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公民地震學

阿樹_96
・2013/08/15 ・1987字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

巴布亞新幾內亞在7月7日又連續發生兩起規模分別7.2與6.8的強震,所幸震源深度達380公里,未傳出傷亡,也未引起任何的海嘯。全世界的地震之頻繁,每年就有數十次規模大於6的地震,而位處環太平洋地震帶的台灣,地震站之密度可以說是世界上數一數二,然而,我們至今仍未能預測地震,而放眼全球,也仍無任何短期能作到精準預測地震的技術。

有些奇人異士,或是非主流的科學家會提出個人的看法,提出地震預測的情報,當然,這些預測多數都未能在地震來臨前提供警訊,所以我們也無法驗證這些預測技術的真實性。此外,有許多國家都開始發展地震與海嘯預警的技術,但建置成本昂貴,許多地方還無法接收到預警的資訊。開始有科學家想了解,是否有辦法運用公民的力量,來做些地震研究?雖然才剛起步,但進行這些研究推動時,同時也會增進大眾的防災觀念與科學素養。

社區地震網

一般的地震儀器,都是設立在特定地點,如遠離人煙干擾的地震站,或者是重要的建築設施,你很難想像,自己的家裡就有一個地震站吧?隨著科技進步,地震儀越來越先進,也開始出現低價的地震儀,甚至,你的智慧型手機就是1台地震儀!

有鑑於區域型的地震預警技術,因地震波的資料處理時間,仍存在無法預警的盲區,因而需要更多接近民眾住家的測站。台灣大學的吳逸民教授與國內廠商合作開發了新型的Palert地震儀,同時具有接收預警資訊、記錄地震資料的與現地預警的功能。由於地震波在傳播時有P波和S波兩種實體波,其中P波的速度較快、S波的能量較大較易致災,而這台地震儀內建的參數結合了吳教授的研究成果,只需要P波的前3秒資料,就能判別是否為災害性的地震,就能達到現地預警的效果,而這些地震儀設置成本低於傳統地震儀,能廣設在許多地方,因此未來成為社區防災的新趨勢。

除此之外,加州理工學院的研究團隊也開始研究低價的加速度感測器作為地震儀,而另一個柏克萊大學的團隊正在研究如何將智慧型手機變成一個簡單地震儀,因為智慧型手機本來就具有地震儀的各項功能,其中包括可以互相聯結成觀測網的3G或WIFI網路、能定出位置的GPS,然後還有加速度感應器(強震儀基本上就是三軸向的加速度感應器),在我們連上網路、或是導航,甚至玩遊戲的時候,很難想像這些科技可以變成地震預警的利器吧?當然,這時我們就得把手機固定在地面上,以免搖晃的資訊被誤判為地震波。如果有朝一日實現了,它就能像上述吳教授的地震儀一樣能預警地震。

地震學園:公民進行的地震研究

另外有一群團隊在進行著如何將地震學的研究推向非專業領域的民眾。國立台灣師範大學的陳卉瑄副教授,建立了地震學園網頁,無償提供各項地震的科普知識、地震學的試教與推廣,並與中央研究院地球科學研究所的台灣地震科學雲端學習平台合作,讓大家可以參與地震活動的研究。

捕震網(Quake Catcher Network, QCN)為一個自發性地震觀測網,由國外引進,而台灣捕震網(QCN Taiwan)亦與國外的QCN計畫合作,在台灣推廣此計畫,只要有志願者將計畫提供的地震測站裝置並連上電腦,並安裝管理程式,就增加了1座地震測站,這個概念是源自於尋找外星智慧 (Search for Extra-Terrestrial Intelligence,SETI)計畫,運用許多志願加入的人員家中的電腦,便可以將需要大量的運算切割分配到許多電腦中,以節省建置成本與資源。

而陳副教授的「地震學園」,便是以此為根據,除了推廣地震站,還讓志工能透過一連串的上課與訓練,從最基本的地震波判識與地震定位開始,加入地震研究的行列。這樣的教育與訓練也可以說無年齡限制:無論是對地震研究有興趣的成人、或是利用推廣到中小學生,讓學生可以除了從教科書外,實際的接觸何謂地震波,並加強防災的宣導,甚至可以加強全民的地震防災意識。

「地震學園」在板橋沙崙國小的試教活動,小朋友們透過遊戲學習地震的防災知識與地震定位。
「地震學園」在板橋沙崙國小的試教活動,小朋友們透過遊戲學習地震的防災知識與地震定位。

結語

的確,以現今的科技,不怕地震資料不足,只怕研究人力不夠,而只要我們對地震有多一分認識,就能對地震防災多一分希望。和許多公民投入科學議題與研究一樣,我們也該鼓勵投身參與社區地震網跟補震網的相關人士。他們並無從中得到直接實質利益,卻為科學與社會投入了資源與心力,只為讓人們過得更安心。

(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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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’*)