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目前的黃金來自何處?

only-perception
・2011/09/08 ・980字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

由(英國)Bristol 大學研究者針對地球上某些最古老岩石所完成的超高精確度分析,提供了明確證據指出:這顆星球可利用的貴金屬存量,是地球形成超過二億年之後,隕石轟擊的結果。這項研究發表在今日的 Nature 上。

在地球形成期間,熔融的鐵陷入其中心從而形成地核。那一併將這顆行星上大量的貴金屬(例如金或鉑)帶走。事實上,地核中的貴金屬數量足以將整個地球表面覆蓋厚達 4 公尺的一層。

將黃金移除至地核,應導致地球外部蕩然無存。然而,地球矽酸鹽地幔(mantle,地函)的貴金屬含量卻比預期中多出十到千倍。那先前曾爭論過,這種僥倖過度豐富的結果來自災難性的隕石雨(meteorite shower,譯註,流星雨是:meteor shower),那在地核形成後撞擊地球。所有的「隕石金」因此只加入地幔中而沒有消失在內部深處。

為了檢測這個理論,地球科學系 Bristol Isotope Group 的 Dr Matthias Willbold 以及 Professor Tim Elliott 分析來自格陵蘭的岩石,那近乎40億歲,由牛津大學的 Professor Stephen Moorbath 所收集。這些遠古岩石為「地核形成不久之後,但假設中的隕石轟擊尚未發生之前」的地球組成提供了獨特的一扇窗。

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研究者測定這些岩石的鎢(tungsten,W)同位素組成。鎢是一種非常罕見的元素(一克岩石僅含千萬分之一克的鎢),而且,如同金與其他貴金屬,當它形成時應已進入地核之中。如同絕大部分的元素,鎢包含數種同位素(這些原子具有相同的化學特性,但質量稍有不同)。同位素為材料的起源提供了強健的指紋,而隕石加入地球則將在其鎢同位素上留下一種可診斷的標記。

Dr Willbold 在格陵蘭與現代岩石間觀察到同位素 182W 的相對豐度減少了 15 ppm。這個小但顯著的改變,對於把地球上過量的可利用金,解釋成「隕石轟擊的幸運副產品」來說,是必要的。Dr Willbold 表示:”考慮到岩石中鎢的稀有性,從岩石樣本中取出鎢並以所需要的精確度分析其同位素組成超級費工夫。事實上,我們是世上第一個成功地完成如此高品質測量的實驗室。”

衝擊的隕石透過龐大的轉換過程被拌入地幔中。一項誘人的未來研究目標是研究此過程需要花多久的時間。接著,地質學過程形成了大陸並將貴金屬(還有鎢)濃縮成今日所挖掘的礦石沉積物。

Dr Willbold 繼續說:”當地球被 2 千京(十艾,10 exa,10^19)公噸的小行星物質擊中時,我們的研究證明我們經濟以及許多關鍵工業製程所依賴的絕大部分貴金屬都是因為那次幸運的巧合才會被添加至地球上。

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資料來源: PHYSORG: Where does all the gold come from? [September 7, 2011]

轉載自 only-perception

 

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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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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

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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【成語科學】滄海桑田:無時無刻不在改變的地貌
張之傑_96
・2023/06/30 ・1217字 ・閱讀時間約 2 分鐘

東晉的葛洪,號抱朴子,是位道家人物,也是位醫藥學家、博物學家。

他寫過一本《神仙傳》,書中介紹女神仙麻姑,說她壽命極長:

「已見東海三為桑田」(已三度見到東海變成桑田)。

這就是成語「滄海桑田」的由來。

桑田,泛指農田。圖/Envato Elements

滄海桑田,字面的意思是:大海變成桑田,桑田變成大海。桑田,泛指農田。這個成語比喻環境變遷,人事無常,讓我們造個句吧。

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  • 新北市五股區一帶,原有大片沼澤,現已消失殆盡,不免有滄海桑田之嘆。
  • 滄海桑田,有時我們有生之年就能看到,新竹香山的海埔新生地就是個例子。

知道了成語滄海桑田的含意,也學會了怎麼使用這個成語,接下去要談談它的科學意義了。小朋友首先得了解,滄海桑田確有其事,不僅僅只是個形容詞而已。

當年章老師在國中任教時,曾帶領學生到山上採集昆蟲標本。在山路一側的崖壁上,無意中看到貝類化石。細看之下,有牡蠣、貽貝、蛤蜊、海扇等,還有棘皮動物類的海膽。牠們可都是海洋生物,怎會跑到山上?章老師趁機給同學們上了一堂地球科學課程。

地球從地表到地心分成三層:地殼、地函和地核。圖/維基百科

地球從地表到地心,明顯分成三層:地殼、地函和地核。地殼由板塊拼合而成,可說是「浮」在地函上。約 600 萬年前,菲律賓海板塊向北移動,撞向歐亞板塊,將中國大陸東南沿海的大陸斜坡抬高,逐漸形成一座島嶼——就是我們台灣啊!到 300 萬年前,大致已成為今天的樣貌。

既然台灣島是大陸斜坡隆起形成的,我們在山上找到海洋生物化石也就不足為奇了。菲律賓海板塊撞向歐亞板塊,這一造山運動迄今仍在進行,中央山脈每年仍升高約 3 公分呢!

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台灣海峽很淺,大部份不到 100 公尺。冰河時期,大量的水變成冰,堆積在南北極和高緯度地,造成海水減少,海面下降,這時台灣海峽就露出海面。冰河期結束,大地回暖,海面上升,台灣和大陸再次隔海相望。自從台灣島形成以來,已不知分合多少次了。

2022 年台灣的樣子!圖/維基百科

最近的一次冰河期,發生在距今 2.5~1.8 萬年前,海面較現今約低 130 公尺,台灣海峽變成陸地,許多動物從大陸徒步遷徙到台灣,包括大象、犀牛和古人類(左鎮人)。左鎮人距今約 1 萬年,和北京周口店發現的山頂洞人差不多同一時期。

我們能想像台灣島是從海中隆起的嗎?我們能想像台灣海峽曾經乾涸成陸地嗎?滄海桑田豈只是個形容詞而已!

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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。

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如果天空少了月亮,地球會怎麼樣?——《有趣的天文學》
麥浩斯
・2022/04/25 ・1477字 ・閱讀時間約 3 分鐘

如果天空少了月亮?文學家應該會很難過,音樂家也會少了創作的題材,沒有中秋節就少了月餅,也沒有烤肉。不過夜晚少了一個大光害,天文學家絕對會很高興!

潮汐變小、一天變短

地球上的潮起潮落,主要是月球繞地球運行造成的。太陽也會影響地球的潮汐,不過對地球的潮汐力只有月球的 46%。如果沒有月球的話,造成地球潮起潮落就只剩下太陽,滿潮和乾潮的幅度就會變小。

月球讓地球產生的潮汐,使地球愈轉愈慢。數十億年前,地球剛形成時,地球自轉的速度比現在快許多;因為月球的潮汐力,讓地球自轉的速度漸漸變慢,慢到現在的一天 24 小時。如果沒有月球,地球的一天可能不到 10 小時。

月球讓地球產生的潮汐,使地球愈轉愈慢。圖/Pexels

左搖右晃的地球

月球就像是走鋼索的人握的平衡桿,讓地球自轉軸保持穩定,如果少了月球這個平衡桿,地球自轉軸左搖右晃的幅度就會變大。

目前地球自轉軸相對於公轉平面的傾斜角是 23.4 度,因為月球的存在,這個傾角的變化幅度不大,大約在 22.1 度和 24.5 度之間。傾角讓太陽直射地球的位置在北回歸線和南回歸線間移動,讓地球出現四季變化。

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如果沒有月球,地球的自轉軸變動的幅度就會變大,自轉軸的變動會對我們有什麼樣的影響?假設兩個極端的例子,地球的自轉軸傾角是 0 度和 90 度。

如果地球傾角是 0 度,太陽永遠直射赤道,地球上不會有北回和南回歸線,地球將不再有四季變化。

如果地球傾角是 90 度,太陽直射的區域會從北極到南極,也就是北回歸線位在北緯 90 度(也就是北極點),而南回歸線在南緯 90 度(南極點)。這種情況下,地球四季變化會非常劇烈,北半球夏天時,北極不會結冰,溫度比現在還高,南半球冰凍的區域比現在還大,這種極端氣候絕對不利現在地球上生物的生存。

未來人類可能先在月球建立基地,作為人類前進火星的跳板,在月球上測試火星裝備和訓練太空人,準備完成後再前往火星。如果少了月球的整備演練,要一步登陸火星將會困難重重。圖/麥浩斯出版

月球替地球擋子彈

月球是地球的衛星,一直以來它都保護著我們的地球。用望遠鏡看月球,會發現月球上有許多坑洞,這些坑洞幾乎都是隕石撞擊後形成的隕石坑,表示月球在早期受到許多的撞擊。如果少了月球擋下這些隕石,這些隕石可能就會撞上地球。

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隕石撞擊對地球的生命影響很大。6600 萬年前,一顆 10 公里左右的隕石撞擊地球,造成恐龍滅絕。恐龍滅絕後,哺乳類才能興起,人類才有機會出現在地球上。

那些沒有被月球擋下的隕石,如果撞上地球,可能會改變地球物種的演化,人類說不定就不會出現在地球! 最後,如果沒有月亮,阿姆斯壯和另外 11 名阿波羅太空人也就無法登陸月球。人類少了探索月球的寶貴經驗,要直接踏上其他行星表面(例如火星),難度會高許多,甚至變得不可能!

——本文摘自《噢!原來如此 有趣的天文學》,2022 年 3 月,麥浩斯出版
麥浩斯
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由(英國)Bristol 大學研究者針對地球上某些最古老岩石所完成的超高精確度分析,提供了明確證據指出:這顆星球可利用的貴金屬存量,是地球形成超過二億年之後,隕石轟擊的結果。這項研究發表在今日的 Nature 上。

在地球形成期間,熔融的鐵陷入其中心從而形成地核。那一併將這顆行星上大量的貴金屬(例如金或鉑)帶走。事實上,地核中的貴金屬數量足以將整個地球表面覆蓋厚達 4 公尺的一層。

將黃金移除至地核,應導致地球外部蕩然無存。然而,地球矽酸鹽地幔(mantle,地函)的貴金屬含量卻比預期中多出十到千倍。那先前曾爭論過,這種僥倖過度豐富的結果來自災難性的隕石雨(meteorite shower,譯註,流星雨是:meteor shower),那在地核形成後撞擊地球。所有的「隕石金」因此只加入地幔中而沒有消失在內部深處。

為了檢測這個理論,地球科學系 Bristol Isotope Group 的 Dr Matthias Willbold 以及 Professor Tim Elliott 分析來自格陵蘭的岩石,那近乎40億歲,由牛津大學的 Professor Stephen Moorbath 所收集。這些遠古岩石為「地核形成不久之後,但假設中的隕石轟擊尚未發生之前」的地球組成提供了獨特的一扇窗。

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研究者測定這些岩石的鎢(tungsten,W)同位素組成。鎢是一種非常罕見的元素(一克岩石僅含千萬分之一克的鎢),而且,如同金與其他貴金屬,當它形成時應已進入地核之中。如同絕大部分的元素,鎢包含數種同位素(這些原子具有相同的化學特性,但質量稍有不同)。同位素為材料的起源提供了強健的指紋,而隕石加入地球則將在其鎢同位素上留下一種可診斷的標記。

Dr Willbold 在格陵蘭與現代岩石間觀察到同位素 182W 的相對豐度減少了 15 ppm。這個小但顯著的改變,對於把地球上過量的可利用金,解釋成「隕石轟擊的幸運副產品」來說,是必要的。Dr Willbold 表示:”考慮到岩石中鎢的稀有性,從岩石樣本中取出鎢並以所需要的精確度分析其同位素組成超級費工夫。事實上,我們是世上第一個成功地完成如此高品質測量的實驗室。”

衝擊的隕石透過龐大的轉換過程被拌入地幔中。一項誘人的未來研究目標是研究此過程需要花多久的時間。接著,地質學過程形成了大陸並將貴金屬(還有鎢)濃縮成今日所挖掘的礦石沉積物。

Dr Willbold 繼續說:”當地球被 2 千京(十艾,10 exa,10^19)公噸的小行星物質擊中時,我們的研究證明我們經濟以及許多關鍵工業製程所依賴的絕大部分貴金屬都是因為那次幸運的巧合才會被添加至地球上。

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資料來源: PHYSORG: Where does all the gold come from? [September 7, 2011]

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