本期文章

沙塵捎來的訊息

撰文/巴托勒特(Jeffrey Bartholet);翻譯/邱淑慧    

重點提要



■雖然科學家投注許多心力研究污染,但多年來他們忽略了天然沙塵與大氣的關聯。最近他們開始意識到,沙塵會影響氣候與雲的形成,並且會為海洋與雨林帶來養份。



■科學家為此進行了許多研究,但大氣中沙塵的效應很複雜,因此我們所知仍有限。即使以最好的超級電腦進行最複雜的模擬,也無法提供完整的解釋。





位在撒哈拉沙漠南緣的波德利窪地,是片可怕的孤寂之地。咆哮的狂風掃過鄰近的提貝斯提山和恩內第高原,匯入這個如美國加州般大小的乾烤荒地時,風速更為強勁。這裡曾有座水量豐沛的淡水湖,但如今只剩下一個水坑。這裡最常見的景觀,就是空無一物。





不過有的時候,當風掃過這座古湖泊的湖床時,會將無數的細小顆粒捲向天空,形成紛飛的龐大煙雲。接著這些沙塵開始了神秘的旅程,這正是科學家現在極力想探究的。





幾十年前,科學家對於沙塵並不怎麼在意,就像我們一般人一樣,會清除家具底下的沙塵,偶爾注意到房子裡有微塵飄舞,這些顆粒通常綜合了昆蟲屍體的殘屑、植物纖維和廚餘碎屑。研究地球大氣的科學家,則著重於大氣中人類製造的粒子,也就是污染物。只有少數科學家想要確認,那些不時在地球循環的數百萬公噸土壤或礦物沙塵,是如何影響氣候、使海洋豐饒,並提供了亞馬遜雨林等地的重要營養成份。





美國邁阿密大學的海洋學與大氣化學榮譽博士普洛斯佩羅(Joseph M. Prospero)就是沙塵研究的先驅者之一,然而他回憶1960~70年代他發表論文指出非洲的沙塵會大規模移動、飛越大西洋抵達美洲時,他的同事很懷疑這也能做為重要的科學題目嗎?「人們總覺得把沙塵當題目很可笑。」他表示。





他監測巴貝多等原始地區的沙塵測站,分析並測量空氣過濾器捕捉到的東西。他的研究過程是孤獨的,然而研究結果卻提高了大家對沙塵的興趣,因為越來越清晰的衛星影像,與普洛斯佩羅描述的情景非常吻合:沙塵顆粒形成數百公里寬的巨大羽狀煙塵,如同巨大風暴產生的風浪般掃過非洲大陸,落在大西洋的另一側。同時,人們對於氣候變遷研究更感興趣,而且越來越顯而易見的是,沙塵對地球的溫度變化有舉足輕重的影響。





普洛斯佩羅說:「現在關於沙塵的科學論文很多了,多到不可能全部讀過。」根據統計,由1970年代早期到2001年,關於撒哈拉沙漠沙塵的論文數量每四年增加一倍。美國德州大學地質科學副教授吉爾(Thomas E. Gill)負責協助維護沙塵研究的資料庫,他說要跟上進度其實很困難,「你認為這是個深奧的題目,但是每星期我都會看到以各種形式討論沙塵的50~100篇論文。」





這所有的研究告訴了我們什麼呢?沙塵的故事其實是在描述一項挑戰,企圖找出我們所居住的行星正在發生什麼事。它顯示出,地球生態系某個區域的變動,會對其他區域造成巨大影響。「我們的科學工具讓我們更能得到答案的同時,也啟發更多問題。」維吉尼亞大學環境學教授史瓦普(Robert J. Swap)表示。他在1992年共同發表了一篇論文,是關於亞馬遜河流域裡的非洲沙塵,他對沙塵的研究結論是:「我們應該尊重自然的複雜性。」





非洲來的沙



要了解這個複雜性,有個方法是追蹤那些假設來自撒哈拉且飛越大西洋的極少量沙塵。在這些沙塵的旅途中,以及抵達下一個目的地(它們並沒有終點)時,我們都可以研究它們與周遭環境如何相互影響。





我們由波德利開始,是因為那裡是地球上最為沙塵瀰漫的地方。更廣大的撒哈拉沙漠和鄰近的沙赫爾沙漠,也是沙塵的來源:每年夏天,非洲的沙塵會飛越美國南部和東部的大部份地區,弗羅里達的沙塵有75~80%是這樣來的。當邁阿密下雨時,居民清理車子表面的紅色沙塵,所拭去的是經過了長途旅行、來自非洲的訊息。在巴哈馬群島或弗羅里達群島上漫步,就如同走在非洲的土壤上。





地球每年產生約20億公噸的沙塵,其中一半以上來自非洲的沙漠和旱地。中國產生的沙塵會往夏威夷和北美西部而去,巴塔哥尼亞的沙塵則會飄往南極洲;格陵蘭的沙塵則大多來自亞洲,但是1930年代乾旱導致的美國沙塵暴,似乎也以某種方式前往格陵蘭冰河。





非洲的沙塵大多乘著西風,飛行6400公里越過大西洋。根據估計,每年大約有4000萬公噸的沙塵降落在亞馬遜雨林,其中有一半可能是來自波德利,這些沙塵含有鐵、磷等生命所需的礦物質。





波德利的沙塵在起飛之前,一直在地質「候機室」中。當土壤原本的表層脫離,新的一層便會暴露在空氣中。要使沙塵顆粒離開土壤表面並且開始飛舞,所需要的風速會與地表和氣候的狀態有關,不過一般而言,約是每秒4~12公尺。當沙塵顆粒開始彼此推擠,會使土壤鬆動,較小的顆粒會往上浮動。飄浮在空中的沙塵開始混合在一起,最初是與盤旋在波德利上空的其他顆粒,後來則是與非洲其他地方的沙塵和污染物混合,最後成為飛越大西洋的龐大沙塵的一部份。




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