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臺灣的雨與水

活躍星系核_96
・2011/06/03 ・2174字 ・閱讀時間約 4 分鐘

本文作者為劉廣英博士,中國文化大學大氣科學系研究教授。

一、楔子

陽光、空氣、水是我們不可少的生命要素,其中以水的不確定性最大。有人甚至認為會發生水的戰爭(De Villiers,1999)。看到這裡,大多數的人會認為沒關係,我們雨多,不會受到波及。如果我說由於我們本身就是個缺水的國家,即使沒發生水戰,也有爭水的危機,大家也許難以接受。然而我們真的是「錢淹腳目,水不及人。」不防看看這筆帳。

二、臺灣的雨

下雨有四個條件

  1. 有水氣源:我們四面環海,且處在亞熱帶高溫區,來自海洋蒸發的水氣充足。
  2. 有凝結核:海水中的鹽份就是很好的凝結核源,我們也不缺。
  3. 上升運動:颱風、鋒面(含冷鋒與梅雨鋒)、地形、熱對流等都伴有上升運動,我們隨時都有。
  4. 厚實的雲:上述天氣系統都會帶來。

準此,我們不該缺雨,實況也確實如此。所以我們平地氣象站的年平均雨量有1900餘毫米,加上高山站後更高達2400多毫米,是世界平均值800毫米的3倍。看起來夠多。實際狀況如何?請看下面的帳。

三、細算水帳-老天給我們多少水?

雨量指的是「單位面積上的水深」,所以一地之年集水量就等於「年平均雨量乘上該地區之面積」。由而可知老天爺給的雨水約950到1000億立方公尺。這些水如由我們大家平分,每人年得水量約為4300立方公尺。也就是每天約有12立方公尺水可用,這個量在世界主要工業國家中只比英、德兩國多一點。具體點說我們每天都有(2公尺乘2公尺乘3公尺)的「大水池可玩」!

然而,就水而言,由於以下原因,我們真的有不夠用的困境。

四、我們必須面對困境

困境是由三方面的問題所合成:

  • 降雨時空分配不均

由附表可見,我們的雨集中在5、6月梅雨季,以及7至9月颱風期。兩者合計累積雨量占年平均雨量的72%,也就是一年中有七成的雨下在四成之時間內。由附圖更可看到,每年的10月以後,至次年5月以前,除花東與臺北外,各地平均月雨量都在100毫米以下,中南部更不到50毫米。這也就是說,臺中以南的冬春之旱,與春耕缺水基本上是必然現象

進一步看,受到冬半年盛行東北季風,夏半年盛行西南季風,與地形作用三方面的影響下,在時序上我們的雨也有季節變化。兩句話就是此特性的代表,那就是北與東部流行的「東北風雨祖宗」,與西南部的「西南風落大雨(ㄏㄡ)」。準此,除中央山脈外,我們總有一個地區有雨水不足的問題。

於是,豪大雨時我們希望水快流入大海。可是沒雨時,靠什麼?

  • 存水能力不足

降水時空分布不均就只好靠蓄水補助。然而我們的河流短而降坡大,不但沒有留住雨水的能力,而且大雨時會造成沿途與下游淹水。是以要想把五個月的雨水留住,以供全年使用,靠的就是水庫,然而我們水庫總蓄水量不到30億立方公尺,大約要滿6次方可夠一年的用量。可惜我們的降水分配達不到這個要求。於是只好抽地下水應急!當大家面對地層下陷問題時,應該會擔憂過量抽取地下水有如飲鳩止渴

於是,雨大怕淹,無雨怕旱,抽地下水怕海水入侵的困境,有如一條三頭蟒蛇隨時會纏上我們

  • 暴雨增  小雨減

這筆帳的一半,也就是污染空氣造成暖化,進而改變降水型態,要怪我們自己;另一半怪大氣流動(氣象上稱大氣環流)異常。於是總雨量並沒變,但小雨日數遞減,豪大雨次數則在增加。這不但造成較多的災害,進一層的影響則是水庫淤積嚴重,讓我們的水更難留住。

五、結果與對策

以上困境不只我們會遭遇到,雨水比我們多8.4倍的美國也有「東邊淹水,西邊旱」的問題,所以我們也不必妄自菲薄,而是要正向面對大自然給我們的限制,那就是我們讓大大小小水庫能滿6次,也就是不缺水用的條件。再加上水庫淤積嚴重,蓄水能力一路下滑。影響所及就是水荒幾已是我們必須面對的常態。不過我們也用不著過度憂心,而是應該立即採取對策。

對策可分為個人與兩方面,以及一個共識問題:

  1. 自己可做的就是節約用水,最好是更進一步愛護水。前者就由日常小節入手,能省則省之。後者就是要改變「水算不得什麼」的觀念。不防想想看,我們曾經「順手」倒掉過多少水?如果那是汽油,甚或是酒,我們會「順手」倒掉否?實際上一杯水可讓人不會渴死,汽油能嗎?以小看大,如果我們每人每月能省下1.5立方公尺(大約就是5標準浴盆)的水,一年下來就可存下一座石門水庫的蓄水量。可說一點困難都沒有。
  2. 政府可做的很多,有些,如什麼樣的用水政策最妥當?水價該如何訂?以及如何可以增加蓄水能力?還需要大家的支持。另外一些,如修管堵漏與增進大水圳效益,以及提高再利用率,則是可以立即進行的事。
  3. 最後,社會大眾與政府可能必須思考如何才能增加我們的蓄水能力。無論是增建水庫,或恢復往時埤塘處處,都不是一蹴可及,應盡早啟動公共政策討論,以利早日定案並動工。

當年推動十大建設時,蔣總統經國先生曾說:「今天不做,明天會後悔。」我們不能也不該「臨渴掘井」。

參考文獻

涂建翊、余嘉裕、周佳:台灣的氣候。民國九十三年,遠足出版社。
黃兆慧:台灣的水庫。民國九十一年,遠足出版社。
De Villiers, Marq,1999:Water Wars. London, Weldenfeld &Nicolson.

註:劉廣英教授人非常nice,P編兩週前冒昧地寫了封email過去,劉博士在出國之際非常快速的回信,並且允諾回國之後會再跟我連繫,簡單的電話確認邀稿後,博士於昨日將文章連圖示寄給我。在此萬分感謝劉博士。如果各位有任何問題歡迎留言討論,我會轉達給劉博士。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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殭屍真菌的心智操控術!被附身的螞蟻變成「孢子釋放機」——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/25 ・1691字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

最多產、最能有創意地操控動物行為的,是一群住在昆蟲體內的真菌。這些「殭屍真菌」改變寄主行為的方式,得到明確的好處──真菌綁架一隻昆蟲,就能散播孢子,完成自己的生命週期。

研究最透徹的殭屍真菌是偏側蛇蟲草菌(Ophiocordyceps unilateralis),這種真菌的一生都繞著巨山蟻(carpenter ant)打轉。巨山蟻受真菌感染之後,會失去自己怕高的本能,拋下相對安全的巢,爬上最近的植物──這症狀稱為「登頂症」(summit disease)。在適當的時候,真菌會迫使巨山蟻用大顎鉗住那株植物、「死命一咬」,菌絲體從巨山蟻腳上長出來,把巨山蟻固定在植物表面。真菌接著消化巨山蟻的身體,從巨山蟻頭上發出菇柄,孢子撒向經過下方的巨山蟻身上。如果孢子錯失了目標,就會產生次生的黏性孢子,在作為引線的細絲上向外延伸。

受到蛇形蟲草(zombie fungus)感染的巨山蟻。圖/AntWiki by João P. M. Araújo

殭屍真菌極為精準地控制它們寄主昆蟲的行為。蛇形蟲草(Ophiocordyceps)會強迫螞蟻去溫度、溼度剛好的區域死命一咬,讓真菌結實──就在森林離地二十五公分高的地方。真菌利用太陽的方向來引導螞蟻,在中午時分同步感染螞蟻。螞蟻不會咬進葉背的任何老位置。百分之九十八的情況下,螞蟻會咬住主脈。

殭屍真菌如何控制寄主昆蟲的心智,一直令研究者大惑不解。二○一七年,真菌操控行為的一位頂尖專家大衛.休斯(David Hughes)帶領的一支團隊,在實驗室裡用蛇形蟲草感染了螞蟻。研究者在螞蟻死命一咬的那一刻,把螞蟻的身體保存起來,切成薄片,重建真菌住在螞蟻組織中的三維圖像。他們發現真菌變成螞蟻體內的一個假體器官,占據螞蟻身體的程度令人不安。受感染的螞蟻生物量之中,高達百分之四十是真菌。菌絲從頭到腳蜿蜒鑽過螞蟻的體腔,纏住螞蟻的肌纖維,透過互連的菌絲體網絡來協調螞蟻活動。然而,螞蟻的腦中居然沒有菌絲。休斯和他的團隊完全沒料到這情況。他們預期螞蟻的腦部會有真菌,才能那麼精細地控制螞蟻的行為。

結果真菌似乎是採用藥理學的方式。研究者懷疑,真菌雖然沒有實際存在於螞蟻腦部,但還是靠分泌化學物質,影響螞蟻的肌肉和中央神經系統,進而操控螞蟻的行動。但究竟是哪些化學物質,還不清楚。也不知道真菌能不能切斷螞蟻腦部和身體的連結,直接協調螞蟻的肌肉收縮。不過,蛇形蟲草和麥角菌是近親,瑞士化學家艾伯特.赫夫曼(Albert Hofmann)最初正是從麥角菌分離出用於製造 LSD 的化學物質,繼而做出一類化學物質,LSD 正是衍生物──這類化學物質稱為「麥角鹼」。在感染的螞蟻體內,負責產生這些生物鹼的蛇形蟲草基因組啟動了,表示這些基因組在操控螞蟻行為的過程中,可能扮演了某種角色。

雀麥上的麥角菌。圖/WIKIPEDIA by Claude De Brauer

不論這些真菌是怎麼辦到的,它們的干預以人類的任何標準來看,都十分驚人。經過幾十年的研究,投入數十億美元的經費,用藥物調控人類行為的能力還完全無法微調。比方說,抗精神疾病藥物無法針對特定的行為,其實只有鎮定效果。相較之下,蛇形蟲草百分之九十八的成功率,不只是讓螞蟻向上爬或是死命一咬(這百分之百會發生),而是咬到葉片特定的部位,並且是對真菌最理想的環境。不過公平起見,蛇形蟲草和許多殭屍真菌一樣,其實有很長的時間可以微調它們的做法。受感染的螞蟻行為有跡可循。螞蟻的死命一咬在葉脈上留下明顯的疤痕,依據化石化的疤痕,這種行為的起源可以追溯到距今四千八百萬年前的始新世(Eocene)。真菌很大部分的時間都在操控動物心智,可能自己也有心智。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

azothbooks_96
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