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解構復活節島的「社會崩潰」迷思!——島民如何應對難料的氣候變遷?

ntucase_96
・2021/11/28 ・2335字 ・閱讀時間約 4 分鐘

  • 編譯/江柏毅

本文轉載自 CASE 報科學 《復活節島的社會崩潰迷思

透過貝氏推斷統計,美國賓漢頓大學研究團隊認為復活節島過去的人口在接觸歐洲人之前不曾出現大幅減少的崩潰現象,而是在登島後便持續穩定成長,不受環境氣候變遷影響。儘管島內確實曾出現大規模森林砍伐,但森林的砍伐其實是長期行為。統計結果顯示在接觸歐洲人之前,復活節島的人口應該是數千人,而不是歐洲紀錄裡的少於千人。復活節島島民懂得在環境氣候變遷下採取各種適應策略成功克服逆境。他們的環境適應可作為當代社會之借鏡。

圖/Creative Commons

復活節島(Easter Island, Rapa Nui)是南島語族(Austronesian)最晚踏上的島嶼之一(年代大約在 AD 700 到1100 之間,或較晚近的 AD 1200),它孤懸於南太平洋上,最近的島嶼距離約為 3000 公里;目前島上無常年性河川且異常乾旱;儘管過去動植物資源曾相當豐富,但在失去了棕櫚樹覆蓋之後長年受鹽分侵蝕,使島上的土壤失去沃度。該島也由於地處熱帶邊緣,並無環礁,因此魚類資源並不特別豐富,氣溫也無法讓椰子與麵包果生長。

位於南太平洋的復活節島。圖/維基百科

破解人口數銳減的迷思

復活節島常作為案例用於探討社會崩壞議題。傳統說法認為古代島民曾為了從事農業、搬運摩埃石像而大量砍伐棕櫚樹,環境破壞也逐漸導致島內資源匱乏,在氣候變遷影響下,島內開始出現飢荒,爭奪資源的戰爭,人口大幅下滑,社會因此逐漸崩解。近年的考古研究也曾認為島民所意外帶入的老鼠啃咬了原生棕櫚樹的種子,導致島上樹木日漸絕跡,而歐洲人所帶來的疾病和奴隸掠奪行為也進一步加速了島內人口的流失,致使西元 1722 年歐洲人紀錄中島上僅見不到千餘居民的慘況。

復活節島確實發生過人口大幅衰減的現象嗎?根據美國賓漢頓大學(Binghamton University)人類學家 Robert DiNapoli、Carl Lipo 等人的統計研究結果,答案可能是否定的。新發表於《 Nature Communications 》期刊的論文指出復活節島島民在面對環境變遷的策略上其實曾相當成功,並可為當代社會之借鏡。

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Robert DiNapoli 表示,過去各界對復活節島社會崩潰問題看法聚焦於人口,認為人口的大幅衰減與十二、十三世紀環境變遷(主要為森林砍伐與鼠患)引發的負載力(carrying capacity)下降有關;此外,公元1500年左右出現的南方震盪(Southern Oscillation)乾燥化氣候變遷也是壓垮該島社會的最後一根稻草。Carl Lipo 表示,有一派說法認為上述環境氣候變化對島內人群的生存產生了負面效應,但這些變化是否契合研究團隊從碳十四測年裡所見到的人口估算呢?

棕櫚。圖/EOL

考古學的人口估算其實並不可靠

人口估算在考古學中是一個較具爭議的課題,原因在於估算方法,如計算墓葬數和房屋數,並不可靠。前者的問題在於並不是所有人於死後都擁有墓葬,且墓葬的保存與否也嚴重影響估算。計算房屋數的問題則在於考古學家無法確定同一層位的房屋究竟屬同一時期使用,或是有無法反映在年代數據上的短期差異,致使出現重複計算的誤差。另一種較間接但相對可靠的方法是利用碳十四測年瞭解當時人類活動的規模程度,並對照各時期的遺跡現象推估人口變化,但這種方法仍具有不確定性。

Carl Lipo 和 Robert DiNapoli 所使用的人口估算方法為統計學裡的貝氏推斷(Bayesian inference),由於不須使用傳統推論統計中的概似函數(likelihood function),能夠克服不確定性問題。根據貝氏統計結果,復活節島的人口其實到 1722 年歐洲人抵達前都呈現穩定成長。在歐洲人抵達後,兩個統計模型顯示島內人口數出現過一次高穩定期,另外兩個統計模型則呈現人口衰退。整體而言,研究結果反映復活節島的人口在接觸歐洲人以前並不受氣候環境變遷劇烈影響

新近的考古研究其實也顯示該島島民過去並不曾仰賴棕櫚樹維生。復活節島的森林砍伐其實是長期行為,森林的消失也沒有造成災難性的土壤侵蝕;相反地,人群懂得利用岩石堆砌駁坎避免土壤流失,以維持地力;在乾旱發生時,人群也懂得利用沿岸滲透湧泉(coastal seeps)獲得淡水。統計結果顯示在接觸歐洲人之前,復活節島的人口應該是數千人,而不是歐洲紀錄裡的少於千人,在接觸初期島內人口數甚至還有所成長,摩埃石像其實在歐洲人登島後仍曾持續建造。整體來說,島民的環境氣候適應策略其實是相當成功的。

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島上面海的摩艾石像。圖/維基百科

應向島民們學習

那麼為何現今會有復活節島出現社會崩潰的迷思呢?

Carl Lipo 表示,這可能與1960年代所興起的環境變遷影響人口研究逐漸成為顯學有關,儘管這之間的相關性其實是植基於現代工業污染與氣候變遷,而不是考古證據。現代人常下意識地假設古人的聰明才智不及於現代人,但從考古工作所反映的卻不是這麼一回事。過去復活節島島民其實了解環境永續對孤懸於海的島嶼的重要性,任何錯誤的資源管理策略都會導致災難性的結果。

復活節島的例子實可為當代社會之借鏡。

參考資料

  1. 2021 07. 13, Resilience, not collapse: What the Easter Island myth gets wrong.
  2. 2021 Robert J. DiNapoli, Enrico R. Crema, Carl P. Lipo, Timothy M. Rieth, Terry L. Hunt. Approximate Bayesian Computation of radiocarbon and paleoenvironmental record shows population resilience on Rapa Nui (Easter Island). Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-24252-z
  3. 2010 Terry L. Hunt and Carl P. Lipo Ecological Catastrophe, Collapse, and the Myth of “Ecocide” on Rapa Nui (Easter Island), in Patricia A. McAnany & Norman Yoffee (eds), Questioning Collapse: Human Resilience, Ecological Vulnerability, and the Aftermath of Empire, pp. 21-44. Cambridge: Cambridge University Press.
  4. 2006 賈德・戴蒙 《大崩壞:人類社會的明天?》(中文版)。台北:時報出版,第110-155頁。
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ntucase_96
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CASE的全名是 Center for the Advancement of Science Education,也就是台灣大學科學教育發展中心。創立於2008年10月,成立的宗旨是透過台大的自然科學學術資源,奠立全國基礎科學教育的優質文化與環境。

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「銅戈」有哪些獨特優勢和設計奧秘?上古中國區域互動有多複雜?——專訪中研院歷史語言研究所李修平助研究員
研之有物│中央研究院_96
・2024/04/15 ・6432字 ・閱讀時間約 13 分鐘

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本文轉載自中央研究院「研之有物」,為「中研院廣告」

  • 採訪撰文|林庭葦
  • 責任編輯|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

上古中國最常見的武器是「戈」?

說到中國的兵器,你可能會想到金庸武俠小說中的倚天劍、屠龍刀。事實上,我們熟悉的劍是從歐亞草原傳入中國。早在劍成為主流兵器前,在上古中國的戰場上,廣泛使用的兵器是青銅製的「戈」。中央研究院「研之有物」專訪院內歷史語言研究所李修平助研究員,透過研究殷墟出土的「銅三角援戈」,分析這些兵器之於墓主的意義,並解開晚商社會與區域互動的謎團。

中央研究院歷史語言研究所李修平助研究員,手上揮舞著仿銅戈模型,介紹源自上古中國的尖端兵器。
圖|之有物

在中央研究院歷史語言研究所的研究室裡,李修平助研究員揮舞著一把仿銅戈模型,一邊講解、一邊模擬商代士兵的作戰情形。

銅戈這類青銅器是用銅、錫、鉛為主的礦物冶煉鑄造而成,跟非金屬材料做的兵器截然不同。第一,銅戈相當鋒利,就算沒有正中敵人要害也會造成大量失血,攻擊效率極高。第二,石器要花時間打磨,但銅戈只要有夠多模具,就能大規模量產。第三,石器斷了就斷了,但銅戈就算鈍掉,磨一磨就能再用;就算爛掉,也能重鎔再製。

「銅戈彰顯了商代的軍事和科技實力,你不覺得這類兵器超猛的嗎!」李修平讚嘆古人的智慧,娓娓道來自己對銅戈與青銅器著迷的原因:

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青銅器的鑄造技術就像當代的半導體,是上古中國最尖端的科技!

的確,與石器、玉器或陶器相比,青銅器的製造技術更複雜,從開採礦物、冶煉金屬,乃至鎔鑄器物,整套製程都需要高超的知識體系和工藝技術。

此外,李修平更從銅戈觀察到複雜的區域互動關係。目前,學界普遍認為「戈」是中國本土發展出的兵器,源自黃河流域,並往四周流傳。而青銅鑄造則是來自歐亞草原的外來技術,傳入中國後逐漸本土化,被用來製作各式禮、兵器,也包括銅戈。

根據目前的考古發現,在被視為「晚夏時期」的二里頭文化(西元前約 1750 至 1520 年)、「早商時期」的二里岡文化(西元前約 1510 至 1300 年)就已出土少量的銅戈。到了中、晚商時期,銅戈不僅大量出現於黃河中游的小屯文化(包括「花園莊期」與「殷墟文化」,西元前約 1320 至 1050 年),更散布於上古中國境內各地。不同地區銅戈的形制變化與出土脈絡,成為考古學家研究上古中國區域互動的重要材料。

中央研究院歷史文物陳列館展出從殷商到東周時期的銅戈,從中可觀察銅戈形制的變化。到了西周中期以後,戈的形制逐漸固定,戈頭末端已普遍流行名為「胡」的延長設計,可增加鑽孔空間,方便穿繩將握柄牢牢綁在戈頭上。圖為東周的長胡戈。
圖|之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

考古學家如何還原文物身世?

銅戈基本構造圖解
圖|研之有物

在殷商時期,銅戈已是中國廣為使用的兵器,一支銅戈基本上具備:青銅製的「戈頭」、固定戈頭並可手執的「柲」、柲上端的「冒」,與柲下端的「鐏」。

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戈頭又可大致分為用來攻擊的「援」、支撐柲的「內」(常見的造型有直內、曲內、管銎),以及位於兩部位銜接處的「闌」(分為上闌、側闌、下闌)。

為了讓戈頭在作戰時不會從柲上脫落,會在「援」或「內」上設計稱為「穿」的孔洞,可穿繩將戈頭和柲綁在一起。後來更出現了合瓦形的「管銎」,是形狀如兩塊瓦片圍成的孔洞,可讓柲直接穿過戈頭固定。

銅戈的「內」常見的造型有:直內、曲內、管銎。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

在形態各異的銅戈中,李修平注意到一種形狀特殊、數量稀少的「銅三角援戈」。與一般銅戈相比,銅三角援戈的主要特徵為:援呈三角形、援末有長方形穿、無上下闌

銅三角援戈不僅造型特殊,更令人矚目的是,學者對於銅三角援戈的起源意見紛陳,目前至少包括「漢中盆地說」、「中原說」、「漢水流域說」與「涇渭三角地帶說」等不同說法。這也連帶影響其背後所反映的不同區域互動關係,形成眾說紛紜的局面。

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銅三角援戈基本構造圖解
圖|研之有物

根據目前的考古證據,在距今 3000 多年前的商代,銅三角援戈已見於上古中國各地,包括今日黃河流域的河南、河北、山東、山西、陝西,與長江流域的湖北、湖南與陝西南部等地。此外,殷墟所在的河南省安陽市,則出土近 20 件銅三角援戈。

為了藉由銅三角援戈此一個案,進一步探索商代複雜的區域互動關係,李修平首先分析史語所典藏的 4 件殷墟出土銅三角援戈。當中有 2 件「直內三角援戈」和 1 件「曲內管銎三角援戈」發現於洹河以西的小屯東北地(即一般所謂的「宮殿區」)。另有 1 件「直內三角援戈」發現於洹河以東的大司空村。

研究的起點,就得先從殷墟的地理位置,與文物的出土脈絡說起。

圖為 4 件銅三角援戈在殷墟的發現地
圖|中央研究院歷史語言研究所、李修平提供

殷墟是商代晚期的王都遺址,其歷史可追溯至距今 3000 多年前,位於今日中國河南省安陽市的洹河流域,佔地廣袤,遍布大大小小的遺址。

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史語所自 1928 至 1937 年間,陸續在殷墟進行 15 次考古發掘,在當年是首次由官方學術單位,在單一遺址中,進行長時間、大規模、系統性的考古發掘工作,奠定了中國考古學往後 90 餘年的發展。

為了尋找中國最早的文字──甲骨文,經過多年調查,史語所的考古學家前往安陽市西北部的小屯村,進行田野考古工作。由於小屯村以北發現大量的夯土台基,顯示此處曾是商代晚期的宮殿和宗廟的所在地,因而稱之為「小屯宮殿區」。此外,更在小屯宮殿區的西北方、洹河以北的侯家莊以北,發現了「西北岡王陵區」。

考古學家藉由解讀出土於殷墟的甲骨文,證實了歷史文獻上殷商王朝的存在。墓葬中更找到各式青銅製的禮、兵器,與《左傳》「國之大事,在祀與戎」的記載相符。毫無疑問,在不晚於殷商時期,「祭祀」和「戰爭」就是一個國家立足的根本。

1936 年春,史語所考古團隊在小屯村北的張家七畝地,發掘關鍵的 YH127 坑,出土 17,096 片記載殷商王室祭祀活動的甲骨。圖為工作人員正在將整塊埋有甲骨的土層挖出,準備裝箱運回南京的研究室清理。右方踞於箱上為李濟,其後穿淺色背心坐者為高去尋,其後為李景聃。
圖|中央研究院歷史語言研究所

在殷墟發掘的文物,皆有賴考古學家就其出土「脈絡」,還原身世背景。

除了觀察文物本身的形制、材質、刻紋等外在特徵之外,文物出土的地層、在遺址中的位置、周圍的其他遺存等,都是協助考古學家研究古人思想行為的關鍵。

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李修平舉例,一件銅器在遺址的不同地方被發掘,可能暗示它所處的不同生命週期。例如在作坊附近發掘,可能是半成品或廢料;在居住區發掘,可能是使用中的物品;在垃圾坑發掘,可能是毀棄品;在墓葬中發掘,則可能是陪葬品。

「戈」除了作為兵器,也可做禮器使用。圖為殷墟小屯宮殿區 331 號墓出土的「玉援銅內戈」,其援部是玉製,功能可能類似領導者手持的儀仗。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

從墓葬風格推算墓主身份地位?從戈的形狀看出區域互動可能性?

史語所典藏的 4 件殷墟出土銅三角援戈,有 3 件出自墓葬、1 件出自水井。首先,李修平從墓葬所在的位置、墓室的規模、陪葬品數量,以及是否有殉葬者,推測墓主的身分,與文物對墓主的個人意義。

舉例來說,直內三角援戈 R002108、R002109 皆出自小屯宮殿區的墓葬(這兩座墓葬的年代,均埋於「小屯宮殿區」形成之前)。雖然這兩把銅戈都做工精美、鋒利依舊,但出土墓葬的「排場」卻有所落差。

R002108 出自墓葬 M232,規模頗大,不但有殉葬者,還有眾多銅、石兵器,暗示墓主的身分地位與眾不同,生前可能有指揮作戰的能力。R002109 則出自墓葬 M270,規模較小、陪葬品也少,推測墓主在當地社群大概屬低階貴族。

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李修平指出,上述兩件「直內三角援戈」雖然都出自墓葬,但這兩件兵器對於它們的擁有者來說,意義可能大不相同。

對墓葬 M270 墓主來說,R002109 是他為數不多的陪葬品中相對珍貴的器物。反觀墓葬 M232 墓主,不只陪葬品豐富,胸前還放了一把比 R002108 更精美、鑲有綠松石的曲內銅戈。此外,就陪葬品放置的位置來看,M232 墓主可能重視鑲嵌綠松石銅戈,更勝於 R002108。

「直內三角援戈」R002108(上)、R002109(下)都出自墓葬,風格各具特色,但從出土脈絡推測,這兩件兵器對於它們的擁有者來說,意義可能大不相同。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

此外,李修平也透過分析出土脈絡,為大司空村發掘的「直內三角援戈」R015552 拼湊出不同身世。

R015552 的前鋒圓鈍、內上沒有可穿繩的孔洞,作戰時戈頭容易與握柄分離。因此,李修平推測,這把銅戈可能不是實用兵器,而是作為儀杖或有其他用途。

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此外,R015552 所在的墓葬位於殷墟的「東部工業區」,該地已發現生產各式骨器、陶器的作坊,或許也鑄造銅器,而此墓葬的位置正好位於骨器作坊的範圍。

因此,墓主的身分地位和所屬社群,可能與小屯宮殿區的政治菁英較遠,而與大司空村南地的工匠社群較近。

「直內三角援戈」R015552,發掘自大司空村墓葬,當地在商代晚期是作坊區,因而推測墓主身分應與工匠社群有關。
圖|研之有物(拍攝自中央研究院歷史語言研究所歷史文物陳列館)

另一方面,李修平也從造型特殊的「曲內管銎三角援戈」R002130,觀察到區域互動的可能性。

R002130 的出土地點特殊,位於小屯宮殿區北部的一處水井內。這座水井出土的考古遺存數量豐富、材質多元,包括占卜用的甲骨、銅渣(代表附近可能有鑄銅活動),以及至少 21 件青銅兵器與工具。李修平推測,這些青銅器物的擁有者可能是生活或服務於小屯宮殿區的人員。

為什麼說「曲內管銎三角援戈」反映出區域互動的可能性呢?

首先,在二里頭文化時期至小屯文化時期,中原地區(黃河中下游、今日中國河南省一帶)出土的銅戈,其援部大多呈長條形,外觀呈現三角形者相對較少。如前所述,援部呈三角形的銅戈,究竟源於何地,仍有進一步討論的空間。

此外,能插入握柄的管銎設計,是北方式青銅器的特色,殷墟雖然有出土管銎銅戈,但數量遠不及無管銎設計的銅戈。

最後,曲內設計是中原地區銅戈常見的造型,最早見於二里頭文化時期,但融合「三角形援」和「曲內」這兩種設計的銅戈卻非常罕見。

李修平認為,「曲內管銎三角援戈」展現了各地物質文化元素在晚商王都交融的現象,也體現了商代工匠勇於實驗各種創新的銅戈設計,致力打造出能讓戈頭和握柄緊密結合的完美兵器。

「曲內管銎三角援戈」R002130,展現各地物質文化元素在晚商王都交融的現象,也體現商代工匠勇於實驗各種創新的銅戈設計。
圖|中央研究院歷史語言研究所(擷取自李修平,〈從考古脈絡論史語所藏殷墟出土銅三角援戈〉;施汝瑛拍攝)

「研究史語所收藏的殷墟出土銅三角援戈,只是研究的起點。」李修平表示:「直到今日,殷墟的考古工作已持續進行約 100 年,不僅累積龐大的材料,更發現種類豐富的『舶來品』。此外,在上古中國境內各地,也陸續發現五花八門的外來遺存。換句話說,運用脈絡比較分析法來研究上古中國的區域互動,其實才正要起步。」

跳脫「華夏中心史觀」!區域互動有多複雜?

李修平自 2020 年起,接手史語所安陽工作室的主持工作,他試圖跳脫「華夏中心史觀」,將上古中國的區域互動關係進行更細致的梳理。
圖|研之有物

「區域互動」的研究看似有很多材料可做,但李修平坦言,如果單純相信眼前的證據,很可能會誤入陷阱。

舉例來說,假設 3000 年後,外星人來到地球考古,發現臺灣是全世界晶片製造廠最密集的地方,他們可能會以為臺灣是半導體的發源地,但其實真正的發源地在美國。光是當代社會的物質文化都能推敲出多種可能,要推斷 3000 年前殷墟文物背後的區域互動關係,就更加困難。

李修平進一步指出,在中國考古學的研究中,當墓葬中出土了外來遺存,經常採用較籠統的說法。例如,某地「影響」了某地,又或者兩地之間存在某種「關係」,但詳細原因無法具體說明。特別是進入了夏、商、周時期,「華夏中心史觀」成為詮釋區域互動的基本預設。

其中一個例子,就是被學界視為夏朝晚期的二里頭文化與周邊地區的關係:一般認為,二里頭的物質文化就像太陽般輻射四方,只要在周遭地區看到類似的物質文化,很可能就是受到二里頭的「影響」。

「但這樣的論述其實有待商榷。」李修平點出爭議:「只因為看到這邊出土的陶器跟二里頭的陶器類似,就能斷定它被二里頭「影響」嗎?物質文化流傳的動力,是文化?是政治?是經濟?還是偶然的巧合?又或者是其它多重、複雜的因素?」

有關區域之間的「互動關係」,其內涵充滿各種可能性,諸如交換、模仿、貿易、移民、戰爭或殖民等原因,真相並沒有那麼單純。

因此,自 2020 年接手史語所安陽工作室以來,李修平就試圖跳脫「華夏中心史觀」,將上古中國的區域互動關係進行更細緻的梳理。

然而,研究過程並不容易,因為做研究必須跟著材料走,而不是跟著既有的、主流的論述走。如果有新的材料出土,就要接受已有的認識很可能被挑戰、甚至推翻的可能性。

「現代社會都這麼複雜了,古代社會也有它複雜的一面。」李修平望著眼前正在進行的研究,僅管還有許多難題未解,卻擋不住他躍躍欲試的心情。

「新的考古材料持續出土,不斷更新我們對古代世界的認識。儘管如此,考古學家仍要竭澤而漁,盡力蒐羅所有材料,試圖在相對穩固的基礎上,還原古代社會的複雜性,並提出比較合理的解釋。這是我做研究的基本態度。」

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研之有物│中央研究院_96
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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・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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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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氣候變遷讓缺水、淹水更嚴重,臺灣做好準備了嗎?——專訪水利署賴建信署長
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/10/31 ・3262字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 經濟部水利署 委託,泛科學企劃執行。

「30年後,我們將面對更嚴峻的缺水考驗。」水利署署長賴建信接受我們採訪時坦承地說。

水利署署長賴建信

近年,全臺西部地區都曾遇過「供五停二」的停水措施,,缺水問題更早已是全球問題。根據 2021 年發表在 Nature Communication 上的論文,2016 年全球有 9.33 億的城市人口面臨缺水問題,約為總人口的 12 %;依據過往趨勢推測,至 2050 年,全球將有 16.93-23.73 億的城市人口面臨缺水問題,相當於 2050 年總人口的 17%-24%。

為什麼全球缺水問題會如此嚴重呢?賴建信署長認為首要是「氣候變遷」改變了降雨強度與頻率,並舉生活中的經驗來說明氣候變遷:

「生活在臺灣地區的我們,會感覺到最近好像很久都不會下雨,然後不下雨的時候很熱,但一下雨,雨滴大到打在身上都會痛。」而近期紐約暴雨造成地鐵淹水癱瘓,也是氣候變遷造成的。

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氣候變遷讓降雨更加極端

賴署長說:「可以說以後的降雨會非常集中在特定某幾天。就像剛剛講的,就是突然暴雨,然後接下來一個大乾旱。 」

無論是缺水還是淹水,氣候變遷造成的影響都不容忽視,賴署長表示,不只是降雨頻率會更低,降雨地區也會更加不平均,降雨的強度也會有所提升。

依照聯合國政府間氣候變化專門委員會最糟糕的預測(SSP5-8.5),到了這個世紀中,臺灣暴雨強度會比世紀初提升 20%,世紀末會提升 40%,即便是最優預測(SSP1-2.6),也會在世紀中提升 15.7%。

據上所述,氣候變遷讓全人類無法迴避「降雨不均造成的地區性缺水」,以及「降雨強度提升造成的地區性水災」這兩個問題。雖然個人、企業與政府都為了減緩氣候變遷有所作為,但賴署長也表示,我們該「從科學擁抱殘酷現實,對未來做最壞打算」。

簡單來說,若所有締約國都遵守聯合國氣候變遷大會(COP)的決議完成減碳工作,那氣候變遷也只是不再加劇,並不會立刻恢復到過去的型態,而只要有其中幾項沒有達成,那全世界就得面對更嚴峻的情況。

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回到開頭賴署長所說的 30 年,我們還有時間做好基礎建設,降低氣候變遷對人民造成的影響。「從2016年開始,我們就思考這些問題,思考說臺灣未來面對的自然環境,我們應該如何因應、構築一個怎麼樣的未來。所以當時我們就開始思考包括區域調度、多元水源等相關計畫。」

賴署長提到的「區域調度」相關計畫,即是目前正在進行的「珍珠串計畫」。

地區性缺水解決方案—「珍珠串計畫」

「珍珠串計畫」預計把台灣西部像珍珠一樣珍貴的水源,用聯通管線串聯起來,讓珍貴的水資源可以妥為應用。

臺灣降雨時間和空間差異極大,桃園至屏東等西部地區,在 5 月至 10 月是豐水期,11 月到隔年 4 月是枯水期,然而北北基與宜蘭等東北地區,卻是完全相反,10 月至隔年 4 月有東北季風帶來的豐沛雨量,此時若能將東北地區的水調度至西部地區,將能緩解西部地區缺水。而未來面對更加極端的降雨情況,也能提供一定的支援。

珍珠串計畫的聯通管線預計將在 2028 年全數完成,而在 2021 年旱災中搶先開通的「桃園—新竹備援管線」,從桃園每日調度 20 萬噸的水給新竹,在旱災期間總計調度 2300 萬噸,約是 0.6 座寶山第二水庫的蓄水量,不僅讓新竹地區免於限水所苦,也讓新竹科學園區的科技業能維持生產。

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寶山第二水庫。圖/Wikipedia

不僅管線串聯,更要開創「多元水源」

有了聯通管串聯,就能解決缺水問題嗎?賴署長給出否定答案:「如果只有一種供水方式,突然有意外就完了。當然要有多股水源,多條管線。」

過往開發新水源,直覺想到的是蓋水庫,不過蓋水庫不僅要謹慎評估該地是否有充足水源,考慮安全性及經濟性是否合理,更要謹慎評估對環境生態的影響,通常一座水庫從規劃到興建完成,需耗時數十年的時間。

為了因應氣候變遷與逐步增加的用水量,水利署目前已朝「多元水源」的方式來尋找新水源,像是南化與寶山第二水庫藉由「溢流堰加高」擴增蓄水量,臺中水楠經貿園區淨化污水再利用的「再生水」,以及以及高屏溪的「伏流水」與新竹的「海淡水」,這些多元水源將與水庫水、川流水及地下水等傳統水源共同支撐起全臺用水。

此外,水利署也正想辦法讓洪水資源化,臺灣山高水急,大雨過後的洪水大部分都流向大海,只有少部分可被水庫收集,像是「河槽人工湖」就能增加收集水量,來供應日常使用,或補注超抽的地下水。

地區性強降雨解決方案—從「不淹水」轉變為「耐災韌性」

受氣候變遷影響,近年臺灣短延時強降雨頻率提高,低窪地區或排水系統也時常發生淹水,顯現目前臺灣防洪工程的不足。

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過去臺灣由於預算有限,治水策略多以建護岸、堤防或下水道為主,然而這種作法有其極限,即便已完成防洪工程的區域,也未必能面對未來極端降雨的情況,為此,水利署改變過往治水策略,從「不淹水」轉變為「耐災韌性、與水共生」,而在多年來中央與地方政府的聯合推動下,各地開始邁向「逕流分攤」的方式來治理水患。

「逕流」是指下雨時地表土壤無法吸收的水份,在地表形成的水流。「逕流分攤」是在淹水較為嚴重的河段,於新建(或改建)公共設施時,以不妨礙設施功能,建設洪水期間可收集逕流的滯洪池。此外,為提升土地耐淹能力,「出流管制」政策也要求開發單位,必須提升建築物的透水、保水與滯洪能力。

以日本東京鶴見川為例,由於東京市的發展,導致土地保水、滲透能力降低,洪水尖峰流量增加,更容易發生淹水。為此日本將橫濱日產體育館建置成兼具滯洪功能的公共設施,來應對鶴見川的洪峰流量,館場下方的滯洪池高度高達五公尺,平日則作為停車場使用。

橫濱日產體育館。圖/Wikipedia

「我們希望所有的土地都能更有效地利用,例如我們學校的操場,如果下面是一個蓄水池,那大雨下來是不是就不容易淹水了?」賴署長表示,近期開工的鹿港洛津國小的地下停車場兼滯洪池工程,正是「逕流分攤」的案例。

風暴將至,我們能做好準備嗎?

賴署長略為嚴肅地說:「我不期待氣候型態會回到 30 年前。」並重提了在 IPCC 的最優預測(SSP1-2.6)下,臺灣仍必須在 2050 年面對暴雨強度提高 15.7% 的情況。

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無論我們怎麼做,風暴已確定到來,那麼我們能事先做好準備嗎?賴署長說:「我認為我們能做到的,是使用適當的方法趨吉避凶。」隨著科學進步,模擬變得越來越精準,但終究還是預測,存在不確定性,雖然 2050 年最優預測是暴雨強度提高 15.7%,但上限呢?真的就只有前面提到的 20% 嗎?賴署長提醒我們要面對氣候變遷的現實,並在面臨風暴來臨之前做好準備,這個準備不只要能面對預估強度,更要有足夠的韌性,來面對超越預期的情況。

最後,賴署長說:「每個巨大的改變,一定是從一個微小的生活習慣,比如說開始固定運動,或是固定減少能源浪費。」也許現在看來微不足道的小動作,都將是未來的「重要一步」,就像蝴蝶效應一樣。

相信科學數據,擁抱不確定性,積極做出因應,這不僅是賴署長個人的想法,也是水利署全體的信念,唯有如此,才能在超乎預期的「風暴」來臨之前,做出最好的選擇。

參考文獻

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