遇見科學

美國回收企業家薩基正在根除全球香菸問題，一次一個菸蒂。30歲的薩基從普林斯頓大學休學，在紐澤西州翠登成立新創公司TerraCycle。他說，世界上沒有垃圾這種東西，即使你說的是菸灰缸裡的東西。TerraCycle去年5月在加拿大展開一項計畫，蒐集義工提供的菸蒂，把菸蒂變成塑膠，這些塑膠可以用來製造任何東西，甚至菸灰缸本身。這項計畫現在從美國擴展到西班牙。被丟棄在世界各地的香菸，先是被分解開來，分成捲菸紙跟剩下的菸草混合物。由醋酸纖維素（cellulose acetate）塑料製成的濾嘴，被溶解開來並變成一種成分，這種成分可以製成廣泛的工業塑膠產品，像是用來搬運重物的貨板。菸草業很高興可以獲得一些正面宣傳，付費給TerraCycle。蒐集菸蒂的志工，每蒐集一根菸蒂，就能得到點數，之後可以換成捐給慈善機構的捐款。
行人道現在開始徵清潔工。TerraCycle把回收產品賣給沃爾瑪公司（Walmart）與完全食品市場公司（Whole Foods）等連鎖零售商，不但有助於業績，也改善環境髒亂問題，讓好點子變成一門好生意。

除了有大學教授透過學術研究來幫農民分勞解憂，也有學者是從「你我每天都要做的事」激發創意，研發出體積輕盈又通風的環保流動廁所，不但可應用於戶外，更適合運用在颱風、地震後等災區環境、讓流動廁所的使用更貼近需求。
談起研發動機，台中科技大學助理教授李孟杰表示，過往我們對流動廁所有不通風、氣味難聞的刻板印象，加上體積笨重，讓流動廁所無法如其名般流動自如，尤其像九二一地震、八八風災這種天災肆虐的重災區，更需要有大量流動廁所來解決災民生理需求，但傳統的流動廁所因為外觀龐大、不夠輕巧，難以在短時間內運送足夠的流動廁所到目的地；於是他和學生組成設計團隊，開始集思廣益，經過一次又一次討論，終於在半年後設計出透風又輕巧的流動廁所，並將其取名為「荒漠之菱」。
李孟杰表示，為了縮小體積，減輕重量，團隊結合建築與力學科學原理，並利用PVC等輕量化材質來進行設計，其概念是以菱葉的形狀為出發點，讓廁所門板可以一片片組合起來，變成「六角型模矩化廁所」，方便收納與組裝；中央並設有儲水槽，除可用來儲存水源，也能作為穩固廁所底座的重力來源。
不只如此，考量災區可能因災後缺乏輸水設備、廁所加水不易，導致流動廁所變得又臭又髒，團隊還利用鋁管支架貼心設計了「雨水收集管線」，讓流動廁所可以利用下雨時蒐集雨水，並儲存起來，作為沖刷馬桶時的水源來源，讓流動廁所更環保便利

為了開拓石化產業用水的水源，新加坡政府正在研擬抽取裕廊島（Jurong Island）下地下水的可能性。新加坡公用事業局在上個月完成招標，請有探勘經驗的公司和研究機構，研擬是否可以在抽取裕廊島下的地下水，供島上的工廠使用。
裕廊島位在新加坡西南方，新加坡政府利用填海技術將7個島嶼合併成為裕廊島，面積約3000公頃，島上有近百家能源和化學廠，是新加坡石化產業重鎮。
新加坡本身缺水，石化業卻需要大量用水，目前裕廊島的用水來自本島，以大水管輸送，為了提高島本身自給自足用水的能力，公用事業局請專家評估抽取地下水使用的可能性。
初步研究是要了解可抽取的水量和水質，並研究如何避免大量抽取淡水後造成地層下陷的狀況。
新加坡由於地勢和氣候因素，本身缺水，在1927年和馬來西亞訂下合約，從馬國進口水，這份合約在1961年到期，第二份合約從1962年開始，將在2061年到期，新加坡因此積極在2061年前提高水自給的能力。
新加坡目前約50%的用水自給自足，來源包括雨水、海水淡化和新生水，新加坡並發展新技術，希望將集水區從目前占國土總面積的近70%，提升到90%，在2061年前逐步達到水供給自給自足的目標。

中國大陸廣東省的研究人員發現，經化學改變結構的花生殼可以吸收水中的重金屬，他們以此治理東江水，水質有效改善。
東江水流經江西及廣東，也是大陸向香港供水的源頭，其水質問題向來受到港人關注。近年來，上游的稀土礦、鎢礦開發出現重金屬殘餘匯入東江的問題。
為此，早在5年前，華南理工環境科學與工程學院專門成立課題組，在東江建立了源頭控制示範點，希望從東江源頭減少當地水體中的重金屬汙染。
學院研究員盧桂寧說，用農業廢棄物製成吸附劑處理廢水中的重金屬汙染物，已成為重金屬汙染處理的一個研究熱點。
針對東江水源頭的礦區水汙染，他們初期篩選當地多種農林秸稈材料，如板栗殼、花生殼、玉米秸稈等，最後看中了當地的花生殼產量豐富，容易蒐集處理。
盧桂寧說，雖然花生殼的直接吸附能力較低，但利用化學試劑如過錳酸鉀等對花生殼進行「改性」後，便可大幅提高其吸附性能，製成性能優良的重金屬吸附劑。
據指出，「改性」後的花生殼表面增加了很多的孔隙和通道，原來的纖維素連接被打斷，有利於花生殼上的有效吸附位點與溶液中重金屬離子的接觸。
而「改性」後的花生殼可有效削減水中三成的重金屬濃度，達到地表水三級水質標準，有助改善東江水質。

然而，想重建出南太平洋數百年來的海水溫度資料模式可沒我們想像中那麼簡單，得透過「鈾釷定年技術」逐年地慢慢測量，因此研究團隊光是為了量測珊瑚年齡大小就花了幾年時間，是一項相當耗時費力的研究工作。
不過，看到這裡，多數人可能對「定年」這兩個字覺得有些一頭霧水。對此，沈川洲解釋，所謂的「定年」意思就是用來測量與判斷自然界生物年齡大小或礦物、化石等物質生成年代的方法。隨著科技發展與研究的精益求精，台灣的「鈾釷定年方法」可以說是愈來愈成熟，其量測水準不但在全球數一數二，其他國家的研究人員也常委託台大團隊協助定年研究。
而透過珊瑚骨骼的「鍶鈣比值」的分析，也確實反映出海洋溫度上升的事實。沈川洲表示，研究團隊發現，南太平洋從西元1890年後就因全球暖化等因素影響，導致海溫升高，一百多年來已升高 1℃，而這也導致台灣夏季降雨增加，其原因正好跟西太平洋的哈德利環流（Hadley circulation）系統有關。
沈川洲解釋，哈德利環流系統會在熱帶西北太平洋上升，在西南太平洋下沉，但如果西南太平洋海溫出現升高現象，就會阻礙冷空氣下沉，導致哈德利環流變弱，讓原本應該往南半球輸送的水氣與能量轉而往北半球傳送，使得台灣、日本、韓國、菲律賓等地區首當其衝，使得夏季降雨出現明顯增加情況。
不只如此，團隊還發現南太平洋的海溫變化是以14至19年為一個周期，未來10年很可能正好面臨高溫期，如果氣候模式沒有改變，也意味著南太平洋海溫會持續上升，屆時暴雨發生的強度與頻率就可能增加，導致夏季雨勢變得更加強烈。
團隊也呼籲政府當局與相關單位應做好防治措施，才能未雨綢繆，避免豪雨成災的景象一再上演。

六月中旬的梅雨鋒面讓台灣從北到南都感受到雨神的威力，尤其降下的驚人雨量更令許多低漥地區都 「泡在水中」，一波波的豪雨肆虐使得車潮眾多的交通要道成了一條條水淹及膝的「河道」，讓望雨興嘆的市井小民苦不堪言，不禁想問為何老天爺的雨勢來得又大又急！
普羅大眾的疑問也是學者專家長年以來一直想探究的問題，不少大氣學者都曾提出氣候變遷可能導致「大雨增、小雨減」的現象發生。像是國科會去年發表的「台灣氣候變遷科學報告」中就明白指出，從台灣長期氣候觀測紀錄數據顯示，國內近50年來的降雨特性已和以往有所不同，雖然降雨天數比過去減少許多，但下豪大雨或暴雨的次數卻是一年比一年增加，這也意味著台灣未來可能得面臨「旱澇交替」的極端氣候型態挑戰。
事實上，不只氣候專家憂心忡忡，地質學者與國際團隊也透過南太平洋微孔珊瑚的鍶鈣比值變化，重新建構南半球海水表面溫度紀錄與氣候變化模式，結果從中證實台灣夏季降雨與南太平洋海溫變化的確有其關連性。
台灣大學地質科學系教授沈川洲表示，海洋與氣候變遷的關係向來密不可分，加上南太平洋又是全球面積最大的海洋，因此該海域一直是不少大氣學者的重要研究範圍。像是中研院與台大大氣系合聘教授許晃雄與中央氣象局技正陳雲蘭去年發表的研究成果，就是從近百年來的觀測數據中分析出台灣與韓國、東南亞島國的夏季降雨和南太平洋海溫具有同步變化的特性。
為進一步了解海溫升高與降雨增加的關聯性，台大地質團隊與美國路易斯安那州立大學研究專家攜手進行跨國研究，前往南太平洋阿美帝島鑽取5支微孔珊瑚的岩芯，再結合「鈾釷定年技術」來量測珊瑚年齡，歷經七年研究時間，終於從微孔珊瑚骨骼鍶鈣元素比值的分析中，重新建構出從南太平洋350年來（西元1649到1999年）的海水表面溫度變化資料，研究成果已經刊登在「Nature Climate Change《自然氣候變遷)》期刊。
為何從「鍶鈣比值」可以測出海水溫度的變化？沈川洲解釋，珊瑚骨骼「鍶鈣比值」是一種溫度的函數，科學家研究發現，每當海溫增高1℃，就會導致珊瑚骨骼中的鍶鈣元素比值減少0.8%，換言之，我們可以將珊瑚的「鍶鈣比值」當作是一種「天然海水溫度計」，加上微孔珊瑚壽命可長達千年以上，亦有利於研究團隊觀測長期的海溫變化。

「防災規畫應該因地制宜，不能把所有地區都套用同一套防洪與防災標準，」詹錢登表示，每個地區地勢高低與地形環境各有不同，本來就應該視地形環境差異而量身打造，像台北本身由於是盆地地形，先天上就容易發生積水情況，因此保留疏洪區是不可少的基礎水利設施，像二重疏洪道的規畫就是將過多的雨水疏導至二重溪，流入大海。
詹錢登表示，「有時候水患不見得與硬體水利工程品質有關，而是人為因素所導致。」他以此次台北市文山區淹水為例，其主因就在於人為疏失，因為值班技工操作不當，將應該打開的水門關起來，導致大雨排不出去，造成涵管水壓太高而爆裂，形成淹水窘況。類似這樣的情況也意味著水利工程人員需再加強訓練，才能避免在緊要關頭出差錯。
而這也凸顯出軟硬體設備與資源雙管齊下的重要性。面對日益劇烈的氣候變遷與強降雨，相關部門在規畫水利工程時應該更有「遠見」，不能短視近利。他建議，政府當局應建立一套「防災地圖」，掌握每個縣市的低漥區有哪些，哪些區塊排水不良等，除了興建應有的堤防、擋土牆、水道工程外，建立「水患預警系統」亦不可或缺，他強調政府須把這些項目都一併納入都市規畫藍圖中整體考量，才不會陷入「顧此失彼」的窘況。
不只如此，推動防災教育、設計撤離動線亦是必要之務，他表示平日就要做好民眾與學生的防災訓練，讓大家可以預先準備才能「未雨綢繆」，了解水患發生時該如何安全撤離、有所因應，為大台北防洪計畫。

 
雖然暖化會導致生物遷移，但研究亦發現，並非所有生物都選擇往高海拔與高緯度地區移動，像是團隊調查的物種中，就有四分之一生物是「反其道而行」，朝低海拔、低緯度地區移動。陳一菁表示，這是因為有些生物對濕度、雨量變化的反應比溫度起伏更加敏感，所以會「南遷」找尋自己最適合的生長環境；也有理論提出，生物會因為天敵的分布改變，使得「反其道而行」更利於生存。她表示，生物的反應會因各物種與氣候、棲地之間的交互作用而有所不同、無法一概而論。
但，無論是「北遷」或「南移」，暖化會對生物造成影響卻是無庸置疑。
台南大學生態科學與技術學系副教授許皓捷表示，生物「生存」、「生長」、「生殖」所需環境條件不盡相同，雖然生物因暖化效應而被迫遷移到其他地區，但不保證「新家一定比舊窩好」，新遷移的區域有可能只適合這些生物生存而不適合生殖，如此一來就會影響生物繁衍後代的能力，導致生殖力減弱，而無法順利傳宗接代，將會導致生物面臨族群數量降低甚至滅絕的風險。
「已有研究指出，若暖化持續下去，本世紀恐怕有10%以上的物種會步向滅絕一途」，陳一菁表示，尤其是像爬蟲類、兩棲類這些體溫會隨外在環境變化的「外溫生物」，受到的影響會比哺乳類、鳥類等可藉由內在系統調節體溫的「內溫生物」來得大。
她表示，若再不好好正視全球暖化問題與思考因應之道，未來的某一天，我們可能只能透過圖片或影像來「追憶」這些曾在地球上活碰亂跳的美麗生物，而物種消失對生態系造成的衝擊，更將影響人類未來的生活與永續生存。

全球暖化不只造成海平面上升，就連動植物也被迫捨棄舊窩、忙著找尋新家！中央研究院生物多樣性研究中心博士後研究員陳一菁參與英國團隊，花了五年時間研究發現全球暖化不只造成生物遷移，移動速度更比過去學界所認知的快了兩到三倍，顯示氣候變遷帶來的影響已明顯擴及到許多物種，讓專家憂心再這樣發展下去，可能會帶來「生物滅絕」風險。
「我們都知道全球暖化會造成生物遷移，但沒想到遷移速度比我們認知的快了許多，」陳一菁表示，為了解生物遷移與分布改變情況，研究團隊蒐集了兩千多筆緯度梯度與海拔梯度上生物反應文獻資料來進行整合分析，研究主體涵蓋熱帶到溫帶及南半球中緯度地區的植物、節肢動物、脊椎動物等物種。
結果發現有許多生物為了「活下來」而必須遷移到更高緯度或更高海拔的地區，且移動速度快得驚人，平均以每十年12.2公尺及17.6公里的速度分別向高海拔與高緯度地區快速移動，後者等於這些生物幾乎是以每小時20公分的速度在「趕路」
。
陳一菁說，透過這些統計分析資料，也讓團隊首次證實生物分布的變化與暖化幅度的確是呈現「顯著相關」，也就是說溫度上升愈高的區域，生物遷移的距離也會愈遠，進一步說明全球暖化的確是導致生物遷移的原因。
她以自己在婆羅洲神山所做的蛾類分布調查研究為例指出，從蛾類分布改變的重複調查中發現，在過去四十年的時間裡，蛾類分布區域的平均海拔已經上升了67公尺。而不只動物被迫「遠離家園」，就連植物也同樣無法倖免，必須跟著「逃難」，像是中研院院士周昌弘所做的台灣高山植物遷移研究就發現，為了因應暖化效應，連植物也必須往更高海拔的地區遷移，長期下來恐怕會使原有的生態平衡受到破壞。
陳一菁表示，溫度要下降0.5度，沿海拔移動大約需上升100公尺，但沿緯度遷移卻須移動50到60公里，理論上山區物種只需要往高海拔地區小幅移動就可趕上全球暖化所帶來的升溫變化。但實際研究卻發現，物種向高海拔遷移的距離反而落後於期待值（期待值是指在各地的暖化條件下，生物欲維持與過去相同適溫範圍所必須移動的距離)，而反觀生物向高緯度遷移的距離則與適應暖化所需要的期待值差異不大。
為何會有這樣的情況發生？研究團隊推測這可能是因為山區地形較崎嶇複雜，使得物種在向高海拔地區遷移時得翻山越嶺，導致遷徙之路不像往高緯度北移的平地物種那樣簡單，使得部分山區物種「到不了」原本想遷移的高海拔目的地，但這也意味著高海拔的動植物生態系可能會面臨比平地物種更加劇烈的暖化衝擊。

「每種生物都具有不可替代性，彼此間就像是唇齒相依的生命共同體，唯有讓每個生物都能順利存活，才能維持生物多樣性的正常平衡，」鄭學淵表示，在這個地球上，沒有一種生物可以取代另一種生物，珊瑚也是相同的道理，當珊瑚生態受到汙染時，所帶來的影響可能危及整個海洋生態系。
所謂牽一髮動全身，許多我們以為無關緊要的舉動，都有可能成為壓垮環境生態的一根根稻草。像是許多民眾每到夏天，都喜歡到海邊踏浪、戲水消暑。
而為了不讓自己被火辣豔陽曬傷，我們也常常會塗抹防曬乳在身上，但這些用來保護人類皮膚的防曬乳、無形中卻可能成為汙染生態的海洋殺手。國外就有研究發現，許多人在海邊塗抹的防曬乳，在流進大海後會容易導致珊瑚出現白化窘況。
鄭學淵表示，防曬乳本身就含有化學物質及油脂，當這些「非天然」的化學物質隨著民眾游泳、戲水而融進海洋後，就可能讓防曬乳的化學物質與油脂附著在珊瑚礁等生物表面、成為影響海中生態的「危險因子」。
對此，陳瑞賓也心有戚戚焉。他表示，搶救海洋生態、刻不容緩。為號召更多人來捍衛珊瑚礁生態，台灣環境資訊協會將招募擁有潛水執照的民眾成為海洋生態體檢義工，從現在開始到九月持續展開一系列珊瑚總體檢，調查地點包括東北角、台東杉原、台東基翬、綠島、蘭嶼、澎湖東嶼坪及小琉球等七個海域，希望藉此為海洋生態做好環境把關工作。