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那些海嘯教我們的事

阿樹_96
・2013/08/01 ・2265字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 547 ・八年級

據日本放送協會(NHK)電視臺消息,2013年7月9日,從日本關東地區延伸至北海道太平洋海域,監測地震和海嘯的大規模海底監測網建設工程正式開工,由於311震源附近的日本海溝,仍有發生規模8左右地震的潛勢,因此監測設備的設置刻不容緩。

311地震重創日本東北,是許多科學家始料未及的事,在過去的研究中,普遍不認為日本東北會發生如此嚴重的地震,但這是科學家錯了嗎?過去的資料無法作為海嘯的參考嗎?透過最新的古海嘯研究,我們能對海嘯有更好的認識。

海嘯的沉積物傳輸方式,會留在地表的低漥處,因而留下沉積記錄。(圖片來源:維基共享資源,作者Mikenorton)

研究古海嘯的方法

對於古海嘯的研究,有以下幾種方式:海嘯沉積物(岩心或是野外的露頭)、海嘯石(tsunami boulder)、文獻記錄。其中,前兩者為直接的科學證據,如果能比到實際上發生成因的資訊,譬如古地震、火山爆發、海底山崩等資料,就能夠確定整個海嘯的起源、機制和影響規模。雖然文獻的記錄會因為過去的科學仍未發達有失客觀,不過用以找尋近期的海嘯線索與防災上會有一定的幫助。

古籍探秘

從過去文獻可得知台灣周邊的古海嘯資訊,包括有許多當時的官方、非官方文件,可以作為參考;如發生於1867年12月18日在基隆的地震與海嘯事件:「淡水廳志/卷十四/祥異考:貨十一月,地大震,雞籠頭,金包里沿海山崩地裂,海水暴漲,屋宇傾壞,溺數百人。」另外在海關總稅務署、北華捷報等商業與報紙亦有記載在台灣的東北角發生海嘯的災情,而日據時期日本的學者剛本要八郎來台做研究,除了發現了廣為人知的「北投石」,也撰寫了「同治年間に於ける金包里附近の地変」的文獻,被認為是探討與1867年海嘯有關的山崩事件。可惜的是,目前在科學上還難以蒐集到這次海嘯的科學證據,在去年底中央地質調查所與許多海嘯專家在基隆和平島的探坑中發現疑似古海嘯的沉積物,然而現地的沉積構造資訊複雜,海嘯的規模有多大、科學家仍未有定論。

圖中是日本沖繩縣的海嘯石,於1771年被海嘯帶上岸。(圖片來自flickr用戶Okinawa Soba,保有部分權利)

海嘯沉積物

古海嘯的沉積物與平時的沉積物相差甚遠,觀察方式也不同,第一種就是從地層中找尋海嘯的特殊「沉積相」,地質學家運用沉積相了解該地層過去的環境。發生海嘯的地區,多半在沿岸的陸地,而海嘯發生時,會有許多的海底沉積物一口氣被帶到陸上,並且會摧毀當時沿岸陸地上的一切,而如果海岸附近存在著瀉湖或池塘等低漥地區,就能捕獲海嘯的沉積物。日本的學者平川一臣(Hirakawa Kazuomi),利用沉積物分析北海道經歷過的海嘯,藉由6千年的沉積物歷史中,發現了超過20次的海嘯記錄。分析規模後發現,如同311東北地震造成的巨大海嘯,大約是每千年發生1次。

海嘯石

海嘯石則是另一種不同的海嘯沉積物,在強烈的海嘯過後,往往在沙灘上留下海嘯石,不過,在強烈的風暴或颱風過後,岸邊也會留有許多的巨型石頭。日本東北大學的後藤和久(Goto Kazuhisa)助理教授與日本地質調查所的地質學家宍倉正展(Shishikura Masanobu),皆指出如何分辨海嘯石與風暴石的不同,第一是尺寸的差異:大海嘯的能量之大,可以輕易的搬動2公尺級以上的石頭,而風暴造成的海嘯,尺寸較小,經過多次的分析颱風前後海岸的變遷,發現大於1.5公尺以上的巨岩多半紋風不動,故比此大的岩塊多半是海嘯帶來的,而經由古地磁、珊瑚化石等定年的方式,可以得知海嘯石源頭的年代,有助於分析海嘯的次數與波帶動岩石的方式。而澳洲學者James Goff在紐西蘭進行的研究成果,指出除了海嘯石,海岸附近的砂丘亦會有特殊的分布的方式,就如同海嘯石的特徵一般。

如何運用古海嘯紀錄防範未然

地質學家宍倉正展在「2013年古海嘯研討會」中提到,311東北地震前的百年以來,只有規模7到8的地震,即使發生在西元869年的貞觀地震,也不及這次的事件。過去科學家多以過去的地震與海嘯的紀錄來進行防災與工程的規畫,311地震過後,一般民眾認為我們太低估了海嘯災害的潛勢和威力;然而,無限上綱地增加防災的規模也不是最好的方式,因此古海嘯的研究十分重要,盡可能的探究過往海嘯威脅,並結合科學研究以提出適當的因應之道。在2011年之後,日本重新的評估東海、東南海、南海連動型巨大地震的可能性,提出最大可能會發生規模9.1地震的可能性,以儘早提出因應之道。

有台灣的古海嘯研究嗎?

新加坡的學者Adam D. Switzer提出了台灣附近可能出現的海嘯威脅,也特別提到,海嘯不一定是發生地震,而發生地震也未必會引發海嘯。像是鄰近的菲律賓巴布亞火山爆發時若造成海底山崩,也可能會引發海嘯威脅南台灣,而台灣的西南外海的海底地形由大陸棚轉為大陸斜坡,因此由南方來的海嘯波,勢必會造成重大威脅。

台灣大學講座教授太田陽子教授,在台灣進行了數年的研究,發現了許多地方有海嘯的沉積物,如前述的和平島、福隆與台東成功,也在綠島、蘭嶼等地發現了海嘯石的蹤跡,尺寸達4到5公尺,代表台灣仍不能忽視海嘯的威脅。

歷史的記錄並不是唯一的參考,但由於對於地震與海嘯的認識有限,因此不斷的開發新的地質或文獻資料,有助於對海嘯災害的評估;地球的歷史之長,遠超過人類的文明,既然無法預知未來,我們仍可盡最大的努力來鑑往知來。

(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

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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阿樹_96
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地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。


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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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