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蚯蚓為什麼要在大雨過後爬出地表?

活躍星系核_96
・2014/06/20 ・3182字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

800px-Lumbricus_terrestris_mating

文 / H

很多人都看過在連續大雨後的清晨有許多蚯蚓奄奄一息的在地表蠕動爬行能力大減的樣子,且有部分個體已經死亡。在台灣許多種類的蚯蚓例如:優雅遠環蚓Amynthas gracilis)、參狀遠環蚓Amynthas aspergillum)、壯偉遠環蚓Amynthas robustus)和舒氏腔環蚓Metaphire schmardae)都有這樣的現象;在歐美最常在大雨後爬出地表的蚯蚓是Lumbricus terrestris。在達爾文的書The formation of vegetable mould through the action of worms, with observation of their habits中有很生動的描述,也讓人好奇的想問:蚯蚓為什麼要在雨後的清晨爬出來?為什麼它們會死在地表上?

達爾文認為蚯蚓體內有寄生蟲寄生,大雨使其健康狀況不良並改變行為,因此在雨後爬出地表。但根據個人長年觀察,發現並非所有爬出地表的蚯蚓都有被寄生蟲(孢子蟲)感染,且這些被感染的蚯蚓,仍可在實驗室中繼續飼養。因此大雨過後蚯蚓爬出地表的原因應與寄生蟲感染無直接關係。

有些學者則認為下雨後的蚯蚓爬出地表與遷移或交配有關,較濕潤的環境有助於牠們遷徙或交配。但在個人的觀察中,蚯蚓白天生活於土壤中,晚上才會接近地表活動。不論是覓食、排遺或交配,大多僅露出身體的一部份,很少整隻爬出來活動。但是下過大雨後的清晨,爬出的蚯蚓通常都是整隻個體,且也從未在這樣的情況下看到蚯蚓進行交配。

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日本的學者Lankester (1921) 則認為蚯蚓在水中會溺死,為了生存所以爬出地表。但另一位日本學者 Nagano (1934) 實驗發現,蚯蚓可以在水中生活一段時間,因此他不認為蚯蚓爬出地表是為了避免溺死,而是和水中溶氧缺少及二氧化碳增加有關。但他的實驗中並未直接證明蚯蚓會因為水中溶氧減少而爬出地表,同時也無法說明為何蚯蚓只在下過大雨後的清晨爬出。

看似簡單的現象卻一直沒有定論,但或許可以推測與蚯蚓的代謝耗氧有關,陸生蚯蚓沒有特化的呼吸器官,氧氣是藉由潮濕的角質層及表皮滲透進入微血管網中。由於氣體必須先溶於水中才能進行呼吸作用,因此蚯蚓的背孔會分泌黏液保持體表的濕潤。當氧氣擴散進入血管後,主要靠蚯蚓血紅素(hemoglobin)負責攜帶氧分子,血紅素與氧的親和力很大,可以有效攜帶氧分子到各組織中,單純以擴散作用(simple diffusion)進行組織間的氣體交換效率極低,因此蚯蚓需依靠循環系統將帶氧血紅素運送到全身。

要測量動物的有氧代謝(aerobic metabolic rate),通常是間接測量其耗氧量(oxygen consumption)。一般來說,蚯蚓的耗氧會因為體型、活力或棲地等因素而影響測量。由於氣體的擴散與表面積有關,體積較小的蚯蚓相對於體重,有較大的表面積,因此每單位體積的耗氧量也較高;即代謝速率較高。例如Lumbricius terrestris的平均單位耗氧量是70 μL/g/h,而在森林中的同種個體較小,其單位耗氧量較高,達到114μL/g/h!呼吸時的耗氧量又和環境溫度有很大的關係,溫度越高則代謝越快,例如:同溫度下,Lampito mauritii 在冬天的耗氧低於在夏天的耗氧,且熱帶地區蚯蚓的耗氧高於溫帶地區的蚯蚓。Rapha的實驗中發現L. terrestris有呼吸的日週期變化,在清晨的時候會有最高的耗氧量。

根據不同蚯蚓的耗氧研究結果,我們推測蚯蚓在大雨過後的清晨爬出地表可能與其週期性耗氧有關。在台灣,蚯蚓在下雨過後大量爬出地表的季節以冬末春初之際的夜間到清晨較多。由於不同季節的氣溫會有差異,而大部分的蚯蚓都只在夜間到清晨爬出,因此我們假設:蚯蚓在不同溫度或不同時段下,耗氧會有不同,而這些改變會影響其活動模式。

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我們以台灣兩種常見的蚯蚓:纖細遠環蚓(Amynthas gracilis)及南美鞍帶蚓(Pontoscolex corethrurus)為實驗對象,探討蚯蚓在大雨過後清晨爬出地表與耗氧的關係。A. gracilis會在大雨過後的清晨爬出地表,冬天時的活力大於夏天,且幼蚓通常在冬天或次年春天才會被發現;P. corethrurus是近年來發現的台灣外來種蚯蚓,原產於南美洲,目前則是全球皆有分佈,對環境的適應力絕佳,它們在台灣並未被發現會在雨後爬出地表,並且全年都有卵繭發現。我們的實驗分為幾個部分:1. 模擬野外的狀態證實雨水是導致蚯蚓爬出的原因。2. 測量蚯蚓可以在水中存活的時間及水中的殘餘溶氧量。3. 測量蚯蚓在一日中不同時段的耗氧量。希望藉由這些部分釐清下過大雨後的清晨,蚯蚓爬出地表的原因。

第一部份的實驗中,我們假設了下雨這件事會影響很多的因子,例如:淹水、雨水響了土壤酸鹼度或是讓土壤有毒重金屬溶出,所以我們設計幾個組別:A、濕度70%, pH 7的土壤,B、加水(pH 7)到土壤表面或比土壤高1公分模擬淹水的狀況,C、不同pH的水(4-8)濕度70%模擬不同酸鹼度,D、重金屬鎘(0-30 ug/g)模擬重金屬的影響,再將20隻蚯蚓放入後計算會爬出的蚯蚓數量。

結果A. gracilis在淹水的狀況下會爬出地表(平均10-17小時),且個體不會死亡,但P. corethrurus並不會爬出地表,酸鹼度並不會影響兩種蚯蚓的爬行且個體也不會死亡,但重金屬鎘則會造成蚯蚓的死亡但個體並不會爬出地表。由此模擬的實驗可知,下雨後淹水確實會造成部分種類的蚯蚓爬出地表。

第二部分的實驗中,我們將容器加水打氣使溶氧量達至最高後將蚯蚓放入,一組以黏土封緊讓氣體無法交換,一組則是開方式放讓氣體可以交換,控制組則是將蚯蚓放在培養皿中以濕潤的濾紙保持蚯蚓體表的濕潤。結果A. gracilis在密封環境下只能存活5小時,開方式環境下則有17小時,P. corethrurus則在密閉環境中存活45小時,開放式環境下至實驗結束(96小時)都還存活,而控制組的兩種蚯蚓都可以存活至實驗結束。接著測量水中殘氧量發現,A. gracilis的容器殘氧量為1.5 ug/ml左右,而P. corethrurus則是0.5ug/ml左右,顯示A. gracilis相對於P. corethrurus在水中能存活的時間較短,同時也較無法利用水中的溶氧。

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第三部分的實驗,我們模擬蚯蚓在下雨後土壤含水情況下的耗氧量,將蚯蚓放在密閉式系統中測量其耗氧:

Image

結果發現A. gracilis在夜間(19:00-21:00)及清晨(4:00-6:00)的耗氧量比中午(11:00-13:00)的耗氧量來的高,但P. corethrurus則沒有這樣的現象,且A. gracilis的總耗氧量也比P. corethrurus來得高,顯示A. gracilis在夜間到清晨有一個呼吸高峰期,配合觀察結果也確定夜晚是A. gracilis的活動高峰。

image[11]

因此綜合來說, 從A. gracilis在水中的存活時間結果推論,在野外只要下雨超過12小時以上,它們就會爬出地表。在實驗中也觀察到,A. gracilis在容器中一段時間後會有向上運動的現象,由於上方的溶氧較多,因此可以推測A. gracilis能感測水中溶氧的不同,而試圖前往氧氣較多的地方。

當溶氧越來越低時,蚯蚓的耗氧也下降,雖然接著可以進行無氧呼吸,但時間相當短暫,因此最後還是會因為沒有足夠的氧氣窒息而死。所以像A. gracilis這一類的蚯蚓蚓耗氧量從晚上到清晨較白天高,常在下過大雨後土壤飽含雨水,將孔隙封住,土壤中氧氣降低,因此當土壤及雨水中氧氣用盡時就被迫必須爬出地表。但另一類如P. corethrurus的蚯蚓,對無氧環境的耐受力高,且耗氧量較低,因此不會在下過大雨後爬出至地表。而這種生理上耗氧的差異,可能就是造成不同種類的蚯蚓在遇到大雨環境時是否爬出地表的原因之一。

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蚯蚓會在連續大雨後爬出地表的另一原因與其排泄有關。由於蚯蚓多以氨及尿素的形式排泄廢物,因此排泄時需要水分稀釋。當環境乾旱時,蚯蚓體內水分短缺,排泄必定受到影響。在吳佳倖的碩士論文中以粒糞腔環蚓Metaphire posthuma)及壯偉遠環蚓實驗發現,蚯蚓確實在乾旱下會累積體內的含氮廢物,包括尿素及氨,在降雨後利用雨水快速將體內的含氮廢物清除。另外土壤會與氮化物結合,但是泡水後,會釋出部分的含氮廢物,使土中含氮廢物濃度增加,因此蚯蚓可能會在連續大雨過後爬出地表利用雨水將含氮廢物清除,並躲避土中升高的含氮廢物量。所以蚯蚓為什麼會在大雨後爬出地表的原因可能會隨著牠們生活的環境及生理的狀況也所不同。

參考文獻:

  • Chuang SC and Chen JH. 2008. Role of diurnal rhythm of oxygen consumption in emergence from soil at night after heavy rain by earthworms. Invertebrate Biol. 127 (1) , 80–86
  • Chuang SC, Lee H, Chen JH. 2004. Diurnal rhythm and effect of temperature on oxygen consumption in earthworms, Amynthas gracilis and Pontoscolex corethrurus. J. Exp. Zool. 301A(9): 731-744.

轉自作者部落格

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活躍星系核_96
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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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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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除了蚯蚓、地震魚和民間達人,那些常見的臺灣地震預測謠言
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/02/29 ・2747字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

災害性大地震在臺灣留下無數淚水和難以抹滅的傷痕,921 大地震甚至直接奪走了 2,400 人的生命。既有這等末日級的災難記憶,又位處於板塊交界處的地震帶,「大地震!」三個字,總是能挑動臺灣人最脆弱又敏感的神經。

因此,當我們發現臺灣被各式各樣的地震傳說壟罩,像是地震魚、地震雲、蚯蚓警兆、下雨地震說,甚至民間地震預測達人,似乎也是合情合理的現象?

今日,我們就要來破解這些常見的地震預測謠言。

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漁民捕獲罕見的深海皇帶魚,恐有大地震?

說到在坊間訛傳的地震謠言,許多人第一個想到的,可能是盛行於日本、臺灣的「地震魚」傳說。

在亞熱帶海域中,漁民將「皇帶魚」暱稱為地震魚,由於皇帶魚身型較為扁平,生活於深海中,魚形特殊且捕獲量稀少,因此流傳著,是因為海底的地形改變,才驚擾了棲息在深海的皇帶魚,並因此游上淺水讓人們得以看見。

皇帶魚。圖/wikimedia

因此,民間盛傳,若漁民捕撈到這種極為稀罕的深海魚類,就是大型地震即將發生的警兆。

然而,日本科學家認真蒐集了目擊深海魚類的相關新聞和學術報告,他們想知道,這種看似異常的動物行為,究竟有沒有機會拿來當作災前的預警,抑或只是無稽之談?

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可惜的是,科學家認為,地震魚與地震並沒有明顯的關聯。當日本媒體報導捕撈深海魚的 10 天內,均沒有發生規模大於 6 的地震,規模 7 的地震前後,甚至完全沒有深海魚出現的紀錄!

所以,在科學家眼中,地震魚僅僅是一種流傳於民間的「迷信」(superstition)。

透過動物來推斷地震消息的風俗並不新穎,美國地質調查局(USGS)指出,早在西元前 373 年的古希臘,就有透過動物異常行為來猜測地震的紀錄!

人們普遍認為,比起遲鈍的人類,敏感的動物可以偵測到更多來自大自然的訊號,因此在大地震來臨前,會「舉家遷徙」逃離原本的棲息地。

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當臺灣 1999 年發生集集大地震前後,由於部分地區出現了大量蚯蚓,因此,臺灣也盛傳著「蚯蚓」是地震警訊的說法。

20101023 聯合報 B2 版 南投竹山竄出蚯蚓群爬滿路上。

新聞年年報的「蚯蚓」上街,真的是地震警訊嗎?

​當街道上出現一大群蚯蚓時,密密麻麻的畫面,不只讓人嚇一跳,也往往讓人感到困惑:為何牠們接連地湧向地表?難道,這真的是動物們在向我們預警天災嗎?動物們看似不尋常的行為,總是能引發人們的好奇與不安情緒。

如此怵目驚心的畫面,也經常成為新聞界的熱門素材,每年幾乎都會看到類似的標題:「蚯蚓大軍又出沒 網友憂:要地震了嗎」,甚至直接將蚯蚓與剛發生的地震連結起來,發布成快訊「昨突竄大量蚯蚓!台東今早地牛翻身…最大震度4級」,讓人留下蚯蚓預言成功的錯覺。

然而,這些蚯蚓大軍,真的與即將來臨的天災有直接關聯嗎?

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蚯蚓與地震有關的傳聞,被學者認為起源於 1999 年的 921 大地震後,在此前,臺灣少有流傳地震與蚯蚓之間的相關報導。

雖然曾有日本學者研究模擬出,與地震相關的電流有機會刺激蚯蚓離開洞穴,但在現實環境中,有太多因素都會影響蚯蚓的行為了,而造成蚯蚓大軍浮現地表的原因,往往都是氣象因素,像是溫度、濕度、日照時間、氣壓等等,都可能促使蚯蚓爬出地表。

大家不妨觀察看看,白日蚯蚓大軍的新聞,比較常出現在天氣剛轉涼的秋季。

因此,下次若再看到蚯蚓大軍湧現地表的現象,請先別慌張呀!

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事實上,除了地震魚和蚯蚓外,鳥類、老鼠、黃鼠狼、蛇、蜈蚣、昆蟲、貓咪到我們最熟悉的小狗,都曾經被流傳為地震預測的動物專家。

但可惜的是,會影響動物行為的因素實在是太多了,科學家仍然沒有找到動物異常行為和地震之間的關聯或機制。

遍地開花的地震預測粉專和社團

這座每天發生超過 100 次地震的小島上,擁有破萬成員的地震討論臉書社團、隨處可見的地震預測粉專或 IG 帳號,似乎並不奇怪。

國內有許多「憂國憂民」的神通大師,這些號稱能夠預測地震的奇妙人士,有些人會用身體感應,有人熱愛分析雲層畫面,有的人甚至號稱自行建製科學儀器,購買到比氣象署更精密的機械,偵測到更準確的地震。

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然而,若認真想一想就會發現,臺灣地震頻率極高,約 2 天多就會發生 1 次規模 4.0 至 5.0 的地震, 2 星期多就可能出現一次規模 5.0 至 6.0 的地震,若是有心想要捏造地震預言,真的不難。 

在學界,一個真正的地震預測必須包含地震三要素:明確的時間、 地點和規模,預測結果也必須來自學界認可的觀測資料。然而這些坊間貼文的預測資訊不僅空泛,也並未交代統計數據或訊號來源。

作為閱聽者,看到如此毫無科學根據的預測言論,請先冷靜下來,不要留言也不要分享,不妨先上網搜尋相關資料和事實查核。切勿輕信,更不要隨意散播,以免造成社會大眾的不安。

此外,大家也千萬不要隨意發表地震預測、觀測的資訊,若號稱有科學根據或使用相關資料,不僅違反氣象法,也有違反社會秩序之相關法令之虞唷!

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​地震預測行不行?還差得遠呢!

由於地底的環境太過複雜未知,即使科學家們已經致力於研究地震前兆和地震之間的關聯,目前地球科學界,仍然無法發展出成熟的地震預測技術。

與其奢望能提前 3 天知道地震的預告,不如日常就做好各種地震災害的防範,購買符合防震規範的家宅、固定好家具,做好防震防災演練。在國家級警報響起來時,熟練地執行避震保命三步驟「趴下、掩護、穩住」,才是身為臺灣人最關鍵的保命之策。

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【成語科學】雨過天青:天空為什麼是藍色的?傍晚的橘紅色天空又是怎麼形成的?
張之傑_96
・2023/10/06 ・1183字 ・閱讀時間約 2 分鐘

下過雨後,天空藍得透明。這個自然現象,衍生出成語雨過天青,比喻情況由壞轉好。雨過天晴也有同樣的意思,不過仍以雨過天青較為正式。閒話少說,讓我們造兩個句吧。

這事挽救及時,現已雨過天青。

雨過天青,您的事可以放心了。

下過雨後,天空藍得透明。圖/pixabay

這個成語還有個故事呢。有一種瓷器,稱為雨過天青,起源於五代‧後周柴世宗。某日臣子請示,皇家瓷器要燒成什麼顏色?柴世宗隨手批示:「雨過天青雲破處,這般顏色作將來。」工匠經過多次實驗,終於燒製出來,這就是有名的「柴窯」。由於沒有作品傳世,柴窯的真面目已無從查考。

談到這裡,該談談這個成語的意涵了。大雨過後,天空為什麼藍得透明?這是因為空氣中的灰塵隨著雨下降下,空氣較為潔淨的關係。喜歡打破沙鍋問到底的小朋友或許還會問:為什麼空氣潔淨、天就較藍?

這要從天空為什麼呈藍色說起。空氣的成份,主要是氮氣和氧氣。晴天的時候,射到地球上的陽光碰到空氣中的氮分子或氧分子,會引起散射作用。藍光的波長較紅光短,散射得較厲害,看在我們眼裡,天空就成為藍色的。

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藍光的波長較紅光短,散射得較厲害,看在我們眼裡,天空就成為藍色的。圖/pixabay

這個道理看起來好像很簡單,但是人類明白這個道理是 19 世紀末的事。1873 年,英國物理學家瑞利是第一位看天看出名堂的人。他的散射理論——瑞利散射,破解了天色的秘密。

在陽光的七種色光中,紅、橙、黃光的波長較長,藍、靛、紫光的波長較短。空氣中的氧分子、氮分子,大小恰好可以散射波長較短的藍光,藍光散了一天,天空當然呈藍色的。

到了傍晚,夕陽西下,陽光打斜裡射過來,較接近地面,而地面的空氣含有較多的水氣和灰塵,粒子比氧分子、氮分子大得多,較容易散射波長較長的紅光、橙光或黃光,艷麗的晚霞就是這樣散射出來的。

陽光打斜裡射過來,而地面的空氣含有較多的水氣和灰塵,較容易散射波長較長的紅光、橙光或黃光。圖/pixabay

如果天上懸浮著小水滴,也就是雲,那又是另一種景象。小水滴比灰塵大得多,各種波長的色光都能被它散射,結果雲就成為白色的。如果雲層較厚較密,陽光穿不過去,就變成了灰色或黑色。白雲蒼狗,不過是陽光玩的把戲而已!

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當雲聚成雨滴的時候,顆粒就更大了,大得具有稜鏡的作用。倘若一邊已出太陽,一邊還在下雨,陽光穿過雨滴,就會形成彩虹。噴泉和瀑布上也可以出現彩虹,原理是一樣的。

張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。