【文嘉棋博士恐龍研究】港大偕研究夥伴研發『激光盜龍』自動無人機系統 利用激光掃射在野外尋找化石、礦物和生物
//科幻電影中經常出現的智能追蹤無人機不再是空談 — 香港大學(港大)參與研發的自動追蹤無人機系統,能在夜間利用激光、掃描尋找化石、礦物和生物(圖一)等目標物。
港大有份研發的激光誘導螢光技術曾多次被應用在古生物研究上,讓化石發出螢光甚至揭示一般情況下看不到的生物軟組織,例如皮膚和軟骨等(註一)。由於激光能夠在極低能量散失的情況下作遠距離投射,所以這技術很適合應用於飛行系統上作探測用途。
這個嶄新的全自動激光掃描飛行系統,由港大地球科學系助理教授(研究)文嘉棋博士(地球及行星科學部古脊椎動物實驗室)和合作夥伴、美國科學發展基金會(Foundation for Scientific Advancement)Thomas G Kaye共同研發。文嘉棋博士表示:「這個被稱作『激光盜龍』的系統,可以在野外有效地偵測暴露在地面上的化石。」
在日間設定好飛行路線後,這系統的原型在美國亞里桑那州和懷俄明州惡劣的地形上進行了首次夜間飛行任務(圖一)。「激光盜龍」利用自身的導航系統快速飛越指定地點,與地面保持四米距離進行地毯式搜索,尋找拇指般大小的螢光物體。每次任務完成後,研究人員便會分析激光掃描片段,尋找目標物所在地的熱點,並在第二天進行詳細搜索(圖二),採集新的化石標本(圖三)。
由於螢光對礦物質的成分差異非常敏感,所以雖然「激光盜龍」的設計用途是尋找化石,它也能尋找其他對螢光有反應的物體,包括礦物(例如研究特殊地質或尋找寶石礦物)、生物(如蝎子、貝類和藍綠菌),甚至古物古蹟。被問到未來的計劃, Thomas Kaye認為:「作為港大太空研究實驗室的成員,文嘉棋博士和我正著手研究將激光誘導螢光技術,應用到探索地球以外的星球的地貌。」//
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【臺大地質團隊研究榮登《Science》雜誌封面焦點】
東沙珊瑚記錄21世紀人類排放氮對遠洋的影響
任昊佳助理教授團隊最新研究成果發表於《Science》雜誌
在科技部和臺大的經費支持下,臺大地質科學系任昊佳助理教授帶領跨國研究團隊在「Science」雜誌上發表研究成果,首次直接證實人類活動排放的氮已經影響到遠洋環境。這項研究首次直接觀測到人為氮排放對遠洋環境的影響,結果顯示化石燃料能源的使用(包括煤炭消耗和車輛排放)所排放的氮可以傳播到遠洋,並立刻為生物所利用。我們向自然環境中排放的氮已經頻繁的造成陸地湖泊、河流以及沿岸海域富營養化,引起藻類及其他浮游生物的迅速繁殖,使水體溶解氧含量下降,造成水中生物的衰亡甚至絕跡,而該研究的結果再次警示我們:人類活動對自然環境造成的影響正在進一步擴大,我們在滿足自己欲望的同時,也正向自然環境和其它生物施加壓力。
海洋氮循環與生物的自然制約
海洋浮游植物與所有生物一樣,需要氮才能生長,雖然空氣的主要成分是氮氣,但是氮氣不能為大多數浮游植物使用,它們只能使用銨、硝酸鹽或有機氮等氮的化學形式。自然界將氮氣轉化為可供浮游植物使用的氮之過程稱為固氮作用,只有少數細菌和藍綠藻可以進行固氮作用,這使得海洋中能為生物利用的氮極其有限,從而抑制了浮游植物的生長。
人類破壞自然界氮循環平衡,可能播及遠洋
從上個世紀以來,人類活動迅速增加了固氮作用的速度。在20世紀初,Fritz Haber和Carl Bosch兩位諾貝爾化學獎得主的研究發現了可以將大氣中的氮氣轉化為生物可利用氮的工業過程,Haber-Bosch反應很快被利用於生產氮肥料。同時,內燃機的使用和其他工業燃燒過程導致氧化氮(NOx)向大氣中大量釋放。由於這些人類活動,每年進入生物圈的固氮量增加了一倍以上,這些固氮大部分都沈降在臨近的陸地上,並引起陸地生態系統的劇烈改變。人類排放的氮也可以經由大氣傳播到更遠的地方,電腦模擬的結果顯示,遠離大陸的海洋也會受到人類活動排放氮的影響,然而,至今沒有直接觀測證據支持這一論點,因為人為造成的固氮會因為海水的混合而稀釋,其影響也可能被海洋中固氮生物的活動抵消。
東沙珊瑚記錄人類對遠洋氮循環的影響
氮有兩個穩定同位素:較輕的N14和較重的N15,人為排放的氮通常比自然環境中的氮含有更多N14,使用氮的穩定同位素分析,任博士及其合作團隊試圖追蹤珊瑚中記錄的人為排放氮的信號。他們從南海北部的東沙環礁內取得珊瑚樣品,並測量珊瑚中所含有機氮的同位素組成。東沙環礁距離最近的陸地有300公里,人為排放的氮只能通過大氣傳輸到這裡,而其半封閉環形珊瑚礁環礁的地理環境使得科學家可以將其作為一個天然的實驗室來追蹤遠洋環境的變化。任博士的研究發現,自上世紀90年代末期開始,珊瑚中所含的較輕的N14同位素訊號迅速增強,其增強時間和趨勢與亞洲化石燃料燃燒(包括煤炭燃燒和車輛廢氣排放)的增加相符,而比電腦模擬結果晚幾十年,其變化的幅度表明,至2010年,人為造成的氮沈降佔該地區表層海洋年輸入氮量的五分之一。
參考閱讀
發表的論文“21st Century Rise in Anthropogenic Nitrogen Deposition on a Remote Coral Reef”出現在2017年5月份的Science雜誌上。
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