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灑鹽融雪的後遺症

科景_96
・2011/02/09 ・632字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

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  • Original publish date:Nov 03, 2005
  • 編輯 John C. H. Chen 報導

一項研究顯示,人們在冬天時在雪上灑鹽以加速融雪的方法可能導致地下水及河水的鹽化,而不利人們飲用,並威脅到淡水生物的生存。

在緯度較高的地區,冬季下雪幾乎是必然的情形。為了有效去除道路上的積雪,人們最常使用的方法就是在雪上灑鹽來降低雪的融點,而讓冰雪快速融化。當雪融化之後,雪水便會帶著鹽一起流入下水道,進入水循環系統中。這時這些點點滴滴的鹽分便逐漸的改變了水系統中鹽份的含量。

University of Maryland的生態學家Sujay Kaushal分析了美國馬里蘭州的Baltimore County、紐約的the Hudson River Valleynd及新罕布夏州的White Mountains這幾個地方河流的氯離子含量。他們的研究發現,在冬天的時候,這些地方的水中氯離子的含量可以高達每公升五千毫克,約相當於海水中氯離子濃度的四分之一。一般而言,如果水中的氯離子含量達到每公升250毫克的話便會對人體及其他生物造成威脅。這時,淡水已不再是淡水,不但不適合人飲用,同時也會破壞生態的平衡,影響到整個生態系。

如果不用鹽來除雪,是否有更好的方式呢?University of Colorado的湖沼學家William Lewis Jr.提出了用一種以玉米製成的除雪劑來取代鹽。不過這種方法的成本比較高,是否能為大家接受,看來仍有需驗證。

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原始論文
Sujay S. Kaushal, Peter M. Groffman, Gene E. Likens, Kenneth T. Belt, William P. Stack, Victoria R. Kelly, Lawrence E. Band, and Gary T. Fisher
Increased salinization of fresh water in the northeastern United States
PNAS 2005 102: 13517-13520

參考來源:

本文版權聲明與轉載授權資訊:

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Intel® Core™ Ultra AI 處理器:下一代晶片的革命性進展
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/05/21 ・2364字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文由 Intel 委託,泛科學企劃執行。 

在當今快節奏的數位時代,對於處理器性能的需求已經不再僅僅停留在日常應用上。從遊戲到學術,從設計到內容創作,各行各業都需要更快速、更高效的運算能力,而人工智慧(AI)的蓬勃發展更是推動了這一需求的急劇增長。在這樣的背景下,Intel 推出了一款極具潛力的處理器—— Intel® Core™ Ultra,該處理器不僅滿足了對於高性能的追求,更為使用者提供了運行 AI 模型的全新體驗。

先進製程:效能飛躍提升

現在的晶片已不是單純的 CPU 或是 GPU,而是混合在一起。為了延續摩爾定律,也就是讓相同面積的晶片每過 18 個月,效能就提升一倍的目標,整個半導體產業正朝兩個不同方向努力。

其中之一是追求更先進的技術,發展出更小奈米的製程節點,做出體積更小的電晶體。常見的方法包含:引進極紫外光 ( EUV ) 曝光機,來刻出更小的電晶體。又或是從材料結構下手,發展不同構造的電晶體,例如鰭式場效電晶體 ( FinFET )、環繞式閘極 ( GAAFET ) 電晶體及互補式場效電晶體 ( CFET ),讓電晶體可以更小、更快。這種持續挑戰物理極限的方式稱為深度摩爾定律——More Moore。

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另一種則是將含有數億個電晶體的密集晶片重新排列。就像人口密集的都會區都逐漸轉向「垂直城市」的發展模式。對晶片來說,雖然每個電晶體的大小還是一樣大,但是重新排列以後,不僅單位面積上可以堆疊更多的半導體電路,還能縮短這些區塊間資訊傳遞的時間,提升晶片的效能。這種透過晶片設計提高效能的方法,則稱為超越摩爾定律——More than Moore。

而 Intel® Core™ Ultra 處理器便是具備兩者優點的結晶。

圖/PanSci

Tile 架構:釋放多核心潛能

在超越摩爾定律方面,Intel® Core™ Ultra 處理器以其獨特的 Tile 架構而聞名,將 CPU、GPU、以及 AI 加速器(NPU)等不同單元分開,使得這些單元可以根據需求靈活啟用、停用,從而提高了能源效率。這一設計使得處理器可以更好地應對多任務處理,從日常應用到專業任務,都能夠以更高效的方式運行。

CPU Tile 採用了 Intel 最新的 4 奈米製程和 EUV 曝光技術,將鰭式電晶體 FinFET 中的像是魚鰭般阻擋漏電流的鰭片構造減少至三片,降低延遲與功耗,使效能提升了 20%,讓使用者可以更加流暢地執行各種應用程序,提高工作效率。

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鰭式電晶體 FinFET。圖/Intel

Foveros 3D 封裝技術:高效數據傳輸

2017 年,Intel 開發出了新的封裝技術 EMIB 嵌入式多晶片互聯橋,這種封裝技術在各個 Tile 的裸晶之間,搭建了一座「矽橋 ( Silicon Bridge ) 」,達成晶片的橫向連接。

圖/Intel

而 Foveros 3D 封裝技術是基於 EMIB 更進一步改良的封裝技術,它能將處理器、記憶體、IO 單元上下堆疊,垂直方向利用導線串聯,橫向則使用 EMIB 連接,提供高頻寬低延遲的數據傳輸。這種創新的封裝技術不僅使得處理器的整體尺寸更小,更提高了散熱效能,使得處理器可以長期高效運行。

運行 AI 模型的專用筆電——MSI Stealth 16 AI Studio

除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel® Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門用於在本機端高效運行 AI 模型。這使得使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時節省了連接雲端算力的成本。

MSI 最新推出的筆電 Stealth 16 AI Studio ,搭載了最新的 Intel Core™ Ultra 9 處理器,是一款極具魅力的產品。不僅適合遊戲娛樂,其外觀設計結合了落質感外型與卓越效能,使得使用者在使用時能感受到高品質的工藝。鎂鋁合金質感的沉穩機身設計,僅重 1.99kg,厚度僅有 19.95mm,輕薄便攜,適合需要每天通勤的上班族,與在咖啡廳尋找靈感的創作者。

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除了外觀設計之外, Stealth 16 AI Studio 也擁有出色的散熱性能。搭載了 Cooler Boost 5 強效散熱技術,能夠有效排除廢熱,保持長時間穩定高效能表現。良好的散熱表現不僅能夠確保處理器的效能得到充分發揮,還能幫助使用者在長時間使用下的保持舒適性和穩定性。

Stealth 16 AI Studio 的 Intel Core™ Ultra 處理器,其性能更是一大亮點。除了傳統的 CPU 和 GPU 之外,Intel Core™ Ultra 處理器還整合了多種專用單元,專門針對在本機端高效運行 AI 模型的需求。內建專為加速AI應用而設計的 NPU,更提供強大的效能表現,有助於提升效率並保持長時間的續航力。讓使用者可以在不連接雲端的情況下,依然可以快速準確地運行各種複雜的 AI 算法,保護了數據隱私,同時也節省了連接雲端算力的成本。

軟體方面,Intel 與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化。與 Adobe 等軟體的合作使得使用者在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。獨家微星AI 智慧引擎能針對使用情境並自動調整硬體設定,以實現最佳效能表現。再加上獨家 AI Artist,更進一步提升使用者體驗,直接輕鬆生成豐富圖像,實現了更便捷的內容創作。

此外 Intel 也與眾多軟體開發商合作,針對 Intel 架構做了特別最佳化,讓 Intel® Core™ Ultra處理器將AI加速能力充分發揮。例如,與 Adobe 等軟體使得使用者可以在處理影像、圖像等多媒體內容時,能夠以更高效的方式運行 AI 算法,大幅提高創作效率。為各行專業人士提供了更加多元、便捷的工具,成為工作中的一大助力。

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台灣以前下過雪嗎?平地大雪紛飛的太平盛世
艾粒安鈉
・2016/01/27 ・2159字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 509 ・六年級

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台灣最近(1月23~26日)的超級寒流不僅造成災害,農漁業損失慘重,還讓低海拔地區甚至平地雪霰紛飛,台北、新竹、嘉義氣象站更是設站以來首度下霰。大家可曾知道,在清朝的太平盛世時代,台灣平地是經常下雪的!

這場寒流的陽明山雪景。來源:Flickr/Chi-Hung Lin (CC BY-SA 2.0)
這場寒流的陽明山雪景。來源:Flickr/Chi-Hung Lin (CC BY-SA 2.0)

小冰河期

清康熙35年(1696年)出版的《台灣府志》中,雞籠積雪為台灣八景之一。雞籠在當時大部分為尚未開發的蠻荒之地,位於當時的諸羅縣,除了現今的基隆之外,也泛指台灣北部台北、淡水等地區。

根據《台陽見聞錄》:

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「雞籠山在基隆廳治。台地氣候,南北迥殊。北境冬寒,與內地無大異。茲山為北境盡處,山大而高,下逼巨海,名為大雞籠。至冬常有積雪,台人取以列郡治八景焉。」

因此雞籠積雪的確切地點,可能是現在的基隆山(海拔588m),或者海拔超過一千公尺的七星山、大屯山一帶,至今無確切說法。同治年間《淡水廳志》的「淡北八景」也提到「屯山積雪」,可以推知陽明山以及台北其他沿海山區,在清治時代是經常下雪、積雪的!

1654年荷蘭人繪製的大台北古地圖,即淡水與雞籠一帶。來源:維基百科。
1654年荷蘭人繪製的大台北古地圖,即淡水與雞籠一帶。來源:維基百科

原來,約在16世紀至19世紀,也就是明清時代,全球氣溫明顯下降的現象,稱為小冰期或小冰河期。氣溫最低時正巧是清朝地康熙、雍正、乾隆盛世。不僅雞籠山白雪皚皚,許多史書也都記載台灣西部平地下雪。

康熙22年(1683年)十一月,《台陽聞見錄》提到「是冬,北路降大雪,寒甚」、《諸羅縣志》記載「雨雪,冰堅厚寸餘」。乾隆53年(1788年)二月,《淡水廳志》表示「大雨雪,饑,斗米千錢」,顯見寒害對農作物收成的負面影響。咸豐7年(1857年)一月,《淡水廳志》和《苗栗縣志》都有大雪的記錄。1892至1893年的冬天台灣更是嚴寒,地方史料記載不僅澎湖「奇寒」,雲林崙背「大雪,五穀、豬羊多凍死」、嘉義新港「雪下數寸,六畜凍死」,北部的新竹竹東更是「大雪連下三日,平地高丈餘」。

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西元元年到2000年全球氣溫變化。來源:維基百科。
西元元年到2000年全球氣溫變化,其中明顯的低溫時期即為小冰河期。來源:維基百科

馬偕博士(George Leslie Mackay)在1872至1901年旅台期間,也留下許多台北地區的天氣記錄。馬偕於日記裡也記載1893年1/17-18日,大廳裡只有華氏42度(攝氏6度),連觀音山(海拔616m)都下雪,他甚至還上觀音山裝滿兩大桶的雪,帶回平地給孩子看。1892-93年的冬天,可能是台灣有史以來最冷的一個冬天!由此可見,雖然雞籠山、大屯山積雪景色優美,但小冰河期的低溫造成糧食作物生長季縮短、產量降低,農牧業損失慘重,造成全球各地饑荒連年,死亡率上升,造成的災害不可小覷。

台灣近代降雪記錄

全球氣溫在進入20世紀後逐漸恢復正常,日治時期以及民國時期平地幾無降雪記錄,但當時的台灣氣溫依然比現代低,台北大屯山(海拔1093m)降雪依然是稀鬆平常的事情。日治時期比較可觀的記錄,包括《臺北縣志大事紀》中記載1917/1/8 「大屯山降雪為歷年來罕見,淡水線火車開賞雪加班車」、1919/3/2大屯山春雪、及1934/1/29 「天氣驟寒,七星郡大屯山降雪盈尺」。1896年2月,日本在台灣設立台北、台中、台南、恆春、澎湖五個氣象測站,台灣氣候才開始有正式的科學記錄。

台北測站在1900/2/13測得零下0.2 °C,戰後的1963/1/28測得零下0.1 °C、前一天台中最低溫更達零下0.7 °C,各地普遍結霜,但以上幾次都沒有降雪記錄。1962-63年台灣冬天在近代大概是數一數二的嚴寒,其中1963年一月的台北市,有28天達到寒流標準(最低氣溫10度以下)!但當時天氣多為乾冷,也沒有下雪。倒是1958/2/13台北氣溫低達2.6 °C,空軍氣象官李富城先生(現為氣象主播)回憶:

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我跟一個老長官,我們倆一起出空軍總部大門,我們倆一出,下雪了,台北市天空有飄了幾片雪,我說:「啊,下雪了。」

那天陽明山大雪紛飛,景象跟前幾天的寒流相當雷同,但當天氣象局在台北市並沒有正式降雪記錄。

現代受全球暖化以及都市熱島效應的影響,台灣氣溫節節上升,但全球暖化的後果,不僅僅是氣溫上升而已,更可能造成極端氣候頻率增加。這場讓台灣遍地下雪的超級寒流,是否表示著未來包括寒流在內的極端氣候會更加頻繁呢?是值得大家省思的一個問題。

參考文獻

艾粒安鈉
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主修有機合成。對化學、天文、幾何學、地理、氣候、統計學、語言學、心理學、社會學、音樂和烹飪都有興趣。不願一生為學術研究爆肝,而熱愛為感興趣的學科認真寫科普文章,並用創意比喻和爛梗讓大家喜歡科學。多元性別,最高心跳210,海豚音到重低音一手包辦。

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雪花飄飄何所賜:克卜勒的雪花禮物
活躍星系核_96
・2016/01/25 ・2315字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

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文/邱韻如

 冰雪奇緣在台灣

全台各地紛紛傳出下雪的消息,大家都為這六角冰晶興奮不已,尤其是生平第一次在台灣看到雪的朋友,必定難忘這段「冰雪奇緣」。

迪士尼卡通《冰雪奇緣》的製作團隊,為了打造這部影片裡的雪花,敦聘專門研究雪花的物理學家當顧問,繪製了2千多種不同形狀的雪花。因為不同濕度與其他外在條件,都會造成雪花結晶的不同,所以沒有一個雪花結構是完全一樣的。

最早出書研究雪花形狀的科學家,是克卜勒(Johannes Kepler,1571–1630),他在1611年出版《論六角雪花》這本書,描述了雪花的六角結構,成為結晶學的先驅。

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圖1. 克卜勒《論六角雪花》,左圖是拉丁文版(1611),右圖是英文版(1966)
圖1. 克卜勒《論六角雪花》,左圖是拉丁文版(1611),右圖是英文版(1966)

雪花飄飄何所賜?

1611年新年,克卜勒還在魯道夫二世的宮廷擔任皇家天文學家,但是薪俸老被積欠,他的太太芭芭拉從1610年底就得了重病,不斷發燒。這時的布拉格,天寒地凍,克卜勒走在查理大橋上,正傷腦筋要如何籌措新年禮物回報他的贊助人兼好友Johannes Matthaeus Wacker von Wackenfels (1550–1619)。他仰天問上蒼,像我這樣一無所有的窮學者,能買什麼禮物啊?雪花飄在他的身上,克卜勒看著這微不足道的雪花,有了好點子。他寫了這本24頁的小書,送給贊助人當作微薄的新年禮物。這本用拉丁文撰寫的小書,題為《Strena Seu De Nive Sexangula》(翻譯成英文是A New Year’s Gift:On the Six-Cornered Snowflake)。

這裡面還有一些文字隱喻。拉丁文的nive和nix,都是指雪(snow)。巧的是,德文nix的意思是nothing。克卜勒在書一開始,就不斷的提到Nihil, Nihilo, Nihili等,這幾個字都是nothing的意思。

Cum non sim nescius, quam tu ames Nihil, non quidem ob pretii vilitatem, sed propter lascivi passeris lusum argutissimum simul et venustissimum: facile mihi est conjicere, tanto tibi gratius et acceptius fore munus, quanto id Nihilo vicinius.

Quicquid id est, quod aliqua Nihili cogitatione tibi allubescat, id et parum et parvum et vilissimum et minime durabile, hoc est pene nihil esse oportet. Qualia cum in rerum natura multa sint, est tamen inter ea delectus. Cogitabis fortasse de uno ex atomis Epicuri: verum id Nihil est. Nihil vero a me habes antea. Eamus itaque per elementa, hoc est per ea, quae sunt in unaquaque re minima.

《De Nive Sexangula》前兩段文字(拉丁文)

來自上天的禮物:禮輕情意重

對於克卜勒這樣擁有Nothing的人,所能付出的也是Nothing。天上飄下的nix啟發了他這份近似Nothing(nix)禮物的靈感,禮輕但情意重。

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What do astronomers and mathematicians “who have Nothing and receive Nothing” have to give, but Nothing? [2]

送出這份雪花禮物之後,他更加一無所有了。1611年對克卜勒來說,是難熬的一年。帕紹軍隊來到布拉格,把傳染病帶進城裡,也把支持他生計的皇帝魯道夫二世趕下台。年初,三個小孩都染上天花,最大和最小的都倖存下來,但年僅六歲的兒子Friderich卻於二月過世,大病初癒的太太也悲傷消沈,於七月過世。在戰亂中,人的生命變得微不足道,更不知道未來的希望在哪兒。1612年,魯道夫二世駕崩,42歲的克卜勒同時遭遇政治劇變、宗教緊張以及家庭悲劇,於是舉家離開布拉格,前往林茲(Linz)開展新的生活。

虎克透過他打造的顯微鏡畫出雪花

1635年,法國著名哲學家和數學家笛卡兒(René Descartes,1596~1650),用文字詳細描述了他用肉眼觀察到的雪花結構[1]。1665年,虎克(Robert Hooke,1635~1703)在《Micrographia》(顯微圖譜) 書中,描繪出他從顯微鏡中所看到的雪花。

圖2. 虎克《顯微圖譜》裡的雪花。
圖2. 虎克《顯微圖譜》裡的雪花。

雪花與砲彈的堆積

克卜勒怎會研究雪花的結構?這和他先前思考過砲彈怎麼堆有關係。也就是說,雪花的形狀研究跟堆砲彈有關!

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圖3. 克卜勒《論六角雪花》裡的兩個圖。
圖3. 克卜勒《論六角雪花》裡的兩個圖。

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圖3. 克卜勒《論六角雪花》裡的兩個圖。

堆砲彈的問題起自於沃爾特·雷利爵士(Sir Walter Raleigh,1552-1618)[1]給了他的助手兼朋友哈利歐特(Thomas Harriot,1560-1621)[2]一個問題:在甲板上堆砲彈,要怎麼堆才會最節省空間呢?

哈利歐特曾在1591年出版一本關於各種堆疊問題的研究,並曾發展出某種早期的原子論來。克卜勒也研究球的各種排列,於1606年寫信給哈利歐特,並在1611年《關於六角雪花》(On the six-cornered snowflake)中再次提出堆砲彈的方式,這就是所謂的克卜勒猜想(Kepler conjecture)。

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克卜勒為何會對堆球有興趣?猜想可能和他研究宇宙的奧秘有關。克卜勒在1596年出版的《宇宙的奧秘》書中以『柏拉圖多面體』及以球的內接和外切5種正多面體來描述各行星與太陽距離的關係,這種數學與天文的巧合,真是巧合到令人讚嘆!

見微知著:飄飄何所似?

在台灣各地興奮大喊「下雪了」的這一天(2016年1月24日),中央氣象局在下午的新聞裡解釋說:目前各測站還沒有觀測到下雪現象,不排除是「霰」在天空結成,落地時還沒融化,才讓民眾有機會捕捉到難得畫面。氣象局特別強調:雪和霰不同,雪的結晶是六角形,通常發生在零下5度的低溫環境,重量也比較輕,但冰霰較重,也非六角形結晶,掉到地面速度較快,有時候掉到地上還會反彈,可作為民眾判斷依據。

不少民眾開始注意自己所看到的「雪」是不是「雪」。在電腦前面藉觀看好友臉書賞雪的我,看到不少好友都用相片「證明」他們看到的是六角冰晶~名副其實的「雪」。

在冰冷的此時此刻,更加佩服與感謝,四百多年前,見微知著的克卜勒送給大家的這份新年禮物。

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參考資料

延伸閱讀

  • [1] 沃爾特·雷利爵士(Sir Walter Raleigh,1552-1618),英國伊莉莎白時代著名的冒險家,是名廣泛閱讀文學、歷史、航海術、數學、天文學、化學、植物學等著作的知識分子。
  • [2] 托馬斯‧哈利歐特(Thomas Harriot,1560-1621)是英國數學家兼天文學家,他比伽利略更早透過望遠鏡畫月球表面,但卻少為人知,絕大多數人還是以為伽利略是第一個畫月球表面的人。(進一步參考:邱韻如(2012),伽利略不是第一個用望遠鏡窺月的人?刊登於《科學月刊》43卷10期)
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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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  • Original publish date:Nov 03, 2005
  • 編輯 John C. H. Chen 報導

一項研究顯示,人們在冬天時在雪上灑鹽以加速融雪的方法可能導致地下水及河水的鹽化,而不利人們飲用,並威脅到淡水生物的生存。

在緯度較高的地區,冬季下雪幾乎是必然的情形。為了有效去除道路上的積雪,人們最常使用的方法就是在雪上灑鹽來降低雪的融點,而讓冰雪快速融化。當雪融化之後,雪水便會帶著鹽一起流入下水道,進入水循環系統中。這時這些點點滴滴的鹽分便逐漸的改變了水系統中鹽份的含量。

University of Maryland的生態學家Sujay Kaushal分析了美國馬里蘭州的Baltimore County、紐約的the Hudson River Valleynd及新罕布夏州的White Mountains這幾個地方河流的氯離子含量。他們的研究發現,在冬天的時候,這些地方的水中氯離子的含量可以高達每公升五千毫克,約相當於海水中氯離子濃度的四分之一。一般而言,如果水中的氯離子含量達到每公升250毫克的話便會對人體及其他生物造成威脅。這時,淡水已不再是淡水,不但不適合人飲用,同時也會破壞生態的平衡,影響到整個生態系。

如果不用鹽來除雪,是否有更好的方式呢?University of Colorado的湖沼學家William Lewis Jr.提出了用一種以玉米製成的除雪劑來取代鹽。不過這種方法的成本比較高,是否能為大家接受,看來仍有需驗證。

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