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海洋盛宴——抹香鯨落

黑潮海洋文教基金會_96
・2023/11/05 ・3099字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文 胡潔曦|黑潮海洋文教基金會 鯨豚保育研究員
  • 本文轉載自黑潮海洋文化基金會《海洋盛宴——抹香鯨落》,歡迎喜歡這篇文章的朋友訂閱支持黑潮喔!
圖一、抹香鯨舉尾下潛

編按:本文主要內容與圖片摘錄、翻譯自文獻Three-year investigations into sperm whale-fall ecosystems in Japan,期望在頻繁目擊抹香鯨的 7 月,跟大家分享抹香鯨落的研究。

生存在深海中並非容易的事,由於深海裡缺乏陽光與有機物質,許多生物是藉著海水表層落入深海的有機物質維生。當鯨豚死亡後沉入海底,這段過程、遺體以及過程中所形成的生態系均可被稱為「鯨落」。鯨落可以說是生命的延續之源,而這些殞落至海底的鯨豚有如「金山銀山」,不僅能提供大量的有機物,同時也將許多硫化物帶入海底,造福許多海洋生命,因此也有一句話說:「鯨落,萬物生」。這篇文章透過閱讀國外文獻與整理,希望跟大家分享抹香鯨死亡之後的貢獻!

圖二、世界目前已知的鯨落位置,Implant=人工鯨落  Fossil=鯨落化石  Natural=自然鯨落(Li et al. 2022

故事的開始——集體擱淺在日本的抹香鯨

在 2002 年 1 月,日本的西南海岸發生了一起集體擱淺,共發現了 14 隻抹香鯨,而其中 12 隻抹香鯨被綁上水泥塊後,被當地政府沉入了 Nomamisaki 岬角周邊深度大約兩、三百公尺的海裡,形成了多座人工鯨落。當時有許多學者對於抹香鯨落感到好奇,究竟牠們會吸引來哪些生物?而抹香鯨龐大的遺體會需要花費多長時間分解呢?透過這項研究,或許能讓人們對大型齒鯨落的分解過程更加瞭解。

圖三、編號 12 之抹香鯨在 2003 年之手繪插圖(Fujiwara et al. 2007

事實上,在 2002 年以前,多數的鯨落研究出自於美國的加利福尼亞州外海,並以鬚鯨為主要研究對象,而這些鯨落的深度幾乎都落在一、兩千公尺深,比起這次抹香鯨落群的深度深了非常多。而這次大量出現在日本西南海域的多座人工鯨落有著種種獨特性,包含了:深度淺、是大型齒鯨的鯨落等等,也讓學者們充滿好奇心。

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究竟要如何長期觀察抹香鯨落呢?

閱讀至此,不知道讀者們是否有一項疑問?在兩三百公尺深的海裡,既缺乏可見光,同時也承受著數十倍的大氣壓,在這樣的條件下到底要如何觀察抹香鯨落呢?「ROV——水下探測載具」即是這個研究的一大助手,能夠幫助科學家們突破這些困難,不僅能在深海中蒐集珍貴的影像,也可以完成採集的工作。而在團隊耗費了 3 年運用水下載具追蹤其中的五隻抹香鯨後,他們也有了些有趣的收穫,透過圖四可以看到這段時間抹香鯨的外觀變化。

圖四、編號 12 之抹香鯨 a. 2003 年 7 月  b. 2004 年 7 月  c. 2005 年 7 月利用水下探測載具拍攝影像(Fujiwara et al. 2007

經過數年的追蹤後,研究團隊發現,抹香鯨落歷經分解的速度堪稱飛快!根據 2003 年的鯨落研究,學者將鯨豚分解的過程定義為下述四個階段(Smith and Baco 2003),而第一個階段到最後階段可能會歷時數年甚至到數十年,當鯨豚的遺體越大,可能耗時越長:

  1. 移動清道夫階段(Mobile-scavenger):生物會快速消耗掉鯨豚體表上的肉與脂肪。
  2. 機會主義者階段(Enrichment opportunist):生物開始進駐鯨豚裸露的骨頭及周邊富含營養的底層泥沙上。
  3. 化能自養階段(Sulphophilic):骨骼釋放硫化物,供養海洋中依靠硫化物維生的生物。
  4. 骨礁階段(Reef):在所有有機物質被消耗之後,即會進入骨礁的階段。

註解:上述中文名詞翻譯參考自國家地理頻道及國立海洋科技博物館 鯨落展區。

鯨落最快被消耗掉的部分是身上的肉跟脂肪,而這份文獻研究的 5 座抹香鯨落,肉跟脂肪在經過 1 年之後已幾乎被消耗殆盡;經過 1.5 年之後,抹香鯨落已進入化能自養階段,骨骼開始釋放硫化物質;有些大型鯨落從化能自養階段轉為骨礁期要歷經數十年,根據這項研究發現,部分抹香鯨落竟在 3 年後就能夠進入骨礁期,身上所有的有機質都被消耗殆盡,而這樣的進度相較於過去鬚鯨落的研究是非常快的!研究人員初步推測,可能是因為此處的平均水溫相較其他鯨落研究的海域高,生物分解的速度比較快。

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抹香鯨落上意想不到的生物多樣性

這次的研究共有發現超過百種生物聚集在抹香鯨落周邊,包含軟體動物門、多毛綱與甲殼綱的生物等,在 1.5 年後,貽貝是抹香鯨骨骼上最為豐富的生物類群(圖五)。而抹香鯨落整體的生物多樣性在到達 3.5 年時來到高峰,紀錄中共有八十多種生物出現。

圖五、位在抹香鯨脊椎骨的貽貝(Fujiwara et al. 2007

除了確認抹香鯨的腐化速度之外,研究人員也會在探測載具每次下海時採集底部的泥沙,經分析發現,抹香鯨身體下方泥沙中的硫化物濃度,隨著鯨落分解的時間越久,濃度也會逐漸提高,並吸引來大量仰賴硫化物生存的生物。為了進一步確認周遭環境的生物是否與抹香鯨身上的有差異,研究人員也將抹香鯨 10 米以內與外的生物做了比較,發現鯨落 10 米以外的物種與鯨落上的生物完全沒有重疊,也證明了鯨落的出現確實吸引來許多的生物。

鯨落,萬物生

鯨落的各個分解階段吸引了許多生物造訪,肉與脂肪等在幾個月內快速地被消耗掉,有機碎屑也能讓周邊海底的富含養分,而抹香鯨骨能釋放硫化物數年,部分大型鯨甚至可能長達數十年。「鯨落,萬物生」,在鯨豚生命的最後一章,牠們的身體緩緩沉入海底,成為了大量生物的食物來源。至 2022 年為止,目前世界已知鯨落共有約 160 座,也希望隨科技進步,人們能更深入認識鯨落為環境帶來的影響。

影片分享:美國於2019年在NOAA保護區發現的深海鯨落

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參考資料

  1. Fujiwara, Y., Kawato, M., Yamamoto, T., Yamanaka, T., Sato-Okoshi, W., Noda, C., Tsuchida, S., Komai, T., Cubelio, S.S., Sasaki, T., Jacobsen, K., Kubokawa, K., Fujikura, K., Maruyama, T., Furushima, Y., Okoshi, K., Miyake, H., Miyazaki, M., Nogi, Y., Yatabe, A. and Okutani, T. (2007), Three-year investigations into sperm whale-fall ecosystems in Japan. Marine Ecology, 28: 219-232.
    https://doi.org/10.1111/j.1439-0485.2007.00150.x
  2. Li Q, Liu Y, Li G, Wang Z, Zheng Z, Sun Y, Lei N, Li Q and Zhang W (2022) Review of the Impact of Whale Fall on Biodiversity in Deep-Sea Ecosystems. Front. Ecol. Evol. 10:885572. doi: 10.3389/fevo.2022.885572
  3. https://oceanservice.noaa.gov/facts/whale-fall.html
  4. https://natgeomedia.com/environment/article/content-6001.html
  5. https://www.soest.hawaii.edu/oceanography/faculty/csmith/Files/Smith%20and%20Baco%202003.pdf
  6. http://hi.people.com.cn/BIG5/n2/2020/0409/c228872-33936490.html
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黑潮海洋文教基金會_96
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  黑潮海洋文教基金會,1998年於花蓮成立,是臺灣第一個為「鯨豚與海洋」發聲的民間非營利組織。最初以鯨豚調查為開端,多年來深耕於海洋議題、環境教育與科學調查,如同一股陸地上的黑潮洋流溫暖而堅定,期許每個臺灣人的心中都有一片海洋。

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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鯨魚為什麼歌唱?它們的歌聲可以用來探測海底地形?——《五感之外的世界》
臉譜出版_96
・2023/09/20 ・2132字 ・閱讀時間約 4 分鐘

一九九○年代,冷戰終於結束,蘇維埃政府在海中布下的潛水艇威脅也隨之消散,於是海軍提供克拉克與其他專家機會,讓他們透過 SOSUS 的水下麥克風觀測、記錄大海裡的各種聲音。透過聲音頻譜——也就是 SOSUS 系統將接收到的聲音轉換為視覺圖像——克拉克無庸置疑地看到了藍鯨正在歌唱的跡象。

光是第一天克拉克就發現,單一個 SOSUS 感測器所記錄下的藍鯨叫聲比過去所有科學文獻所記載的加起來還要多。大海中充斥著鯨魚的歌聲,而這些聲音則來自無比遙遠的彼方。克拉克估算,記錄下他聽見的那股歌聲的感測器,距離聲音的主人有兩千四百公里之遠。藉由位於百慕達的水下麥克風,他竟能夠聽見遠在愛爾蘭的鯨魚歌聲。

鯨魚的歌聲可以傳得很遠,整個大海中都充斥著鯨魚的歌聲。圖/Giphy

於是他說:「當時我心想:『羅傑的想法沒錯。』我們實際上真的可以探測到橫跨整個海洋盆地的鯨魚歌聲。」對於海軍的分析專家來說,這些聲音就是他們每天工作都會遇到的正常現象,而這些聲音與工作內容無關,所以根本不會被標記在聲音頻譜上,也因此就被忽略了。然而對克拉克來說,這卻是令他茅塞頓開的驚人發現。

穩定規律的「歌聲」其實是一種探測手段?

雖然藍鯨與長須鯨的歌聲能夠跨洋越海,卻沒人知道鯨魚是否真的會在如此遙遠的距離下互相溝通;畢竟牠們很有可能只是在用極大的音量對附近的同類示意,只是音波剛好傳到了很遠的地方去而已。不過克拉克又指出,鯨魚會一次又一次地不斷重複同樣的音頻,甚至也會精準維持音與音之間的間隔長度。鯨魚會在浮出水面呼吸時停止歌唱,回到水中繼續歌唱卻也會落在剛剛好的拍子上。他說:「所以牠們唱歌並不是隨興而至的舉動。」這種現象令他想起了火星探測車為了傳送資料回地球所發出的那種重複的連續訊號。假如人類想設計出能夠跨越海洋進行溝通的訊號,大概也會想出類似藍鯨歌聲的形式吧。

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鯨魚歌聲或許也有其他用途。牠們發出的每個音都能持續好幾秒,而其波長更是好比足球場的寬度。克拉克曾問過他在海軍的朋友,假如他有發出這種聲音的能力,可以拿來幹嘛?

「那我就能摸透整個海洋。」他的朋友如此回答道。這話的意思是,他能夠藉此刻畫出深海的地景,透過傳至遠方的次音波回音,他就能辨識出海底山稜與海床的位置。地球物理學家也肯定能運用長須鯨的歌聲來了解各處的地殼密度。那麼,鯨魚到底用這種聲音來做什麼呢?

鯨魚似乎可以透過歌聲的回音辨識出海底山稜與海床的位置。圖/pixabay

克拉克從鯨魚的動作中看出了答案;透過 SOSUS,他發現藍鯨出現在冰島與格陵蘭之間的極地水域中,一路蜂擁直奔——還是該說是鯨擁?——熱帶地區的百慕達,旅途中一路歌唱。他也看過鯨魚在深海的群山間左彎右拐,在幾百英里間的深海地景之中蜿蜒前進。「看到這些動物的移動方式,就會感覺牠們大腦裡似乎有著以音波構成的海洋地圖。」他如此說道。

他也猜測,鯨魚在長長的一輩子裡,會不斷累積大腦中的聲音記憶,隨之擴增儲存在大腦裡的海洋地圖。克拉克也還記得,曾有位資深海軍聲納專家告訴他,大海裡每個地方都有它專屬的聲音。克拉克告訴我:「他們說:『讓我戴上耳機,我不用看就能直接告訴你現在位於拉布拉多還是比斯開灣的海域。』而我就想,假如人類累積了三十年的經驗就能做到這個地步,何況是演化了一千萬年的動物呢?」

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漫長的迴響~不同時間尺度下的認知

不過關於鯨魚聽力的尺度,還是有令人費解之處。鯨魚的叫聲確實可以傳遞到很遠的地方,但卻也很花時間;在海裡,音波一分鐘只能傳五十英里(約八十公里)遠,因此假設一隻鯨魚聽見另一隻鯨魚在一千五百英里(約二四一四公里)之外發出的叫聲,這隻鯨魚得在半小時以後才能聽見對方的歌聲,就像天文學家觀測到的星光其實是恆星在很久很久以前散發出的光芒一樣。假如某隻鯨魚想探測五百英里(約八百零四公里)之外那座山的位置,牠得等上十分鐘才能接收到自己叫聲的回音,這感覺起來似乎有點荒謬。

然而各位想想,藍鯨在水面上的心跳一分鐘約為三十下,潛入水下後卻會下降至一分鐘只跳三次。這麼一想,鯨魚生命中的時間尺度想來一定與人類相當不同吧。倘若斑胸草雀能夠在單一個音裡就聽見以毫秒為單位的美麗音頻,也許藍鯨分辨同樣潛藏在聲音中的祕密訊號的時間尺度則是分或秒。若要想像鯨魚的生活樣貌,「你得發揮想像力,以完全不同的次元思考。」克拉克對我說道。

他認為這兩種體驗的差異應該就像先用玩具望遠鏡注視夜空,再改用美國太空總署架設在太空的哈伯太空望遠鏡一覽星羅棋布的壯麗星辰。一想到鯨魚,他的世界彷彿就變大了,不管是空間還是時間的尺度,都更加遼闊。

——本文摘自《五感之外的世界》,2023 年 8 月,臉譜出版,未經同意請勿轉載。

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臉譜出版_96
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臉譜出版有著多種樣貌—商業。文學。人文。科普。藝術。生活。希望每個人都能找到他要的書,每本書都能找到讀它的人,讀書可以僅是一種樂趣,甚或一個最尋常的生活習慣。

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臺灣的水之道?帶你潛入記憶中的海洋
研之有物│中央研究院_96
・2023/05/28 ・4805字 ・閱讀時間約 10 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|劉韋佐
  • 責任編輯|田偲妤
  • 美術設計|蔡宛潔

被海洋環繞的台灣

電影《阿凡達:水之道》中有一幕說道:「海洋環繞著你,也在你體內」、「出生前、死亡後,海洋都是你的歸宿」傳遞了海洋與人類密不可分的關係,四面環海的臺灣是否也有發人深省的海洋故事呢?

中央研究院「研之有物」專訪院內歷史語言研究所陳國棟研究員,他是熟知「水之道」的一員,從清代粵海關、廣州行商等海上貿易研究,跨入船舶、航海、島嶼等古今海洋知識領域。想了解更多屬於臺灣的水之道故事?快跟著陳國棟潛入記憶中的海洋吧!

基隆八斗子海邊 圖|研之有物
基隆八斗子海邊。圖/研之有物

你與「海洋」的距離

你有多久沒有親近大海了?臺灣四面環海,平均一小時車程就能抵達海邊,但我們卻很難說自己是「熟悉海」的海洋民族。在過去有很長一段時間,對臺灣人來說,有種最遙遠的距離叫「海洋」。

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時間回到 1949 至 1987 年戒嚴時期的臺灣,政府為了防範對岸軍民入侵,也同步限制一般民眾靠近海岸。當時的法律規定進出海岸需經過申請,讓臺灣的海岸線成為生人勿近的禁地。直到解嚴後,人們才有較多機會親近大海,探索屬於臺灣的海洋文化。

令人陷入回憶的午後時光,我們前往中研院歷史語言研究所拜訪陳國棟研究員,兒時成長於海邊,長大後研究明清經濟史、東亞海洋史與工藝美術史的他,與我們侃侃而談他的海洋回憶與研究趣事。現在,一起跟著陳國棟潛入記憶中的海洋吧!

懷念那住海邊的時光

陳國棟兒時住在北海岸公路旁一處叫作「灰磘子」的村落,他笑著說,現在的人都喜歡靠海的房子,希望在「海景第一排」坐擁無敵美景,但真正住過海邊的人才能體會,靠海而居有多麼不方便!

夾帶鹽份的海風會侵蝕房屋,在海邊走動容易被礁石割傷,很少漁村居民會享受住海邊的樂趣,只有小孩除外。

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「小時候我們很能自得其樂!」陳國棟對海邊的植物印象深刻,特別是臺灣海岸常見的黃槿、林投樹,背後藏有許多兒時回憶與歷史故事。

1950 年代,國民政府執政初期仍有許多美軍駐臺,小朋友會把黃槿花蕊尖端黏在鼻子上,模仿西方人的「凸鼻仔」;或是用刀片把林投葉刺刺的邊緣削去,用來編織笛子、風車之類的玩具。

黃槿,錦葵科木槿屬,是海岸防風優良樹種。葉子可作炊粿的襯墊材料,樹皮能製造繩索,根有解熱、催吐療效。 圖|Wikimedia
黃槿,錦葵科木槿屬,是海岸防風優良樹種。葉子可作炊粿的襯墊材料,樹皮能製造繩索,根有解熱、催吐療效。圖/Wikimedia

此外,這些生長在海邊的植物還曾發揮「抵禦外敵」的功用。1883 年清法戰爭爆發,次年 10 月法軍從淡水一帶登陸,必須穿過長滿林投樹和黃槿的海岸。

林投樹的葉緣佈滿小尖刺,法軍越過時不僅被割傷,更被茂密的黃槿樹林給打散隊伍,最終在守軍的伏擊下戰敗。清軍就靠著臺灣的「天然屏障」打了少數一場勝仗。

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林投樹,露兜樹科露兜樹屬,粗長的氣生根能於海風強勁處抓住土地,是臺灣海岸常見的防風定沙植物。果實和樹莖末端嫩心可食用,達悟族人會用氣生根製成曬飛魚的繫繩。 圖|Wikimedia
林投樹,露兜樹科露兜樹屬,粗長的氣生根能於海風強勁處抓住土地,是臺灣海岸常見的防風定沙植物。果實和樹莖末端嫩心可食用,達悟族人會用氣生根製成曬飛魚的繫繩。圖/Wikimedia

陳國棟雖然在十歲後離開海邊村落,他與海洋的緣分卻未了,因研究明清貿易史的關係再次接觸海洋。為了解決研究過程中碰到的問題,他開始與不同領域學者共同鑽研船舶、導航、島嶼等海洋知識,更蒐集許多古今中外的海洋故事。

談話過程中,陳國棟拿出有如魔法袋的手提袋,掏出一件件與海洋相關的歷史文獻,帶我們回到大航海時代及清領時期的臺灣,訴說一段段在海上漂泊的故事。

那些依海維生的女人

說著說著,陳國棟朗誦起一首收錄在《全臺詩》中的小詩〈理髮〉:

圖|研之有物
理髮。/研之有物

這首詩的作者名叫謝采蘩,是福建侯官謝金鑾的女兒,她在乾隆年間隨父遊宦來到臺灣,搭船渡海的經驗啟發她的創作靈感。

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以前的女生會把頭髮綁得比較緊,整理頭髮時需要先用水梳頭,但在船上最缺乏的就是淡水,只好浸了三宵海水,到最後頭髮都鬆了,略顯狼狽!

不同於過去常見的海上絲路、海盜或渡臺悲歌記載,這首詩描述了一幅日常溫馨的畫面,而且更難得的是,這是一名女性在海上留下的回憶。

傳統上,對於女性登船、或在船上作業通常有所禁忌,陳國棟表示,問題出在很多傳說來自握有話語權的文人,禁忌之說可能是受儒家思想影響,不希望女生拋頭露面,更別提出海闖蕩。

然而在現實生活中,海邊常可見到女性掌權或辛勤勞動的身影。例如 19 世紀時,一些西方船隻行經臺灣,就曾驚訝地見到許多女性在海上賣力工作。

臺灣更有一句俗諺「澎湖查某,臺灣牛」,形容澎湖的女性和牛隻一樣吃苦耐勞。陳國棟曾聽聞澎湖有座女人島,島上多由女性獨立操持家務。在航海技術不發達的年代,男人出海後未必能平安回家,女性必須到海邊捕撈魚蝦貝類餵養全家。

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雖然討海是一件苦差事,但家中生計迫切到一定程度後,性別已不是太重要的問題了!

澎湖北寮村潮間帶可見到婦女採海菜的身影 圖|中央研究院臺灣史研究所
澎湖北寮村潮間帶可見到婦女採海菜的身影。圖/中央研究院臺灣史研究所

有字天書?掛荷蘭旗的清朝船隻

不一會功夫,陳國棟又從袋子內掏出多本文獻,乍看圖文並茂的記載,仔細一瞧,上頭的字雖然近似我們熟悉的漢字,卻完全看不懂!

猜猜這份文獻記載的是什麼? 圖|研之有物
猜猜這份文獻記載的是什麼?圖/研之有物

原來這些文獻記載的是造船方法,師傅將帆船不同部位的製作準則寫在傳統的「數簿仔」(siàu-phōo-á;帳本)上,當中包含船舶龍骨的製作、拿捏尺寸和比例的方法等,但紀錄者選擇用自己人才看得懂的符號來記載。

這讓歷史學家著實傷透腦筋,需要參考更多歷史文獻,或與其他造船專家一起合作,才有可能破解這些「有字天書」。

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接著,陳國棟再拿出另一張故宮典藏的〈一號同安梭船圖〉,這是清朝海軍仿同安船製作的戰船設計圖,上頭記載了船身長度、樑頭闊(寬)度等細部尺寸。

看似平凡的船圖其實隱藏著一段歷史疑雲,注意看船隻最左邊的船桅上,竟掛了一幅紅白藍橫條構成的荷蘭國旗!這不是清朝時期的戰船嗎?怎麼會掛著荷蘭國旗呢?

一號同安梭船圖 圖|國立故宮博物院
一號同安梭船圖。圖/國立故宮博物院

揭曉答案之前,讓我們先回到 16、17 世紀風起雲湧的東亞海域。

當時叱吒風雲的海上強權非荷蘭東印度公司莫屬,周遭海域國家的船隻為避免被荷蘭人打劫,也想借用荷蘭人的聲勢來威嚇對手,於是開始在船桅上懸掛荷蘭國旗。

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有趣的是,鄭成功的父親鄭芝龍在向明朝投降的前一年(1627 年),其屬下的船舶也曾掛著荷蘭國旗在海上行劫。30 多年後,鄭成功於 1662 年將荷蘭人驅離臺灣,但荷蘭國旗並沒有就此消聲匿跡,一直到 19 世紀中葉,都還能見到清朝的帆船掛著荷蘭國旗。

事實上,隨著荷蘭海上勢力逐漸式微,懸掛荷蘭國旗早已失去自我保護或倚仗聲勢的功能,航海人單純將荷蘭國旗當成裝飾用的綵旗,象徵吉祥、勝利的標誌。

陳國棟相當珍視手上亟待破解的文獻,由於東亞地區多數人受大陸文化影響,生活經驗多與陸地相關,對海洋知識一知半解,即便蒐集到航海人留下的文獻也難以解讀。

此外,每件文獻都是得來不易的文化寶藏,雖然清領時期常有中國官員、赴京趕考學生等知識份子搭船往返兩岸,但真正有心記錄海洋文化、航海經驗者卻是少數。

「很多人可能一上船就開始暈船,昏睡中能記得的事物自然不多!」陳國棟笑著說。在訴說船舶故事的當下,古代的海洋記憶彷彿搭上帆船來到 21 世紀的談話之間。

掉入深邃的歷史之海

中研院歷史語言研究所陳國棟研究員 圖|研之有物
中研院歷史語言研究所陳國棟研究員。圖/研之有物

與陳國棟談話時,時常一不留神就掉入歷史與記憶的漩渦之中,他也特別在著作中寫道:

我歷經人生,因此我珍惜記憶,愛重歷史。

這不禁令我們好奇,對歷史學家來說「記憶」有何特別意義?陳國棟從 40 年前進入中研院的那刻談起,再次帶領我們墜入往日記憶之中。

在進入歷史語言研究所以前,陳國棟最初是在經濟研究所從事經濟史研究。當時有些研究人員是隨國民政府來臺的外省第一代,在生活記憶上跟臺灣本省人有許多不同之處,他們總喜歡和陳國棟聊聊在中國的往事。

「他們大概覺得,跟我這個歷史學家聊天可以得到比較多反饋吧!」陳國棟笑著說:「人們年紀越大,越會對過去的事情產生興趣。」這段與前輩共事的經歷讓陳國棟開始思考「記憶」與「回憶」對人類的意義所在。

「記憶」與「回憶」在英文裡都可用「memory」表示,不過「回憶」還有另一種更貼切的說法「recollection」,指的是過往的記憶存入腦海深處,某時某刻又再度拾回。

「你必須要有記憶,才能夠回憶。」陳國棟指出記憶的重要性:

因為有記憶,你可以明白自己在歷史、或一段時空中的定位。透過記憶,感受個人的存在感,你會知道你從哪裡來——回憶這些,會讓你感到安心。

陳國棟強調,無論是個人或社會群體的記憶都很重要。例如我們常從祖父母處聽到遙遠時空的故事,不同世代之間經由口耳相傳,建構可以一起回味的家國記憶,進而塑造自己的身分認同。

然而,在這個快速變遷的時代,以往的記憶建構模式正面臨危機,許多記憶還沒被收藏就已消失殆盡,這可能會加深世代之間共享回憶、彼此認同的困難度,讓年輕人與長輩的代溝越來越深。

身為一名歷史學家,陳國棟認為自己是幸運的,不只能保有屬於自己的記憶,還有更多機會去接觸並記錄其他群體的記憶。

在這個溫暖的午後時光,我們與陳國棟共享了一段屬於臺灣與東亞海域的海洋故事。你與海洋之間又有什麼獨特的回憶呢?不妨找個機會記錄下來、與他人分享吧!

你與海洋之間有什麼獨特的回憶呢?不妨找個機會記錄下來、與他人分享吧!圖為西子灣望向高雄港出海口。 圖|研之有物
你與海洋之間有什麼獨特的回憶呢?不妨找個機會記錄下來、與他人分享吧!圖為西子灣望向高雄港出海口。圖/研之有物

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