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細菌能幫助原始動物呼吸

陸子鈞
・2011/05/17 ・883字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

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許多微生物扮演和植物一樣的角色,它們能藉由光合作用,大幅增加所處地點的氧氣量。這或許是使原始多細胞生命,在遠古缺氧的環境中還能欣欣向榮的關鍵。科學家分析委內瑞拉洛斯羅克斯潟湖裡的微生物墊,研究這個概念。

和大多現存的微生物墊(microbial mats)一樣,洛斯羅克斯潟湖微生物墊的表面,由藍綠藻或藍藻組成,而較底層則是硫化物氧化菌。但洛斯羅克斯潟湖獨特的高鹽環境,並不適合植食性動物棲息,所以該地區的微生物墊,能像五億四千兩百萬年前的埃迪卡拉(Ediacaran)時期一樣,完整覆蓋整個湖底。當時,多細胞動物才正開始發展。

加拿大阿爾伯塔大學的古生物學家Murray Gingras,分析了微生物墊內外水的化學性質。他和他的同事發現,雖然在微生物墊表面的含氧量極低,約只有0.10大氣壓(atm),但白天可以因為微生物藉由光合作用得到能量,釋出氧氣,而提高到0.25及0.45大氣壓。甚至在微生物墊本身表面的幾毫米處,幾乎能得到純氧,約1.05大氣壓。

現在大氣中的氧氣組成約0.21大氣壓,但多細胞動物方在地球上出現時,環境氧氣普遍只有0.10大氣壓,這並不適合多細胞動物生存。南澳大利亞博物館的古生物學家Jim Gehling解釋:「一天中的氧氣濃度波動,對別於單細胞生物的多細胞動物而言,非常棘手。」

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Murray Gingras和他的研究團隊認為,微生物墊扮演關鍵的角色,幫助早期的多細胞動物得到它們所需的氧氣。他說:「我們推測,這些動物利用很小但富含氧氣的區域,就如同沙漠中的綠洲。」

古生物學家很早就假設原始多細胞動物仰賴微生物墊為生,因為動物化石和微生物墊常常一起被發現。但這項研究是首度證實,微生物墊扮演對動物群供氧的重要角色。

英國牛津大學的古生物學家Martin Brasier也認為,藻類微生物為早期多細胞動物提供氧氣庇護所,是個非常有趣的概念。

但仍有一些小問題。因為高氧氣濃度是光合作用的結果,所以高氧狀態只當陽光照射時存在;而在夜間微生物墊附近就會成為缺氧環境。研究人員在洛斯羅克斯潟湖也發現類似的現象,而居住在墊子裡的小蟲子,在入夜後會進入休眠狀態,以應付缺氧的問題。但科學家不確定,是否早期多細胞動物也有類似的現象。

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資料來源:NatureNews: Bacteria helped early animals to breathe [15 May 2011]

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陸子鈞
294 篇文章 ・ 4 位粉絲
Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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紅紅的葉子要怎麼行光合作用?紅葉和黃葉裡也有葉綠素嗎?——《樹葉物語》
時報出版_96
・2023/10/29 ・2029字 ・閱讀時間約 4 分鐘

顏色會依照我們觀看的對象吸收和反射的光而有所不同。樹葉因為會吸收所有藍色和紅色系光譜,只反射綠色,因此看起來是綠色的,而讓樹葉顯現綠色的東西,便是負責養育生命的葉綠素。

需要光合作用時也只會紅通通的日本紅楓

當然,也有葉子不是綠色的。樹木一生中雖然會變換顏色,但也有一開始長葉就不是綠色的。關於這類樹木,首先想到的便是日本紅楓(Acer palmatum ‘Shojo-Nomura’)。

日本紅楓連剛冒出葉子時也不泛綠色,和它的名字一模一樣,打一開始就很紅。那麼,日本紅楓紅色的葉子裡沒有葉綠素嗎?如果缺少葉綠素,樹木無法行光合作用;若不行光合作用,將無法製造生存所需的養分,那究竟該如何生存呢?

所有樹葉裡都有葉綠素,但是除了葉綠素,還有類胡蘿蔔素、花青素和單寧等各種成分,我們需要從這裡找出頭緒。類胡蘿蔔素、花青素和單寧等成分分別呈現黃色、紅色和褐色,葉子雖然從一開始就具備多種顏色的成分,但在更需要光合作用的時候,葉綠素會上來表面;待過了秋季,逐漸接近無法行光合作用的冬季,其他顏色的成分才會開始活躍,秋楓便是如此。然而,日本紅楓即使在需要光合作用的時期,葉子也只會紅通通的,非常奇妙。

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淺綠色顯露出來的瞬間

圖/wikimedia

日本紅楓是人們培育出來的品種,以做為造景用的觀賞樹木。換言之,日本紅楓並不是在自然狀態下生長的樹木,而是人們為了更長時間觀賞楓樹的紅色葉子所培育的品種,讓它一年四季都能呈現紅色。雖說紅色葉子裡頭同時含有泛綠色的葉綠素,但不管再怎麼看,都看不到綠色。

我再次重申,觀察樹木需要長時間、仔細地觀察。日本紅楓葉子上的紅色氣息轉淡的現象一年大概會發生兩次,分別是開花與果實逐漸成熟時,也就是樹木最需要養分的時刻。這時的日本紅楓葉子會發生非常細微的變化,乍看之下無法得知其差異:仍然泛著紅色,仔細觀察卻能在葉子某些部分感覺到綠色的氣息。

雖然葉子顯現紅色,但葉綠素若不進行光合作用,樹木就無法存活,在開花和結果等需要大量養分的關頭更是如此,這種時候只要仔細確認日本紅楓的葉子,將能感覺到葉綠素行光合作用活動的跡象。葉子上面延展的葉脈或葉柄端的紅色會轉淡,非常顯眼。果實結果和逐漸成熟時也一樣,可以在變淡的紅色之間突然看見綠色。即便葉子是紅色的,葉綠素還是會在它非常迫切需要養分時活躍起來,無怪乎顯現了綠色。

黃金松的樹葉只有黃色嗎?

日本紅楓是人工選育的品種,但自然狀態下也有樹木不是發綠色的芽,好比名為黃金松(Pinus densiflora ‘Aurea’)的樹木。雖然松樹的葉子一年四季都是綠色,黃金松的葉子卻呈金黃色。黃金松是松樹的品種之一,是相當稀有的樹木,它只有下方呈綠色,整體看來葉子是金黃色的。據說從以前開始,只要天氣乾旱,黃金松的金黃色葉子就會變成褐色,梅雨季則變成綠色,對於觀察氣候十分必要,不過這種說法並無科學根據。儘管如此,據說以前農夫們乾脆叫黃金松「天氣木」。

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非常稀有的黃金松是在自然狀態下也會發金黃色、而不是綠色的芽。

韓國曾經發現幾棵自然狀態下的黃金松,特別是慶尚北道蔚珍郡周仁里的黃金松就被指定為地方紀念物,是一株受到保護的珍貴樹木。這棵黃金松曾是預測氣候的標準,村裡亦相傳若發生戰爭,它的葉子會泛紅。

蔚珍郡周仁里的黃金松和旁邊其他樹木的葉子顏色不同,一眼就能清楚看出來。這棵佇立在斜坡上的樹木已有五十歲左右,由於被指定為文化財,四周圍上了柵欄、被確實地保護著。雖然遠處就見得到它神祕的模樣,但務必近距離觀察。必須仔細觀察葉子,才能得知樹木的祕密,知道樹木如何用金黃色的葉子製造養分、使自己生長。

即便植物圖鑑裡記載「除了葉子的基部,其他都是黃色」,實際上再怎麼觀察,仍然很難說是黃色,非要講的話,比較接近綠色和黃色混合在一起的淡綠色。當然,顏色以針葉來說算特別,但不能說是黃色或金黃色。與其說黃金松的葉子是金黃色的,不如說是以綠色為底,黃色顯現得稍微強一點。

無法丟掉綠色的原因

我們談日本紅楓和黃金松,但擁有紅葉或黃葉的樹木不只這些,尤其是觀賞用的培育品種中,還有不少葉子的顏色相當五彩繽紛。然而,不管是哪種樹木,都無法完全丟掉綠色,因為綠色是葉綠素的顏色,而葉綠素是樹木的生命之窗。

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——本文摘自《樹葉物語》,2023 年 5 月,時報出版,未經同意請勿轉載。

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時報出版_96
174 篇文章 ・ 35 位粉絲
出版品包括文學、人文社科、商業、生活、科普、漫畫、趨勢、心理勵志等,活躍於書市中,累積出版品五千多種,獲得國內外專家讀者、各種獎項的肯定,打造出無數的暢銷傳奇及和重量級作者,在台灣引爆一波波的閱讀議題及風潮。

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夜間公園運動、臥室擺盆栽,會有害健康嗎?
何宗岳(股素人)_96
・2023/04/17 ・3959字 ・閱讀時間約 8 分鐘

編按:此為個人實驗結果,對內容有疑問者可向作者詢問。

自從退休之後,6 年來已習慣晚上到附近公園運動,某日,讀國小四年級的金孫跟我說:「阿公,植物白天光合作用會吸收二氧化碳,晚上會吐出二氧化碳,空氣不好,不要晚上去公園運動啦!」;確實,上網搜尋,有不少類似「夜間公園空氣不好」、「臥室不要擺盆栽」等擴大解讀植物光合作用的文章。

夜間(19 時~22 時)在公園運動的人不少,有慢跑的年輕人、有散步的銀髮族、有跳舞或練功的社團群眾,也有帶小孩玩溜滑梯、盪鞦韆等遊戲的家庭成員,那麼多人在夜間的公園活動;因此,「夜間公園空氣不好(太多二氧化碳),有害健康」的說法,似乎不符合常識邏輯,否則應有大半之慢跑、快走的人,將會休克,叫救護車送醫了。

其次,如果「臥室擺盆栽,有害健康」係金ㄟ,那麼,山上居民豈不會多病或短壽?似乎也不符合常識邏輯;敝宅客廳擺了 6 棵盆栽,N 年來夜間看電視 4 小時,健康損多少?

光合作用的 CO2 及 O2 值可以量測嗎?

網路上可找到許多探討「森林(樹木)的碳吸存」之類的文章,諸如:不同植物(喬木、灌木、草本…)的固碳量、每年每棵樹約可吸收 12kg 的 CO2、一棵成熟樹約可提供一戶 4 口家庭的氧氣需量、植物大約吸收人類排碳量的 29% 等;林務局的網站說:「根據光合作用【森林碳儲存】反應式,林木生物量每增加 1 公噸,可吸收 1.6 公噸的二氧化碳,同時釋放 1.2 公噸的氧氣…」,這些公認的超現實數據,可否簡單地以一棵盆栽樹,來證實光合作用吸多少二氧化碳?釋放出多少氧氣?

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在探討室內空氣品質(Indoor Air Quality)時,有一定的安全參考值,例如:連續 8 小時之二氧化碳 ≦1,000 ppm、一氧化碳 ≦9 ppm、甲醛 ≦0.08 ppm、氧 ≧18%,醫院及百貨商場等公共場所,多設有室內空氣品質監測儀器;顯然,有儀器可以量測二氧化碳、一氧化碳及氧等氣體的具體數值。

為了跟金孫簡單地解釋光合作用的「吸碳排氧」理論,特別花 2 萬多元買了一組可量測空氣中之二氧化碳、氧氣及溫濕度的空氣品質分析儀(Lutron/AQ-9918SD,精確度:CO2±40ppm、O2±0.2%、溫度±0.8℃),分別於正午及半夜,到公園、植物園區及大停車場等場所,量測白天及夜間之 CO2(ppm))和 O2(%) 的變化,並且順便於自己臥室,量測在有、無盆栽狀態下,1 人睡覺時之 CO2 和 O2 的變化,結果卻逆轉「夜間公園運動、臥室擺盆栽,有害健康」的常識

國小的光合作用反應式: 二氧化碳+水     葡萄糖+氧+水

「夜間公園運動、臥室擺盆栽,有害健康」的理論,顯然與植物的光合作用有關,姑且由我們所認知的空氣成份常識談起,在維基百科中可找到如表 1 的空氣成份,例如,標準空氣之 O2 含量為 20.942% 及 CO2 含量為 330ppm(0.033%)等。

呼吸時,吐出最多的氣體是二氧化碳?

首先,以新購之空氣品質分析儀,進行人體呼吸實驗;以鼻吸口吐方式(圖 1),將吸氣吐入密封塑膠袋中,測試紀錄如下表,約經過 3 分鐘後(NO.7),CO2 由正常值之 373ppm 劇升為 15,606ppm 以上,而 O2 由正常值之 21.5% 降為 17.3% 以下(空氣氧含量安全值:≧18%),同時,吐出氣體含水汽,使露點溫度(℃dp)由 18.4℃ 劇升為 22.2℃ 以上(塑膠袋內產生水汽);此證實人體呼吸確實是吸入 O2 而吐出 CO2 及水汽,將儀器探棒取出後(NO.14),CO2 及 O2 含量則逐漸恢復正常(如表 2 所示)。

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圖 1 呼吸測試(夾鏈袋 25*20 cm) 圖/作者提供

由表 2 的數據,如果你以為人體呼吸吐出的氣體中,大多是 CO2 和水汽,那就錯了。依維基百科的資訊,因為鼻子吸入的空氣中,氮佔 78%、氧佔 21%、CO2 佔 0.033%、水汽佔 1.3%,所以,人體吐出的氣體中,體積比最多的依舊是氮氣,約佔 78%(不被需要,又被吐出來)、氧約佔 13%~16%(減少)、CO2 約佔 4%~5.3%(增加)、水汽約佔 5%(增加),以及原被吸入的痕量氣體,又被原封不動的吐出來。

盆栽光合作用的量測值,違反吸碳排氧理論

其次,找一棵種了約 6 年多的鳶尾花戶外盆栽(圖2)做實驗;以透明塑膠袋罩住(圖3),進行光合作用實驗,5 秒記錄 1 筆,持續 25 分鐘,為節省篇幅,僅摘錄每 1 分鐘 1 筆。

如表 3 所示,可看出前 4 分鐘(NO.1~5)之 CO2 值有明顯下降(吸碳),符合光合作用的吸碳理論,但是,O2 值也由 21.4% 降至 20.2% (吸氧而非排氧);然而,自第 5 分鐘(NO.6)開始,CO2 值又逐漸回升至第 25 分鐘(NO.26)的 632ppm(排碳),而 O2 值仍續降至最後的 18.2%(吸氧),亦即自第 5 分開始(NO.6),完全顛覆了植物光合作用的「吸碳排氧」理論

此時,塑膠袋內佈滿霧狀水汽(露點溫度由 20.0℃ 劇升至 35.4℃,即為數據明證),溫度也由起始的 27℃ 升至 56.8℃(如同密閉汽車日曬而溫升至 60℃ 以上一樣)。

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圖 2 戶外鳶尾花盆栽 (直徑 55cm,高 39cm)。 圖/作者提供
圖 3 罩塑膠袋的光合作用實驗。 圖/作者提供

因為「光合作用的吸碳排氧理論」是眾所皆知的知識,筆者不死心,分別於白天(正午)及夜間(深夜),量測灌木欉、喬木園區、大停車場、大稻田及臥室的 CO2 與 O2 值,方法或許不夠嚴謹,但是,若依表 4 的量測值總表,確實無法證明植物光合作用的「吸碳排氧」理論。

表4說明:

  1. NO.1、2、3 是開放空間的量測結果;夜間的 CO2 值均低於白天,且夜間的 O2 值均高於白天,因此,「夜間不宜在公園運動」的常識可能有誤
  2. NO.4 及 5(與植物無關)的量測值,其夜間、白天的 CO2 值及 O2 值互有高低,量測值仍在儀器誤差範圍內;然而,可確定「CO2 值及 O2 值,除了海平面高度與地點因素之外,亦會隨著溫、濕度之變化而改變」。
  3. NO.6 之臥室在有、無盆栽時(圖 4)的量測結果,由 6b 之比值可知,無論有、無盆栽,CO2 值幾乎無變化(無盆栽 66.73%,有盆栽 66.70%),對此結果感到非常詫異。
  4. 重做一次如 NO.7、7a、7b,結果依舊近似,無盆栽為 73.52% 與有盆栽為 71.78%,而 O2 量亦維持減少 0.47%;顯然,「臥室擺盆栽,有害健康」的常識,亦可能有誤
  5. NO.7b 的 CO2 均值,白天(+73.52%)比夜間(+71.78%)高 1.74%,可能出自儀器誤差,或 NO.8 之 CO2 值下降 9.27% 之故。
  6. 為了解 NO.6b 及 7b 的結果是否正確,做一次「臥室無人睡僅擺盆栽」的量測,結果如 NO.8,盆栽在夜間 7 小時中,CO2 量減少了 9.27%,O2 量增加了 4.69%,與植物夜間呼吸作用的「吸氧排碳」理論顛倒。
  7. 因而再做 NO.9 的量測,將盆栽移至臥室南側的窗邊(圖 5,日曬 9:05~14:20),由 9:00 量測至 16:00(7小時),CO2 減少 12.4%,似乎有吸碳功能,但 O2 減少了 1.4%(在儀器誤差內),也不符合植物光合作用的「排氧」理論。
圖 4 夜間擺盆栽(臥室 5.3m*3.2m*3.6mH) 圖/作者提供
圖 5 白天擺盆栽移至窗邊。 圖/作者提供

本文之 10 次量測實驗,均有完整記錄,但限於篇幅,僅能提供如表 4 的總表;在做了數次量測之後,發現即使是同一植物或場所,以同一台儀器量測,可能因(1)陽光強度(雲層厚度)、(2)環境溫濕度、(3)量測方式、(4)取樣時距(10秒、20秒、30秒…)、(5)量測時間(20分、30分、60分、120分…)之不同,而有不同的結果,不過,這五種不同情況的量測誤差,多在 ±3% 之內。

表 4 量測方式之說明例

為了證明筆者確實有做量測實驗,於此說明表 4 NO.7 的量測方式與記錄如下:

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因為(同一地點)空氣中的 CO2 及 O2 值,會隨溫濕度變化而改變,所以,本量測方式,以上床後之前 10 分鐘與醒來離床前 10 分鐘的均值做比較,每 5 分鐘記錄一筆,持續 7 小時,分別做了臥室無盆栽有盆栽之量測;1 人睡覺的 CO2、O2、℃db(溫度)及 ℃dp(露點溫度)的 7 小時記錄值如表 5a、表 5b,不論是無盆栽(表5a)或有盆栽(表5b),CO2 值均呈緩緩上升的趨勢,而 O2 值均只降了 0.1%,仍在儀器誤差範圍內,無法證明 O2 值是增加或減少。

將表 5 的量測記錄,轉換為趨勢圖,可看出在無盆栽及有盆栽的 7 小時量測期間,雖然兩者的起始值不同,但是,CO2 值均呈緩緩上升的趨勢,且兩者之線性(y=ax+b)迴歸分析的斜率(a)幾乎相同,因此,可證明夜間臥室擺盆栽,不會增加 CO2 量,亦即無法證明「臥室擺盆栽,有害健康」的常識為真。

圖 6 臥室有、無盆栽之 CO2 值量測記錄趨勢。圖/作者提供

結語

樹葉真有能力分解空氣,只吸收空氣中僅佔約 400ppm 的 CO2,而不吸入空氣中的其他成分氣體?光合作用的「吸碳排氧」理論,是否被過度解讀?由前述的人體呼吸實驗,正確的說法,是否應為「吸入空氣僅部份的 CO2 被吸收,而有部份的 CO2 和不被需要的氮氣、氧氣等均被吐出」?

筆者非植物專家,僅是一位秉持常識邏輯思考原則的退休工程師;本文之 10 種場合的量測樣本數仍嫌不足,不宜此結果下定論;但是,量測結果不符合植物「光合作用」的「吸碳排氧」理論,無法給金孫一個合理的解釋,反而搞混她在學校所學的「光合作用」知識,希望有專家賜教,指正本文之錯誤或做合理的說明。

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何宗岳(股素人)_96
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何宗岳,1950 年雙子座。美國 Memphis 州立大學機械碩士,空調技師及機械技師高考及格,本業為冷凍空調技師,退休後轉為斜槓作家。 著作:冷凍空調類 11 本、股市理財類 6 本(筆名:股素人)、保險類 1 本及時評類 1 本。 曾在網路平台發表 30 多篇文章,並 6 次上電視財經節目談投資理財。終身學習理念:廣泛精讀、邏輯思考、比較分析、檢討改善。