Thursday, January 19, 2012

科學人2012年1月號NO.119



一、用微波爐作實驗:

微波爐加熱食物的方式與燒烤類似,是以「光波」加熱,這種光波長約12公分左右,具有特定的頻率,通常為2.45GHz選擇這個頻率,主要是為了避免干擾通訊電波),可使水和脂肪分子產生共振。  食材最外層二公分範圍內的水和油脂可吸收徵波能量,將之轉換成熱。微波能容易穿透絕緣物體,但遇到有水份的食物便會使水分子和它一起以相同的頻率振盪,振簜中分子與分子互相摩擦,從而產生熱量。微波爐產生的微波功率較大,一般從600 W到2000 W之間。水分子在微波中每秒振盪24.5億次,這種振盪幾乎是在食物的內外各部分同時發生,因此波加熱的食品能夠在很短的時間內,把整份食物煮熟。 但微波穿透力不強(我註:波長太長能量就不夠,穿透力就差?),因此想用微波烤熟大塊肉是很難的。 徵波爐週遭的空氣、盤子和微波爐內壁不會吸收能量。(我註:太好了! 以前我很怕微波爐食物,因為不知它運用的是光學轉熱能原理,一直以為紫外線這種輻射線。)

微波還有一個特性,它遇到金屬便反射回來,所以不能用金屬容器盛載食物,在微波爐加熱,長時間還會損壞微坡爐,原因是發射出去的微波全部反射回來,會讓發射微波的元件產生高溫以至損壞。因此用微波爐煮食物,應選用絕緣耐熱材料製成的容器,如陶瓷、耐熱玻璃或塑料等

微波爐


二、改造世界的10大奇招:

  • 健康監測器不離身: AliveCor 的 iPhone 心電圖是一個塑膠手機外殼,背面有二條金屬電極,使用者只要用二手握住電話或將它緊貼胸前,即可記錄心跳節且,並將即時心電圖資料告知使用者,或傳輸給家人、醫生,警告他們是否有「心律不整」的狀況。這種裝置不僅提預警,還省下了傳統心電圖儀器的相關花費。->國Withings公司則開發了與 iPhone相容的血壓計,使用者戴上光滑的白色袖套,30秒內,手機螢幕馬上顯示血壓數值,數值不正常者還會出現警告標誌。->WellDoc醫療保健公司開發的「糖尿病管理系統(DiabetesManager),患者可輸入各種即時數據到手機中,例如血糖值、攝取了多少碳水化合物、服用的糖尿病藥物等,軟體在分析所有訊息後,會相對提出如何讓你的血糖維持在健康範圍內的建議,像注射胰島素或吃點東西等。->目前開發上最大的障礙是感測技術,包括硬體材料。->最終如果健康監測系統如果能與遺基因配合,就更能防犯細胞變異前感知治療。(我註:就怕資料外洩,導致病患未蒙其利,反受其害。例如保險被拒絕、找不到工作及結婚受影響。)

  • 學人腦思考的晶片:目前已開發出二顆各由256個人工神經元組成的微晶片,這些晶片目前只能在乒乓遊戲中擊敗對手,或走出簡單的迷宮。->這種模仿人類神經元運作的微晶片,研究團隊稱之為「認知計算」,由美國國防高等研究計畫署資助,命名為「SyNAPSE」。目前正在研發擁有100億個神經元和100兆個突觸的微處理器(約等於人的大腦的半球規模;體積不超過2公升;耗電量相當於10*100瓦燈泡;現代人腦容量平均約在1350ml~1500之間),終極目標,把人腦的神經計算功能放進小小的矽晶片中。->普通晶片只能透過一個狹窄的匯排流傳送指令和資料,而使得其處理速度受限。而新的模仿神經元晶片架構,是一個每一個神經元都有自己通道的平行架構,一開始就打造大量平行運算的能力(我註不是平行運算能力,應該是平行傳輸資料的能力。運算仍是各個Block運算晶片的事,因為人腦中處理各種資訊的區域也是分別開來的,只是人腦能處理虛擬空間這種需要建構想像3D畫面的能力,這種能力,目前的電腦只能靠程式及軟體運算。)->認知架構無法取代傳統的電腦,只是補其不足,預先處理充滿雜訊的真實世界資訊,轉為傳統電可處理的訊號。側如擅長圖形辨識的晶片可從人群中選出一張臉,再把他的身份傳給傳統電腦來處理。(我註:這部份比較像獨立晶片處理區,而非匯排流加多之意,看來寫這篇譯稿的人也不太懂電腦硬體中晶片的設計原理。->我想我懂原作者之意,他的意思不是運算能力,是資料傳輸的速度及最短捷徑的選擇,也許他有前端簡易過濾資訊的功能,但無意取代傳統電腦處理數位資料的方式。這應該是一種過渡設計,從華生電腦到真正的人腦邏輯概念。筆者愈瞭解人類腦部構造及功能區塊及神經元傳遞訊息的方式,就愈確認人類是一種生化機械人,也許當初設計來就是為了探索地球用的。至於外星人去了那裡?大家別忘了天上一年人間千年,他們那裡也沒有去,就是很興味盎然的看我們能搞到什麼程度?只是我們也許繁衍過多了,所以一段時間,他們就得除掉一部分,以免我們危害他們觀察中的地球生態。大家別認為一定是直接殺戳,讓你不生小孩或者造成數世代不孕症也是可以扼止人類繁衍過多的。人類會想到對動物世界作的事,就是外星人本身設計我們時留下的概念,我們不過是執行他們的指令罷了。->當然上述言論的前提是你相信有一個造物者及你相信外星人。我個人比較相信進化論,但不排除這個可能,而且這個造物主真的花了很多心思在地球上取材製造一個可以完全適應地球的物種。至於我們是否比照造物主的形像製作?應該是不完全一致也差不到那兒去,我們製造機械人時,總是希望他長的像人不是嗎?

  • 掌中錢包藉由偵測手掌內的血管分佈來分辨身份,以代替刷卡或付現。手部血管的立體結構因人而異,變化很大,而且透過無害的近紅外光就能輕鬆測得。->指紋和臉部特徵並不如我們以為的那麼獨一無二,可能造成誤判,也很容易偽裝(我註:指的是整型,但目前電腦軟體可以就人種骨格狀況偵測出是否經過整型,重繪出其本來面目,所以沒有想像中誤判率很高)。虹膜雖然獨特,但偵測時,使用者必需凝視掃瞄儀器,眼睛眨也不能眨地瞪著好幾秒,不僅容易搞砸,也讓人覺得受到侵犯。->隸屬於卡羅來納州醫療保健體系的30多所醫院,把這項辨識技術用遲用在180萬名病患身上;日本東京三菱UFJ銀行則使用這項技術,進行額外的交易認證。

  • 微粒流體車用電池:要讓電動車充電一次就能行駛數百公里,關鍵是效能更佳的車用電池。新的電池架構是能量密度與傳統鋰電池相仿,但儲存介質和液流電池一樣是流體,這種介質目前被稱為「劍橋原油」---由奈米粒子和電力儲存金屬粒子組成的黑色黏稠液體。這種儲存金屬粒子的大小和灰塵相仿,成份則和鋰電池中的正負電極的材料相同,例如鋰鈷氧化物(正極)和石墨(負極)等。這些較大粒子之間,是懸浮著神秘碳成份的奈米粒子的液體,這些碳奈米粒子黏結成類似海綿交錯的網路,構成「液態導線」,連接電池中儲存離子和電子的較大粒子。最後的結果就是,液體中的奈米粒子組成了讓電子在能量儲存介質之間流動的通道。->配備這種電池的車輛將可開進維修站,補滿「劍橋原油」,而不必再充電,使用者可以更換外型類似瓦斯桶,裡面裝填著電解液的鋼瓶。->這類新電池充電時間比較長,可能是傳統電池的2~4倍,而且經過一段時間及多次充放電後,穩定度可能會低於傳統鋰電池。(我註:老實說,不太懂! 唯一瞭解的是,它充電的方式是針對那種叫「劍橋原油」的東西,所以你可以用太陽能或風力斷續充電無妨。)

  • 電腦不再無回應:傳統電腦的硬體、軟體和作業系統雖然共同運作,但卻無法輕易得知其他部份在作什麼?->2010年有個團隊表了「心跳」應用程式,會監控各個程式的執行狀況,例如能察覺視訊軟體正以每秒15張的龜速播放影片,而非最佳的30張。(我註:這種應用程式很多,網路上倒處都是,只是它們的運作方式是監看程式耗用CPU/記憶體的狀況,隨時可由User調整)->下一步是設計出能妥善配置資源給每個程式的作業系統。這個系統得有某種程度的自我知覺,將計算工作分割,配置給各個核心,讓程式運作起來更快更有效率。(我註:目前這種分配核心的工作都交由軟體來處理,作者的意思是直接由作業系統來分配?)


三、糞便移植期待春天:(這篇很有趣,值得一看)

抗生素會殺死小腸中的壞菌,也會殺死好菌,導致會產生毒素的「困難腸梭菌」(Clostridium difficile)就取而代之,並開始將患者的腸道內襯全部吃掉,讓患者腹瀉不止。->目前最新的治療方法為從腸道健康狀態良好的人身上取得糞便,並且通過與捐血同等級的篩選後,再稀釋放到患者結腸中行了,如果捐贈者糞便中的好菌活下來,並且開始寄居患者腸道中,「困難腸梭菌」(Clostridium difficile)就被擠走,患者就痊癒了。

Clostridium-difficile

四、維生素、礦物質和微RNA:食療法果然有其道理。

微RNA短的核酸(遺傳物質的組裝材料),並不攜帶蛋白質編碼,但是會阻止和自己序列相同的特定基因製造蛋白質。->研究人員發現受試者血液中大約有30種攝取植物的不同微RNA,而且它們能改變細胞功能,例如一種特定的稻米微RNA可以和調控移除血液中的「LDL」(低密度脂蛋白)的受體結合,並抑制其活性。->微RNA的功能可能類似維生素和礦物質,只是現在才發現它也是來自食物的功能性分子。

植物微RNA參與人類生理反應的調控發現,證實人類身體是高度整合的「生態系統」,我們人類與動植物共同演化,一種物種體內遺傳物質的改變,會引發另一種物種的變化。例如人類在嬰兒期過後,仍能分解牛奶中的乳糖,是我們人類馴養牛後才發生的。(我註:基改食物會如何改變我們的下一代?要共同演化恐怕人類也得借助科技力量,但這種結果是好的嗎?)



五、細菌礦工:

在廢料堆中,嗜酸性硫鐵桿菌鉤端螺旋桿菌可使「鐵」和「硫」氧化,從中取得能量。它們進食時會產生活性相當高的「三價鐵」和「硫酸」,這二種成份可分解岩石,釋出貴重金屬。->目前生物科技也用「脫硫弧菌」和「脫硫腸狀菌」等細菌來清除廢棄礦場的「酸性溢流」,他們能中和酸並形成「硫化物」,和「銅」、「鎳」等金屬形成鍵結,將金屬從溶液中析出。

目前全世界近20%的銅來自生物採礦,產量也高達1990年代中期的「2倍」。礦業公司以前丟棄的廢料,現在也叫礦石了。->接下來是用細菌解決「礦業廢料」,這種技術所需的初期投資,約20年才能回收,但這是全世界朝低碳社會,減少消耗能源,較自然的處理方式。



六、阻止殺手級小行星:

美國航太總署(NASA)和其他的國家太空機構及私人組織,應該負起一個責任:「監控地球週遭」,確認沒有小行星會撞擊地球。->隕石撞擊的力量,曾使地球上的生命發展史產生巨大的轉變。我們週遭約有上百萬個直大於40公尺的小行星環繞著太陽運行,曾經有一個於1908年撞擊西伯利亞,所造成的荒蕪地區城相當於廣島原子彈所造成的150倍,這種撞擊在21世紀發生的機率是50%。但如果是比較大的,例如直徑約1公里的小行星,將可危及全球,甚至人類的文明。->針對那些數公里的小行星,天文學家已整理出其中大部份軌道,但就目前所知,當中並沒有會在100年內撞擊地球的;然而那些較小的小行星,絕大多數都尚未偵測出,它們足以摧毀一個國家,或造成海嘯而毀滅沿海城市。->如果天文學家發現有個小行星正在可能撞擊地球的路徑上,我們就得想辦法改變它的軌道,有幾個現有的技術可能有用:拖曳、撞擊、以核子武器攻擊,或是適當地的結合這些技術。

殺手級小行星

七、不需重新栽種的作物:

事實上,在農業發展前,地球上大部份土地上都覆蓋著可以生長多年的植物,但這些作物已慚慚被需要每年重新栽種的糧食作物取代。->多年生植物有許多優點:
  • 它們較深的根系能防止土壤侵蝕,幫助土壤保留重要的礦物質(例如磷)。
  • 它們需要的肥料和水比較少。
  • 種植單一作物的傳統農業是大氣中二氧化碳的來源之一,但種植多年生植物則不需要犁田,能讓碳留在農地中。
->科學家正在使用先進的基因型分析技術來加速多年生作物的開發,他們可快速分析帶有理想性狀的植物基因組,找尋基因與這些性狀間的聯繫。待第一代植物產生種子後,研究人員可直接定序幼苗基因,從數仟株幼苗中找出保留了理想性狀的少數植株,而不需要耗費數年等它們長大。->一旦有了可取代一年生作物的多年生品種,大規模種植將可大幅降低碳排放量,因為多年生植物根系在每立方公尺的表層土中,可吸收相當於1%土壤質量的碳;如果地球上的農地全部改種多年生作物,將可吸收118PPm的二氧化碳,讓大氣中的溫室氣體將可以降回工業化以前的濃度。



八、為能源發教育發聲---傑克森:

「....美國極大部份的GDP成長來自科學發明和技術創新,這歸功於政府對公共建設的投資。若少了政府提供的研發資金,根本就不會有Google。 他們有頂尖的團隊在寫演算法、在思考怎麼讓他們的網路空間更進步。但他們用到的公共建設,例如網路、GPS和積體電路,都是美國政府投資的。私人企業也必須扮演領導者的角色,因為它也需要投資研究工作,而最近幾年,這部份卻急遽減少。 因此我認為,政府、企業和學術界這三大支柱要聯合提供公共建設、資金和人文成本,以產生我們需要的創新」

我註:上面這段文字就是這篇專訪的精髓。 台灣藍綠政府都把錢花在「買票賄賂選民」上,並沒有對公共建設包括教育資源進行重大投資,就算有,也是為了迎合他們的金主作的蚊子館,無助於未來產業創新。所以人民的納稅血汗錢就這樣被浪費在無回收可能的選票工程上。這種舉債消費或建設工程就是標準的債留子孫,而非創造未來產業給子孫享用。



九、別吃掉地球的未來:

目前約有10億人處於長期飢餓狀態。而事實上,全球生產的糧食足以養活全人類,只是分配不均。->全球糧食系統正面臨三項互相關聯的挑戰:
  • 它必須確保目前70億人口都能吃飽。
  • 在2050年,當人口達到90億時,能使糧食產量備增。
  • 減少溫室氣體排放,不讓生物多樣性喪失、撙節水資源使用及停止或改善水污染。
->地球表面上大約有38%已經開發為耕地,剩下的大部份是沙漠、高山、苔原、冰、城市、公園以及其它不適合耕種的地區;少數僅有的未開發之地則主要在「熱帶森林」與「莽原」,這裡是對於地球生態的穩定性,特別是關於碳的儲存及生物多樣性來說,至關緊要。->全球農作物中,供人食用者只有60%(主要為穀物,其次是豆類、油料作物、蔬菜、水果等),35%用作動物飼料(每30公斤穀物才能生產1公斤可食用牛肉),最後5%用於生質燃料及其它工業製品。->人類每年用掉40億公噸的水,大部份取自「地底含水層」及「河流」,其中70%用於灌溉。->水資源除了消逝乾涸外,還遭受嚴重的「肥料」、「除草劑」、「殺蟲劑」污染。自1960年以來,生態環境中的「氮」與「硫」濃度至少增加一倍,除了造成大範圍的水污染外,也讓許多重要河流的出海口成為嚴重的缺氧「死區」。->農業也是人類社會溫室氣體排放最大單一來源,總計佔全球二氧化碳、甲烷及氧化亞氮排放量的35%左右。絕大多數排放來自「砍伐熱帶森林」「畜牧業的動物及水稻田排出的甲烷」,以及過度施肥土壤中釋出的氧化亞氮。->解決的五大方案如下:
  • 先減緩農業耕地的擴張,最終是停止,不讓農業進入「熱帶森林」與「稀樹草原」。糧食產能的增加靠提高耕地的生產力,不讓耕地因都市化、棄耕而流失。
  • 提高現在耕地產量的方式有二,透過種植基改作物,提高產量;改善生產力不佳的農地,讓它產量提高。例如用更好的種子,更有效率的施肥及灌溉方式等(目前最可能改善的地區集中在東歐、西非及中南美洲)。
  • 更有效的利用資源,例如採滴灌法澆灌植物根部,可以節省水資源;以有機物覆蓋土壤保持水份;降低灌溉渠道及蓄水池的蒸發量;控制化肥使用量,減少污染。
  • 改變飲食習慣,少吃肉。如果人類全吃素,每年可多供應50%的糧食(約當3000兆大卡的量)。
  • 減少食物泿費。地球上生產的食物約有30%被丟棄、耗損、腐敗或被害蟲吃掉。從糧食產地端就得開始控制作物歉收,病蟲損害存糧及基礎建設或通路欠佳而使食物無法運出產地,改進儲存、冷藏及配送系統都可以減少食物的浪費,最終到了消費端,消費者該改變飲食習慣,少點大號特餐,以免吃不下把食物丟棄。
->上述五大步驟同時作的話,可使世界糧食的可用性增加100~180%,且能顯著降低溫室氣體排放、生物多樣性的喪失、節省用水量及減少水污染。

我註:這篇文章的最後提到各地區永續種植作物,利用手機網路連結,配合「領先能源與環境設計」(LEED」認證制度,企圖打造一個從大規模商業農業生產系統到在地有機農業系統,結合環保,來提供我們人類安全充足的食糧及解決環境生態保臒的問題。


九、調節免疫對抗癌症:

人體的免疫系統極為精密且複雜,部隊成員包括樹突細胞(Dendritic cell)、T 細胞、B 細胞、自然殺手細胞(Natural killer cell)、巨噬細胞等,各有所司。->樹突細胞遇到癌細胞或含有腫瘤抗原的癌細胞碎屑時,會將之吞噬消化成「抗原勝肽」,接著透過主要組織相容性複合體(MHC)將此「抗原勝肽」呈現在細胞表面。->成熟的樹突細胞接下來會移動到充滿初始輔助者T 細胞的淋巴結中,教導T 細胞學習辨識與記憶腫瘤抗原,其中輔助者T 細胞被活化後會釋放細胞素,進而促進前驅細胞毒性T 細胞的增生與分化,成為攡有毒殺能力的細胞毒性T 細胞,並刺激具有記憶能力的記憶型(Memory T cell)增生與分化,使癌細胞的特徵記錄在免疫系統中,當T 細胞下次遇到同類型的癌症細胞時,就能迅速啟動免疫反應攻擊。->最近研究發現,自然殺手細胞(Natural killer cell)也參與活化細胞毒性T 細胞的抗癌能力,更加壯大攻擊癌細胞的能力。

癌症免疫療法的主要概念,就是透過提升患者的免疫力去對抗癌細胞,目前主要治療方式有:
  • 治療型癌症疫苗:這種疫苗希望訓練身血辨識並催毀已存在於組織的癌細胞,而且停止治療後也能維持效用。它的主要成份為「腫瘤抗原」(Tumor antigen)。癌細胞會表現特定的「腫瘤抗原」(Tumor antigen),讓免疫系統將之視為外來物而攻擊。但風險是這些「腫瘤抗原」(Tumor antigen)在一般正常細胞上也會微量表現,所以針對這些抗原所發展出來的免疫療法,也可能增加免疫系統自體攻擊。->但臨床實驗結果,發現免疫系統可能需要過充份引導,約一年以後,才會開始攻擊看來和體內正常細胞極度相似的癌細胞。->最令人驚異的是,腫瘤在癌症疫苗處理後會再長大,但那是因為免疫細胞入侵,而非癌細胞增生。->癌症疫苗能發揮最大效用的時間是在「癌症初期」,那時腫廇較小,不足以抑制免疫系統。而癌症末期的病患,大的腫瘤細胞可以釋放大量又多樣的免疫抑制分子,抑制免疫系統的攻擊,所以病患可能先以傳統手術、化療及放射線的方式,讓腫瘤變小後,再接受症疫苗。

  • 免疫細胞治療:這種方式是透過類似血液透析的方式,分離出患者血液中的免疫細胞,在體外大量培養與分化後,再將免疫細胞或與其分泌的細胞素送回患者體內。->由於癌細胞會透過各種方式躲避免疫系統的攻擊,各種免疫細胞辨識殲滅癌細胞的機制也都不相同,因此發展出不同的治療方法,目前常見的有「自然殺手細胞療法」、「樹突細胞否伴活化態T細胞療法」、「γδT細胞療法」、「細胞素活化型殺手細胞療法」以及「浸潤腫瘤淋巴球細胞療法」等,這些療法都會併用傳統的化療及放射性治療,以強化發揮免疫細胞抵禦癌細胞的最大能力。->在美日二國,這些治療方式已進入臨床應用。

  • 單株抗體:是利用癌細胞表面所展現的特定份子,在與免疫細胞共同作用下,促使癌細胞瓦解或凋亡。->例如用於治療乳癌的單株抗體藥物賀癌平(Herceptin),其標的為乳癌細胞上的「Her2/neu」分子。
我註:這是一種除了直接對細胞DNA處理方式的比效有效治療法,利用的就是人類的免疫系統。如果我的記憶沒有錯誤,記得很多法醫報告中記錄,發現死者體內有受到癌症細胞攻擊的跡像,但痊癒了。但當時法醫們並不瞭解因原為何?只是把這種跡像記錄下來。讀到這篇文章時,讓我想起這些法醫們的報告,茅塞頓開。

T 細胞
Dendritic-Cell(樹突細胞)
Memory T cell(記憶型T細胞)
Natural killer cell(自然殺手細胞)


十、美國、惡水過後:

我註:這一篇我只對一件事情有興趣,因為氣候變異這種事,專書太多了,沒有必要浪費篇幅摘錄筆記。但其中寫道關於用「多隙孔」混凝土舖設道路,及以「改種綠色植株」代替水泥護欄,讓雨水分散並慢慢滲入周圍地面這種道路建築的新工法是讚賞的。->它的原理很簡單,就是將原來厚石的水泥柏油路鏟掉,直到看到厚厚的岩石或砂礫地基,再重新舖上可透水的路面。
    透水性混凝土



    十一、發掘天然氣及液壓破裂法的真相:

    本篇讓我想到的是另一件事,就是洪水期注水入地底儲藏的事,因為同樣有污染的問題,處理方式應該不同,但出現的問題是一致的。 如果缺水是台灣的宿命,那麼洪澇期儲水也是唯一法則。我們無法增建地上水庫,那地底水庫,甚至利用原水脈層儲水是唯二方法,問題是污染處理的配套是什麼?

    天然氣的主要成份是甲烷(CH4)這與千萬年前石油與天然氣生成時的環境條件有關。台灣西岸是寬闊的海域(陸棚),沉積層主要是從中國大陸沖到海裏的植物,有機質含量低,這類陸相沉積物主要形成是「天然氣」,只有少量的石油;而石油是封閉淺海裏的藻類和浮游生物沉積到地底的結果,例如現在盛產石油的北非到中東一帶

    天然氣田必須有能夠儲存天然氣的地層結構,首先要有孔隙率較高的砂岩,讓天然氣可以充滿其間;接著是其上要覆蓋孔隙率低且緻密岩石如頁岩泥岩鹽岩,而且這種沉積岩層構造要在天然氣形成前就已存在。->在台灣主要分佈在西部新竹到高雄的平原地區。->儲存天然氣的地質構造有三種:
    • 背斜構造。
    • 斷層封閉。
    • 地層封閉。

    左上背斜右上斷層下二封閉

    砂岩
    頁岩
    泥岩
    鹽岩






















    要知道某處地底是否封存有天然氣,最基本的方法是進行地面地質調查


    • 起初先在地表以「重力計」偵測地底產生的重力強度,由於不同岩石的密度不同,重力計可以計算出各種岩層的深度,綜合起來看,就可以知道地底的地層結構。
    • 接下來利用「電阻儀」和「碰力儀」則可測電阻和磁場強度,原理為地岩石成份不同,所含礦物質不同,因而產生的電阻及磁場強度不同,也可以推估地層的結構分佈。(我註:石頭具有放射線或礦物質是現在的通識,所以裝潢時使用的石材得注意,以免影響身体健康。)
    • 探勘人員進行「反射震測」,在地面使用「振盪震源車」上的金屬塊撞擊地面產生震波,在另一處接收,由於不同岩層反射的震波不同,只要分析反射波的波形和傳遞時間,即可推估出地質及地層構造
    振盪震源車

    ->經過上述地質地層結構評估,確定有天然氣蘊藏可能時,才會開始投入更多經費「鑽井探測」。->在台灣鑽一口井的成本近台幣一億元,至少該地評估地底含有價值超過鑽探成本數倍的天然氣,才值得鑽探。->鑽井之後,探戡人員開始作「井內測戡」,首先測量γ射線強度,因為每一種礦物都有不同的天然放射性,砂岩天然放出的γ射線強度頁岩弱,因此只要垂放「輻射感應器」到井下,偵測不同深度的強度,就可判別砂岩頁岩層的分佈,而得知地底是否具有可以儲存天然氣的地質構造(再確認一次)。->接下來用「中子放射儀」放出中子,以偵測反射的中子能量,若反射的中子能量大幅減弱,就表示岩層內可能含有天然氣。原理是天然氣以甲烷(CH4)為主,所含有的氫原子比例遠高於周遭岩石或其它物質,當中子撞擊到與它原子核質量幾乎一致的氫原子時,會將能量轉給氫原子核而喪失速度;相反的,若撞擊到其他質量中子相差很多的大型原子核時,速度變化不大。->另一種方式是「測量電阻」。水會導電,台灣所處位置千萬年前是海洋,地層中所含的鹽水導電性更強,但天然氣不導電,因此如果在地底偵測到高電阻區域時,就如能儲藏了天然氣。->接下來是評估砂岩的孔隙率及滲透率,如果相乘結果,發現天然氣在岩隙間流動率太低時,就無開採的經濟效益。->最後要耉慮孔隙中含水比率,因為地底的天然氣通常與地層水石油混在一起,如果含水体積超過60%的話,一來表示天然氣能佔到的孔隙体積不多,二來開採時必需處理一起湧出的水,增加成本。->評估有開採的經濟效益後,接下來得引導天然氣到地面上來評估其產能。方式為「下套管」。鑽井後,為防井壁崩塌,得在井孔內安裝直徑「7英吋」(17.78公分)的金屬套管,管外再灌入水泥,將套管與井壁之間的空隙全部填滿,以確保井壁的穩定。->接下來將強力「打孔槍」垂降到天然氣所在的深度,朝水平方向發射威力強大的穿山甲彈,將金屬套管及外面的水泥牆打穿,並打進岩盤2英尺深處(約60.96公分),地底高壓的天然氣便會自然流進套管中。->接下來要在套管中安裝直徑2英吋多(約5.08公分)的油管,同時將油管與套管之間的空隙封住,讓天然氣只能經過「油管」流到地面。->油管上要安裝「閥門」和「各種測試儀器」,以控制天然氣的流量,及測量天然氣的壓力、流速、流量等數據,然後依據單位時間算出可產出的天然氣量,以及地層中含有的蘊藏總量,核算建造管線及其它生產費用等,再決定是否值得開採?->每一口井只能採集附近300~500公尺的天然氣(稱為排掃半徑),因此得根據岩層分佈形狀及天然氣產率,計算出最恰當的鑽井數目及位置分佈,務求以最少的井,開採出最多的天然氣。->開採出來的天然氣還得透過「油氣水分離器」負責將地底湧出的天然氣、石油及地層水分開。->但這種「油氣水分離器」無法分離同為氣態的天然氣與水蒸氣,因此必須讓氣体通過可以吸附本身体積200倍水蒸氣的「三乙二醇」進行脫水,使天然氣中水蒸氣含量低於每百萬立方英尺7磅,如此才合乎國家標準,可以銷售。->「油氣水分離器」分離出來的石油會送到煉油廠提煉,而水大多加壓注回地層,因為台灣過去是海洋,地層水含鹽度太高,必需用大量淡水稀釋後才能放流,不如直接注回地層來的經濟划算。

    P.S. 目前中油公司把產是已經大減的苗栗鐵砧山油氣田當作倉庫,將進口的天然氣注入地下,現在已注入約20億立方公尺,以後萬一缺乏天然氣時,可以重新開採出來使用。



    液壓破裂法的基本技術,在穿過頁岩層的垂直豎井中,以高壓注入化學處理過的「水」與「砂」,使頁頁岩層產生裂縫並釋出天然氣。->最近則結合了「水平鑽探」技術,將原本垂直朝下的鑽探頭轉彎90度,以平行地面的角度繼續在岩層中鑽探數公里。->水平壓裂比垂直壓裂消耗更多的水與化學液体,還得建造巨大的儲存池或儲水槽來儲存壓裂結束後回流地面的化學廢液(用途是增進裂效果、保護輸送管、防止細菌茲生等)。->一次性壓裂不會造成太大問題,但鑽探公司會在很小的區域內鑽出數十口垂直豎井,每口都會針對不同區塊進行多次側向壓裂,每一次都需要多的驚人的800~1500萬公升的水,消耗約6~23萬公升的化學液体,再乘以礦區內的天然氣井數目,光是運送這些液体便需要溜罐車隊,並建造巨大的儲存槽。->側向壓裂注入地下的液体有75%回流地面,其中不僅含有當初添加的化學液体,還帶有地下岩層的放射性物質與鹽類,這些有毒廢水得先儲存在廠區內,再送往廢水處理廠或再次利用,而大部份公司使用不加蓋的地面儲存池,即使池底舖了防止滲漏的人造纖維,也遠離了地面水源,仍可能滲漏及大雨來時儲水池溢流,造成污染。->在液壓破裂法過程中,甲烷可能藉由未知的裂縫,由頁岩層上升至地表含水層;在靠近地表的垂直井周圍,如果沒有用水泥確實密封,也可能形成甲烷逸散的通道。->液壓破裂法可能會使水平頁岩層上方的岩石產生向上延伸的裂縫,如果上方岩層結構脆弱的話,裂縫延伸範圍可能更廣。如果這些裂縫連接早已存在的岩石隙縫或舊豎井,化學液体就有機會污染地下水層。

    控制監視辦法有三:
    • 發展強大的電腦模型,模擬連續數星期對多口豎井進行多次液壓破裂後,在一英里的岩層中氣体與液体滲露的狀況。
    • 政府部門的環保署應該在新礦區開始鑽探前後,監控飲用水裏的化學物質變化。
    • 強制規定天然氣公司在液壓破裂法使用的專利化學液体中添加容易辨識的化學追蹤劑。
    我註:如果我是這些天然氣開採公司,乾脆把附近的地全買下來,包括水源,反正都要用到大量的水,就近取用最好,而且沒有了居民也少糾紛或訴訟。也許第一時間很貴,但長遠來看是便宜的。 但這種方式對我們台灣這種地小人稠之地不適用。所以仍然得往綠色能源方向走,因為看來很貴,但對我們長期的生態經濟發展來說,是便宜的。 但我認為政客才不會如此作,因為他們都拿了政治獻金,同時者有外國籍,他們不會在意這塊土地上的人民的死活及所謂的永續經營。 不過,我認為惡人自有惡人磨,那種人自以為可以到外國好的環境中去享用黑心錢,但殊不知就算是美國,他們一樣有這種黑心政客及企業家,所以他們跟我們一樣吃同樣污染的水及食物,也算報應!

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