遇見科學

地質學家在葡萄牙外海發現一個新的俯衝帶，正將歐洲拉向美洲大陸。也就是說在2億年後，人類將可從歐洲步行抵達美洲。
澳洲墨爾本摩納希大學研究人員說，他們在葡萄牙外海發現一個「胚胎期」俯衝帶，這是大西洋最終將關閉的首批跡象。
這股地質力量正慢慢地將歐洲拉向美洲，預計需時2億2000萬年完成。
研究結果刊登在「地質學」（Geology）期刊，一個地殼板塊開始沈降到另一個板塊下方時就會形成俯衝帶，繪製海底地形圖的地質學家，發現一處地點開始出現裂痕。地質學家說，新俯衝帶可能是進入海洋盆地週期性開合的新伊始。
研究報告主要作者杜華德在新聞發布上說：「我們探測到的是一個活躍邊緣的最早開端，它像是胚胎期俯衝帶。」
他說，重大的地震活動，包括1755年重創葡萄牙里斯本的地震顯示，區域內可能有聚合性地殼運動。
杜華德說：「我們首度不僅能提供證據，同時也提出前後一致的驅動機制。」
觀察這個新俯衝帶如何形成，可得出協助瞭解大陸如何形成的新資料。地質學家說，俯衝帶充分發展完成可能要費時約2000萬年。

分析氣候紀錄研究顯示，地球直到19世紀末仍在降溫，但過了100年後，地球表面平均溫度達到過去1400年來的最高溫。《自然地球科學》（Nature Geoscience）刊登的這篇研究近2000年氣候，研究者說，全球「長期降溫趨勢」到19世紀末開始逆轉。
20世紀，全球平均氣溫較先前的500年高了攝氏0.4度，只有南極洲地區例外。
從1971年至2000年，地球比先前近1400年來任何時候都更溫暖。
這項研究以全球均溫為基準，並發現部分地區曾有過更高溫紀錄，但只維持一段時間。例如，歐洲在西元1000年的氣溫，或許較20世紀末更高。
這是首次有學者嘗試重建過去2000年個別大陸的氣溫。
這項研究沒有參與關於溫室氣體的論爭，但指出2項全球趨勢。第1個趨勢是長期、明顯的降溫期。降溫期可能由一連串因素結合導致，包括火山活動增加，平流層的火山灰反射陽光，或是太陽活動減少、地球軌道輕微改變，後兩者都會減少落在地球的陽光。
研究表示，每1000年下降攝氏0.1至0.3度的降溫趨勢，到了19世紀末開始逆轉，邁入20世紀，密集暖化時期接踵而至。
部分大陸較慢跟上全球整體趨勢，不過除了南極洲，各地都有跟上趨勢。

儘管觀測任務在各界協助下順利進行，但觀測結果也令科學家看了憂心忡忡。王國英表示，根據最新統計資料顯示，大氣二氧化碳在2010至2011間上升了1.93 ppm，而2011年至2012年期間則上升了2.33 ppm。
若按照其上升速率來看，三年之後，也就是2015年時，二氧化碳濃度將超過400 ppm；若再繼續往後推算，等到2036年時，二氧化碳將達到450 ppm的高濃度，屆時將可能導致地球平均溫度上升2℃。
王國英有感而發表示「我們每人每天都在日常生活中製造二氧化碳」，無論在家中用電腦、看電視，還是出門騎機車，每個人都會製造二氧化碳，而從觀測資料亦發現，在工業活動密集區的二氧化碳濃度特別高，無論海上或空中都達400 ppm以上。在物質不滅的定律下，二氧化碳將一直存在地球上，因此如何減碳愛地球，也成為「人人有責」的環境保育使命。
「要完整觀測二氧化碳濃度變化，我們必須長期抗戰」王國英表示，觀測數據必須長時間統計才有其意義，因此這是一項長達二十年的計畫，如此才能建立完整的溫室氣體變化資料庫，但他也坦言，此計畫沒辦法由團隊獨力完成，必須仰賴政府公部門資源持續挹注，才不會讓觀測任務半途而廢、功虧一簣。

你知道人類一年大約排放多少二氧化碳到大氣中嗎？答案是300億噸！為了解溫室效應氣體的變化、協助科學家進行全球暖化與氣候變遷研究，中央大學環境研究中心主任王國英從2009年起在國科會與環保署補助下，組成研究團隊，打造規模最大的溫室效應氣體觀測平台。
三年來不但收集許多重要資料，更發現全球大氣二氧化碳濃度持度上升中，讓團隊大聲疾呼，若不力行節能減碳，等到2036年時，全球平均溫度將隨著二氧化碳濃度增高而上升2℃。
我們都知道，地球之所以成為成千上萬種生物的美麗星球，是因為地球大氣層可藉由溫室氣體來吸收太陽光散發的高溫，讓地球可以作為適合孕育萬物生長的家園，但隨著工業進步與城市人口增加，人類大量使用化石燃料、產生愈來愈多二氧化碳，破壞了原有的大氣平衡，導致地球改變了昔日面貌。
王國英表示，二氧化碳在大氣平均存在時間約為120年，以一年平均300億噸來計算，其中有一半的二氧化碳會留在大氣中持續累積，另一半則仰賴地表與海洋吸收。他形容，地球就像一個「海綿」般，會一直吸收人類所製造的二氧化碳，但會不會有一天再也無法吸收，導致大自然力量反撲，造成地球不斷增溫，誰也無法保證！所以，這正是觀測二氧化碳濃度變化的重要性所在，就是希望藉此為溫室效應做好管控工作。
然而，要觀測二氧化碳濃度變化可沒那麼容易！王國英解釋，空氣汙染物的散佈是「無國界傳播」，以高空中的大氣為例，就形同是「海洋中的洋流」般，會將二氧化碳等空氣汙染物推向世界各地，且比海洋快上許多，平均每秒流速可達50公尺，換言之短短一小時就可將空汙散布至近乎200公里外的遠方。
海洋也是同樣的道理，會隨著海流波動，將汙染物擴散到各海域。因此科學團隊得布下「天羅地網」，並克服觀測過程中所遇到的高空亂流或海洋大浪等問題，才能觀測到整體性的二氧化碳濃度變化。
王國英說，幸好長榮海運公司三年前提供九艘貨輪，協助團隊在船上架設觀測儀器，進行全球海洋邊界層的觀測任務，三年下來已完成130個航次的觀測資料，觀測的範圍包括太平洋、印度洋、紅海、地中海，東北與西北太平洋等海洋區域的大氣二氧化碳濃度；而華航也於今年六月加入觀測行列，利用民航機，完成117個航次的觀測資料，在民間企業的幫助下，也讓團隊得以打造一個全球性的海、陸、空觀測平台。
團隊表示，透過這些觀測資料與科學數據，不但有助於科學家對氣候變遷與全球暖化問題的發展情況進行了解，隨著資料愈來愈完整，還能提供世界各國進行未來全球碳排放管制、二氣化碳地底封存等相關技術的科學驗證，為改善溫室效應助上一臂之力。

不過，大家難免好奇為何太空可以接收到海嘯波訊號呢？吳祚任以魚缸舉例來解釋，他表示就如同家裡擺設的魚缸，裡頭有幾隻金魚在魚缸下方游來游去，這時候金魚游動造成的水波會傳達到魚缸上方，形成我們看到的水面漣漪。而太空與地表就如同是魚缸上方與下方，當地表發生地震時，產生的震波與海嘯波會傳達到太空電離層中。只是，過去的學者專家並不了解為何太空中會出現這樣的波動，因而誤以為那是儀器誤差造成的擾動，因而沒有發覺兩者間的關聯性。
而這項新發現也將強化海嘯預報準確度。吳祚任表示，一般來說，目前美國、日本等國評估是否需要發布海嘯警報的方式都是透過「海上浮標」來觀測，但海上浮標造價動輒上億元，對於財力不足的發展落後國家來說往往「心有餘而力不足」，加上海上游標的設置容易引發海域主權問題，因此並非各國都能順利設置，像是2004年的南亞海嘯，就因居民根本不知有海嘯來襲，造成重大傷亡。
然而，也不是裝設了「海上浮標」就可準確預報，以日本來說，近年幾乎每年都發布兩到六次的海嘯警報，但除了311海嘯外，其他警報並沒有真的有海嘯發生，使得海嘯預警準確度打折扣。
但如果以太空電離層來作為「太空浮標」，則情況有所不同，不但不會牽涉到海域主權的政治問題，也不需耗用太多人物力。研究團隊可直接利用海嘯波會對電離層造成擾動的物理現象，結合地面GPS測站與太空衛星資料掌握海嘯發生的「源頭」與路徑，趕在地表海嘯到達前提早發布「海嘯警報」，不但有助於提高預報準確度，所需成本也比建置海上游標便宜許多。也就是說，團隊可以在觀測到太空海嘯後，就立刻發出警報，告訴大家海嘯真的要來了，要趕緊做好逃生準備。

從太空中也能「看見」海嘯波動？乍聽下似乎有些不可能，但透過中央大學太空科學研究所教授劉正彥及中央大學水文與海洋科學研究所助理教授吳祚任合作，利用全球定位系統（GPS）衛星與地面站觀測資料研究發現太空電離層在311日本大震發生後，太空中也出現了海嘯，證明海嘯波確實會對電離層產生擾動，而這項新發現也為海嘯預警機制開啟了另一扇門。
時間回到3月11日那一天，日本外海發生規模9.0強震、引發了劇烈海嘯，當時滔天巨浪襲捲而來的景象，迄今仍讓災民記憶猶新。不過，這場百年大震不只撼動全球，也啟發學者專家有別以往的研究面向。像是劉正彥和團隊就從太空中電離層變化發現，在地震發生7分鐘後，距離地表350公里的電離層亦跟著產生「太空海嘯」，形成所謂的「同震效應」。
除了偵測到地震波外，劉正彥也觀測到海嘯波會對電離層造成擾動。劉正彥表示，他發現日本在當天下午1點46分發生地震時，也引起了「移形電離層擾動」，緊接著日本海溝的西側就在1點53分至1點55分的時間出現海嘯。
為找尋引發太空震動的「源頭」，劉正彥和團隊利用日本、台灣建置的一千多個地面GPS測站，並整合太空中11個GPS衛星資料，分析出發生太空震動的時間與位置，並從太空中「反推回去」，找出地表震動最劇烈的地方，找尋引發太空震動的發源地。
值得注意的是，透過這樣的分析研究，團隊也進一步找到驚人發現。劉正彥表示，當日本在下午1點46分發生地震時，團隊發現台灣上空的電離層也在下午5點15分出現被抬升的情況，接著海嘯在6點10分到達台灣。劉正彥表示，從這裡可看出地表海嘯所引發的電離層震動，會比海嘯提早約1小時到達台灣，透過兩者的時間差異，正好為海嘯預警機制「搶得先機」。
劉正彥說，電離層位置大約是在距離地表100公里至2萬公里處，雖然距離不算近，但當地表發生強烈震動時，引發的巨大能量卻會拍動大氣；加上大氣層空氣密度隨高度遞減，所以地表波動傳到太空後會被放大一萬倍，而這也成為從太空觀測海嘯源頭的「利基」。不只如此，研究估計，日本海嘯引發的電離層波動傳遞速度約為每秒2.3至3.3公里，與海嘯在地表每小時700公里的移動速度相近，亦有助於海嘯預警。
為證實海嘯波確實會對電離層產生擾動。劉正彥也將觀測到的電離層訊號與吳祚任研究的「311強震海嘯數值模擬」進行比對，從中清楚看到太空電離層波動與地表海嘯波傳遞出現「吻合」情況，代表兩者之間的確有關連性。
透過這樣的分析比對，也讓團隊得以找出海嘯生成源頭與傳播情形，研究結果刊登在國際期刊《地球物理研究》（Journal of Geophysical Research）中。

林琦峰表示，八月初太陽北半球出現數群太陽黑子，但因為黑子會伴隨太陽自轉而移動，8月10日前後黑子會轉到太陽背面，運氣好的話，半個月後有機會再次看見這群黑子。
觀測太陽黑子如同觀察日食一樣，如果沒準備好適當觀測工具，直接就用肉眼直視太陽，很容易造成「靈魂之窗」的負面影響；此外，有些民眾以為只要戴上太陽眼鏡或將玻璃塗成黑色就可以觀測太陽，也是錯誤觀念，因為一樣可能導致眼睛受傷。
他建議民眾如果想在家中觀測太陽黑子，可選一個天氣晴朗的白天時間，以「間接觀察」方式來觀測，將厚紙板戳一個小洞來製造出針孔效果，再將厚紙板對著太陽，使太陽的投影可以映照在地面白紙或牆壁上；或是藉由有附加專用太陽濾鏡的望遠鏡來進行觀測。
當然啦，最好的觀測方式還是親身前往天文館走一趟！民眾不但可利用天文館大型望遠鏡來「以管窺天」、仔細觀察太陽表面的黑子，還可聆聽天文導覽員對黑子成因的專業解說，幫助自己知其然並知其所以然、一舉兩得。
除了可觀測太陽黑子外，林琦峰說，8月13日也是觀察英仙座流星雨的「最佳時刻」，英仙座流星雨是三大流星雨之一，天文迷可要好好把握這次機會。而想觀察如夢似幻的流星雨並不難，只要選擇光害不嚴重、視野遼闊的空曠地區，直接用眼睛欣賞浩瀚星空、就有機會補捉到流星雨的美麗丰采。
天文館表示，從現在到8月24日都是今年英仙座流星雨較活躍的期間，極大期則預估發生在8月13日，ZHR值可達100顆左右；民眾在欣賞流星雨時可透過樹木或建築物來遮蔽月亮，藉此降低月光對眼睛的影響，讓流星觀看得更清楚。

美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）太空氣象預報中心（SpaceWeather Prediction Center）日前表示，由於受太陽風暴來襲，可能會導致地球衛星通訊設施與全球定位系統、電訊設備受影響，甚至可能發生通訊中斷問題，相關單位需多加注意。
而科學家的「提醒」也讓民眾開始注意到有關太陽風暴的議題，並對其成因和所帶來的影響感到好奇。
對此，中央大學天文所教授黃崇源表示，太陽本身就像是一個巨大的高溫游離氣體， 當中的磁力線，會隨著太陽轉速快慢不同而扭曲，導致太陽黑子產生。他表示，其實太陽黑子是太陽磁場的一種表徵、是太陽表面磁場最強的地方，平均每十一年會出現一次活躍周期；當黑子較活躍的時候，會使得太陽表面發射出大量高能帶電粒子（如質子、電子等），而形成所謂的「太陽風暴」。
黃崇源表示，從外觀來看，太陽黑子就像是太陽表面的「黑斑點」，這也是為什麼中國古代會將太陽稱為「金烏」的原因，主要是因為古代人看到金黃太陽表面突然出現了莫名斑點，因而誤以為太陽裡頭住了一群烏鴉，所以才將太陽取名為「金烏」，如今回頭來看，其實這就是所謂的「太陽黑子」。
不過一般人聽到「黑斑點」三個字，可能會以為太陽黑子面積「很迷你」，事實上根據美國大氣海洋局近日來觀測到的好幾群太陽黑子AR1260、AR1261、AR1263，黑子面積約相當於地球的5倍、7倍與14倍；這也是天文學家近年來第一次碰到這麼多群黑子同時出現的情況。
「相較於月亮體積只有地球的50分之1、太陽體積足足是地球的130萬倍以上」 台北天文科學教育館解說員林琦峰笑著說，正因太陽體積是地球百萬倍，所以即使是太陽表面斑點也「不容小覷」。而隨著大量黑子同時出現，也意味太陽活動愈來愈活躍。
翻開過去的資料來看，加拿大魁的北克省就曾在1989年 3月因太陽風暴導致當地電力突然中斷，斷電時間長達好幾個小時。諸如此類的電訊影響，也讓人不免擔心類似事件是否會「捲土重來」。
對此，林琦峰認為民眾不需太過憂心。因為當帶電粒子從太陽表面四面八方射出到地球時，會因地球磁場與大氣層防護，而減弱帶電粒子的作用。但，對在外太空運行的人造衛星來說，則會因為缺乏大氣層保護而較易受太陽風暴影響、而可能出現衛星電訊設備「秀逗」的情況。
不過，太陽黑子的「活躍」也不盡然只會帶來對通訊設備的「干擾」，它同時也會增加美麗極光的出現頻率。黃崇源表示，這是因為隨著太陽黑子的大量出現，會使太陽發射出大量高能帶電粒子，其中有部分粒子會受地球磁場牽引跑到地球南北極，與極區空氣分子相互碰撞後，就會激發各種波長的可見光，也就是我們所稱的「極光」。

 
這項創新發現不只是學界首度證實指形軟珊瑚具有膠結骨針與建造珊瑚礁的能力，更引發國際科學家關注，研究結果還並被刊登在國際珊瑚礁生物學重要期刊《珊瑚礁》（Coral Reefs）中。
鄭明修表示，翻開過去的歷史紀錄來看，其實指形軟珊瑚骨針岩早在1930年代起，就已經有科學家在古老珊瑚礁地層中發現其蹤跡，但在當時，科學界認為這可能只是軟珊瑚細胞死亡後、骨針堆積而成的結果。到了1980年代，又有科學家在紅海與印度—太平洋的海域發現珊瑚群體下方出現骨針岩層，但那時依舊沒有科學家認為軟珊瑚具有造礁能力，一直到中研院團隊深入調查才加以證實。
鄭明修表示，雖然軟珊瑚造礁速度不及石珊瑚，但軟珊瑚礁承受海洋酸化的能力卻比石珊瑚礁更勝一籌。他指出，目前海洋中的「指形軟珊瑚」種類大約有170多種，在珊瑚界中，是種類數量最大的「屬」；而四面環海的台灣也具有不少軟珊瑚，種類達30多種。
不只種類多，台灣軟珊瑚礁的分布亦很廣泛，經過一次又一次的野外調查，團隊發現從屏東南灣海域到貓鼻頭都能看到軟珊瑚礁的形成、就連花蓮石梯坪等東部海域也不難發現。鄭明修表示，在這些海域都能見到大小形狀不同的骨針岩塊，體積最大的骨針岩塊甚至重達一公噸；而團隊未來也將繼續針對軟珊瑚造礁進行研究，希望進一步了解軟珊瑚礁與海洋生態間的關聯性。

一九八五年的九月初秋，中央研究院生物多樣性中心研究員鄭明修在衛奧颱風過後、前往恆春半島後壁湖港附近海域進行生態觀察，意外發現一塊因颱風來襲、被大浪沖上岸的指形軟珊瑚群體殘骸；不同於過往所發現的珊瑚殘骸，這塊指形軟珊瑚下方還連結著一塊已經鈣化的骨針岩，外觀十分特殊。這塊造型奇特的指形軟珊瑚不但吸引了鄭明修好奇的目光，更讓他就此和軟珊瑚研究結下二十多年的不解之緣。
對珊瑚生態有基本了解的人應該都知道，從小到大，許多珊瑚生態書籍總是告訴我們，「石珊瑚」是扮演建造珊瑚礁的推手，就連教科書上也是白紙黑字這樣寫著。然而，這塊無意中撿到的指形軟珊瑚群體殘骸卻改變了鄭明修以往對造礁珊瑚定義的認知，甚至顛覆了現今教科書對造礁珊瑚的既有定義。
「當時我很想知道為何指形軟珊瑚也能形成像珊瑚礁般的骨針岩，這和過去我們所學的知識有很大不同。」談到研究緣起，鄭明修笑著說，科學的發展之路本來就是一個不斷被驗證的過程，因此當他看到這塊「與眾不同」的軟珊瑚殘骸時，也激發他想要「一探究竟」的研究動機。
一般來說，我們常聽到的「造礁珊瑚」，指的是就是透過珊瑚鈣化作用來結合碳酸鹽與鈣離子、進而形成固態的碳酸鈣骨骼；隨著鈣化作用不斷進行，碳酸鈣骨骼也跟著與日俱增、一天天擴大，漸漸構成我們所看到的珊瑚礁。
鄭明修表示，從珊瑚種類來看，目前全世界的深海珊瑚大約有四、五千種左右，而淺海珊瑚礁則有一千多種。不過，雖然珊瑚多達數千種，但從過去到現在，教科書上都是將「石珊瑚」視為建構珊瑚礁的最重要主角，讓石珊瑚幾乎成了「造礁珊瑚」的代名詞；反觀另一種帶有大量微細骨針的「軟珊瑚」，則一直被認為不具有像石珊瑚般的造礁能力。
為解開謎底，鄭明修展開一連串研究歷程，二十多年來，他和團隊夥伴潛入海中不下百次，為的就是了解指形軟珊瑚是否具有造礁能力。研究團隊透過電子顯微鏡來觀察指形軟珊瑚的骨針發育情況，並進行細胞切片，經過實驗發現，指形軟珊瑚的骨針是在軟珊瑚群體底部的組織中慢慢膠結成岩。
鄭明修表示，軟珊瑚的頂端長有一根根骨針，藉此來支撐軟珊瑚組織；當骨針細胞死亡後、就會膠結到軟珊瑚底部慢慢形成骨針岩。為了進一步分析骨針岩形成歷程與速度，鄭明修和研究夥伴將體積巨大的骨針岩切成一片片的薄片狀，再藉助X光技術來仔細觀察骨針岩如何成長。鄭明修表示，就如同我們會透過樹木的年輪來了解樹木的年齡，研究團隊發現，原來骨針岩也會像樹木的年輪般，呈現出不同密度的規律性堆積，且隨著日積月累而變得愈來愈厚，每一年大約可增加0.3至0.6公分的速度，雖然造礁速度比石珊瑚來得慢；但這也證實了指形軟珊瑚確實具有造礁能力。