究團隊使用穿越線調查法，建立桃園藻礁的生物多樣性基礎調查報告，另援引觀塘工業區(港)及鄰近藻礁區域生態調查及監測的工作結案報告書，以辯證大潭藻礁地區的生物多樣性，可能並不如媒體新聞及環團所認為得高。另外，就殼狀珊瑚藻的碳吸存能力議題，林幸助也以數據揭示，台灣地區殼狀珊瑚藻的固碳能力，僅紅樹林的 5%，不但無法稱做藍碳，還可能變成碳釋放^[1]。

此外，這次公投的內容只說移除三接，但完全沒有提及後續要如何保護^[註1]。林幸助認為，如果汙染、漂沙問題若不處理，即便移除三接，環境也不會變好，可能還會更加惡化。若中油採用工程迴避措施開發，承諾改善保育大潭藻礁生態多樣性的問題，有望讓生態系及地質藻礁都獲得保育，也最趨近生態系服務最佳化的方向。

劃設海洋保護區的原則

第二位演講者溫國彰副教授表示，目前台灣的海洋保護區政策，僅在範圍內禁止漁業活動，但並未對各項污染和廢水進行規範，反觀澳洲對於海洋保護區的政策與規範，制定得更為縝密，操作上也相當細緻。海洋保護區劃設的核心概念是用最小的範圍，保護最大的生物多樣性。將此概念帶入藻礁的議題中，若要根據多樣性設立保護區，永安與大潭 G2 是最優先要劃設的範圍。

人為開發造成不可逆的族群改變

溫國彰的研究團隊針對台灣北部、南部的進行人工海岸線及天然海岸線的魚類組成進行調查與比較，發現人工海岸魚類組成以岩礁魚類為主，天然海岸以珊瑚礁魚類居多。而高珊瑚覆蓋率的人工建物，仍會造成珊瑚和魚類的組成差異。也就是說，人工開發後的海岸，藻礁、珊瑚會再進入棲地，但族群組成與原始組成不同。

觀塘工業區對聲景生態的影響，充滿未知

魚類在求偶或宣示領域等行為上，都會在水下發出聲音，而魚類的幼生（魚苗）也會依循水下聲音，尋找適宜居住的棲地。專精於聲景生態學的林子皓助研究員，正是透過水下聲音的頻譜紀錄，分析水中生物的活動，進而了解生態系的變化與人為衝擊。

林子皓先是說明工業港口與一般水下聲音的差異，在於工業港口的水下聲音充斥各式船隻的引擎聲以及人為噪音。林子皓認為三接開發的人為噪音，可能對當地魚類生態系造成的重大威脅，而人們對水下聲景的研究甚少，這次開發造成的聲景破壞，很可能在瞭解聲音頻譜的重要性前，就先重創了當地的水生環境。

不只如此，林子皓對於港口建設時的泥沙輸送問題，抱持悲觀態度，目前藻礁已面臨嚴重漂沙問題，若加上堤防與填區的施工，藻礁將面臨不同程度的沙埋與侵蝕，對當前生態系而言，可能是雪上加霜。再者，興建觀塘專用港，必然會導致波浪、水流的改變，這些開發帶來的影響，都將對生態造成可預期的衝擊。

儘管大潭地區的生物多樣性調查，就結果而言，低於附近的觀新藻礁、白玉藻礁，但從聲景的觀點來看，生物多樣性相當高。即便像溫國彰所說，人工開發後的海岸，會有珊瑚重新進入棲地，但魚群組成也可能與原來的生態系組成不同。林子皓透過聲景研究發現當地生態的獨特性，加上考量建港可能會增加的壓力，建議在開發前應更完整釐清生態風險。

用科學呈現客觀事實，爭議前請先回歸原點

最後，許皓捷副教授則表示，科學家面對此類議題時，必須先完整呈現客觀的事實，然後才是價值判斷，因此在各方爭議前，仍須回到「定義」的階段，確認衝突點是否相同。在文獻回顧上，應先從取樣調查的隨機抽樣開始回顧，在援引資料前，也要確認研究是否基於合理假設推論，且結果符合統計學的基本概念。而關於生態學調查的結果，除了種類多樣性之外，同時也需要注意群聚結構的獨特性，以及物種數之於單位面積的關係。

「藻礁議題，是為了保育地質／地景，還是保育藻礁生態？」許皓捷副教授說明，如果兩個問題同時討論，並在不同場合揀選適合自己立場的論述，那聚焦討論時，只會混成一團，無法達到有效的溝通，找出最適合生態系服務的解方。

許皓捷就沙埋歷史的生態意義多加著墨，近期才露出的大潭藻礁，是否可以根據現有的科學證據，確認其生態系統可承受工程意外的程度？另外，明星物種柴山多杯孔珊瑚的族群，確實存在間斷分布？抑或是根本沒有明瞭牠的分布範圍為何呢？從更根本的問題，回過頭檢驗學者及各方團體的立場，是否建立在客觀合理的前提之下。

各界意見凝聚，試圖找出真正問題

會議最後開放各方，對四位教授提出疑問。在提問環節，普遍對文獻來源、調查方法有較多質疑，並且仍趨向將大潭藻礁還於自然，保留其生態特殊性及地質多樣性。

但也有民眾認同生態多樣性、藻礁生態系的服務價值多元，並提出「人類要如何取捨？」的問題。目前較缺乏輸沙工程對海岸影響的調查，關於這個部分，現有的科學證據似乎還不能提供一個確切的解方。

今年 4 月 1 日於立法院舉行的藻礁保護公聽會，中央研究院生物多樣性研究中心退休研究員邵廣昭在會議上也表示藻礁目前的生態保育狀況良好，且因應國內的關注與未來趨勢，大潭藻礁勢必會受到嚴格的保護。

從民眾的提問，及學者們的回應及主張，約略可以看出不同的立場和想法。不過，學界與環保領域的高牆是否有消弭？所謂專業和一般民眾之間，對相同的議題是否有所共識？關於這點，也許未來還值得繼續觀察。

註解

1. 公投主文：您是否同意中油第三天然氣接收站遷離桃園大潭藻礁海岸及海域？（即北起觀音溪出海口，南至新屋溪出海口之海岸，及由上述海岸最低潮線往外平行延伸五公里之海域）

參考資料

1. derne, V., Geraldi, N.R., Macreadie, P.I. et al. Role of carbonate burial in Blue Carbon budgets. Nat Commun 10, 1106 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-08842-6

作者 / 劉少倫
東海大學生命科學系副教授

自從 17 世紀工業革命推動了全球化的工業發展，將原本封存在地底或深海地層中的石化燃料（例如煤、天然氣等），轉化成大量溫室氣體（主要是二氧化碳），釋放到大氣；這些溫室氣體，宛如掙脫地獄枷鎖的惡魔，在人類的貪婪中，以非常快的速度加熱全球氣溫，並加劇全球氣候的改變。

這幾年，我們對極端氣候的感觸似乎更為強烈，聽著以下這些新聞：南歐和東京夏季更久更高溫的熱浪、北極圈創紀錄的夏季高溫、南北極冰川大量的崩解、臺灣五月竟然創下比夏季更高的溫度、澳洲大堡礁珊瑚因高溫白化將在未來死去 60-80% 等。

每一年，新聞媒體都說這些極端氣候打破過去幾百年來的紀錄，非常「異常 (abnorm)」。

但是，隨著每一年這樣的新聞重複的發生，未來的一年又再次創下過去幾百年來的高溫紀錄，這些極端氣候的新聞已經可以說不再異常，甚至可以說這些極端氣候的新聞變成習以為常地「正常 (norm)」。因石化燃料使用及工業發展，在我們享受它們帶來的舒適便利和經濟發展的生活時，其暗黑破壞性猶如喪鐘般替人類末日開始倒數計時。

藍碳是什麼，少年PI的藍眼淚？

在 1990 年，聯合國環境署 (United Nations Environment Programme)、聯合國糧食及農業組織 (Food and Agricultural Organization of the United Nations) 及聯合國教育、科學及文化組織下的政府間海洋學委員會 (Intergovernmental Oceanographic Commission, UNESCO) 共同發表聲明，指出全球海洋有 55% 的初級生產者應被視為「藍碳 (blue carbon)」。

其中，海草、紅樹林和鹽草等沿岸生態系封存大氣二氧化碳的量更遠高於熱帶雨林。但相較於熱帶雨林，這些藍碳生態系卻是以 5-10 倍的速度快速的消失，將對全球暖化狀況雪上加霜。在氣候變遷的威脅下，也因這樣的報告，激起全球政府跟海洋學界一股對這些沿岸藍碳生態系的保育重視跟研究，尤其著重在海草、紅樹林和鹽草等維管束植物為主的生態系。

到底藍碳是什麼？海洋中怎樣的初級生產者才可以被視為藍碳？

要回答這個問題，我們首先得了解「碳吸存（carbon sequestration；抑或翻譯成碳匯及碳截存）」。當維管束植物或藻類進行產氧光合作用的同時，能夠將大氣中的二氧化碳固定，使用太陽光能，藉由光合作用化學反應產生葡萄醣（C₆H₁₂O₆；或6(CH₂O)）及氧氣（反應式一）。因為葡萄醣主要是以碳為分子骨幹，並由生物合成，故又稱之為有機碳。

反應式一（光合作用）：

CO₂ + 2H₂O + >8 Photons → CH₂O + H₂O + O₂

由光合作用產生出來的有機碳葡萄醣，能進一步成為主要原料，在維管束植物（例如海草、紅樹林和鹽草）體內用以合成另一種有機碳分子木質素 (lignin)，支撐維管束植物生長。當維管束植物死去後，木質素是一種非常難被微生物分解利用的有機碳。

因此，這些不易分解的木質素就好比一個天然的碳吸存裝置，能抵抗微生物分解並最終埋葬於地底沉積物中，不再釋放回大氣中，達到降低大氣二氧化碳的目的，這樣碳吸存的過程我們稱為「碳埋葬 (carbon burial)」。此外，在大洋中生長的小型浮游藻類，死掉後會沉降到微生物作用不活躍的低溫深海，使得微藻殘骸無法被微生物分解而最終埋葬於深海中，這樣的碳吸存方式稱之為「生物幫浦 (biological pump)」。

整體而言，當二氧化碳藉由光合作用固定合成出有機碳後，這些有機碳能夠藉由碳埋葬或生物幫浦方式被長期儲存而不被微生物利用轉化為二氧化碳再度釋放回大氣中，這就是碳吸存的概念。相較於陸域生態系，因為海草、紅樹林、鹽草及大洋小型浮游微藻等生態系身處藍色海洋中，又具備碳吸存的功能，故以藍碳稱之。

眼淚變珍珠，鈣化的藍眼淚

在海洋中，從碳吸存的定義思考，假如初級生產者死後不能夠被碳埋葬（碳封存），或是無法有效降低大氣二氧化碳，我們就不能把它們視為藍碳。生活在海洋中的大型海藻（簡稱海藻），因不具備木質素，又大多生長在岩岸導致殘骸不易被沉積物包埋，也不像小型浮游微藻可藉由生物幫浦方式進行碳吸存，傳統認為它們藻體死亡後會快速被微生物分解，再度以二氧化碳方式釋放回大氣中，所以它們在藍碳科學討論中一直乏人問津。

但近年來，隨著更多的研究，海洋生物生態學家逐漸體認到沿岸這些大量生長的海藻，其實可以藉由不同的方式具備碳吸存的生態功能，可以說是一個長期被低估的藍碳生態系。在這幾年的研究，到底海洋生物生態學家學到了什麼，讓我們得以重新認識這群默默協助我們降低大氣二氧化碳的功臣？

海藻碳吸存的其中一種方式，就是藉由鈣化作用累積碳酸鈣。在所有海藻中，約有 5% 的物種能進行鈣化作用，於藻體內累積碳酸鈣，泛稱為「鈣化海藻」；其中，以紅藻中的珊瑚藻科藻種佔最大宗且具有最多樣的鈣化海藻，珊瑚藻科的殼狀珊瑚藻更能夠層層推疊，建構與珊瑚礁在規模上不相上下的巨大生物礁體 (super reef)，例如臺灣西北海岸的桃園藻礁。

在水中，海藻無法像陸上的維管束植物，可藉由氣孔進行氣體交換而獲得源源不絕的二氧化碳。此外，因為海水弱鹼性的環境（約 pH 8.2），當二氧化碳溶於海水中，主要是以碳酸氫根負離子 (HCO₃^–) 形式存在，而非二氧化碳形式。

因此，當海藻進行光合作用時，面臨到二氧化碳取得不易的難題，勢必要有辦法退而求其次的使用碳酸氫根負離子，以供光合作用所需。為了解決這個難題，海藻所演化出的鈣化作用就是一種能夠幫助它本身使用碳酸氫根負離子，以提供光合作用所需的二氧化碳。在鈣化海藻細胞中，可借助細胞膜上的質子鈣反向轉運蛋白（H⁺/Ca²⁺ antiporter），將鈣離子濃縮在細胞間隙，產生高鹼度區域，使細胞間隙成為催化碳酸鈣累積的區域（反應式二）。

反應式二（鈣化作用）：

CO₂ + Ca²⁺ + H₂O → CaCO₃ + 2H⁺

在質子鈣反向轉運蛋白運輸鈣離子到細胞間隙的同時，另一方面則將氫正離子運輸到細胞外產生出高酸性區域，使氫正離子能夠與細胞外海水中的碳酸氫根負離子反應，使鈣化海藻間接使用水中的碳酸氫根負離子，產生出高濃度二氧化碳擴散至細胞內（反應式三）。

反應式三（碳酸氫根負離子使用）：

2H⁺ + 2HCO₃^– → 2CO₂+ 2H₂O

希望以上這些複雜的化學反應式在還沒有把你搞得暈頭轉向前，你已看出鈣化海藻利用細胞間隙的碳酸鈣累積的策略，竟然可以協助藻體細胞獲得高濃度的二氧化碳，供光合作用所需。

落碳歸根，化作藻礁護地球

到這裡為止，我們不禁會聯想過去所學的鈣化作用反應，當鈣離子與碳酸氫根負離子反應，除了合成出碳酸鈣，也會釋放出大量的二氧化碳（反應式四）。

反應式四（動物鈣化作用）：

Ca²⁺ + 2HCO₃^– → CaCO₃ + CO₂ + H₂O

既然如此，那鈣化作用豈不是不能降低大氣中的二氧化碳，反而增加大氣二氧化碳的濃度？沒錯，骨骼形成的確是一種釋放二氧化碳的過程。然而，別忘了，鈣化海藻是能夠行光合作用的生物，雖然藻體因鈣化作用間接使用了水中碳酸氫根負離子，而產生細胞外高濃度二氧化碳，但這些二氧化碳會進一步被藻體的光合作用反應使用殆盡。

因此，當我們結合反應式一的光合作用、反應式二的鈣化作用和反應式三的碳酸氫根負離子使用，鈣化海藻的光合作用確確實實是一個降低外界二氧化碳，產生碳酸鈣、葡萄醣跟氧氣的化學反應（反應式五）。

反應式五（鈣化海藻光合作用）：

Ca²⁺ + 2HCO₃^– → CaCO₃ + CH₂O + O₂

想像一下，當殼狀珊瑚藻以約 7500 年的時間，將碳酸鈣層層堆疊建構出如桃園藻礁長達 27 公里的藻礁，這些礁體可以說是一個長期封存大氣二氧化碳的碳吸存裝置。除了殼狀珊瑚藻建構的藻礁，同樣屬於珊瑚藻科的有節珊瑚藻，更在近年被發現竟然也有合成木質素的能力，趨同演化下，以抵抗強浪的拍打。

因此，可以想見珊瑚藻死後的有機碳也能像維管束植物一般，碳埋葬於淺海沉積物中。整合文獻資料，根據粗算，珊瑚藻的有機碳（例如木質素）或無機碳（例如碳酸鈣），全球每年約有 1.6 × 10⁹ 公噸的碳可藉由它們的碳埋葬或生物礁體建構被吸存起來。

把碳封起來，環境救回來

海藻還有另一種進行碳吸存的方式，是藉由將生長在岩岸的海藻藻體，剝落後漂移沉降到能夠碳吸存的環境中被保存下來。舉例來說，許多褐藻（例如昆布、馬尾藻或囊藻）具有氣囊結構，能夠使剝落的藻體在海洋中漂移一段時間。但這些氣囊結構，以馬尾藻為例，實驗指出約在藻體剝落 5 小時以後，就會在洋流外力影響下崩解使得藻體沉降。

因此，當這些剝落的藻體漂移沉降到淺海沉積物上，在尚未被微生物完全分解前，即已埋葬於這些沉積物中。根據最近研究指出，利用穩定碳同位素分析技術，科學家發現在淺海海草床或紅樹林的沉積物中，約有 50-60% 的碳是來自於海藻或其它非維管束植物之初級生產者，顯示絕大多數海藻雖不具木質素，但其有機碳確實能夠搶在微生物分解前被封存於這些淺海沉積物中。

此外還有個非常類似生物幫浦的機制可以幫助碳封存。生長在沿海岩岸的海藻，如果位於海底峽谷附近，其剝落的藻體很容易由淺海經海底峽谷一路滑落到深海，或漂移到大洋並沉降至深海，使得這些藻體在深海低溫下埋葬於深海沉積物中，不受到微生物分解。由文獻資料粗算得知，藉由海藻有機碳在淺海碳埋葬或深海沉降方式，可貢獻全球每年約有 1.73 × 10⁸ 公噸的碳被封存起來。其中，約有 88% 是由深海沉降所貢獻的。

同樣也是粗略估算，在沿海生態系中的維管束植物（海草、紅樹林和鹽草）的有機碳，全球每年約有 1.21 × 10⁸ 公噸的碳可藉由淺海碳埋葬封存起來。相較於海藻的碳吸存能力，顯然海藻具有與沿海這些維管束植物相當或更高的碳吸存量。綜合這些研究，我們開始了解到，沿岸海藻可藉由四種不同的方式來達到碳吸存的生態功能，分別為鈣化作用礁體建構、木質素合成、淺海碳埋葬及深海沉降。

檢視台灣的藍碳生態系

不像沿海生態系中的維管束植物，海藻的碳吸存長期被學界所忽視。有鑑於雨後春筍般的研究證據，Krause-Jensen 等人於 2018 年在國際著名期刊 《Biology Letters 》以藍碳大象來描述海藻在藍碳中的貢獻，並呼籲學界應開始正視海藻在全球藍碳舞台已佔有舉足輕重的地位。

排除海藻在藍碳的貢獻，好比鴕鳥心態，將無法有效的進一步管理保育這些能夠減輕氣候變遷的藍碳生態系，並可能輕忽並破壞這些藍碳生態系；當這些尚未被好好了解的藍碳生態系消失後，將有可能是全球氣候變遷下壓垮駱駝的最後一根稻草。

舉例來說，臺灣最近鬧得沸沸揚揚的大潭藻礁生態系保育議題，政府希望在這個區域建置第三天然氣接受站，以提高臺灣未來石化燃料天然氣的使用量進行發電。然而，在這樣工程政策的背後，似乎並未意識到大潭這一片藻礁在藍碳中的貢獻，使得臺灣不僅無法遵守全球在 2015 年所簽訂巴黎協議以降低溫室氣體的排放外，可能更進一步摧毀能夠降低溫室氣體的藍碳生態系。

臺灣四周環海，具有多樣的沿海藍碳生態系，包括墾丁的海草生態系、西海岸的紅樹林生態系、西北部的藻礁生態系及東海岸鄰近海底峽谷的海藻生態系。然而，對於臺灣周遭這些藍碳生態系的碳吸存，許多基礎研究資料仍舊不明。在氣候變遷下的臺灣，了解我們四周海域藍碳的價值，是臺灣人身為全球公民一份子責無旁貸的責任。

參考文獻

1. Martone P.T., Estevez J.M., Lu F., Ruel K., Denny M.W., Somerville C., Ralph J. 2009. Discovery of lignin in seaweeds reveals convergent evolution of cell-wall architecture. Current Biology 19: 169-175.
2. van der Heijden L.H., Kamenos N.A. 2015. Reviews and syntheses: calculating the global contribution of coralline algae to total carbon burial. Biogeosciences 12: 6429-6441.
3. Krause-Jensen D., Duarte C.M. 2016. Substantial role of macroalgae in marine carbon sequestration. Nature Geoscience 9: 737-742.
4. Krause-Jensen D., Lavery P., Serrano O., Marbà N., Masque P., Duarte C.M. 2018. Sequestration of macroalgal carbon: the elephant in the blue carbon room. Biology Letters 14: 20180236.

本文轉載自MiTalkzine，原文《海洋中默默耕耘的藍碳大象》

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文／羅智華

台灣面積最大藻礁海岸地形在哪裡？答案是桃園縣觀音鄉。你答對了嗎？為捍衛桃園縣觀音珍貴的藻礁地形不被破壞，桃園在地聯盟、荒野保護協會、中華鳥會等多個環保團體之前曾共同召開記者會，大聲疾呼社會各界搶救千百年來好不容易形成的藻礁生態，並期盼縣政府能夠將觀音鄉藻礁區規畫為自然保留區。

談到藻礁，一般人可能會把這兩個字和珊瑚礁聯想在一塊，事實上兩者有所差異。簡單來說，海洋中珊瑚礁主要是由「動物造礁」，就像骨幹一樣逐漸長出來，成長速度較藻礁快上許多，每年可以增長一公分左右；而藻礁則主要是由「植物造礁」，是以「層層疊疊方式」，一層層地慢慢長，平均每年大約只能增長零點一公分左右，換句話說，十年時間下來只能增加一公分，累積速度相當緩慢。

不過，也因為藻礁累積緩慢，所以更凸顯其珍貴之處。長期研究海岸生態的農委會特有生物保育中心副研究員劉靜榆表示，珊瑚礁的形成是由一群可以形成碳酸鈣質骨骼的刺胞動物，與體內共生的單細胞藻，藉由一連串作用讓碳酸鹽與鈣離子相互結合，再透過經年累月的方式慢慢形成固態碳酸鈣骨骼，而演變成我們今日看到的珊瑚礁生態。

而藻礁的形成則是藉由紅藻門的珊瑚藻、綠藻門的仙掌藻等藻類，將大海中游離的鈣固定於細胞壁中，再藉由他們所留下的石灰質進行鈣化作用的造礁工作。劉靜榆表示，這些可留下石灰質的藻，就泛稱為石灰藻 (calcareous algae)，部分長得較為扁平的石灰藻還能透過不斷的相互膠結，累積出大規模的藻礁生態。

劉靜榆形容珊瑚礁外觀看起來就如同「樹枝」般，而藻礁則是「色調濃稠的水彩」，一層層塗抹附著在礫石上。除了外觀與造礁方式有所不同外，兩者的生長環境也是「同中有異」。她表示，珊瑚與藻礁？需要生活在可進行光合作用的有氧海域中，但是藻礁對環境的忍受力又比珊瑚礁高出許多。

舉例來說，藻礁可以生存在鹽度變化較大、水溫較低、海流強的海洋環境中，甚至還能忍受短時間的陽光曝曬，因此當海水退潮時，我們可以有機會在海岸邊觀看到露出海水面的藻礁。而反觀珊瑚礁則對生存環境要求較高，除了海水平均溫度要維持在23℃至25℃間的海水溫外，還要保持水質清澈與鹽度穩定，才能確保珊瑚不會因此而白化、甚至生病死亡。

但，值得我們注意的是，如果連忍受力較高的藻礁都禁不起環境破壞而影響生態時，也意味著環境汙染已到了不能不正視的地步，這也是為什麼環保團體要攜手站出來保護藻礁的原因所在！

人為開發與廢水汙染 破壞藻礁最大元凶

「藻礁就如同生命聚寶盆般，是許多生物的棲身之所」因為參與海洋生態總體檢工作而投入藻礁研究、保育的劉靜榆有感而發表示，許多小魚、小蝦、小螃蟹都需要靠藻礁來躲避天敵，對這些小生物來說，藻礁就像是牠們的「大自然庇護所」，可以保護他們不受外來天敵的攻擊。但讓環保團體深感痛心的是，他們發現有愈來愈多藻礁正面臨生死存亡的危機。劉靜榆表示，以桃園縣觀音這一帶的藻礁為例，就有將近三分之二至四分之三的藻礁礁體內沒有小蝦、小蟹等生物存在。她表示海洋因為有漲潮、退潮的緣故，所以海洋本身具有自淨能力，但若連藻礁礁體內都看不到這些小嬌客蹤跡，這也代表當地汙染已經很嚴重。

為何藻礁生態會受到破壞呢？劉靜榆表示，「工業汙染」與「人為開發」是其主因。她指出，像是桃園觀音工業區、大園工業區等地區的部分工廠，都直接將汙水都排入大海中，導致海中大小生物一一死亡，也讓藻礁從原先的暗紅色慢慢轉成污黑，甚至無法再繼續增長，甚至有些海域的生物多樣性已經降到0，完全沒有生物存活。此外，發電廠、工業區等人為開發也讓珍貴的藻礁海岸生態受到破壞。

最近幾個月因環團與居民動員起來，加強舉發違法，數以萬計小蝦群及小魚群都回來了，只是不知道能撐多久？

正因如此，環保團體才會一直呼籲主管機關應儘速設立永久保留區，就是為了讓生態豐富的藻礁不要消失在我們的記憶中，讓美麗的藻礁生態可以生生不息下去。

深度閱讀

書名：海洋環境與生態保育

作者：洪明仕

出版社：華都文化

出版日期：2012年04月15日

書名：大藍海洋（The Sea Around Us）

作者：瑞秋．卡森

譯者：方淑惠、余佳玲

出版社：柿子文化

出版日期：2006年04月07日

原文發表於人間福報