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重溫2012(三)火山的生命

陳 慈忻
・2013/03/02 ・2391字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

世界末日的新聞沸沸揚揚,2012年紐西蘭東加里羅火山、日本櫻島、菲律賓都發生火山爆發,連電影〈2012〉都上演黃石公園火山大爆發的劇情,難道火山在2012年真的有更頻繁的趨勢?或許我們對火山的瞭解還不夠。陳中華博士任職於中央研究院地球科學研究所,長期從事地球化學與火山學研究的他,剖析民眾容易誤解的火山知識,並提出面對火山的台灣觀點。

活火山或死火山

活火山和死火山兩個名詞其實是從英文翻譯過來的,但是語言的轉換結果可能會造成誤導。「活」讓人感受到火山似乎有壽命,而且是隨時會爆發;「死」則是結束了火山的生命,再也不會活動。這些概念對嗎?其實有很多需要釐清的地方。

所謂的活火山和死火山,其實是科學家為了分辨火山活動可能造成之災害的嚴重性及迫切性,將火山定義為「活」、「死」火山,如果火山爆發時間距今年輕到某一個程度,代表其再活動的可能性很高,為瞭解其活動之特性及減少可能的火山災害,科學家必須花很多人力與物力去監測它,所以將這類的火山定義為活火山,反之,則定義為死火山。

為了要大致分辨「死活」程度,科學家以過去火山的活動歷史來作為標準。以台灣類似環太平洋島弧式火山為例,國際上公認過去1萬年以內曾經活動過的火山為活火山,如果比1萬年還更久遠,就算只是1萬零1年也是死火山,要強調這只是一個分類,不代表死火山再也沒有噴發的可能性。

以台灣的大屯火山來看,它曾經在6千年前噴發過,因此科學家定義其為活火山,但並非隨時可能噴發。

而活火山當中還分出兩種類型:正在噴發活動中的活火山以及休眠的活火山。在全球,每天都有10到30個火山正在噴發,屬於正在活動的活火山。但是大部分的活火山其實都是休眠的,像是日本富士山和台灣的大屯山,一般民眾可以保持正常登山活動。

火山甦醒

火山活動的過程是從休眠、開始甦醒的活動、岩漿上升、到火山噴發。人們很容易可以監測到一座活火山從甦醒到噴發的過程。

首先火山地區的地震或地表變形就可以用來判斷岩漿有沒有在移動,岩漿有在移動我們就說他醒了。活動的岩漿往上竄升,有可能會導致火山噴發,但是只有約2至3%的機率。而大部分甦醒的火山,活動一下後又再度回到休眠狀態。像陽明山在四年前地震變多、地殼稍微變動,但是很快又回到穩定的休眠狀態。

從休眠、甦醒、到噴發的過程時間有多長?火山的活動和休眠是一個持續的動態過程,時間可以非常長,從幾十年到幾百年都有可能,沒有準確的時間範圍。

火山噴發是災也是利

火山噴發時伴隨的火山灰落到地表可能對植物產生影響,如果火山灰超過5mm的話,因光合作用的減少,植物就會死掉,造成農作物產量(productivity)減少,進而也會影響到一般動物生態。對居民而言,火山灰會造成水庫水質的污染,纜線被火山灰附著而影響供電,火山灰太厚甚至可能壓垮房子。

台灣也有很多別墅在陽明山上,因為人們覺得火山沒有活動,就容易親近它。像龐貝古城雖然在西元79年曾經被為維蘇威火山掩埋,但是現在卻又有好幾百萬人住在那裡。為什麼連活火山周圍也有人類居住?而且像日本鹿兒島附近的櫻島火山,其居民幾乎每天都要掃火山灰,為什麼他們還承擔生命安全的風險,而選擇與火山比鄰而居呢?

其中最重要的因素,可能為火山附近之火山物質因風化作用釋放出來元素,使得土壤非常肥沃,且火山灰形成的土壤孔隙多、透水性佳,非常適合農業生產。像是台灣人在花市可以看到「陽明山土」,因為它很肥沃,適合種植盆景花卉。

迷思一:火山灰噴發能解決全球暖化?

如果火山灰噴發的夠高,粒子會隨著平流層的氣流環繞全世界,這些粒子使得太陽光部分被阻擋,地表溫度降低,稱為「火山冬天」現象。像是1990年菲律賓的火山爆發使得全球溫度下降,然而這個效應維持的時間很短,大概只有1到2年就會回復。

科學家們很好奇,大量的火山灰是不是有可能促進地球從間冰期進入冰期?但是透過冰核(ice core)的考古研究,發現它對地球溫度的影響其實也非常短,並沒有真的造成全球冰期、間冰期的改變。

從地球的歷史來看,火山對氣候的影響是相當短暫。但如果從生態系的角度來看,即使是短暫地球氣候的改變對生物亦會產生很大的影響,甚至可能導致物種滅絕。

迷思二:台灣需要擔心火山嗎?


2011年台灣成立了大屯火山觀測站,來從事持續監測火山活動的工作,雖然台灣的火山目前處於休眠狀態,可以不擔心大屯山短期內會再度噴發,但仍然存在一些需要小心的問題。

火山噴發時,會有不同的噴發型態,包括冷凝後質地結實的熔岩流(Lava flow)和火山碎屑岩流(Pyroclastic flow)及火山泥流(Laha)。陽明山附近,竹子湖、北投、天母一帶的地質屬於後兩者,火山碎屑及泥流所堆積,由於膠結不良、質地鬆散,在強降雨發生時容易產生崩塌,造成土石流災害。

有1個非常有趣的發現,那就是祖先其實相當有智慧,他們從生活經驗中選擇安全的地方作為祖先居住的地方(墳),陽明山公墓若真的發生大型火山泥流,泥流正好從公墓兩邊的低處流過。

由於現在對陽明山研究還沒有到成熟能精確評估這些地區的安全係數。但是民眾還是可以藉由了解火山物質的特性,理性的持有防備的心態。

(本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!)


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陳 慈忻
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在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。


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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)