天崩地裂的科學預言：天啟末日真會到來？人類有能力阻止或只是無助地等待

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汪中和／中央研究院地球科學研究所兼任研究員

李偉文／牙醫師．作家．環保志工

環境系統崩解，招致巨大災變

自然災難的發生，往往令人措手不及，慘況也超乎想像。然而，許多的巨大災難，都不是某天才突然發生的。

面對地震及火山爆發，人們會藉由過去的紀錄以及設置地震儀等方式，時時刻刻觀察，並透過數據的累積與分析加以預測。

日本全國共設置了超過四千座地震儀，火山周圍也鋪設了高密度的觀測網，並且分析氣體的化學成分來掌握變化。如此便能偵測出火山大噴發的前兆，宣布火山警訊。地震的發生同樣也能預測，海嘯也可透過地震發生的震源與地震的原因、規模，來推測海嘯的大小與抵達陸地的時間。

氣象預報也以數公里為單位實施模組化，並藉由超級電腦處理龐大的氣象資訊，以提升氣象預報的精準度。颱風的發生及動向、規模也能預測，氣候異常也是。但是就現況而言，科學家尚不能保證排除災害的風險，大規模災害下，災情依然慘重。換言之，人們對於災難的預期與預測上的時間精準度，仍是不足夠的。

巨大災難的出現，代表穩定的系統遭到破壞，平衡崩解。若系統在可恢復的範圍內，那麼災難規模也會在我們預期的範圍內，但若是像系統崩解這種天變地異，就會導致巨大災難，且由於並非常態、不會頻繁發生，在預測上也變得非常困難。

透過地質年代來看，除了天變地異導致的環境大幅變動，還有許多事件使世界一夕風雲變色。像在六千五百萬年前，就有一顆直徑十公里的小行星，撞擊在墨西哥的尤加敦半島上，導致恐龍滅絕，留下直徑約一百六十公里的隕石坑。雖然只是假設，但地球環境突如其來的變化，都能透過化石種類的驟變、地層中出現大量的銥、隕石遺跡的磁力異常或重力異常來解釋。

小行星的撞擊與隕石墜落，令大地震盪、凹陷，引發森林大火與海嘯。因衝擊而釋放到大氣中的粉塵覆蓋了天空，破壞生態系，大範圍的植物都死光了，光合作用長期停滯，波及到其他範圍，大氣組成也大幅改變，食物鏈中的底層光合植物與浮游生物滅絕，生態系統、氣候系統都被破壞，招致毀滅性的災難。

一九○八年，一顆直徑只有六十公尺的隕石墜落在西伯利亞，但遭破壞的範圍高達兩千平方公里，衝撞的能量是廣島原子彈的一千倍。

在火星與木星之間的主小行星帶，有超過七十萬顆直徑一公里以上的小行星。其中約一千顆可能會接近地球。雖然命中機率很低，但據說在二○二九年，一顆直徑四百公尺的小行星  很有可能撞擊地球。NASA等機構調查了小行星及隕石的軌道，預測出撞擊的可能性。但詳盡的時刻與撞擊地點尚未推算出來。

巨大的火山爆發與小行星墜落一樣，都會令系統崩解。面對它們所導致的災難，人類可能得花上很長時間災後重建，要不就是毀滅，只能放著不管了。

※銥是地殼中最稀有的元素之一，相較之下，銥在隕石中的含量則高出許多。

※小行星99942，英文Apophis，得名自埃及神話中象徵破壞、黑暗的神祇。二○○四年時，其撞擊地球的估算機率，一度達百分之二點七。後根據長期觀測與計算，可能撞擊年分後推至二○六八到二一○六年，且機率已降低至十一萬到十五萬分之一。二○一五年至今（二○一九年一月），暫無更新的觀測結果。

陷入窒息的「死亡海域」

海洋愈來愈不對勁了，不但漁獲量減少，鯨魚擱淺在岸上的情況也屢見不鮮。

為了調節大氣中的二氧化碳濃度，海洋吸收了約三成的二氧化碳。海洋具有抑制氣溫上升的功能，然而人類生活排放的二氧化碳，似乎已經超過了海洋能吸收的極限。隨著二氧化碳增加，海洋日益酸化。加上海水也會吸收熱能，導致海洋自身暖化，水溫上升，海水膨脹，連帶全球海平面都漲高了。

溶入海水的二氧化碳會化成碳酸氫鹽（HCO3-）與碳酸鹽（CO32-）等離子，其中大半以碳酸氫鹽的形式存於海中。因為二氧化碳溶入水中呈酸性，隨著大氣中的二氧化碳濃度增加，海洋自然跟著酸化。這種酸化會妨礙生物的甲殼、骨骼等碳酸鈣的形成。

許多水生生物一遇到環境pH值改變，便無法生存。在工業革命以前，海水的平均pH值為8.17，但目前已低於8.06。pH值降低，現有生物的碳酸鈣甲殼便無法生成，難以適應環境。

二氧化碳濃度增加，使海水過度飽和，離子無法溶入海中，固體碳酸鈣難以成形。於是生物本身的碳酸鈣也無法生成了。另外像是碳化鈣（CaC2），對浮游生物而言本也是促進繁殖的營養來源。但二氧化碳會分解海水中的碳化鈣，同時吸收氧氣、形成碳酸，導致氧氣匱乏，令浮游生物難以生存。氧氣不足的海域，成了生物無法存活的環境，形成缺氧區（亦即所謂的「死亡海域」）。

與大氣相比，海洋是相對不易變化的環境。一旦海水溫度的分布及洋流改變，長期下來就會對氣候造成影響。預估到了二十一世紀半，這些對海洋生物的影響將愈來愈明顯。海洋將吸收約半數產自化石燃料的二氧化碳，達到其能容納的極限。想減少海洋酸化的影響，只能採取抗暖化對策，控制二氧化碳排放量。否則在全球暖化的影響下，缺氧的死亡海域將持續擴大。

Column宇宙經濟及太空碎片

人類對宇宙的好奇已化為經濟活動，且愈趨發達，目前已有超過四千顆人工衛星環繞著地球。許多創新企業投入宇宙經濟，擴大了通訊衛星、觀測衛星等衛星經濟的商機。十公尺立方的超小型衛星，現在一顆只要一百萬日圓就能打造。美國宇宙創新企業發射衛星後，將火箭的第一節機體回收重複使用，大幅縮減了發射衛星所需的費用。人們希望透過技術革新，將過去一百億日圓的發射費用縮減到十分之一。

宇宙經濟以每年百分之十四的幅度成長（二○一五年的規模為全球五千億新台幣），科學家除了研擬以奈米碳管打造的太空電梯以外，NASA也計畫在月球軌道上架設中繼基地，好實現火星之旅。《地心引力》是一部上映於二○一三、以太空為故事背景的科幻電影。故事描述大量的太空碎片（宇宙垃圾）以高速接近地球，撞擊離地六百公里的太空梭，導致太空梭破損、梭內太空人死亡，一名在太空梭外執行任務的女太空人，被甩到黑暗的宇宙中，歷經在太空中獨自飄浮、太空站即將因破損而墜毀等艱難險阻，最終平安回到地球。這部壯烈的災難求生片，將太空碎片的破壞力，以及在宇宙間生死一瞬的壓迫感，描述得淋漓盡致，告訴觀眾「太空並不是個美夢般的地方」。

現在宇宙中約有四千五百噸的太空碎片，以秒速八公里的速度飛行。只要碎片直徑達十公尺左右，就能將太空梭完全破壞。儘管美國與俄國一直在監控太空碎片，但光是十公尺以上的太空碎片，就足足有九千個環繞著地球。宇宙商機的擴大，也代表人類漸漸暴露在太空碎片的威脅下，危險日漸增加。

環境系統崩解，招致巨大災變

自然災難的發生，往往令人措手不及，慘況也超乎想像。然而，許多的巨大災難，都不是某天才突然發生的。

面對地震及火山爆發，人們會藉由過去的紀錄以及設置地震儀等方式，時時刻刻觀察，並透過數據的累積與分析加以預測。

日本全國共設置了超過四千座地震儀，火山周圍也鋪設了高密度的觀測網，並且分析氣體的化學成分來掌握變化。如此便能偵測出火山大噴發的前兆，宣布火山警訊。地震的發生同樣也能預測，海嘯也可透過地震發生的震源與地震的原因、規模，來推測海嘯的大小與抵達陸地的時間。

氣象預報也以...

二○一一年三月十一日的東日本大地震，是一起天崩地裂的災難。自然現象引發的地震、海嘯等天災，與人為因素導致的福島核災等人禍，連同大地震，令東日本的景色一夕傾覆，帶給人們的生活與經濟前所未有的打擊。過了五年，直至二○一六年，修復工作仍然望不見盡頭。

自然災害會帶來嚴重的後果。在科學發達以前，人們認為這與宗教有關，是「神靈作祟」；直到哥白尼以後，自然災害的原因才隨著科學的發達而逐漸明朗。

我們賴以生存的地球，在宇宙系統間運轉。運轉過程中，不時會遭遇天翻地覆、剝奪無數犧牲者家園的災難，例如火山爆發、地牛翻身、海嘯侵襲、洪水肆虐，以及來自外太空的行星撞擊。地球中心有一顆攝氏五千五百度的超高溫核心，作為動力來源運作著整個地球系統。就如同時鐘藉由齒輪的轉動使指針前進，地球在釋放熱能時的地函對流，便相當於時針移動，大陸漂移相當於分針移動，火山爆發則相當於秒針移動。地球繞著太陽旋轉，釋放到宇宙中的熱能與來自太陽的熱能產生對流，於是氣候產生了，洋流也出現了。

儘管異常災變的發生，會令這套地球系統紊亂、失常，但透過大自然的再生與持續的熱能釋放，地球終究能正常運轉。然而人類的生活與地球系統衝突太大，人們一味發展文明，結果親手釀成了天崩地裂的悲劇，使七十億人口的生活環境惡化。

本書將從何謂自然災害、與地球機制有哪些關聯等基礎的地科知識著手，探討地球熱能的釋放、與地函之間的關係、火山爆發、隕石撞擊等現象，深入淺出地講解板塊構造論，以及正處於地震活躍期的日本，並依循位於宇宙中的地球及地球的活動，從宏觀視野與多方角度，透過科學捕捉「為什麼會出現自然災害」，進而闡釋這顆「活著的地球」。

在四十六億年這漫長的地球歷史中，地球系統曾幾度在運轉時瓦解，導致生態浩劫。系統雖然會恢復，但火山又再度爆發、地牛翻身、海嘯侵襲，嚴重的災難不斷重演，破壞了我們的生活，也促使我們重生。工業革命以後，人類的行為對地球系統而言，又造成了更大的影響。

遺憾的是，儘管科學研究日新月異，但自然災害會在「何時」、「何地」出現，我們仍舊無法準確預測。包括二○一六年四月發生的熊本地震，也未能事先探知。國內外種種自然災害，以及發生在你我身邊的天災，其背後的成因，都與地球系統息息相關。全球暖化導致氣候異常，這些與地球系統相悖的種種人類作為，也都與自然災害有關。

關於地球系統及自然災害，尚有許多未解之謎。若透過本書，能幫助大家以科學角度理解自然災害，那就是筆者的望外之喜了。

感謝日刊工業新聞社的藤井浩先生，賦予這次執筆的機會，也謝謝文案編輯的指導，僅在此致上深深的謝意。

西川有司

二○一一年三月十一日的東日本大地震，是一起天崩地裂的災難。自然現象引發的地震、海嘯等天災，與人為因素導致的福島核災等人禍，連同大地震，令東日本的景色一夕傾覆，帶給人們的生活與經濟前所未有的打擊。過了五年，直至二○一六年，修復工作仍然望不見盡頭。

自然災害會帶來嚴重的後果。在科學發達以前，人們認為這與宗教有關，是「神靈作祟」；直到哥白尼以後，自然災害的原因才隨著科學的發達而逐漸明朗。

我們賴以生存的地球，在宇宙系統間運轉。運轉過程中，不時會遭遇天翻地覆、剝奪無數犧牲者家園的災難，例如火山爆發、地牛...

前言　災變發生前的生存希望

Chapter 1　追尋地球未解之謎，探究人類未來命運
災難，總在人們忘卻時降臨
「地圓說」比「地平說」更早出現？
揭開宇宙的神祕面紗
無重力狀態，地球與太空的界線
微不可察的地球脈動
人類所見，只是一層「蘋果皮」
科學不斷演進，探照無知的闇黑陰影

Chapter 2　精巧卻脆弱的人類生存系統
環境系統崩解，招致巨大災變
何謂「地球系統」？
解剖環境脈絡，破解災難線索
地球是活的！
從「火球」到「地球」
交錯的系統，牽一髮而動全身
「大陸漂移」的關鍵證據

Chapter 3　災變背後，悄然轉動的齒輪
超出臨界點，災難瞬間爆發
飛向宇宙，探測永不止息
熱能，推動地球系統的原動力
大氣循環，依緯度「三分天下」
飛天遁地，生命元素的水平衡
時刻變化卻無法察覺的岩石循環
「三位一體」的永動機
工業革命啟動暖化的宿命
災難悄然逼近？其實有跡可循
〔專欄〕孕育「現代天文學之父」的偏鄉小鎮

Chapter 4　滔天巨浪與恐怖強震的源頭
千年一次的劇震即將到來？
海嘯與地震的連鎖關係
夏威夷島離日本愈來愈近？
「板塊漂移」的幕後推手
地磁逆轉的失序猜想
板塊運動，帶來災難也帶來礦產
三大類型，解析火山活動
〔專欄〕宇宙經濟及太空碎片
〔專欄〕隕石撞擊的現實性
〔專欄〕日本群島的天崩地裂

Chapter 5　碳循環失衡，全球暖化的元凶
崩壞中的「碳循環系統」
地球生命不可或缺的拼圖
壓垮「固碳系統」的化石燃料
陷入窒息的「死亡海域」
全球暖化也能帶來豐饒？
極端天氣肆虐，失效的防災體系
〔專欄〕石油時代，何時才是盡頭？

Chapter 6　災難性噴發，摧毀文明的黑暗洪流
毀滅文明的火山災難
地核「散熱」的四種噴發
火山爆發難預測，為什麼？
地表上全年無休的烈焰活動
地殼變動的過程與恩典
地心到地表，九億年的距離
史上最慘烈的滅絕災難

Chapter 7　天崩地裂，人類有辦法倖存嗎？
資源濫用，打開潘朵拉之盒
劇變迎面而來，大地震僅是開場白
抵觸地球系統的核能發電
人類生活圈的成長極限
找尋與地球共存之道
巨型災變的骨牌效應
如何保住一線生機？
〔專欄〕火山熱能的運用
〔專欄〕海洋異變及海面上升

參考資料

前言　災變發生前的生存希望

Chapter 1　追尋地球未解之謎，探究人類未來命運
災難，總在人們忘卻時降臨
「地圓說」比「地平說」更早出現？
揭開宇宙的神祕面紗
無重力狀態，地球與太空的界線
微不可察的地球脈動
人類所見，只是一層「蘋果皮」
科學不斷演進，探照無知的闇黑陰影

Chapter 2　精巧卻脆弱的人類生存系統
環境系統崩解，招致巨大災變
何謂「地球系統」？
解剖環境脈絡，破解災難線索
地球是活的！
從「火球」到「地球」
交錯的系統，牽一髮而動全身
「大陸漂移」的關鍵證據

Chapter 3　災變背後，悄然...