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火山帶來的挑戰

阿樹_96
・2013/08/08 ・1437字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

2013年7月,墨西哥波波卡特佩特(Popocatepetl)火山的噴發,影響了當地附近的航空交通,波波卡特佩特火山是個非常不安分的活火山,從1920年重大的活動以來,時常都會有小規模的噴發,噴出少量的熔岩和產生火山灰,雖然不是大規模噴發,但持續噴發的時間一長,火山灰便會影響甚大。火山灰危害了火山鄰近區域的交通安全與空氣品質,而熔岩流與火山雲氣更可能威脅附近的居民,如同龐貝城的火山罹難者一般。火山是存在地球已久的自然現象之一,隨著科學的研究,我們更了解火山,也知道趨吉避凶的方式。當然,也該認識一下,火山帶給我們至今仍在克服中的各項挑戰。

火山灰

2010年冰島艾雅法拉火山的噴發,對全球的航空與氣候造成重大的影響,由於火山灰對於飛航的安全有極大的威脅,因此高於一定濃度時,飛機便會停飛,航班因而大亂。火山灰的粉末極細,落在鄰近的冰川時,也造成了冰融而成災;而火山灰會反射太陽的輻射,因而使全球氣溫降低,當時的新聞報導也指出,由於火山灰對環境的作用,加上班機停飛所減少的溫室氣體排放,使得地球的氣溫小幅降低。即便如此,這樣的作用對於大趨勢的暖化仍然是九牛一毛。

火山熱流

菲律賓的塔爾火山是個特別的案例,由於火山就位於塔爾湖的正中間,而中央還有一個火口湖,除了有特殊的美麗景緻,也有意想不到的災害。火山噴發的熔岩,流入湖中時,將會加熱湖水,彷彿石頭火鍋一般,溫度甚高的湖水奔向周遭湖畔時,可能會造成居民的傷亡,在20世紀還發生過兩次這樣的災難,這座火山至今仍十分活躍,而監測火山的科學家也在嚴密的監控中。

菲律賓的塔爾火山,是一個湖中的火山島,為世界上著名的活躍火山之一。(圖片來源:維基共享資源,作者Mike Gonzalez)

海嘯

未必只有地震會發生海嘯,火山亦是海嘯的成因之一。火山錐的邊坡多是十分不穩定的火山沉積物,當海上的火山島或是鄰近海邊的火山噴發時,邊坡一旦受到噴發時的振動或是擠壓,便會有大塊的岩體一口氣滑入水中,形成長周期、振幅高的波浪,即形成海嘯,火山造成的山崩規模越大,海嘯的高度就越高。譬如前述的塔爾火山、加納利群島的康伯利維亞火山(Cumbre Vieja)等火山島,都具有這樣的潛勢。

地熱發電

岩漿活動雖然有可能造成火山災害,但也帶給我們溫泉的遊憩功能、地熱的發電等幫助,隨著環保意識抬頭,地熱能源開始又再度被關注。雖然過去在台灣有產能不足、機具耗損大等缺點,但近年的科技已開始有了突破,增強型地熱系統(Enhanced Geothermal System or Engineered Geothermal System, EGS)甚至讓我們能利用到非火山活動區的地熱資源,利用鑽井注入流體,而再由另一道井回到地面附近,加熱發電機具,這樣的最大好處就是降低了資源枯竭的問題,只要再克服腐蝕與水垢的技術,便能完成克服,在宜蘭的清水地熱區,在近期也將重啟地熱的發電任務。

而在地下充滿熱源的陽明山周邊,因為大多土地位於國家公園內,因而開發受限,目前即使有部分學者提出焿子坪具有潛勢,但仍待相關單位評估其可行性。

天然災害亦只是種自然現象,只要人們做好對大自然的深入了解,自然而然可以避災又能利用資源,地熱發電便是一個十分顯著的例子。

(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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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》