2012年7月25日 星期三

印地安那瓊斯前傳:尋寶探險家的第一課


話說大家都看過經典的印地安那瓊斯電影吧?對於片中哈里遜福特飾演的亨利印地安那瓊斯博士,出生入死進行考古寶藏探險的印象應該十分深刻。聽說當年有許多人因為受這部片啟蒙,而毅然投入了考古學的行列,但後來卻發現台灣正統的人類考古學工作,根本與電影中瓊斯博士,上山下海深入蠻荒的冒險工作相去甚遠。大部份的工作是蹲在一個用線圍起來的土坑中,用小鏟子一鏟一鏟的挖土,看看可不可以過濾出陶瓷、貝殼碎片或是骨頭。不幸的是,費雪要告訴大家,片中的瓊斯博士的專業設定是有錯誤的,要尋寶的話,可能要懂地質多一些還比較實際且派得上用場一些,如果還懂一些地球物理探勘方法的話,尋寶成功的機率又再大了一些。現在電影流行首部曲、二部曲、三部曲之後,再來個前傳交代或更正一下主角的身世。所以,費雪也東施效顰一番,來個印第安納瓊斯前傳,交代一下瓊斯博士是如何歷練出來精準的科學分析推理能力、與冒險的毅力。

圖一 帥氣的哈里遜福特飾演的亨利印第安納瓊斯博士





這個前傳的背景設定,是在少年印第安納瓊斯從法國回來,回到校園裡念大學開始。大概是1920年代左右。他所接觸的第一堂課,是個肥頭大耳高高胖胖的地球科學教授,歷力教授。歷力教授是個風趣的人,第一堂課就給大家出了個難題:如果把同樣重量的一塊金塊、一塊鐵塊、一塊磚頭放在土上面,一個月以後會有甚麼樣的結果?」

同學中捉狹的菲利浦搶著回答: 「教授,我知道,那塊金塊會在一天不到的時間首先被偷不見,三天以後學校收破爛的老太太來的時候,鐵塊也會不見,而最後只會剩下磚頭。

歷力教授笑著回答: 「很有創意,但這不是我要的答案。金塊的密度是19.3 g/cm3,鐵塊的密度是9.8 g/cm3,而磚塊跟土壤密度都差不多,大概是2.7 g/cm3左右。瓊斯同學,那這個提示告訴了你甚麼?

 印第安納瓊斯回答: 「教授,我知道了,就像水一樣,密度比水大的,放在水面上會沉入水中,比水小的,會浮在水上,所以鐵塊與金塊會到土中。」

歷力教授說: 「正解! 另外如果仔細觀察,金塊會比鐵塊的更深,這代表了甚麼?」 同學裏萬人迷的艾美麗也搶著回答: 「教授,我知道,這代表黃金是貴金屬,因為又重又稀有,所以價值很高,我愛黃金!

歷力教授再一次笑著回答: 「艾同學很有才,我相信你以後會很有錢。但這個現象啟發了我們,如果有人在土裡埋了成堆的黃金、鐵製武器、以及磚瓦等物品,結果可以推論,假以時日,會是磚瓦留在原來的深度,鐵製武器下沉至比原來埋的深度略深的地方,黃金沉的最深,可以沉到鐵製武器埋藏的兩倍深度以上。所以,瓊斯同學,那這又告訴了你甚麼?

印第安納瓊斯思索了一下,忽然靈光乍現~「教授,我知道了,所以像海盜的古寶藏圖,很多人即便得到了真正的藏寶圖,根據圖上的資訊去挖寶,在應該埋寶的深度卻不見寶藏,或是只挖出一些破刀爛劍,就是因為這個原因囉?

教授回答: 「對的,而且,由於土壤地層常常是不均勻的,所以鐵塊與金塊也不見得會垂直向下沉,而是斜斜的沉到土中,所以,很多人不懂這個道理,自然挖不出真正埋藏的寶物囉~~~所以,我的最大願望就是去找出那些被人輕易忽略的寶藏,同學們,如果有一天,歷力教授沒有任何原因就忽然消失不來上課,不要懷疑,那一定是老師挖到巨額寶藏,請給我默默的祝福~~

印地安那瓊斯忽然發問:「 歷力教授,那~如果藏寶圖不準,你又有甚麼方法去找出真正黃金埋藏的位置和深度啊?

教授回答: 「瓊斯小子,你真的問到節骨眼上了,本來我是不想說的,看在你是我的得意門生的份上,我告訴你吧,最近,有對法國兄弟叫施藍卜吉的,跟一個美國人叫溫納的,不約而同的都提出可以把電流通到地底下,藉著在地表不同位置量測電位的變化,可以推敲出地下電阻率分佈的深度與空間變化,叫做地電阻探測金塊跟鐵塊都是導電的物質,所以我可以用這種技術,找到可能的位置跟深度,再開挖出來這些被忽略的寶藏啊!........

圖二 溫納或施藍卜吉用的地電阻施測方法





這堂很有意思的地球科學入門,就在這樣輕鬆的討論中結束了。但是,忽然在學期中的某一天,果真如歷力教授預告的,教授真的缺席了,時間一天一天過去,歷力教授始終沒有出現在大學校園中,有人傳說他被外星人綁架走了,有人說他得罪了黑幫,躲到天涯海角去了,但,沒有人真的知道教授發生了甚麼事,就連校長也不知道。

校園中只有印地安那瓊斯知道發生了甚麼事,因為在歷力教授消失後的某一天,瓊斯接到了寄自加勒比海小島的一封明信片,明信片上只有短短幾行字:還記得第一堂課裏的精彩討論嗎? 我如願以償了~。」

印地安那瓊斯心裡暗暗想著: 教授,等著看吧,我一定一定會成為比你要更厲害的尋寶專家,謝謝你的教誨與啟發~~~~~~~~~~~~~~~

2012年7月13日 星期五

風水地質學(一) 疾厄格局:氣篇


接下來費雪要談到影響身體疾厄的氣。先來說說甚麼是, 宋朝的理學家張載提出了宇宙是以「氣」為核心的說法。他認為世界是由兩部分構成的,一部分是看得見的萬物,一部分是看不見的,而兩部分都是由「氣」組成的。「氣」有兩種存在方式,一種是凝聚,一種是消散。消散也不是消失的灰飛煙滅,只是人們的肉眼看不到而已。在風水地質科學中,費雪與張載的看法類似,認為指的是人體與自然環境交流的肉眼看不見之媒介,例如水氣與溫度。當夏天高溫快下雨的時候,人們總會覺得濕熱難受,總是悶得很。而當冬天低溫陰雨綿綿的時候,又覺得冷到骨子裡。這是因為水的熱容量大,空氣中的水氣過多,夏天時會起了阻礙人體排熱的效果,所以往往覺得不舒服甚至中暑。而相反的在冬天,過多的水氣含量則會快速吸收人體皮膚表層的熱量,容易引起感冒失溫。因此一個地方的水氣過多,配合氣溫的變化過快,常常會引致居民身體健康不佳而容易生病,甚或導致精神方面的問題。因此水氣多寡與氣溫的變化,實際上跟人體健康很有關係。

那就地質而言,什麼地質條件是有較佳的風水格局,可以避免水氣過多與溫度變化過快產生的問題的區域呢?在中國的風水論中,有著這樣的說法:()朱雀翔舞,()玄武垂頭,()青龍蜿蜒,()白虎低伏。由於中國多數的山脈因古構造造山運動,而呈東北-西南的震旦走向(Pumplly,1867),而華北到華中一帶,冬季季風是來自西北或北方,而溫暖的夏季季風是來自東南或南方。所以較佳的聚落位置都在山脈的南側,以抵擋嚴寒的西伯利亞季風寒流,所以好的居住地域都要北倚大山(後玄武)。且利用左側高度較高,彎延的山脈(青龍)迎風面去卸除過多的季風水氣,所以()青龍要比()白虎高。而前朱雀指的是向南緩步延伸的扇形明堂(山麓沖積扇)以及明堂前隆起的小丘或土堆(扇緣堆積物)(圖一),因為坡度緩、排水容易,若是扇緣有東西向河流(玉帶)環繞,因為取水耕種容易,因此為人類絕佳的居住地區。

圖一、沖積扇地形

台灣的構造稍稍不同,由於本島的脊梁山脈多為接近南北走向,台灣島多數居民居住在島的西側。一般來說,台灣地區冬天吹東北季風,夏天則是吹西南季風,而台灣的山脈只要高度在600-800公尺以上,即可已到達積雨雲的雲底高度,而造成地形影響降雨的效果。此類山脈的迎風面往往較濕,而背風面的區域,由於雨多半下在迎風面上了,因此相對水氣含量較少也較乾燥。因此第一個地質條件即是盡量選擇山脈的背風面,或至少有一些地形上的遮擋。台灣島的脊梁山脈(中央山脈、雪山山脈、以及麓山山脈群)為台灣西部區域背靠的玄武,由於玄武山脈由高至低向西逐漸垂頭,因此可以擋住多數東北季風及來自太平洋的颱風。若在北側有低矮的山丘保護,也就是右側的白虎(山丘),更可以阻擋冷濕的水氣。台灣西部平原地區多數有這個條件,像台北盆地北側就有大屯、基隆等休火山阻擋冷濕水氣,當然,除了沿基隆河谷一帶因為開了一道口子讓冷濕東北季風灌入,因此盆地內迎風部分區域像南港、內湖冬季將相當濕冷難耐,是相對較差的居住地域,過去有很多人勸費雪搬到這一帶居住,但是費雪卻選了盆的南側的板橋一帶,其實是有一定的考量。

圖二、台北盆地風水格局

但是台灣到了夏季,當遇到來自印度洋富含水氣的西南季風暖濕氣團時,需要在南側有能卸除水氣的蜿蜒山丘,也就是要有左青龍,但是台灣南部剛好沒有這類條件,因此往往到了夏季南部平原區域常直接灌入飽含暖濕水氣的氣團,成為水災的重災區。一直要到嘉義的斗六丘陵以北,才會因為隆起的更新世礫石層丘陵,作為左青龍(山脈)的稍稍阻擋,讓以北的南投-台中盆地成為背風的良好居住地域。

至於在明堂(沖積扇)上居住位置的考量也非常重要,近扇緣會入海洋或大河的地方,因為地形很緩,泥層較多,排水較不易,加上地下水位面較高,因此地下水層容易因為毛細作用升至地表蒸發,所以一般來說比較其他位置要濕,居住於此易得風濕與呼吸道相關疾病,應該盡量避免。若是前有低矮的土丘遮蔽西側長驅直入的海風,更為絕佳的居住區域。以費雪在全台居住過的經驗,我的判斷認為台中-南投盆地的風水在格局上是相當良好的。最近報上登載部分學者建議遷都台中,或至少用雙國都概念,遷移部分像行政院、立法院等機構到台中,這一點就風水地質學而言,費雪是極度贊成的。

圖三、台中盆地風水格局

2012年7月12日 星期四

反骨地球科學:倒著來一趟思辨的小旅行吧!


    很多人都看過哈佛教授麥克桑德爾(Michael Sandel)著名的正義-一場思辯之旅的書,或者網路上開放課程的影像。費雪實在很佩服國外著名學府的開放學風,因為像桑德爾教授給了我們對於所謂正義的標準與底線,並不會像大家想的一樣有一定的放諸四海皆準的標準,往往會因為人事時地物等外來影響而人人有所不同。而至於科學,有很多專家學者會告訴大家:科學的真理是越辯越明,在真理之前是不容質疑的。但真的是如此嗎? 昨天費雪開了場冗長的學術討論會議,反骨很深的我,提出對於某些基本觀念的不同意見,因為費雪提出若從不同角度來看,某些地質學者賴以為分析基礎的假設可能是站不住腳的,需要再進一步驗證才行。結果得到了前輩許多的關愛~~問我有沒有修過地質基本課程,請我回家好好再看一遍大學教科書。回家後費雪著實的好好的反省了一下,又查閱了數篇相關文獻,結果發現了很有意思的觀察與結果。



圖一、反骨精神代表:Jolly Roger(海賊旗)


    昨天的討論,費雪早已有了答案,但在這裡涉及太專業的問題與挑戰權威,我想就略過不提。不過地科學界近來也有一些針對主流學說很激烈的反骨思辯挑戰,值得大家來參考參考。最著名的例子就是近年來的曲棍矛盾辯證”(Hockey Stick Controversy)~就讓費雪說來給大家聽聽。大家都聽過全球暖化的現象吧,電視上、文章中也曾經介紹過科學家利用來自於樹輪、冰川岩芯、還有一些氣候的代用指標(Proxy),重建了過去數萬年以來的溫度變化,結果發現最近溫度的急速上升異常,是因為人為的因素。這些工作,是來自於上世紀90年代開始的古氣候研究,科學家開始挖掘許多可以指示氣候變化的代用指標,例如同位素比值、植物孢粉、岩芯化學組成等,作為判斷古氣候的依據。1998Mann, Bradley and Hughes等人首先將這些零散的研究統整,完成了北半球尺度的全球氣候溫度變遷重建。而在他們隨後於1999年發表的文章中,則進一步回推了過去1000年的古溫度變化,並且顯示近年來的溫度有急速上升趨勢,可能是由於人為的影響。因為這個古溫度變化圖的趨勢像是一把冰上曲棍的桿子,因此被稱為曲棍圖(Hockey stick graph)

    由於這個研究指出了人為影響氣候的巨大後果,因此在聯合國的跨政府氣候變遷小組(IPCC)的支持及背書下,使得這個曲棍圖以及相關的氣候變遷研究陸續在各國間得到大量經費挹注而成為顯學主流。但是在2003年開始有些雜音出現,Soon Baliunus提出在西元1000~1300年的中世紀暖期(Mideval Warm Period)20世紀的後期還要熱,因此氣溫的上升可能並非人為造成的異常,而是地球自然變化的一部分。同樣的在2003年,McIntyreMcKitrick也檢視Mann等人的曲棍圖資料,發現其中使用了錯誤的統計方法。最經典的是2010年西北大學及賓州大學的McShane以及Wyner,利用統計方法再度檢視各種氣候帶用指標記錄以及曲棍圖的可信度,結果做了結論我們發現氣候代用指標指示古氣溫變化的準確性與隨機產生的數據並無明顯差異,用白話文來說,就是用氣候代用指標重建古氣候變化,跟用擲茭的效果是一樣的啦~~~當然,這些反骨的研究,並不被多數有巨大經費挹注的主流學界所接受,所以,大家聽到的,幾乎都是一面倒的研究結果,也鮮少有反骨的雜音能被大家聽見。


圖二、用氣候代用指標重建之古溫度變化


    費雪這樣說,並不是全盤否定所有氣候代用指標的可信度。也不是否定氣候變遷研究學者的努力。只是想提出來,西方的學術環境尚且較我們開放,都有這樣的現像,更不用說台灣的環境囉。但是,費雪要說的是,科學的突破從來都不是從主流開始,而是從當時被視為異端邪說者開始,而當時的異端邪說學者,有些如哥白尼還被主流排擠,甚至被整肅殺害(如布魯諾)。但是這些異端學說,卻在不斷的具有反骨的後繼者驗證後成為主流。唯有具有反骨的異端研究者,才能不斷挑戰自我及既有觀念與想法,做出突破。但是,不幸的是當我們的大學生、研究所的碩博士生、甚至年輕的教授,如果都在這樣的一言堂環境下薰陶,沉浸於自我感覺良好,無論對錯,從不質疑前輩大老的論述,也不敢質疑某些從國外主流學者傳來的技術、理論、看法是否正確,並且小心逐步驗證它的可信度。一味的用這些習用的觀念技術從事研究分析,只因為怕被視為反骨的異端而被整肅。那我們地球科學研究前進的火種就會被撲滅。畢竟,費雪還是認為:所有的科學突破,都不是來自權威主流,而是來自於反骨異端。所以,請常常讓自己倒著來一趟思辨的小旅行,作反向思考,變成一個反骨分子吧!

2012年7月4日 星期三

風水地質學(一) 疾厄格局:水篇


    很多的風水書都偏重在論述陰宅的部分,也就是如何選擇祖先身後的居留之所。但是費雪的風水地質學的論述,將會僅僅著重於陽宅的部分,為甚麼呢?原因有二,一個是費雪認為現今的科學知識對於精神層面或鬼神的解釋上有所限制,無法全然解釋一些靈異現象及其中的關聯,既然知識不夠,就先保留不要過度解釋。另外是隨著時代的進步,加上人口的增多,很多人的先祖已經無法像過去一樣選擇一個"吉穴"來土葬,因此過去風水學的不問生,先問死的做法是需要做些修正的。因此,今天費雪就先來談談風水地質學裏的疾厄格局!
    在談疾厄格局前,費雪先要聊一下古人進行風水堪輿的原則,有句風水古諺說:”未看山,先看水,有山無水休尋地。因此水在風水堪輿裏頭的位階是很高的。事實上,決定當地居民的身體健康的,有很大一部分跟當地的水質有關係。《管子 地貞》一書中,認為當地的土質決定了水質,因此可以從水的顏色判斷水的品質:因此"水白而甘,水黃而糗,水黑而苦"。《堪輿漫興》論水之好壞:"清漣甘美味非常,此謂嘉泉龍脈長。春不盈兮秋不涸,於此最好覓佳藏""漿之氣味惟怕腥,有如熱湯又沸騰,混濁赤紅皆不吉。"
    由水文地質學的觀點來看,上述水色水味判斷的一般標準是有科學根據的。因為多數的河川發源於山區地下水,流到平原區則與地下水會有相互的流通。因此地下水流經的岩石或土壤礦物,會和地下水有離子交換或溶解的情形。一般酸性的雨水(PH=5.5左右),在滲入地層後會先溶入了鈉鉀鈣與碳酸根等首先溶解的陰陽離子,而呈現無色透明的顏色與中性的酸鹼值(PH=7左右)。這種地下水在分類上屬於碳酸氫鈉到碳酸鈉泉,一般嚐起來若總鹼度(溶解碳酸根與碳酸氫根離子總量)300-500ppm間,會呈現甘甜的味道。(過去費雪曾經從事過地下水的研究一段時間,每到一個農田水利會,除了請在地工作人員協助取樣外,最重要的工作就是跟他們泡茶博感情,因此可以說神農氏嚐盡百草,而費雪嚐盡百水也不為過。)
   
圖1 地下水、土壤/岩石組成,與河流的關係

    但是,若是地下水中融入了過量的鐵離子或其他重金屬離子,水的顏色會呈現偏黃褐色,而且味道嘗起來會有些微腥味與淡淡回苦味。而若是地下水是取自於古潟湖一類沉積環境的黏土層時,由於水中有大量腐植物質,因此水色偏黑,甚至有腐臭味道。腐植物質一般對人體健康是不好的,上一篇序論中所提到的烏腳病地區,印象中取得的地下水常常就是此種水色偏黑的地下水。(不過費雪可不敢嚐這種地下水,因此不知到底苦不苦了。)
       不同地域的水分中含有不同的微量元素及化合物質,有些可以致病,有些可以治病。例如像台灣北投地熱谷,經科學家調查發現,潭水PH值已經小於2,呈現強酸性泉水中含有高量的硫化氫、硫酸以及氯化氫(鹽酸),是巨毒物質,在這種環境下,連微生物都很難生存。而居住在附近的居民也容易在接觸到這種水質後有眼部刺癢不適,以及呼吸道及食道的疾病。日本有些溫泉,當地人生了病就到泉水中浸泡,比吃藥還見效。後經檢驗發現泉水中含有微量的放射性元素氡,當然若是氡氣的含量太高,反而會有致癌的危險。因此,風水學理論主張考察水的來龍去脈,辨析水質,掌握水的流量,設法優化水的環境,這條原則在風水地質學中可以得到印證與解釋,如果當地水的顏色及味道有異,應該要注意,或請專家進一步分析水質。因為水質不佳是與身體疾病等災厄有很高的相關性!

圖2 北投地熱谷照片

   下一篇要談到疾厄格局的氣篇,甚麼是”?風水書中並沒有明白解釋,但是費雪的解釋是包含水氣、空氣組成,以及氣流氣候的部分,如何影響居民的身體健康?聽費雪下回再詳細解釋囉!