戰爭的遺毒該如何排除？基轉植物或可分解 RDX 炸藥的有毒物質

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

植物灰燼中含有鉀，自古以來一直為人們所利用，因此草木灰燼就成了鉀的命名來源。鉀也是製造肥皂、玻璃、火藥等的原料。

可是，鉀遇到水會產生激烈的反應，具有容易產生化學反應的另一面。

維持神經及肌肉活性 人體中重要的微量營養素

再者，鉀也是人體每日所需的營養素之一，是維持神經及肌肉活性不可或缺的重要物質。當腎臟功能降低的時候，會造成體內的鉀囤積過量，恐導致身體產生機能障礙。但是一旦鉀不足，有時也會造成肌耐力低下或疲勞，出現高血壓等症狀，嚴重時可能連身體都法動彈。由於偏食或飲酒過量也是導致鉀離子不足的原因之一，單身的年輕男性要特別小心。

缺乏鉀離子的人要補充鉀，最簡單的方法就是吃幾根香蕉。香蕉除了含維他命和食物纖維之外，還有豐富的鉀離子，好處是攝取方式十分方便，即使香蕉加熱，營養也不會流失。

化學性質活潑 容易發生化學反應

鉀對人體來說是不可或缺的礦物質，對植物也十分重要，因為鉀和氮、磷為肥料的三大要素。可是，鉀與鈉一樣，必須保存在石油之中（編按：鉀碰到水會爆炸）。

也可當做火藥使用（編按：因為鉀的化學性質非常活潑，容易和其他化學物質產生激烈的反應，有爆炸性且易燃），可做為火柴、煙火或是炸彈的材料。此外，氰化鉀雖然含有劇毒而小有名氣，但是也能用於金屬電鍍，在工業領域是很重要的物質。

【常溫狀態】固體　

【原子量】39.0983

【熔點】63.38˚C

【沸點】759˚C

【密度】0.89 g/cm3

【發現】1807 年，英國化學家戴維

【語源】阿拉伯文 al-quali，意思是草木灰燼，也是鹼的語源。英文名稱的語源也是草鹼（potash）。

——本文摘自《原子有話要說！元素週期表》，2023 年 4 月，漫遊者文化出版，未經同意請勿轉載。

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《RDX炸藥的有毒物質該怎麼處理》
• 作者 / 科技大觀園特約編輯｜許君咏

一般說到炸藥，大家可能都會想到化學課聽過的「黃色炸藥 TNT 」，而同樣有硝基的常見爆炸物 RDX（Research Department explosive），爆炸強度是 TNT 的 1.5 倍，是目前美國軍事上製造炸藥必須的化學藥品，然而，這些爆炸物容易造成令人頭痛的環境污染，目前許多研究試圖尋找降解此種污染的方法，但一直沒有找到有效經濟又可以持續使用的辦法。今年發表於《Nature Biotechology》的一篇新研究發現，一種在北美草原上常見的植物，透過基因轉殖後可以吸收和分解 RDX！

到底是怎麼做到的呢？在了解這個新穎的解決方案之前，我們先來聊聊 RDX 到底是什麼？又是怎麼造成環境污染的？

RDX 的化學式是 (CH₂NNO₂)₃ ，環三亞甲基三硝胺，中文別稱黑索金、海掃更、T4炸藥、炫風炸藥等。如前面所說，RDX 廣用於軍事用途，是二次世界大戰時最常被使用的爆炸物，目前軍用市場上有超過 4000 種彈藥都含有 RDX，通常和其他物質混合作為軍事彈藥，但事實上，RDX 在一開始並不是被用來作為武器，西元 1899 年德國化學家首次合成 RDX 並申請專利，當時主要描述的是 RDX 的醫藥用途，後來，隨著二次大戰開打，由於 RDX 的爆炸力比第一次世界大戰的 TNT 還強，RDX 被雙方軍隊注意到，便被廣泛作為炸藥的材料。

那 RDX 會對我們造成什麼影響呢？

事實上，在彈藥發射、丟棄槍械，或是製造彈藥的過程中都可能會釋放 RDX 至周圍環境，例如軍事基地、手榴彈丟擲場、彈藥工廠等場所，受污染較嚴重的以土壤和地下水為主，當 RDX 被釋放到土壤後，會進一步滲透至地下水系統，也就是說，RDX 的影響可能會蔓延到日常飲用水，而且因為 RDX 流動性高又不易降解，不僅會對土壤生態造成影響，若人類攝入過量會有暈眩、嘔吐等症狀，也可能會引起癲癇發作。

此外，RDX 也是一種可能的致癌物，在美國大約有一萬公頃的射擊場用地已經被 RDX 滲透，因此被美國環境保護署 (Environmental Protection Agency，EPA) 列為飲用水污染物之一，並設立飲用水中的含量標準。

在西元 2012 年時，台灣也增修了環境標準管制草案，因火炸藥屬於管制用品，通常只有軍事用地能夠生產及銷毀，而根據環保署過去的調查計畫也顯示，台灣多處軍事場址內確實有火炸藥類物質的污染，若未來軍事用地轉為公共用途後，使用者受到危害的可能性將會提高。環保署逐年檢測國有地、軍事用地土壤與地下水的相關污染。為了避免 RDX 污染造成環境及健康的威脅，探討 RDX 在土壤及地下水中的特性、機制，並找到整治的方法，便成為研究的一大重點，例如，國內曾有研究利用表面改質奈米零價鐵顆粒，處理受 TNT、RDX 的污染地下水體。

而這次由美國約克大學研究團隊發表的研究，是利用基因轉殖，讓植物能夠降解並吸收 RDX，前面有提過，美國受 RDX 的土地面積非常大，若利用傳統方法，像是填埋、焚燒、氧化等，較適合用於高污染但面積小的土地，根據美國國防部的估計，成本效益不符比例。

事實上，研究團隊在先前就已經分離出一種具有降解 RDX 能力的細菌 Rhodococcus rhodochrous 11Y，能夠在有氧及無氧條件下催化 RDX 還原脫硝，然而，細菌分解的速度不夠快，沒辦法防止 RDX 滲入地下水層。因此，科學家將清除污染的責任放到植物身上，使用植物有許多好處，例如破壞性較小、能幫助土地恢復生機，社會層面上則是具有美感、大眾接受程度也較高，且長期而言，維護植物的生長所需成本較低。

但是，植物並不具備降解 RDX 的能力，因此，科學家便將與降解能力有關的細菌基因，轉殖至植物的基因裡。在之前的實驗中，他們發現被轉殖過的阿拉伯芥 Arabidopsis thaliana 能夠將 RDX 分解，然後被植物吸收並代謝，不需要收割植物便可以清除污染物。

在實驗室裡成功後，能否在真實環境實行這個方法才是接下來的重頭戲，但這並不是一件容易的事，首先，只有少數幾種適合的植物可以進行基因轉殖，再來，種植基因轉殖作物需要申請大量的文件許可，並且，大面積種植可能需要花上好幾年的時間，而且野外實驗容易受到天氣因素影響，大規模的實驗可能會耗費昂貴的成本及時間，最可怕的是，仍然無法保證會有明確的結果。

後來研究團隊選用一種叫做「柳枝稷」（學名 Panicum virgatum ）的植物進行基因轉殖，這是北美洲原生種、多年生的草本植物，接著團隊在紐約洲的一個軍事訓練場進行野外實驗。他們將 27 塊含有 RDX的土地分成三組不同的種植條件，分別為：沒有植物、未轉殖基因的柳枝稷、已轉殖基因的柳枝稷，三年之後，結果顯示，種植轉殖基因柳枝稷的土地流出的水有較低濃度的 RDX，此外，和未轉殖基因的柳枝稷相比，已進行基因轉殖的植物組織內幾乎沒有 RDX，代表這些植物正在吸收和代謝這種化學物質。

研究者表示，受較高污染的土地可能需要花幾年種植，但污染較少的地方可以恢復的比較快，與先前的方法相比，使用基因轉殖作物整治的方式經濟實惠許多。當然，在將這個方法運用在土地之前，需要先進行生物安全檢測，確認基因轉殖作物會如何影響當地的植物。最近，研究團隊試著將基因轉殖到另一種原產於美國許多地區的小麥草 Pascopyrum smithii ，希望未來這項技術能用於更多不同地區的受污染土地。

參考文獻

• Cary, T. J., Rylott, E. L., Zhang, L., Routsong, R. M., Palazzo, A. J., Strand, S. E., & Bruce, N. C. (2021). Field trial demonstrating phytoremediation of the military explosive RDX by XplA/XplB-expressing switchgrass. Nature Biotechnology, 1-4.
• Urbanski, T., Laverton, S., & Ornaf, W. (1964). Chemistry and technology of explosives (Vol. 1, p. 635). New York, NY: pergamon press.
• 國家環境毒物研究中心
• USEPA. (2014). Technical Fact Sheet–Hexahydro‐1, 3, 5‐trinitro‐1, 3, 5‐triazine (RDX).
• 軍事爆炸物在土壤及底泥之宿命及生態毒理研究
• 黃昱恆, 郭驊, 曾逸洲, & 林錕松. (2015). 利用表面改質奈米零價鐵還原降解高能火炸藥 TNT, RDX 及 HMX 污染地下水整治工程技術之研發及評估. 土壤及地下水污染整治, 2(4), 253-270.
• Rylott, E. L. & Bruce, N. C. Right on target: using plants and microbes to remediate explosives. Int. J. Phytoremediation 21, 1051–1064 (2019).

• 作者／邱麒豪（國立中央大學大氣物理研究所博士候選人）、劉千義（中央研究院環境變遷研究中心副研究員）

咦！地球彼端的火山爆發和我們有什麼關係？

距離臺灣八千多公里的東加王國發生了前所未有的火山爆發，當太平洋周遭國家開始擔心海底火山噴發引起海嘯的同時，卻有更多不為人知的事情正悄然發生。到底火山噴發的同時除了引發海嘯還造成什麼樣影響呢？讓我們一同來瞭解！

看不見也摸不著的氣象波動——大氣重力波

大氣的重力波現象並不罕見，通常是垂直方向上的氣塊受到擾動，在浮力（作為恢復力）與重力的雙重影響下而在水平面上形成振盪式的波動。

常見的氣流流經山峰並在背風處產生圓盤狀的雲系（莢狀高積雲），以及晴朗穩定天氣下出現的波狀高積雲即為大氣重力波在自然這張畫布下最好的圖繪。而火山爆發，同樣有機會引起大氣重力波。

西元 2022 年 1 月 15 日，臺灣時間下午 12 時 20 分（事發當地時間下午 5 時 20 分）左右，位於西南太平洋島國——東加王國首都努瓜婁發（Nuku’alofa）北方65公里的洪加湯加－洪加哈派（Hunga Tonga-Hunga Ha’apai）海底火山大規模爆發，伴隨而來的地震與引起的海嘯引發世界的關注。

這場可能是 21 世紀以來最大規模的火山噴發，其一連串的後續效應不僅被地震儀及海象儀器記錄下來，當天下午 8 時左右，臺灣的氣象站也陸續觀測到海底火山噴發造成的氣壓變化，根據觀測資料顯示，這次的海底火山噴發事件在臺灣造成的氣壓變化量約 1 至 2 百帕（hPa），這大約是日常標準大氣壓力的千分之一至千分之二的變動（圖一）。

若將地面氣壓資料的解析度提高到每分鐘，並將中央氣象局109個局屬測站由東南向西北排列，繪製成臺灣高密度測站氣壓擾動的二維時間序列圖（圖二），火山噴發由東南向西北傳遞的能量作用於大氣中最先於臺灣東南方的蘭嶼測站測量到，時間上和最晚被觀測到的馬祖測站相差約 25 分鐘。其次，火山噴發造成的大氣波動除了氣壓變化最為劇烈的主波外，尚有前導波與數次的餘波產生。

綜觀全球的大眼睛——從氣象衛星看見大氣重力波

從上圖可以觀察到，這些波動的週期約為 10 到 15 分鐘，不容易從 10 分鐘的觀測資料中發現。目前在西太平洋與東太平洋地區監測的地球同步衛星向日葵八號（Himawari-8）與 GOES-17，可分別提供 2.5 分鐘與 1 分鐘高解析度的衛星觀測，對於高頻的大氣波動將有比過往更好的解析能力。

不只是地面氣象觀測站，位於地球上空 3 萬 6 千公里的地球同步衛星同樣也捕捉到火山噴發的證據。日本氣象衛星 Himawari-8 觀測到火山噴發後產生的陣陣漣漪（圖三），以火山噴發口為中心產生的漣漪即為大氣的重力波現象。

東加王國所在的區域不僅位於向日葵八號的觀測網內，也涵蓋在美國的地球同步衛星 GOES-17 監測之中。下圖（圖四）為 GOES-17 氣象衛星紅外線水氣頻道每 10 分鐘的亮度溫度差，藉由對流層中層的水氣頻道雲圖可以明顯看到火山爆發產生的內重力波由火山口為圓心向外傳遞。

火山噴發引起快速上升的氣流與火山灰造成的重力波現象在學理上是可行的，但在觀測上實屬少見，特別是海底火山能將大量的火山灰與氣體穿過海洋快速釋放至大氣中，並造成如此壯觀的大氣波動並不是件容易的事。

這場大氣波動產生的雲系高度深，範圍廣，觀測到的雲頂紅外線亮度溫度達 -105.18ºC 可能打破了自 20 世紀末有雲頂溫度的監測以降，最低溫的紀錄（圖五）。

除了上述的兩顆地球同步衛星，搭載於美國國家航空暨太空總署（NASA）之 Aqua 衛星上的大氣紅外探空儀（Atmospheric Infrared Sounder，AIRS）也同時發現了此一現象（圖六）。德國尤利希超級運算中心的大氣科學家——霍夫曼博士（Dr. Lars Hoffmann）說：「AIRS 自 2002 年 5 月開始觀測以來，從未在過往的火山噴發個案中發現過類似的情況」，這也意味著這次的海底火山噴發事件是前所未有的劇烈。

英國牛津大學物理系大氣、海洋與行星物理組的氣候科學家 Scott Osprey 博士也表示：「這次噴發可能會干擾熱帶地區風向週期性的逆轉，長遠看來或許會造成歐洲地區天氣型態的改變，必須非常小心地關注它造成的變化」，可見整個地球系統都可能因為這次的火山爆發造成巨大的影響。

雲圖之外——衛星於汙染物探勘之應用

衛星不僅僅能夠監測雲層的移動與大氣中的水氣分佈，近年來較為廣泛的應用是使用衛星針對大氣中的汙染因子做大範圍的遙測。舉凡工業污染排放之氣溶膠、交通源排放之二氧化氮，以及生質燃燒產生之煙塵與黑碳微粒，均可藉由衛星的觀測進而推估汙染程度，並搭配氣象模式的模擬進行短期的預警。

下圖（圖七）為 NASA 的 Suomi-NPP 衛星觀測到的氣膠垂直剖面分佈與雲頂高度，可以清楚看到伴隨火山噴發的氣膠粒子衝破對流層進入平流層，高度可達 30 公里。這些氣膠粒子在平流層中不易沉降至地表，長期下來可能會對氣候造成重大影響。舉例而言，氣膠依照光學特性的不同可粗略分為散射能力較強與吸收能力較強的兩大群體，散射能力較強的氣膠進到平流層中將造成更多的太陽短波輻射被反射回外太空，進而降低地球平均溫度（氣膠直接效應）；反之吸收能力好的氣膠則是會讓地球溫度上升。

而對流層中的氣膠對氣候的影響更為複雜，會進一步改變雲的微物理狀態，在特定條件下吸濕性高的氣膠容易成為雲的凝結核，若大氣中的水氣含量不變，這些新形成的雲凝結核有可能與大氣中既有的雲滴競爭原先的水氣，進而致使雲滴數目增加且雲滴平均的粒徑降低，進而散射截面積增加，反射更多太陽光而達到降溫的效果。但也因為雲滴粒徑變小後，變得不利於雲滴粒子間的碰撞合併過程而形成為雨滴，使得地表降水減少與雲的生命週期增加，此謂氣膠間接效應。

不管是氣膠的直接效應或是間接效應都非常複雜，會受到氣膠種類、氣膠數量、氣膠粒徑分佈、大氣條件等影響，也正因為充滿了各種不確定性，氣膠的氣候效應預測非常困難，目前還需要更多的觀測，特別是用大範圍的衛星觀測加以驗證與評估。

火山噴發除了氣膠粒子的污染以外，對環境造成的另一個衝擊是大量的氣體被釋放到大氣中。常見的火山氣體有：水氣（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、二氧化硫（SO₂）、硫化氫（H₂S）與氮氧化物（NO_x）等。

以二氧化硫為例，評估大氣中微量氣體多寡的單位為杜布森（Dubson， DU），指的是一大氣壓的空氣柱中，該氣體分子累積起來的厚度（垂直積分）多寡。若將氣柱中的二氧化硫全部累積在一起相當於 10 微米厚，稱為 1 DU 的二氧化硫。SO₂ 氣候平均值約略低為 0.5 DU，歐洲氣象衛星開發組織（EUMETSAT）的 MetOP-B 與 MetOP-C 觀測到的峰值高達 50 DU 以上，高於氣候平均值 100 倍。（圖八）

氣象與環境衛星遙測之展望

近年隨著科技的發展與遙測技術的精進，氣象衛星能提供的不僅僅是精美的天氣雲圖，還有許多從雲圖看不出來的科學議題可加以探討。這些科學議題不單只存在於象牙塔內，更多且更重要的是生活上的應用。社會大眾關心的是：下午的聚會會不會下雨？明天空氣汙染有多糟？或是下禮拜一晚上會多冷？

衛星掩星觀測技術的發展（如：福衛三號、福衛七號、Sentinel-6 等）補足了廣大洋面探空資料的缺失以及人力施放的不足，蒐集偏折角資訊與折射率變化推估出的大氣垂直溫溼度剖面，藉由數值預報模式的資料同化系統改善天氣預報的誤差。

汙染物濃度的監測也可以藉由衛星的觀測進行評估，不論是民眾在乎的近地表懸浮微粒濃度抑或是工業燃燒造成的空氣汙染，皆可藉由衛星的探測第一手掌握（如文章提到的 MetOP-B、MetOP-C 以及 Sentinel-5P）。

降雨來自天空中的雲，若能對雨的前驅物—雲有更深的瞭解，降雨的推估也能做得更準確。以我們所處的東亞地區而言，像是以 Himawari-8 觀測而開發的雲微物理科學資料，或是國際上整合多重衛星觀測的日本 GSMaP 、美國 NASA IMERG 等衛星推估的地面降水資料就是很好的例子。

當然，科學的發展並不是單純為民生服務，但在發展科學的同時能兼顧民眾的福祉相信也是社會大眾所樂見的。

延伸閱讀

1. Liu, C.-Y., C.-H. Chiu, P.-H. Lin, and M. Min (2020), Comparison of Cloud‐Top Property Retrievals from Advanced Himawari Imager, MODIS, CloudSat/CPR, CALIPSO/CALIOP, and radiosonde, J. Geophys. Res., Vol 125.
2. Lin, C.-A., Y.-C. Chen, C.-Y. Liu, W.-T. Chen, J. H. Seinfeld, C.-K. Chou (2019), Satellite-Derived Correlation of SO2, NO2, and Aerosol Optical Depth with Meteorological Conditions over East Asia from 2005 to 2015. Remote Sens., Vol 11, 1738.
3. “Explosive eruption of the Hunga Tonga volcano” in CIMSS Satellite Blog.
4. “Tonga volcano eruption created puzzling ripples in Earth’s atmosphere” in nature’s news article.
5. 中央氣象局預報中心副主任黃椿喜博士臉書
6. 「報天氣-中央氣象局」臉書粉絲專頁

• 本文轉載自科技大觀園，原文為《RDX炸藥的有毒物質該怎麼處理》
• 作者 / 科技大觀園特約編輯｜許君咏

一般說到炸藥，大家可能都會想到化學課聽過的「黃色炸藥 TNT 」，而同樣有硝基的常見爆炸物 RDX（Research Department explosive），爆炸強度是 TNT 的 1.5 倍，是目前美國軍事上製造炸藥必須的化學藥品，然而，這些爆炸物容易造成令人頭痛的環境污染，目前許多研究試圖尋找降解此種污染的方法，但一直沒有找到有效經濟又可以持續使用的辦法。今年發表於《Nature Biotechology》的一篇新研究發現，一種在北美草原上常見的植物，透過基因轉殖後可以吸收和分解 RDX！

到底是怎麼做到的呢？在了解這個新穎的解決方案之前，我們先來聊聊 RDX 到底是什麼？又是怎麼造成環境污染的？

RDX 的化學式是 (CH₂NNO₂)₃ ，環三亞甲基三硝胺，中文別稱黑索金、海掃更、T4炸藥、炫風炸藥等。如前面所說，RDX 廣用於軍事用途，是二次世界大戰時最常被使用的爆炸物，目前軍用市場上有超過 4000 種彈藥都含有 RDX，通常和其他物質混合作為軍事彈藥，但事實上，RDX 在一開始並不是被用來作為武器，西元 1899 年德國化學家首次合成 RDX 並申請專利，當時主要描述的是 RDX 的醫藥用途，後來，隨著二次大戰開打，由於 RDX 的爆炸力比第一次世界大戰的 TNT 還強，RDX 被雙方軍隊注意到，便被廣泛作為炸藥的材料。

那 RDX 會對我們造成什麼影響呢？

事實上，在彈藥發射、丟棄槍械，或是製造彈藥的過程中都可能會釋放 RDX 至周圍環境，例如軍事基地、手榴彈丟擲場、彈藥工廠等場所，受污染較嚴重的以土壤和地下水為主，當 RDX 被釋放到土壤後，會進一步滲透至地下水系統，也就是說，RDX 的影響可能會蔓延到日常飲用水，而且因為 RDX 流動性高又不易降解，不僅會對土壤生態造成影響，若人類攝入過量會有暈眩、嘔吐等症狀，也可能會引起癲癇發作。

此外，RDX 也是一種可能的致癌物，在美國大約有一萬公頃的射擊場用地已經被 RDX 滲透，因此被美國環境保護署 (Environmental Protection Agency，EPA) 列為飲用水污染物之一，並設立飲用水中的含量標準。

在西元 2012 年時，台灣也增修了環境標準管制草案，因火炸藥屬於管制用品，通常只有軍事用地能夠生產及銷毀，而根據環保署過去的調查計畫也顯示，台灣多處軍事場址內確實有火炸藥類物質的污染，若未來軍事用地轉為公共用途後，使用者受到危害的可能性將會提高。環保署逐年檢測國有地、軍事用地土壤與地下水的相關污染。為了避免 RDX 污染造成環境及健康的威脅，探討 RDX 在土壤及地下水中的特性、機制，並找到整治的方法，便成為研究的一大重點，例如，國內曾有研究利用表面改質奈米零價鐵顆粒，處理受 TNT、RDX 的污染地下水體。

而這次由美國約克大學研究團隊發表的研究，是利用基因轉殖，讓植物能夠降解並吸收 RDX，前面有提過，美國受 RDX 的土地面積非常大，若利用傳統方法，像是填埋、焚燒、氧化等，較適合用於高污染但面積小的土地，根據美國國防部的估計，成本效益不符比例。

事實上，研究團隊在先前就已經分離出一種具有降解 RDX 能力的細菌 Rhodococcus rhodochrous 11Y，能夠在有氧及無氧條件下催化 RDX 還原脫硝，然而，細菌分解的速度不夠快，沒辦法防止 RDX 滲入地下水層。因此，科學家將清除污染的責任放到植物身上，使用植物有許多好處，例如破壞性較小、能幫助土地恢復生機，社會層面上則是具有美感、大眾接受程度也較高，且長期而言，維護植物的生長所需成本較低。

但是，植物並不具備降解 RDX 的能力，因此，科學家便將與降解能力有關的細菌基因，轉殖至植物的基因裡。在之前的實驗中，他們發現被轉殖過的阿拉伯芥 Arabidopsis thaliana 能夠將 RDX 分解，然後被植物吸收並代謝，不需要收割植物便可以清除污染物。

在實驗室裡成功後，能否在真實環境實行這個方法才是接下來的重頭戲，但這並不是一件容易的事，首先，只有少數幾種適合的植物可以進行基因轉殖，再來，種植基因轉殖作物需要申請大量的文件許可，並且，大面積種植可能需要花上好幾年的時間，而且野外實驗容易受到天氣因素影響，大規模的實驗可能會耗費昂貴的成本及時間，最可怕的是，仍然無法保證會有明確的結果。

後來研究團隊選用一種叫做「柳枝稷」（學名 Panicum virgatum ）的植物進行基因轉殖，這是北美洲原生種、多年生的草本植物，接著團隊在紐約洲的一個軍事訓練場進行野外實驗。他們將 27 塊含有 RDX的土地分成三組不同的種植條件，分別為：沒有植物、未轉殖基因的柳枝稷、已轉殖基因的柳枝稷，三年之後，結果顯示，種植轉殖基因柳枝稷的土地流出的水有較低濃度的 RDX，此外，和未轉殖基因的柳枝稷相比，已進行基因轉殖的植物組織內幾乎沒有 RDX，代表這些植物正在吸收和代謝這種化學物質。

研究者表示，受較高污染的土地可能需要花幾年種植，但污染較少的地方可以恢復的比較快，與先前的方法相比，使用基因轉殖作物整治的方式經濟實惠許多。當然，在將這個方法運用在土地之前，需要先進行生物安全檢測，確認基因轉殖作物會如何影響當地的植物。最近，研究團隊試著將基因轉殖到另一種原產於美國許多地區的小麥草 Pascopyrum smithii ，希望未來這項技術能用於更多不同地區的受污染土地。

參考文獻

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