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當100台手機同時晃動:建立一個由群眾支持的地震預警系統

Kelly Lin
・2015/05/10 ・1708字 ・閱讀時間約 3 分鐘

文/Kelly Lin

source:MATTHEW M. BRADLEY/U.S. NAVY
source:MATTHEW M. BRADLEY/U.S. NAVY

從口袋中掏出智慧型手機來滑Facebook,或是點開遊戲APP目不轉睛地盯著玩,在現今社會並不值得一提,而是抬頭就能看到的現象。但手上這台看來尋常的手機卻可能會在地震發生前的緊要關頭救你一命。

研究者證實智慧型手機裡GPS(全球定位系統)的數據,可能用以偵測地震的震動。這其實也賦予其發展為「地震預警系統」的潛力。任教於美國科羅拉多大學波德分校的地球物理學家 Kristine Larson 認為這樣的發想非常好,因為地震偵測器能隨身帶著走,這意味其可能在關鍵時刻發揮極大用途。

於地震發生前的寥寥數秒就可能決定你的生死。2011年日本發生規模9.0的311大地震也因超過千個遍佈全國的地震儀而及時挽救無數條性命。美國加州也有類似地震預警系統的研究,無奈卻苦於該系統安裝耗時長久及維修費用驚人。而此時不算太昂貴又便於攜帶的手機對易發生地震的發展中國家而言,就成為極具吸引力的不二人選。

早前關於群眾外包式地震預警系統的研究著重於手機內的加速規(不以GPS全球衛星導航系統追蹤,而用其推斷手機位置)。其實GPS地面偵測儀早被應用於偵測地震的發生,但新研究發現與GPS整合的消費型行動裝置可能有助於早前地震偵測系統的研究。而當越來越多的裝置與GPS衛星定位系統結合,隨之增加的數據也可能幫助提高地震預警系統的偵測敏感度。

為了更進一步了解智慧型手機及其他裝置與GPS整合後能否完全偵測地震發生,研究團隊便著手測試這些裝置的偵測敏感度。手機的定位系統自然是比不上極為精密敏感的科學儀器,因此科學家也接著進行手機GPS定位系統準確度的測量:像是把手機拿起來搖一搖,並把錯誤的位置紀錄拿來與科學儀器的紀錄相比較。他們也試著在握著手機不動的情形下,監測手機的定位狀況,並且發現手機有錯誤回報的可能。

其後這些科學家於Science Advances發表Crowdsourced earthquake early warning 群眾外包式地震預警系統)一文,其中肯定結合GPS全球定位系統的消費型行動裝置不但可用來偵測規模7.0及7.0以上的地震,也具有提供不在震央附近居民即時接收地震警報的可能。

緊接著研究團隊又以電腦模擬在舊金山灣東側海沃德斷層(Hayward fault)規模7.0的地震,並藉此估測靠近震央手機的訊號。在這個模擬系統中,若一支手機與鄰近的四支手機同步偵測到大於五公分的晃動,地震就會啟動手機的警報系統。另外為了去除模擬過程中的任何巧合,該系統設定僅於超過百支手機同步感到震動的情況下才會發布地震警報。假定該系統在少於5000人(相當於0.2%人口)的地區能於5秒、甚至是10秒內偵測到震波,那它就能趕在舊金山強震開始前於舊金山南部聖荷西市發布警報。而在這短短數秒之內便能為孩童爭取到躲進課桌椅底下或是火車立即停駛的黃金救命時間。

隨後研究團隊使用日本311大地震的真實數據來測試該系統。他們使用散佈日本各地462個GPS地面偵測站來大略估算使用智慧型手機做地震偵測的數據,卻發現縱然這些科學儀器測量出來的結果比手機精確許多,但它們也同時記錄下一些不良數據:這樣的情形可能造成假警報發生,而機率大約是兩百萬分之一。雖然科學的地震偵測系統可以更迅速地傳遞地震警報,但在沒有這些警報系統的地區,GPS整合智慧型手機的地震偵測系統在這時可就大大地派上用場。

任職於美國地質調查局加州門洛帕克辦事處的地震學家Benjamin Brooks認為當科技持續進展且更多裝置與GPS全球定位系統整合,這樣的地震偵測系統並不只適用於智慧型手機,也適用於各式各樣能連接網路的裝置,並且在未來將會發揮極大的用途。而使用智慧型手機地震偵測系統也有其難度,因為使用者會不停四處移動,但只要擁有足夠的數據,這個系統還是能提升地震預警的能力。

智慧型手機偵測地震系統仍有尚待改進之處。據美國加州史丹佛大學計算地震學家Jesse Lawrence表示,使用GPS容易耗盡手機電量而數據蒐集的時間可能會因此受到限制。此外可能也需要注意手機軟體在地震中會遇到的突發狀況,像是從桌上掉下來。也因此他認為該研究團隊做的電腦模擬並不適用於現實情況。但他對這項技術的未來發展仍樂觀以待,他認為這是項很好的研究,也為這個領域跨出了重要的第一步。

資料來源:

  1. Smart phones could be used to detect earthquakes. ScienceNow [April 10, 2015]
  2. Crowdsourced earthquake early warning. Science Advance [April 10, 2015] Doi:10.1126

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Kelly Lin
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實習編輯,目前就讀政大國際傳播所。對很多事物充滿好奇心,什麼都碰一些,懂一點。喜歡並持續在這個奇妙的世界裡探索。

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陸上生命的根源:菌根菌——《真菌微宇宙》

azothbooks_96
・2021/09/26 ・1538字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者 / 梅林.謝德瑞克
  • 譯者 / 周沛郁

我們目前還不清楚菌根關係最初是怎麼形成的。有些人大膽提出,最初的相遇溼黏而沒有條理──藻類被沖上泥濘的湖岸和河岸,而真菌在這些藻類體內尋找食物和庇護。有些則主張,藻類來到陸地時,體內已經帶著真菌夥伴了。里茲大學(University of Leeds)教授凱蒂.菲爾德(Katie Field)解釋,不論如何,「它們很快就變得依賴彼此」。

常出現於兒童繪本的毒蠅傘,就是一種能與植物共生的菌根真菌。圖/WIKIPEDIA by R Henrik Nilsson

菲爾德是一位傑出的實驗者,投入多年的時間研究現存最古老的植物支系。菲爾德用生長箱模擬遠古的氣候,並用放射性示蹤劑,測量生長箱裡真菌和植物之間的交換作用。真菌與植物的共生方式提供了線索,讓我們了解植物和真菌遷移到陸地的最早階段是怎麼互動的。化石也讓我們一瞥這些早期的聯盟。最精細的樣本來自大約四億年前,含有明確的菌根菌痕跡──羽狀瓣和今日一模一樣。菲爾德讚歎道:「你可看到真菌居然就長在植物細胞裡。」

最早的植物幾乎只是一坨綠色組織,沒有根或其他特化的結構。而這些植物逐漸演化出粗糙的肉質器官來容納真菌同伴,真菌則搜尋土壤中的養分和水。最初的根演化出來時,菌根關係已經存在五千萬年了。菌根菌是陸地上後續所有生命的根源。菌根(mycorrhiza)這個詞真是取得好。根(rhiza)隨著真菌(mykes)存在於世。

數億年後的今天,植物演化出更細、生長更快、更能見機行事的根,這些根表現更像真菌。不過即使是這些根,探索土壤的表現也無法超越真菌。菌根的菌絲比最細的根細了五十倍,長度可以超越植物根部達一百倍,比植物根部更早出現在植物上,延伸到根系之外。有些研究者更進一步。我的一位大學教授向一班吃驚的學生吐露:「植物其實沒有根,只有真菌根,也就是菌根。」

毒蠅傘在樹的細根上形成的外生菌根。圖/WIKIPEDIA by Ellen Larsson

菌根菌太多產,菌絲體占土壤中活生物量的二分之一到三分之一。根本是天文數字。全球土壤表層十公分之中,菌根菌絲的總長度大約是我們銀河系寬度的一半(菌絲長 4.5 × 1017 公里,銀河系寬度 9.5 × 1017 公里)。如果把這些菌絲熨成一片,總表面積是地球上乾燥土地面積的二點五倍。然而,真菌不會停滯不動。菌根菌絲迅速死去、再度生長(一年十到六十次),一百萬年後,累積的長度會超過已知宇宙的直徑(菌絲長 4.8 × 1010 光年,已知宇宙直徑是 9.1 × 109 光年)。菌根菌已經存在了大約五億年之久,而且不限於土壤表層十公分的地方,所以這些數字顯然低估了。

植物和菌根菌在彼此的關係中產生一種極化現象──植物的莖處理光與空氣,真菌和植物的根則處理周圍的土壤。植物把光和二氧化碳打包成醣類和脂質。菌根菌則把固著在岩石裡的養分拆開,分解物質。這些是真菌在雙重棲位下的情況──真菌一部分的生命發生在植物體內,一部分在土壤中。菌根菌駐紮在碳進入陸生生命循環的入口,牽起大氣和土地的關係。時至今日,菌根菌就像擠進植物葉和莖裡的共生真菌,會幫助植物應付乾旱、炎熱和其他許多陸地生命一開始就有的逆境。我們稱為「植物」的,其實是演化成來栽培藻類的真菌,以及也演化來栽培真菌的藻類。

——本文摘自《真菌微宇宙:看生態煉金師如何驅動世界、推展生命,連結地球萬物》,2021 年 8 月,果力文化

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azothbooks_96
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