【科學史沙龍】海洋的故事

講師 | 中山大學海洋科學系教授 宋克義、中山大學海洋科學系講座教授 陳鎮東、正修科大講座教授兼海洋學家 方力行 (依影片順序排列)
撰文 | 鹿港高中 葉郁珊

    猜猜看:「珊瑚是是礦物、植物,還是動物?」隨著歷史的演進,科學家對於珊瑚的看法也不斷改變。最一開始,人們認為珊瑚是一種自然結晶的礦物;接著有人認為珊瑚的外貌,有的像樹枝、有的像高麗菜,應該是植物;當然,也有人猜測珊瑚是動物,18世紀時,一名科學家將此推論投稿至法國的科學期刊,但當時的科學沒有自由,主編擔心這名科學家提出的理論與教會相違背、會得罪教會,因此先將稿件收在抽屜。20年後,珊瑚才被證實為動物的一種,當時的稿件才能重見天日。

    珊瑚被廣泛應用於生活中,例如:水泥、抗酸劑、OKINAWA珊瑚鈣等,古人甚至認為紅色珊瑚是佛祖的血滴落在海裡,將其視為神聖之物。而珊瑚大致分為造礁珊瑚及珠寶珊瑚兩類,造礁珊瑚多為白色、生長速度極快,但易碎;珠寶珊瑚則有黑色、粉紅色、紅色等色彩,且質地堅硬適合雕刻。

    珊瑚與珊瑚礁之間的關係,如同樹木之於森林,當許多珊瑚的鈣質骨骼聚集和膠結在一起,進而形成堅固的立體結構,便成為珊瑚礁,可抵抗波浪,也可以讓許多生物居住或當作避難所。珊瑚適合生長在陽光充足、海底平淺,水質清澈且鹽度較高的地方,故珊瑚多生長在水下20-30公尺處。

    根據達爾文的珊瑚礁理論,環礁的初期發育可能發生在海底火山噴發後生成的火山島周圍,因珊瑚附著生長而形成裙礁,其後島嶼逐漸下沉,珊瑚礁持續堆積增長,由於島嶼的外緣水流交換較好,珊瑚生長較內側為佳,久而久之就逐漸形成堡礁,後來火成岩島嶼完全沉沒水中,僅剩下環狀的珊瑚礁島嶼在海面附近持續增長,最後便形成環礁。

    地質學家馬廷英在珊瑚的骨骼上看到了生長輪,並推測其為每年生成的,猶如樹木的年輪般,到了第二次世界大戰後才證實他的論點。約翰威爾斯則從放大鏡下看珊瑚骨骼切片,發現到很多細的生長輪,他推測那是每天生長一輪所造成的,他進一步比較了現代和泥盆紀化石珊瑚的生長年輪數目,第一次找到了地球自轉在變慢的實質證據。這些珊瑚骨骼上的變化,紀錄著各時期的環境演變,同時也能供後人繼續鑽研。

    想像一下:「當你站在南極點上,北邊在哪裡?」陳鎮東教授一開始先以一張以南極為中心的南極地圖考驗大家的方向感,台下此起彼落討論著方位,但沒人能說出正確答案。教授為大家解惑道,只要背對南極,面向的就是北邊,右手邊都是東方。再看一下南冰洋之洋流的圖片,圖上的箭頭為環南極流,流動方向是由西向東流,因為處西風帶且沒陸地阻擋,成為世界上最強洋流。「威德海」是南極底層水最重要的來源,想要研究任一海洋取得的底水數據皆須向威德海比較,使得威德海的研究顯得相當重要。

    南極底層水是比重最重的水,它是由各大洋的深層水往南流遇冷下沉形成的,形成時間多為冬季,加上威德海附近海域在冬天環境極其惡劣,在當時沒有任何一個國家的研究團隊進駐探勘,到了1981年,美國及俄國聯手,由美方派出精銳的研究團隊,俄方派出先進的破冰船前往探勘,陳鎮東教授也跟著研究團隊展開一場精采的旅程。

    這艘滿載優良團隊的船SOMOV號由俄羅斯聖彼得堡(St. Peterburg)出發前往烏拉圭首都蒙特羅多(Mottevideo),船身的前半部底部平坦,目的為衝上冰上利用船身的重量壓碎冰塊,若沒成功壓碎冰塊還可倒退反覆進行,另外,船上搭載一台直升機,每日一早去空拍附近海域,並回報船長哪裡有空曠的海域,避開冰脊。

    航行經過拉普塔拉河時,教授分享一則小故事,曾在此地發生船難,許多人很幸運搭上救生船等待救援,卻在等待的日子裡被渴死,罹難者落難時環顧四周,一望無際都沒有陸地,自覺身在海中央,其實是這個河的河口太寬廣,所以就不敢飲水,讓自己活活被渴死,教授告訴我們在出海口也可以喝到淡水,淡水河在出海口往外10公里都有可能為淡水,若不幸身在水中央,不妨先嚐嚐是否為淡水,可以救自己一命!

    一路向南,風浪越來越大,海面開始出現海冰,轉變成荷葉冰,最後到了冰原,開始進採樣,1981年的採樣方法是用一根鋼桿上面間隔100m綁一個採水瓶,水瓶下再綁一個鉛塊,以此類推,放入水中後再用一個鉛塊著鋼桿將瓶身關上,第一次將採水瓶拉上岸時發現一些問題,採水瓶瓶身在冷水中變得很脆落,當鉛塊落下即破碎,而完整的樣本一上岸立刻結冰,所以他們左思右想,完整採樣的樣本一上岸立即報至三溫暖室進行分裝,且將裝備改良,克服研究上的障礙。

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