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不再讓鳥撞裂成仁:蜘蛛網的好點子

林大利_96
・2014/05/18 ・1829字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 484 ・五年級

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在加拿大多倫多蒐集撞擊玻璃而死的鳥類屍體 photo by Kenneth Herdy, Fatal Light Awareness Program (FLAP)

建築物的玻璃是造成鳥類死亡的首要威脅,據估計在美國每年造成5.5億隻鳥類死亡。這個問題讓世界各地的鳥類學家傷透腦筋,雖然設計了防鳥撞擊玻璃的貼紙和膠帶,但是成效有限。德國慕尼黑海拉布倫動物園(Hellabrunn Zoo)召集的合作團隊經過八年的苦思,直到蜘蛛網給了個好點子,設計一種特製玻璃。經過測試後,66%的鳥隻會閃避特製玻璃,即將登場大幅降低鳥類撞裂成仁的悲劇。

每年五億五千萬隻鳥撞裂成仁

美國林務署(United State Department of Agriculture, Forest Service; USDA Forest Service)在2005年的評估報告中指出[1],鳥類因人為因素死亡的主要原因是撞擊建築物玻璃致死。估計在美國每年造成5億5千萬隻鳥類死亡,占總數的58.2%,其餘因素分別是電線(1.3億隻)、野貓(1億隻)、車輛(8千萬隻)、殺蟲劑(6千7百萬隻)、基地台鐵塔(450萬隻)、風力發電機(2.85萬隻)、飛機(2.5萬隻)及其他(漏油汙染、漁業混獲等)。尤其在春天鳥類繁殖季時,以及秋天鳥類遷徙時,更是撞擊致死的高峰。

無論是巨大的玻璃帷幕建築、還是自家住宅的小窗戶,都會引起鳥類撞擊玻璃而死。主要是因為鳥類看不見透明的玻璃,或是玻璃上的風景鏡像,都讓鳥類毫無顧忌的快速飛去,結果卻是通往另一個世界。這個問題困擾鳥類學家已久,曾經設計過防鳥擊的猛禽貼紙膠帶塗料、毛玻璃等方法,但是成效有限,也影響建築物原先設計的的採光和美觀,不容易大幅推廣。

那些蜘蛛教我的事

德國慕尼黑海拉布倫動物園的強化玻璃觀賞窗也面臨同樣的問題。園長Andras Knieriem不忍心園區內的野生繁殖鳥和候鳥因此於動物園終結一生,決定要解決這個問題,與玻璃公司Aronld Glas的研發員Christian Irmscher及鳥類學家Wolfgang Fieldler合作。Christian Irmscher為這個問題苦思了八年,嘗試過各式各樣的方法,或是在窗前栽種竹籬。但是,這些讓玻璃不透明的方法,都會影響遊客觀賞動物的視線。Christian Irmscher 說:「不影響玻璃的透明度,但是要讓鳥有所警覺。」

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最後,大自然給了他一個解決之道。

為了避免鳥類毀了蜘蛛耗費大量能量製作的蜘蛛網,有些蜘蛛絲能夠反射紫外線。鳥類的視網膜上除了具備人類也有的三種的錐狀細胞:紅色、綠色和藍色,還有一種接收紫外線的錐狀細胞。大多數的鳥類都有紫外線視覺,用來尋找食物(由花瓣和田鼠的尿痕反射)和伴侶(由異性體羽反射)[2]。這個知識讓Christian Irmsche在玻璃中加上能反射紫外線的材質,並且設計成網狀,作為防止鳥擊的專屬玻璃(anti-bird-strike glass)。在鳥類的視覺裡,是一片帶有不透明網狀圖樣的玻璃;在人類的視覺裡,那仍然是一片透明無瑕的玻璃。

紫外線視覺下的特製玻璃。圖片來源:ORNILUX Bird Protection Glass
紫外線視覺下的特製玻璃。圖片來源:ORNILUX Bird Protection Glass

快來試試看效果如何!

鳥類學家 Wolfgang Fieldler 趕緊測試特製玻璃的效果。他在僅一面牆有窗戶的暗房中做測試,窗戶分別裝上特製玻璃和一般的玻璃。為了避免鳥撞上玻璃而受傷,在窗戶前架了一個安全防護網。以一些常見的鶇科(Turdidae)和山雀科(Paridae)鳥類做測試,如黑鶇(Turdus merula) 和大山雀(Parus major)。受測鳥類會從包著黑布的鳥籠中飛出,將特製玻璃視為障礙物的大山雀,會在特製玻璃前徘徊一陣之後,轉而向一般玻璃飛去。最終的測試結果,共有66%的鳥隻會將特製玻璃視為障礙物。 Wolfgang Fieldler 說:「雖然不及我們所期望的達到100%或95%,但是這樣的比例告訴我們,已經可以救回非常多的小鳥。」

這些特製玻璃先安裝在北極熊區和鵜鶘區,遊客不僅能在安全無虞的狀況下觀賞動物;園區內的野鳥,也能盡情地飛翔。

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動物園園長 Andras Knieriem 說:「從此以後,再也沒有翠鳥撞上玻璃了。」

延伸閱讀

引用文獻

  1. Erickson, W. P. et al. 2005.  A summary and comparison of bird mortality from anthropogenic causes with an emphasis on collisions. USDA Forest Service General Technical Report. PSW-GTR-191.
  2. Cuthill, I. C. 2006. Color perception. Pages 3–40. in Hill, G. E. and K. J. McGraw, editors. eds. Bird Coloration, vol. 1: Methods and Mechanisms. Harvard University Press.
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林大利_96
19 篇文章 ・ 8 位粉絲
來自森林系,目前於特有生物研究保育中心服務。興趣廣泛,主要研究小鳥、森林和野生動物的棲地。出門一定要帶書、對著地圖發呆很久、算清楚自己看過幾種鳥。是個龜毛的讀者,認為龜毛是一種科學寫作的美德。

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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雀斑為何只在陽光下現形?揭開「太陽之吻」的秘密
F 編_96
・2024/12/23 ・2340字 ・閱讀時間約 4 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

在夏日豔陽下,許多人臉上、肩膀上,甚至手臂上,會冒出一點點咖啡色小斑點,人們常親切地稱它們為「太陽之吻」。這些雀斑(freckles)在日光充足的季節裡愈顯活躍,等到秋冬時節太陽不再那麼刺眼時,顏色又逐漸淡去,甚至幾乎消失不見。

為什麼雀斑會選擇在陽光猛烈時現形?其實,雀斑的成因不僅與紫外線(UV)有關,也與我們皮膚深層的色素細胞、基因遺傳以及日常防曬觀念息息相關。

雀斑是什麼?

所謂「雀斑」,在皮膚科領域中比較常被稱為「日曬斑」或「褐斑」的一種,但嚴格來說,依據皮膚科專家的分類,可將「雀斑」區分為兩大類:

  1. 小雀斑(Ephelides):一般人在談論「雀斑」時,多半指的就是這類。它們常呈現為細小且淺棕色,通常散落於臉部、肩膀、手臂等長期曝曬陽光的部位,夏天時較為明顯,冬天會逐漸淡化。
  2. 曬斑型老人斑(Solar Lentigines):又稱「日光性黑斑」或「年齡斑」,形狀可能較大,顏色較深,常分布於長時間曝曬的肌膚區域,如臉部、手背等。它們不會像小雀斑那樣隨季節改變顏色或變淡,而是隨著年齡與累積日曬逐漸加深。

紫外線如何誘發雀斑?

皮膚中的色素,主要由名為「黑色素細胞」(melanocytes)的細胞製造,這些細胞負責產生「黑色素」(melanin)。在平時的皮膚狀態下,黑色素會平均分布在表皮中,讓每個人擁有自己獨特的膚色。當皮膚受到紫外線刺激時,為了保護深層細胞免於 UV 傷害,黑色素細胞會增加黑色素的產量,試圖將危險的 UV 射線「散射」出去,避免它穿透至更深層皮膚,造成 DNA 損傷。

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雀斑之所以出現,便是由於某些區域的黑色素細胞比其他區域更為活躍,在相同的日曬條件下產生了相對大量的黑色素,並集中在特定區塊,於是就形成我們肉眼可見的「小斑點」。

雀斑由黑色素細胞局部活躍產生,黑色素集中形成肉眼可見的小斑點。圖/envato

為什麼夏天雀斑特別明顯?

夏天日照時間長、紫外線指數通常也偏高,使黑色素細胞生產更多色素,故那些先天對紫外線較敏感、或具遺傳傾向產生雀斑的人,臉上就更容易冒出小斑點。等到秋冬日照減少、紫外線較弱時,這些黑色素細胞的活躍度也會跟著下降,皮膚的代謝作用會逐漸將多餘色素淡化,於是原本在夏天特別明顯的雀斑又慢慢變得不顯眼,甚至接近消失。

然而,並不是所有雀斑都會隨季節消長。同樣受到紫外線影響的「日曬型老人斑(Solar Lentigines)」,就不會像小雀斑那樣在冬天退色,因為它是長期日曬累積造成的色素沉澱,隨著年紀增長與皮膚細胞多次受紫外線傷害,這些斑點往往會持續存在或顏色更加深。

遺傳與膚質的影響

事實上,並非每個人都會長雀斑。它在一定程度上和基因有關。膚色白皙且天然黑色素較少的人,更容易受到紫外線的影響,而產生或加深雀斑。尤其歐美血統者,其遺傳基因裡常見 MC1R 基因變異,導致毛髮顏色較淺、膚色偏白,也就更容易「曬出」雀斑。而亞洲人中,若父母一方有雀斑基因,也可能遺傳給下一代。

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「太陽之吻」與健康有關嗎?

雀斑本身是無害的,不會直接演變成皮膚癌。然而,它們的出現代表皮膚曾經受到過紫外線的刺激,若人們在相同條件下沒有做好防曬,長期累積的 UV 傷害可能導致細胞 DNA 損傷,讓皮膚老化、皺紋提早出現,甚至提高罹患皮膚癌的風險。因此,有雀斑的人不必過度擔心,但是也應該將之視為一種提醒,提醒自己需要加強日常的防曬措施。

雀斑無害,但還是要注意紫外線帶來的傷害。圖/envato

如何區分「日曬斑」與「老人斑」?

  • 日曬斑(ephelides):經常出現在皮膚較薄或常曬太陽的部位,如臉頰、鼻梁,夏天加深、冬天減淡。
  • 老人斑或曬斑(solar lentigines):較大、顏色較深,容易出現在手背、臉部。隨年齡增長、不會隨季節變淡。

如果皮膚上出現斑點且有快速變化,或顏色、形狀突變的情況,最好就醫檢查,以排除皮膚癌等風險。因為某些黑色素瘤或癌前病變,在早期也可能長得類似咖啡色斑點,必須由專業醫師進行鑑別診斷。

想要保護皮膚?防曬是關鍵

想要減少雀斑的生成或避免它們顏色變深,防曬是最有效的手段之一。無論是否有雀斑,紫外線皆會加速皮膚老化和傷害,因此建議做好以下幾點:

  1. 使用防曬產品:選擇符合自身膚質且 SPF 值足夠的防曬乳,並在外出前 15 至 20 分鐘均勻塗抹,並於戶外活動每 2 小時補塗一次。
  2. 配戴帽子與太陽眼鏡:多重物理隔離,可以更有效地保護臉部與眼周脆弱的肌膚。
  3. 善用遮陽工具:如陽傘、遮陽布等,減少直接曝曬在刺眼陽光下的時間。
  4. 避開強烈日曬時段:若時間允許,儘量在上午 10 點以前或下午 4 點以後再從事戶外活動,降低紫外線的曝曬量。

雀斑之所以容易在夏日高調現身,歸根究柢都是皮膚為了抵禦紫外線所做的「自衛行動」。面對這些「太陽之吻」,我們無需過度恐慌,因為它們本身無害;但也不該放鬆警惕,畢竟皮膚細胞受到紫外線傷害的警訊往往比想像中更容易被忽視。

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深海發現大型礦場和「暗氧」!是能源危機的希望還是潘朵拉之盒?
PanSci_96
・2024/09/21 ・2334字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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深海的暗氧:無光環境中的神秘氧氣生成

深海,被譽為地球最後的未開發疆域,隱藏著許多不為人知的奧秘。數千公尺深的海底沉積了數量龐大的多金屬結核,這些礦物因含有大量珍貴金屬,對現代技術,尤其是能源轉型,至關重要。然而,科學家在探索這些結核的過程中意外地發現了一種神秘的現象:暗氧,即在無光的深海環境中生成氧氣的過程。這一發現不僅可能改變我們對海洋生態系統的理解,還可能重新定義地球早期生命起源的故事。

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長期以來,科學界普遍認為氧氣的生成依賴於光合作用。光合作用是植物、藻類及一些細菌透過陽光將水和二氧化碳轉化為有機物並釋放氧氣的過程。這一過程主要發生在地球表層和淺水區域,是維持大氣和海洋中氧氣含量的核心機制。根據這一觀點,只有在陽光能夠到達的區域,氧氣才能被生成。因此,對於深達數千公尺的深海區域,我們的認識是,氧氣主要來自於表層水透過洋流輸送到深處。

然而,深海中缺乏光源,光合作用無法進行,這意味著氧氣在深海中的供應受到限制。雖然洋流能夠在一定程度上將氧氣輸送到深海,但這一過程極其緩慢,往往需要數百年甚至上千年才能完成一次循環。因此,科學家一直認為深海是一個缺氧的環境。

多金屬結核的發現,是新能源的關鍵,還是海洋生態的災難?

在這樣的背景下,科學家對深海進行了更深入的探索,並發現了錳結核(英語:Manganese nodules),又被稱為多金屬結核這一珍貴資源。多金屬結核是富含金屬的岩石,其主要成分包括鈷、錳和鎳等金屬。這些結核廣泛分佈於全球深海區域,尤其是太平洋海域,儲量高達數兆噸。這些金屬對綠色能源技術,如電池生產,具有極高的價值,吸引了全球各國的關注。

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然而,這些結核不僅是地球資源的寶藏,它們還隱藏著另一個重要的發現。2013 年,科學家安德魯·斯威特曼(Andrew Sweetman)在太平洋克拉里昂-克里珀頓區域進行深海研究時,意外地發現,在封閉的深海水域中,氧氣濃度竟然有所增加。這一現象引發了科學界的極大關注。

科學家探索深海的多金屬結核時,意外發現「暗氧」的存在。 圖/envato

暗氧的生成機制

斯威特曼的研究團隊推測,深海中的多金屬結核可能在某些化學條件下,充當了天然電池。這些結核通過電化學反應將水分解為氧氣和氫氣,從而在無光的環境中產生了氧氣。為了驗證這一假設,團隊在實驗室中模擬了深海環境,並確實觀察到氧氣從結核生成的現象。

不過,這一過程並非如想像中簡單。根據實驗數據,某些海底結核表面的電壓僅為 0.95 伏特,卻能夠生成氧氣,這與理論上需要的 1.6 伏特電壓不符。研究團隊進一步推測,這可能與結核的成分有關,例如含鎳的錳氧化物可能起到了催化作用,降低了反應所需的能量。此外,結核表面的不規則排列及空隙可能也促進了電子轉移和水的分解。

暗氧的發現挑戰了我們對氧氣生成的傳統理解。過去我們認為,地球上的氧氣主要來自於光合作用,但這一現象表明,甚至在無光的深海環境中,氧氣也能通過無機物的電化學反應生成。這意味著,我們對於地球早期氧氣循環及生命演化的認識可能存在重大疏漏。

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尤其值得注意的是,多金屬結核的形成需要氧氣,而這些結核大量出現在深海中,是否表明早期地球上就已經存在非光合作用的氧氣生成機制?如果是這樣,暗氧是否可能推動了地球上生命的起源?這一問題仍然未有定論,但暗氧的發現無疑為生命起源的研究開闢了一條新的途徑。

未來的挑戰:開採深海資源還是守護地球最後的「淨土」?

除了科學研究的價值,多金屬結核也吸引了全球對於深海資源開採的興趣。這些結核富含稀有金屬,特別是對電池生產至關重要的鎳和鈷。然而,大規模的深海開採可能會對海洋生態系統造成嚴重破壞。

對於發現的深海資源,是要開採?還是選擇守護海洋生態? 圖/envato

首先,深海採礦可能導致噪音和光污染,破壞深海生物的棲息地。此外,採礦過程中產生的懸浮物可能對海洋生物,尤其是水母等生物造成生理負擔。研究顯示,水母在模擬的採礦環境中會因應對懸浮物而消耗大量能量,這可能削弱其免疫系統並降低生存率。

因此,雖然深海資源的開採看似能解決當前的能源危機,但國際間對此議題的爭議仍然持續。全球已有32個國家支持暫停或禁止深海採礦,呼籲進行更多的生態影響研究以確保環境保護。

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暗氧的發現,不僅為科學研究帶來新的挑戰,也為深海資源的開採提出了更高的要求。在能源危機與生態保護之間,我們需要尋找平衡點。未來的技術或許能夠在不破壞環境的情況下,模擬自然過程生成多金屬結核,從而實現可持續的資源開採。

此外,暗氧現象的發現也為探索外星生命提供了新的思路。當我們在其他行星上發現氧氣時,不一定意味著那裡存在光合作用生物,可能是類似多金屬結核的無機反應在默默進行。這一發現或許將改變我們對地外生命的定義與尋找方式。

深海的秘密仍在不斷被揭開。從暗氧的發現到多金屬結核的開採,這片未開發的疆域將在未來的科學探索與資源爭奪中扮演至關重要的角色。無論是能源危機的解決還是生態系統的保護,我們都應以謹慎且負責任的態度面對這一未知的領域,避免打開潘朵拉之盒。

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