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運河區與加通湖——湖濱熱帶雨林生態│環球科學札記(38)

張之傑_96
・2021/08/04 ・2296字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 作者 / 張之傑

六月十八日,近中午時已看到陸地。約十二點五十,停靠巴拿馬運河加勒比海一側的克里斯多瓦爾港(Cristobal)。港名取自哥倫布的first name。另用他的family name取名,稱為科隆(Colon)。總之,都和紀念哥倫布有關。我們在克里斯多瓦爾期間,當地人皆稱該市為Colon,沒聽到過Cristobal,以下行文也稱作科隆吧。

和平號明日晨過運河,今天下午有兩個中文行程:巴拿馬市短程觀光、乘船遊覽加通湖,我們選擇了後者。兩者皆四個小時,是這趟環球旅行以來行程時間最短的一次。下午二時集合,我們這一車的導遊Iris,一如一般巴拿馬人,是位混血種,她年紀不到四十,身材不高,有點矮胖,英語表達力強,熱情而有活力,常要大家提問,和哥倫比亞卡塔赫納的那位老先生形成強烈對比。

我們的行程是:先到阿瓜克拉拉(Agua Clara)遊客中心,再到梅利亞酒店(Melia Panama Canal),在此搭乘船遊覽加通湖。加通湖是座人工湖,建造的目的是為了供水閘提升水位。加通湖面積約四二五平方公里,海拔二十六米。湖中有許多小島和小半島,都是人工湖建成前的山頭或嶺頂。通過巴拿馬運河的船都會經過加通湖,導遊說,我們不走航道,難得看得到船,要有心理準備。

阿瓜克拉拉遊客中心瀕臨加通湖,圖為其標示。圖/作者攝

從遊覽車開出碼頭,到阿瓜克拉拉遊客中心途中,導遊不停的解說。她首先介紹巴拿馬,該國有黑人血統者約百分之七十五,移入的過程有三波。西班牙統治期間,從非洲引進黑奴;法國修建運河期間,從加勒比海法國殖民地引進勞工;美國修建期間,從從加勒比海美國殖民地引進勞工;後兩者也是非裔黑人。

一八八五年修建鐵路時,引進中國勞工,修建運河時又引進一批。現今華裔佔巴拿馬人口的百分之六,華人有自己的學校,教授中文。中國已是使用巴拿馬運河第二多的國家,中文已列為中學的選修外國語。一般巴拿馬人說一種英語、西語和法語相混雜的語言,一如牙買加的情形。

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科隆約有人口二十萬人,但沒有交通號誌,交通難免有點亂。導遊說,科隆是全世界第二大自由港,僅次於香港,在科隆註冊的公司超過四千家。科隆地處運河入口,因而也是毒品交易的通道。她指著車窗外的破舊樓房說,在科隆所見的貧民,不少和吸毒有關。

遊覽車開往科隆北方,不久就進入運河區,道路變窄,兩旁是茂密的熱帶雨林。運河區自運河中心線向兩岸各拓展約八公里,面積一六七八平方公里。自一九○四年起,運河區由美國管理,一九九九年才交還巴拿馬,現由獨立機構巴拿馬運河管理局(ACP)管理,惟仍不許自由出入,以維護其自然環境。巴拿馬位於南北美之間,是動物遷移的橋樑。運河區也是加通湖的積水區,自然環境不容破壞。

導遊Iris十分盡責,她讓司機放慢速度,一面解說,一面留意路旁雨林中的動靜。她說前往遊客中心,通常可以看到好幾種野生動物。正走著,她讓司機停下來,指著窗外的樹叢:look!look!果然看到一隻有點像猴子的動物。我認出來了,是長鼻浣熊。後來到了加通湖,又看到好幾隻。

進入雨林區,車行不過十幾分鐘,就到了阿瓜克拉拉遊客中心。先到簡報室看十五分鐘視頻,介紹巴拿馬、巴拿馬運河以及新運河擴建工程。新運河於二○一六年竣工,可供大形船舶通過。看完視頻,在遊客中心停留約半小時。遊客中心瀕臨加通湖,可以可買些紀念品,也可欣賞湖景。遊客中心還有設觀景台,可供遠眺湖景。觀景台下,隔著鐵絲網就是新運河用來抬高水閘水位的引水渠道。

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巴拿馬運河抬升閘門水位由加通湖供水,圖為新運河的引水渠道。圖/作者攝

離開阿瓜克拉拉遊客中心,搭車前往原是美軍招待所的梅利亞酒店。途中經過廢棄的美軍基地,包括營房、眷舍等等,現多已破敗,杳無人跡。梅利亞酒店是幢西班牙式建築,瀕臨加通湖,現由梅利亞酒店集團經營。從酒店走一小段路,就是遊湖碼頭,附近有許多探出水面的枯木。河谷中的樹木被人工湖淹沒,近岸處水淺,才會露出殘幹。

遊湖船呈白色,每艘約搭乘四十人,沿著曲折的湖濱緩緩行駛。我們遊湖,其實是沿著湖濱觀賞熱帶雨林及雨林中的動物。岸邊皆露出一段淺灘,可見水位較原先下降。導遊說,由於氣候變遷,連運河區的降雨量也變少了。

熱帶雨林植被多樣,鬱鬱蒼蒼。每當有什麼動靜,導遊就會讓船夫放慢速度。約一個小時的遊湖行程,我們看到的動物還真不少。除了最常出現的長鼻浣熊,還看到捲尾猴和鬃毛吼猴。此外看到一隻樹懶,抱著樹枝一動也不動,若非導遊指點,恐怕沒有一個人能看得出來。鳥類中看到過站立水濱的兀鷹,還看到過巨嘴鳥,只因雨林光線幽暗,看不出豔麗的羽色。我一直注視著岸邊,希望能看到凱門鱷,可是沒有看到。巴拿馬的國鳥角鵰,是美洲最大的猛禽,我們也沒看到。

在運河區,即使是平地上,也經常可以看到長鼻浣熊。圖/李枝福攝
在湖濱的雨林中,可以看到幾種美洲猴,圖為鬃毛吼猴。圖/李枝福攝

可是回到碼頭時,我因觀察近岸處的枯木,走在最後頭,鬼使神差似的,驀然低頭,讓我看到切葉蟻,個個頂著一塊切下來的葉片,朝著一個方向行進。切葉蟻,又稱農蟻,是中南美和美國南部的特有蟻種。牠們將切下的葉片搬運回巢中,像農夫般,用來培育真菌,作為蟻群的食物。看到切葉蟻,是此次環球之旅最興奮的事之一。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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人為開墾造成海洋酸化、雨林消失,第六次大滅絕正在上演!——《丈量人類世》
商周出版_96
・2022/10/12 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘

第六次大滅絕?

人類引以自傲的科技文明迎來了新的人類世,卻疏忽了人類也正在製造大自然中第六次,也是第一次非自然原因的生物多樣性快速消失!

目前地球上約有 1,000 萬到 1,400 萬的物種,其消失速率大約是自然背景滅絕速率的 100-1,000 倍。

大量快速消失的物種

物種在正常時期的滅絕發生率稱為「背景滅絕率」,這是很不容易估計的工作,必須結合所有的化石資料庫,並且要做長期的追蹤。

每個生物族群的背景滅絕率都不一樣,通常是以每年 100 萬物種當中有多少物種滅絕來表示。以哺乳類為例,大約每年 100 萬物種會發生 0.25 次的滅絕事件。換句話說,世界上大約有 5,500 種哺乳類,背景滅絕率預期每七百年會有一種哺乳類消失,一個人的一生應該很難注意到這種改變。

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但是現在有約 28% 的瀕危物種,在 21 世紀結束前,包括全世界的大型哺乳類可能都會面臨危急存亡之秋,這樣的數字不可謂不高。

寇伯特(Elizabeth Kollbert, 1961-)在她 2014 年出版的《第六次大滅絕:不自然的歷史》一書中強調:「如果第六次的滅絕事件發生,極可能是人類造成的。」最可能的因素,還是人類殖民式的生活剝奪、侵犯了其他物種的生存棲息地所致。

伊莉莎白.寇伯特。圖/Wikipedia

海洋酸化

寇伯特的書中記錄了許多生物、生態、地質、考古學家第一手的研究結果。以那不勒斯附近火山口周遭海域的調查為例,顯示藤壺、貽貝、珊瑚藻、顆石藻、龍骨蟲、多種珊瑚、海螺、魁蛤、海綿、鯛魚、海膽等都在減少或消失。尤其是海水酸度達 7.8 的海域,69 種動物、51 種植物中約有 1/3 都不見了。

海洋酸化(ocean acidification)是二氧化碳濃度快速上升的直接結果,人類大量燃燒煤與石油,無疑是將自然蘊藏的碳快速釋放到地表環境中的主因。專家指出:二戰後的二氧化碳排放速率是空前的加速上升。當今人類世的暖化作用,比起上一個更新世每一個冰期後的暖化,起碼快了超過一個數量級。地球已經有上千萬年沒有人類世這麼熱,可能連演化都忘了如何選擇能夠耐熱的基因。如果耐熱的 DNA 已經消失,生命已經不復保有這樣的特質,那對人類世就是真正的噩耗。

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海水的 pH 值 7.8 或許是海洋生態的酸度臨界點,超過此臨界點,3/4 的消失物種會是鈣化生物。海洋酸化會嚴重地改變海水及其中的生態,譬如微生物族群的組成;獲得關鍵養分的方便程度;光線穿透海水的透光度影響海藻的生態;當然也影響光合作用;聲音傳播的情形將使得海洋更嘈雜;溶解性的金屬化合物也會改變;鈣化生物如海星、海膽、蛤蜊、牡蠣、藤壺、珊瑚等會因為缺鈣而大受影響,尤其是造礁珊瑚的白化現象——珊瑚蟲集體死亡,會使得依靠珊瑚生存的生物多樣性大幅下降。而珊瑚一旦消失,海中生態系必然崩解。

1700 年代到 1990 年代,人類排放的二氧化碳對世界各地海水 pH 的影響。圖/Wikipedia

珊瑚是人類以外也會建造龐大「公共工程」的生命體,例如綿延超過 2,600 公里的大堡礁, 最厚的地方有 150 公尺,這種規模即使是人類最大的工程都望塵莫及。珊瑚礁可能支持了數百萬種海中生命共同生存或賴以捕食的環境,是海洋「撒哈拉沙漠裡的雨林」。這樣的依存關係也許已經存續了許多個地質世代,卻可能在這個世紀慘遭大幅損毀。

大氣科學家考戴拉(Ken Caldeira)是「海洋酸化」一詞的創始人,他認為未來幾個世紀的海洋酸化程度,可能造成超過數億年的影響程度。

實驗還顯示:生活在北極,看起來像是長了翅膀的海螺,以及對海水酸度非常敏感的翼足類海蝴蝶也會瀕臨危機。海蝴蝶是鯡魚、鮭魚、鯨等的重要食物,海水變酸,食物鏈必然受影響。而鈣化生物如笠貝的殼,甚至會出現破洞。此外,1/3 的造礁珊瑚、1/3 的淡水軟體動物、1/3 的鯊魚及魟魚都將消失。而某些增加的物種,譬如超微浮游生物,它們會消耗掉更多養分,使食物鏈上層的生物大受影響,進而使生態結構崩壞。

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熱帶雨林的消失

除了海洋外, 嚴重影響生物性下降的原因還有熱帶「雨」「林」的減少。低緯度的雨林是地表生物多樣性最豐富的地方,而亞馬遜雨林因為過度開墾,興起了「破碎森林生物動態研究計畫」(Biological Dynamics of Forest Fragments Project)。這是世界上規模最大、時間最長的實驗之一。

亞馬遜雨林。圖/Wikipedia

從1970 年代巴西政府開始鼓勵農牧業,就規定亞馬遜區必須維持至少一半的森林維持原狀。洛夫喬伊(Tom Lovejoy)就試圖說服農場主人讓科學家決定哪些樹要留下來。在巴西政府的同意下,許多方塊形的「森林群島」就成為森林保留區,裡面有許多生態研究正在進行蒐集物種數量的變化。

依統計數字來看,地球上沒有冰的 1 億 3 千萬平方公里的陸地,已經開發墾殖了 7 千萬平方公里。真正杳無人跡的「荒地」只有沙漠、西伯利亞、加拿大北部和亞馬遜河流域,總面積只有 3 千萬平方公里,這還沒有考慮到許多人為管線穿越、切割這些「荒地」區域的影響。

「破碎森林生物動態研究計畫」發現:破碎森林的生物多樣性隨著時間不斷下降,儘管叢林的多樣性豐富,但是局部地區滅絕可能演變成區域滅絕,最後成為全球性滅絕。亞馬遜的土地墾伐影響到大氣環流,破壞雨林,不僅造成「林」的消失,也可能導致「雨」的消失。

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生物多樣性之父威爾森(E. O. Wilson)和昆蟲學家厄文(Terry Erwin)都曾經估算過,破碎森林中昆蟲的當代滅絕率,可能比自然背景滅絕率高出了 1 萬倍!這個數字令人難以置信,當然統計的結果可能沒有考慮到滅絕發生所需要的時間,昆蟲的滅絕率也可能不同於其他生物的滅絕率。

科學家在全球的研究結果發現,對環境最敏感的兩棲類和昆蟲,如蛙類與蜜蜂,幾乎都在快速消失中。兩棲類在 3 億 7 千萬年前,就從海中率先登陸征服了陸地,生命力十分強悍,但如今兩棲綱可能是世界上瀕臨滅絕危機最嚴重的動物。據估計,兩棲類的滅絕率可能比背景滅絕率高出了 45,000 倍。

此外,很多其他族群的消失減損情形也頗驚人,受到影響的物種包括植物、動物的哺乳類、鳥類、爬蟲類、魚類、無脊椎動物等。1/4 的哺乳類、1/5 的爬蟲類、以及 1/6 的鳥類,也正無奈地踏上人類世的滅絕之路。這些不僅發生在森林中、深海中,更發生在我們居住的城市或後院。

——本文摘自《丈量人類世:從宇宙大霹靂到人類文明的科學世界觀》,2022 年 9 月,商周出版,未經同意請勿轉載。

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熱帶雨林如何自食其力?——《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》
日出出版
・2022/09/18 ・4192字 ・閱讀時間約 8 分鐘

有關這個根本問題的答案,水能提供一些線索——不管是源自森林的溪水,或經常像瀑布一樣傾瀉而下的雨水。

熱帶雨林如何自食其力?水能提供一些線索。圖/Pexels

亞馬遜流域的三種水色

這裡我們還是會先以亞馬遜雨林為例,因為如果能認識地表最大熱帶雨林的狀況,自然也就能了解剛果盆地與東南亞這另外兩大雨林。

不過在更深入探究當地的狀況前,我們得先介紹一個早就被發現的現象。亞馬遜地區的河流,可依水色分成三類:白水、黑水與清水。白水並非白色,它帶點乳色混濁,其實更像牛奶咖啡。黑水看起來雖像流動的石油,把它舀進大一點的容器看其實偏棕色。至於清水則就是清澈不混濁。

這些差異意謂著什麼,亞馬遜的原住民印地安人應該都很熟悉,他們甚至是以此來表達不同部族的居住地與人數多寡。這種「印地安模式」,可從水中的礦物含量以及與此相關的肥沃度得到解釋。

烏卡亞利河為亞馬遜河的主源,由發源自安地斯山脈的烏魯班巴河與坦博河匯流而成。圖/維基百科

白水河源自安地斯山,來自高山的礦物碎屑造成它的混濁,每年特定時間或長或短的氾濫期為河岸地區帶來肥沃物質,程度上雖不如尼羅河氾濫,但原理很類似。白水河的氾濫區在亞馬遜被稱為 várzea,這裡氾濫期的洪水可高達十幾公尺,會叮咬人的蚊蚋也很多,但幾百年來,卻一直有歐洲殖民者的後代,與那些被稱為卡布克羅人(Caboclos)的歐、印混血者在此墾殖定居。

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至於被稱為 igapó 的黑水河氾濫區,則與此截然不同。洪水在這裡也會暴漲至樹冠,並經常維持在這個高度數星期之久,氾濫過後卻還是無法留下肥沃的河岸。不僅如此,這裡的土壤因氾濫所流失的養分還比得到的多,所以即使大致沒什麼擾人的蚊蚋,卻也不會有人來種任何東西。

土壤跟它一樣貧瘠的,還有清水河的河岸。河水不混濁,雖然有利於以弓箭或魚叉捕魚,但水清則魚少,所以這方面的收穫也說不上豐碩。

這些印地安人的祖先數百至數千年來累積的經驗,在二十世紀後半期德國馬克斯.普朗克(Max-Planck-Institut)湖沼研究所所進行的測量中得到了證實。研究者發現清水河與黑水河都極度缺乏電解質,也就是那些可做為導電離子的可溶性礦物成分。水中量測到的導電率,是顯示其電離子含量的良好指標,而植物所需的營養鹽就是這類離子。

黑水河暗褐的水色來自腐植酸,這種物質是植物生長無法利用的,而我們通常是從水色偏褐的沼澤湖泊認識到它。白水河則不同,它幾乎含有植物所需的每一種離子,例如鉀、鈣、鎂與磷酸鹽離子,而這些是來自安地斯山風化的岩石。

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亞馬遜河北岸最大的支流——尼格羅河,又被稱為「黑河」;與白水的河流形成強烈對比。圖/維基百科

不過這裡的岩石風化物,其實不如衣索比亞的肥沃多產(尼羅河的兩條主要支流即發源於此),因為亞馬遜河的集水區裡沒有火山。火成岩遠比石灰岩、砂岩或花崗岩肥沃,這也是東南亞大部分雨林區與其他地方最顯著的差異。熱帶研究學的專家恩斯特.約瑟夫.菲特考(Ernst Josef Fittkau)根據這些發現製作了一張亞馬遜地區的生態圖,呈現出一種河川三分法,分別是白水河作為「安地斯山之延續」,與來自黑水河及清水河的流路,在這三種區塊之間,則是亞馬遜中部面積廣大的雨林。

但孕育出這片森林所需要的養分,究竟從何而來?

有更多發現為這個問題提供了線索。例如科學家為精確分析水的成分所測量的導電率,顯示出亞馬遜地區某些林間小河的河水居然還比雨水更純。它甚至不含一點鈣或鎂,連其他礦物成分的含量,也都只在勉強能驗到的臨界值。在一條這樣的林間小溪裡洗手,只要沾一點肥皂,就足以產生多到無法遏止的泡沫。

這個奇怪的發現,事實上背後的問題很嚴峻。極度缺乏礦物質,會讓人牙齒損壞、骨質流失,而熱帶悶熱的環境,更讓人因流汗損失過多鹽分而渴望鹽。水中的礦物成分過低,也意謂著某些水生動物的身體有吸收過多水分的危險,因為當牠體外的水鹽度遠低於體內,滲透率便會產生落差,而為了避免過多水分滲入,牠會迫使自己的身體近乎防水,否則得不斷排出過多水分,非常耗費能量。

這也充分解釋了,為什麼像巨骨舌魚這類皮膚有如鎧甲的魚,偏偏就普遍分布在亞馬遜地區,而且是水裡的贏家。此外,滿口利牙的典型掠食性魚類會吃樹上掉進水裡的果實,也非常合理,因為牠們可以從這類食物中獲取礦物質,以補充在這種環境下無可避免的損失。

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巨骨舌魚(Arapaima gigas)原生於亞馬遜河;為活化石,需經常浮出水面呼吸空氣。圖/維基百科

不過整座森林,其實也無可避免地在流失它的礦物鹽類。至於到底流失了多少,則可藉測量離開森林後的水體之電解質得知。即使每立方公尺只含幾毫克,它也一點一滴、年復一年地從亞馬遜雨林裡流失,然後被帶進南大西洋。

所以在地力不斷流失的情況下——除了白水河的河岸地帶之外,因為這裡每次氾濫,都會得到來自安地斯山的養分補給——亞馬遜雨林不是應該要逐漸營養不良死去嗎?

更多研究的發現,讓這個問題的答案愈來愈清晰。大部分生長在亞馬遜的「固定土地」上,也就是它面積廣大的非氾濫區裡的樹木,都發展出一種向四面八方水平擴展的根系,與一般認為它能特別深紮在土壤中的想法完全不同。一場普通大小的雷雨風暴,便足以把一棵大樹撂倒,連那些經常長得非常巨大的板根與支柱根,都沒辦法穩固地支撐它。

在此同時我們也從豐富廣泛的雨林研究中得知,其貼近地面擴展的根系,作用就像一個巨大精密的過濾器,而樹木便是以此來攔截吸收落葉或倒木分解後釋放出的礦物成分。這種養分的循環再利用過程真的很短,在其中協助它進行的便是纖細無比的真菌菌絲。

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在我們所熟悉的土壤中,負責儲存這些分解物質者是腐植質,也因此它被認為特別肥沃。然而熱帶雨林的土壤沒有腐植質,因為樹木的根,立即吸收了所有在分解與礦化作用中釋放出的物質。樹木的葉與根之間,構成了一種緊密的循環系統。

精密的植被系統

當然這還是無法完全阻止植物所需的養分因雨水而流失,因為水量實在太大,降雨強度也太強。林間小溪貧乏的礦物含量,指出了這種無可避免的損失。而雨林裡的樹木如何取得平衡,只要看看它的葉子與樹冠,便可得到線索。

那些「坐」在它樹冠上的植物,幾乎都是我們最熟悉的室內或裝飾植物,例如蘭花、鳳梨科植物或蕨類。在德文裡它們被有點拗口地慣稱為「坐在上面的植物」,其實也就是附生植物。

它們的根莖沒有觸及地面,也沒有鑽進樹木的枝幹裡,所以不像寄生植物會吸取樹木養分,而只在樹上靠「吸空氣」維生——這點完全名符其實:因為它們不僅像絕大部分植物那樣,會從空氣中吸收二氧化碳,也吸收那裡面的水分與必需的礦物養分。雖然要以這種方式活著,它們得維持很低的需求,但它們的出現與常見卻也表明,借道空路而來的礦物鹽類顯然完全充裕。

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熱帶雨林裡「坐」在植物上的附生植物。圖/維基百科

只要更仔細觀察,我們甚至還看得到許多附生在樹葉上的小型或微型植物。它們像一小片草地那樣生長在葉面,讓有些大型樹葉看起來好像布滿斑點,而且這很可能也是滴水葉尖發展出來的重要原因之一。這樣的葉尖能讓雨水更快從葉面滴下或流走,如此一來那上面的迷你附生植物才會不斷枯死;這可以避免它們生長過密,對雨林樹木的葉子造成危害。

另一方面,這些葉面附生植物透過其龐大的總表面積,從雨水中過濾出特別多的礦物養分,這點對樹木倒是有利的;在很大的程度上,甚至比那些大型附生植物更有用。後者通常只會偶爾在雷雨風暴中被颳落地面,然後樹根或許還能從它們身上吸收到一些營養。

這裡空氣中的礦物成分究竟從何而來,一直到二十世紀後半都還無人知曉。是來自被信風或暴風颳來拍打在海岸的浪花嗎?還是來自南美洲東北及東南部、有著廣大裸露地面的乾燥區?都有可能。

然而化學微量分析的結果,卻指向一個要遙遠得多的來源地。那些從空中為亞馬遜雨林施肥的礦物成分,是信風遠從撒哈拉沙漠挾帶來的。有時候當沙塵暴特別強勁,大範圍的天氣狀態也許可時,甚至連中歐地區都能體驗到一部分這種來自撒哈拉的沙塵現象。此時降下的雨會偏褐到黃褐色,在過去迷信的時代,人們把它稱作「血雨」,而它顯示出沙塵裡有含鐵化合物。

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根據測量的結果,隨著信風由非洲穩定吹向亞馬遜的沙塵量,不僅能與因河水沖蝕與搬運而損失的量達成平衡,也確實含有雨林裡的樹木生長所需要的礦物養分。那些主要是磷、鉀、鎂,但也包括鈣、鐵及一些微量元素。

亞馬遜雨林是「站」在一片無法再提供任何養分的土地上。圖/維基百科

因此我們可以誇大一點地說,絕大部分的亞馬遜雨林根本只是「站」在一片幾乎已無法再提供給它任何養分的土地上,而且是以它的樹葉與根部組織從空氣中吸收養分。就這點而言,熱帶雨林的表層很類似高位沼澤,因為它也是從空氣中獲取養分。高位沼澤下那些死去植被積累而成的泥炭,主要功能就是做為底部基礎與蓄水。

——本文摘自《熱帶雨林:多樣、美麗而稀少的熱帶生命》,2022 年 8 月,日出出版,未經同意請勿轉載。

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運河區與加通湖——湖濱熱帶雨林生態│環球科學札記(38)
張之傑_96
・2021/08/04 ・2296字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 作者 / 張之傑

六月十八日,近中午時已看到陸地。約十二點五十,停靠巴拿馬運河加勒比海一側的克里斯多瓦爾港(Cristobal)。港名取自哥倫布的first name。另用他的family name取名,稱為科隆(Colon)。總之,都和紀念哥倫布有關。我們在克里斯多瓦爾期間,當地人皆稱該市為Colon,沒聽到過Cristobal,以下行文也稱作科隆吧。

和平號明日晨過運河,今天下午有兩個中文行程:巴拿馬市短程觀光、乘船遊覽加通湖,我們選擇了後者。兩者皆四個小時,是這趟環球旅行以來行程時間最短的一次。下午二時集合,我們這一車的導遊Iris,一如一般巴拿馬人,是位混血種,她年紀不到四十,身材不高,有點矮胖,英語表達力強,熱情而有活力,常要大家提問,和哥倫比亞卡塔赫納的那位老先生形成強烈對比。

我們的行程是:先到阿瓜克拉拉(Agua Clara)遊客中心,再到梅利亞酒店(Melia Panama Canal),在此搭乘船遊覽加通湖。加通湖是座人工湖,建造的目的是為了供水閘提升水位。加通湖面積約四二五平方公里,海拔二十六米。湖中有許多小島和小半島,都是人工湖建成前的山頭或嶺頂。通過巴拿馬運河的船都會經過加通湖,導遊說,我們不走航道,難得看得到船,要有心理準備。

阿瓜克拉拉遊客中心瀕臨加通湖,圖為其標示。圖/作者攝

從遊覽車開出碼頭,到阿瓜克拉拉遊客中心途中,導遊不停的解說。她首先介紹巴拿馬,該國有黑人血統者約百分之七十五,移入的過程有三波。西班牙統治期間,從非洲引進黑奴;法國修建運河期間,從加勒比海法國殖民地引進勞工;美國修建期間,從從加勒比海美國殖民地引進勞工;後兩者也是非裔黑人。

一八八五年修建鐵路時,引進中國勞工,修建運河時又引進一批。現今華裔佔巴拿馬人口的百分之六,華人有自己的學校,教授中文。中國已是使用巴拿馬運河第二多的國家,中文已列為中學的選修外國語。一般巴拿馬人說一種英語、西語和法語相混雜的語言,一如牙買加的情形。

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科隆約有人口二十萬人,但沒有交通號誌,交通難免有點亂。導遊說,科隆是全世界第二大自由港,僅次於香港,在科隆註冊的公司超過四千家。科隆地處運河入口,因而也是毒品交易的通道。她指著車窗外的破舊樓房說,在科隆所見的貧民,不少和吸毒有關。

遊覽車開往科隆北方,不久就進入運河區,道路變窄,兩旁是茂密的熱帶雨林。運河區自運河中心線向兩岸各拓展約八公里,面積一六七八平方公里。自一九○四年起,運河區由美國管理,一九九九年才交還巴拿馬,現由獨立機構巴拿馬運河管理局(ACP)管理,惟仍不許自由出入,以維護其自然環境。巴拿馬位於南北美之間,是動物遷移的橋樑。運河區也是加通湖的積水區,自然環境不容破壞。

導遊Iris十分盡責,她讓司機放慢速度,一面解說,一面留意路旁雨林中的動靜。她說前往遊客中心,通常可以看到好幾種野生動物。正走著,她讓司機停下來,指著窗外的樹叢:look!look!果然看到一隻有點像猴子的動物。我認出來了,是長鼻浣熊。後來到了加通湖,又看到好幾隻。

進入雨林區,車行不過十幾分鐘,就到了阿瓜克拉拉遊客中心。先到簡報室看十五分鐘視頻,介紹巴拿馬、巴拿馬運河以及新運河擴建工程。新運河於二○一六年竣工,可供大形船舶通過。看完視頻,在遊客中心停留約半小時。遊客中心瀕臨加通湖,可以可買些紀念品,也可欣賞湖景。遊客中心還有設觀景台,可供遠眺湖景。觀景台下,隔著鐵絲網就是新運河用來抬高水閘水位的引水渠道。

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巴拿馬運河抬升閘門水位由加通湖供水,圖為新運河的引水渠道。圖/作者攝

離開阿瓜克拉拉遊客中心,搭車前往原是美軍招待所的梅利亞酒店。途中經過廢棄的美軍基地,包括營房、眷舍等等,現多已破敗,杳無人跡。梅利亞酒店是幢西班牙式建築,瀕臨加通湖,現由梅利亞酒店集團經營。從酒店走一小段路,就是遊湖碼頭,附近有許多探出水面的枯木。河谷中的樹木被人工湖淹沒,近岸處水淺,才會露出殘幹。

遊湖船呈白色,每艘約搭乘四十人,沿著曲折的湖濱緩緩行駛。我們遊湖,其實是沿著湖濱觀賞熱帶雨林及雨林中的動物。岸邊皆露出一段淺灘,可見水位較原先下降。導遊說,由於氣候變遷,連運河區的降雨量也變少了。

熱帶雨林植被多樣,鬱鬱蒼蒼。每當有什麼動靜,導遊就會讓船夫放慢速度。約一個小時的遊湖行程,我們看到的動物還真不少。除了最常出現的長鼻浣熊,還看到捲尾猴和鬃毛吼猴。此外看到一隻樹懶,抱著樹枝一動也不動,若非導遊指點,恐怕沒有一個人能看得出來。鳥類中看到過站立水濱的兀鷹,還看到過巨嘴鳥,只因雨林光線幽暗,看不出豔麗的羽色。我一直注視著岸邊,希望能看到凱門鱷,可是沒有看到。巴拿馬的國鳥角鵰,是美洲最大的猛禽,我們也沒看到。

在運河區,即使是平地上,也經常可以看到長鼻浣熊。圖/李枝福攝
在湖濱的雨林中,可以看到幾種美洲猴,圖為鬃毛吼猴。圖/李枝福攝

可是回到碼頭時,我因觀察近岸處的枯木,走在最後頭,鬼使神差似的,驀然低頭,讓我看到切葉蟻,個個頂著一塊切下來的葉片,朝著一個方向行進。切葉蟻,又稱農蟻,是中南美和美國南部的特有蟻種。牠們將切下的葉片搬運回巢中,像農夫般,用來培育真菌,作為蟻群的食物。看到切葉蟻,是此次環球之旅最興奮的事之一。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。