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袋鼠的「屁」有什麼祕密?竟然有降低「溫室效應」的線索

從澳洲袋鼠的屁看溫室效應
文 / 一流人    
2020-02-11
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袋鼠的「屁」有什麼祕密?竟然有降低「溫室效應」的線索
僅為情境配圖。圖片來源:pexels
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袋鼠被認為是澳洲的代表動物,大家不知道的是想要降低溫室效應(Greenhouseeffect),有可以從袋鼠學習的地方。

首先,地球表面是如何維持讓人類舒適存活的溫度呢?答案的第一部分,當然是太陽放射出來的熱量來到地球表面後,部分被反射出去,部分被地球表面吸收。但是,如果光按照這樣來計算,地球表面的溫度應該是攝氏零下20度左右,太冷了。答案的第二部分是,大氣層的溫室效應讓地球表面的溫度能夠保持在攝氏14、15度左右,成為人類的身體可以適應並舒適存活的溫度。

溫室效應這個名詞中的「溫室」往往容易產生誤導。喜歡蒔花弄草的人蓋的溫室,通常有一個玻璃或塑膠材質的透明屋頂,太陽光會穿透屋頂將溫室的土地和空氣加熱,由於溫室基本上不透風,所以熱空氣不容易跑出去,外面的冷空氣也不容易跑進來,就能讓溫室裡面維持比外面高的溫度。可是,地球大氣層的溫室效應作用,並不是因為大氣層就像溫室的玻璃屋頂,阻止了地球表面氣體和大氣層之間冷熱空氣的對流,「溫室」一詞只是借用。太陽表面的溫度大約是6000度K(K是絕對溫度),它放射出來的電磁波,大部分波長屬於紫外光和可見光範圍。這些電磁波抵達地球大氣層後,大約一半會被大氣層反射出去或被大氣層吸收,另外一半則通過大氣層到達地球表面。這些到達地球表面的電磁波,其中一部分會被地球表面反射出去,部分被地球吸收,因此地球表面的溫度會上升到前述的攝氏零下20度左右。而在這個溫度時,由地球放射出來並往上向大氣層走的電磁波,大部分波長屬於紅外線的範圍。

大氣層裡的氣體可以分成兩類,一類叫作非溫室氣體,包括氮、氧和氬,另一類叫作溫室氣體,包括水蒸氣、二氧化碳、甲烷、一氧化氮和臭氧。對太陽放射出來的紫外線和可見光電磁波,以及地球放射出來的紅外線電磁波來說,非溫室氣體是「透明」的,換句話說,這些電磁波穿過非溫室氣體時不會引起什麼反應。至於溫室氣體呢?對太陽放射出來的紫外線和可見光電磁波來說,溫室氣體同樣是透明的;但是對地球放射出來的紅外線電磁波來說,溫室氣體的分子會吸收紅外線電磁波的熱並發生震動,然後再把被吸收的熱重新放射出來。這些重新被放出來的電磁波,不一定會往大氣層外面走,而是四面八方地發射,一部分往大氣層外面走,一部分衝撞到其他溫室氣體的分子,讓它們發生震動,一部分回過頭來往地球表面走。這解釋了一個在觀念上含糊籠統、可是在事實上大致正確的說法,那就是太陽放射到地球的熱,從地球表面反射出來後,又被溫室氣體反射回到地球表面,讓地球表面的溫度隨之上升。

向袋鼠學習解決溫室效應之道

了解什麼是溫室效應之後,就應理解溫室效應本身不但不是件壞事,相反的,它能幫助地球表面維持一個適合人類生活的溫度,唯有當大氣層中的溫室氣體增加,才會引起地球暖化的現象。科學家遠在19世紀初期就已經發現、也逐漸驗證了溫室效應的現象。

二氧化碳是一種重要的溫室氣體。燃燒煤炭和汽油、製造水泥和破壞森林,都會增加大氣層裡的二氧化碳。根據科學家蒐集的數據,近半個世紀來,大氣層裡的二氧化碳持續且迅速地增加著,也的確造成了地球嚴重暖化的現象。

同時,甲烷也是一個重要的溫室氣體。若和二氧化碳相比,甲烷對地球暖化的影響更重大,只不過二氧化碳的影響在時間上更為長遠。(比較精準的說法是,若拿大氣層裡質量相同的二氧化碳和甲烷比較,20年之內,被甲烷困留在地球表面的熱量是二氧化碳的72倍,100年內是25倍,500年內是7.6倍。)

地球上的甲烷有好幾個重要來源。首先,地球上終年被冰凍在攝氏零度以下的陸地,地理學名詞叫作「多年凍土」(permafrost),多年凍土多半分布在南北極,占地球陸地面積20%,裡頭就儲存了甲烷。多年凍土融化時,甲烷就會被釋放出來。如果地球的溫度上升,多年凍土融化的程度超乎尋常地增加,釋放出來的甲烷自然隨之增加,也是科學家對於地球暖化可能引起的惡性循環隱憂之一。再者,在低窪的溼地和種植農作物的水田裡,微生物也會製造甲烷,特別是反芻動物如牛、羊和鹿,牠們在消化食物時,體內的微生物會經由發酵過程產生甲烷,並透過打嗝和放屁的生理反應把甲烷釋放出來。而估計畜牧業產生的溫室氣體約占所有溫室效應的18%。因此,面對這個問題有不同的思考方向,一是減少肉類的食用,從能源消耗的觀點來看,飼養肉牛、肉羊的效率相當低,且有甲烷排放的問題。二是改良動物的飼料,減少動物體內甲烷的產生。

三是向袋鼠學習,科學家發現,袋鼠排出體外的氣體不含甲烷,因此科學家想要找出袋鼠的消化系統裡有什麼微生物能幫助消化食物的同時,不產生甲烷,如果能把這些微生物移到牛和羊的消化系統裡,是否會有同樣的結果。

本文節錄自:《劉炯朗開講:3分鐘拆解社會科學》一書,劉炯朗著,時報出版。圖/本文節錄自:《劉炯朗開講:3分鐘拆解社會科學》一書,劉炯朗著,時報出版。

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