出版物 & 研究

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2022

19/04/2022

海洋的氣味和氣候變化

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海洋中的微型藻類不僅會產生獨特的芬芳氣味，這些揮發性分子更會促進大氣內雲的形成，從而影響地球氣候。海水本身沒有什麼氣味，但是海風的確充滿很多來自海中生物的「鮮氣」。海洋漂浮着微小的浮游植物，它們的細胞內有一種稱為「二甲基巰基丙酸」的硫化合物，英文簡稱DMSP。當它們被浮游動物捕食時，浮游植物細胞內的DMSP便會釋放到水中，成為細菌的食物，而在過程中DMSP被分解成更細小的揮發性硫化合物「二甲硫醚」分子（英文簡稱DMS），也就是海風和一些海鮮氣味的主要物質，類似打開紫菜零食包裝時嗅到的香味。有時在海邊嗅到的氣味不一定令人心曠神怡。

海洋中的微型藻類不僅會產生獨特的芬芳氣味，這些揮發性分子更會促進大氣內雲的形成，從而影響地球氣候。

海水本身沒有什麼氣味，但是海風的確充滿很多來自海中生物的「鮮氣」。海洋漂浮着微小的浮游植物，它們的細胞內有一種稱為「二甲基巰基丙酸」的硫化合物，英文簡稱DMSP。當它們被浮游動物捕食時，浮游植物細胞內的DMSP便會釋放到水中，成為細菌的食物，而在過程中DMSP被分解成更細小的揮發性硫化合物「二甲硫醚」分子（英文簡稱DMS），也就是海風和一些海鮮氣味的主要物質，類似打開紫菜零食包裝時嗅到的香味。

有時在海邊嗅到的氣味不一定令人心曠神怡。

由於海洋生物體內的蛋白質被分解時也會產生DMS，所以通常是潮退時分被浪潮沖上岸的海藻和海洋生物的屍體會釋出DMS，或是當水中的微型藻類生長得太活躍，就很有機會嗅到強烈怪怪的氣味。其實不論是清香的紫菜，還是鹹腥的死魚，這些我們在海邊感受到的特殊氣味都與浮游生物有關。很低濃度的DMS一般會給人一種舒服的海洋氣味，但當DMS濃度稍高一點便會令人難受。

海洋的氣味對各種海洋動物都很重要，例如海龜以至鯨鯊，牠們靠探測DMS來追踪獵物，因為DMS的氣味代表著那裏富含小魚視作美食的浮游生物，而小魚又會被大魚吃，浮游植物就這樣支撐着海洋的食物網。除了尋找食物外，海鷗和一些海中動物亦要靠DMS的氣味來判斷歸巢的方向。

除了以上功能，DMS還默默影響著海洋上空雲的形成，從而影響地球的氣候。硫在地球中含量豐富，對生命亦至關重要。而DMS是地球上生物產生得最多的一種有機硫化合物；由於它是一種揮發性氣體，所以會迅速進入大氣，科學家估算每年約有3億噸DMS從海洋中釋放出來。DMS在空氣中進行一連串化學反應，產生二氧化硫和其他硫酸鹽等化合物，並形成直徑小於1微米的氣霧（又稱氣溶膠）。這些氣霧顆粒擔當「造雲粒子」的角色，在大氣中作為凝結核讓水蒸氣凝結並聚集成雲。

天上的雲不僅為大地帶來雨水，它對氣候的影響亦非常巨大。比如，像棉花糖般蓬鬆的白雲因著反照率效應能將陽光反射回太空，有助保持地球表面涼爽。同時，厚雲又會在夜間吸收從地球表面釋放出來的熱量，並反射回地球。換句話說，DMS透過雲的形成，充當地球的恆溫器，防止地球表面過熱或過冷。浮游植物大量繁殖會產生更多的DMS，因而大氣中便有更多的雲。除此之外，浮游植物也可以藉着光合作用，把大氣中的二氧化碳去除，減少大氣中的溫室氣體，亦有助地球降溫。

除了海裏的浮游植物外，陸上的沼澤地和沿海沉積物中的細菌亦會產生DMSP。科學家估計，每1克的鹽沼沉積物中，有多達1億個能夠產生DMSP的細菌。科學界對於硫的「生物地質化學循環」尚未了解得很清楚，透過持續研究DMS如何影響雲的大小和密度，可讓我們了解更多氣候調節的過程。

硫循環涉及細菌和浮游植物的生物途徑

圖：硫循環涉及細菌和浮游植物的生物途徑

SO₄^2-：硫酸根離子

DMSP：二甲基巰基丙酸

DMSO：二甲基亞碸

DMS：二甲硫醚

SO₂：二氧化硫

麥嘉慧，科普作家

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2021

19/11/2021

防災救援新科技: 嗅出生天

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麥嘉慧，科學人狗常被稱作人類最好的朋友。除了作為日夜陪伴的寵物、家門的守護員、獵人或牧人的助手，以及盲人的導航員外，牠更可以在災難現場中擔當搜索被困傷者的重任。在大規模災難發生後，例如在倒塌的建築物或山泥傾瀉的瓦礫下，確定現場是否有人被困並將他們救出，絕對是分秒必爭的任務。但是，由於環境惡劣，空間狹窄，救援人員未必能深入瓦礫，此時搜索犬就可以大展身手！搜索犬可以用牠驚人的嗅覺，探測人體釋放的氣味，幫助尋找並定位被困的人，讓救援人員用安全方法將他們救出。

麥嘉慧，科學人

狗常被稱作人類最好的朋友。除了作為日夜陪伴的寵物、家門的守護員、獵人或牧人的助手，以及盲人的導航員外，牠更可以在災難現場中擔當搜索被困傷者的重任。

在大規模災難發生後，例如在倒塌的建築物或山泥傾瀉的瓦礫下，確定現場是否有人被困並將他們救出，絕對是分秒必爭的任務。但是，由於環境惡劣，空間狹窄，救援人員未必能深入瓦礫，此時搜索犬就可以大展身手！搜索犬可以用牠驚人的嗅覺，探測人體釋放的氣味，幫助尋找並定位被困的人，讓救援人員用安全方法將他們救出。

墨西哥著名搜救犬 Frida

墨西哥著名搜救犬 Frida服役9年間拯救超過50人 (圖片來源: 轉角國際)

訓練有素的搜索犬既忠心又勇敢，可是與救援人員一樣，在執行任務後一段時間，便需要休息。被困者可能受傷，也可能受到壓迫而難以呼吸，因此在瓦礫時間越久，生存的機會便會越低。為了把握黃金救援時間，科學家發明了一個稱為「電子鼻」的儀器，它能夠如搜索犬的鼻子一樣靈敏，分擔搜索犬的工作。

電子鼻由數個微型感應器組成，內部有三塊摻雜矽或鈦的納米構造半導體薄膜，負責檢測代表生命跡象的揮發性化學物質，包括丙酮、氨（俗稱阿摩尼亞）和異戊二烯（isoprene）。儀器內同時有兩個感應器，用來探測二氧化碳和水蒸氣。這些物質會在我們呼吸時，或是從皮膚中釋放出來。歐洲的研究團隊自數年前開始研發這一種電子鼻，邀請志願者模擬被困在狹小空間，並利用電子鼻探測他們釋出的極微量化學物質。確認物質接觸到感應器後便會發生化學反應並產生電子信號，通知使用者。

微型感應器 (圖片來源: New Atlas)

事實上，以往也有類似電子鼻的設備，不過儀器體積龐大，不便救援人員攜帶；加上當時技術還未成熟，能檢測目標化合物的靈敏度低，而製造成本也頗高。最新開發的電子鼻製造成本低廉，且體積輕巧，可以設計成手提裝置，甚至靠無人機攜帶便可到災難現場進行搜索，協助在災場內更隱蔽和危險的角落作探測。新發明將有望進一步幫助救援人員更快速準確地確定受災範圍，適當分配人力和資源作出搶救。

那麼我們「最好的朋友」很快就會失業了嗎？目前來說言之尚早。更多的電子鼻測試和調校仍然在進行，以提高其可靠性，加上在使用上的一些局限（例如讀數不夠穩定，環境中可能出現訊號干擾等）。因此，我們仍要依靠搜索犬的幫忙，而且救援人員的勇氣和專業精神，更是電子鼻無法取代的。

電子鼻相關研究在近年迅速發展，運用相同概念，科學家可以發明各種電子鼻去應付其他工作犬的任務：偵查人口販賣、檢測爆炸品和毒品等，而且有效檢測爆炸品亦有助預防災難發生。此外，樓宇倒塌後的瓦礫堆不時會發生爆炸，所以電子鼻的應用亦將有助減低此類災場環境的危險性。除了搜救生還者，只要稍稍調整電子鼻內的感應晶片，便可以檢測人類屍體散發出的獨特氣體，幫助判斷受災被困的人是否還活著。

對於受災甚至死難者的家屬來說，電子鼻可以幫助提供更準確的被困者資訊，使親屬免於因漫長等待而產生焦慮，縮短因為不確定而帶來的不安，即使最後確認不幸遇難，在某程度上亦能縮短他們的情緒復原時間、盡快渡過哀傷。

麥嘉慧，科學人

Reference:

Sniffing Entrapped Humans with Sensor Arrays

Anal. Chem. 2018, 90, 4940−4945 DOI: 10.1021/acs.analchem.8b00237

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05/11/2021

《日防夜防．災難可防》之中學生『心』度防災自然教育計劃

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24/09/2021

這個「殺手」不太冷

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今年五月，天文台錄得共14個「熱夜」（即最低溫度達到 28 度或以上的晚上），打破1884年開台以來同月最高記錄，而遠至北美及歐洲多國今年亦熱浪頻傳。學術期刊《刺針行星健康 (Lancet Planetary Health)》在今年七月刊登了研究報告，揭示高溫與全球死亡率的關係。研究為同主題和類型研究中，規模最大的一次。研究範圍包括全球43 個國家中750 個地點，透過地區特徵（如當地氣候、社經狀況、人口狀況、基建及公共衛生服務）的發展進行分析，並研究超過13億宗死亡個案。數據顯示在過去20年（2000年 - 2019年），全球與高溫有關的死亡個案共489,075宗，其中單是亞洲就佔224,022宗。本地研究的結果也與上述的方向一致。香港中文大學《未來城市研究所》去年聯同專家，分析2006至2015年的10年數據，以熱夜數字與死亡人數作分析，計算酷熱天氣對死亡風險的影響。研究發現熱夜會增加2.43%死亡風險，而連續出現5天熱夜，更會增加6.66%的死亡風險，當中，女性及長者受影響的程度相對大。

今年五月，天文台錄得共14個「熱夜」（即最低溫度達到 28 度或以上的晚上），打破1884年開台以來同月最高記錄，而遠至北美及歐洲多國今年亦熱浪頻傳。學術期刊《刺針行星健康 (Lancet Planetary Health)》在今年七月刊登了研究報告，揭示高溫與全球死亡率的關係。

研究為同主題和類型研究中，規模最大的一次。研究範圍包括全球43 個國家中750 個地點，透過地區特徵（如當地氣候、社經狀況、人口狀況、基建及公共衛生服務）的發展進行分析，並研究超過13億宗死亡個案。數據顯示在過去20年（2000年 - 2019年），全球與高溫有關的死亡個案共489,075宗，其中單是亞洲就佔224,022宗。

本地研究的結果也與上述的方向一致。香港中文大學《未來城市研究所》去年聯同專家，分析2006至2015年的10年數據，以熱夜數字與死亡人數作分析，計算酷熱天氣對死亡風險的影響。研究發現熱夜會增加2.43%死亡風險，而連續出現5天熱夜，更會增加6.66%的死亡風險，當中，女性及長者受影響的程度相對大。

熱浪: 死亡谷

美國死亡谷 (圖片來源: Guardian News)

不同數據都顯示，過度炎熱的天氣對我們身體會有負面影響，屬災難風險的一種。可是，由於出現不良徵狀的時間相對緩慢，亦難以肉眼察覺其直接關聯，所以經常被公眾忽略。例如，英國一項研究顯示，由於中暑的徵狀（如疲倦、抽筯及混亂等），與其他病症引致的徵狀類似，所以長者很多時都會忽略了這些徵狀可能與中暑有關，因而延誤了應對相關健康風險的時機。

故此，不同國家和地區都已經、或考慮使用各種警告系統，提醒市民做好應對炎熱天氣的準備:

暑熱壓力指數: 早於1950年代，美軍已開始使用「暑熱壓力指數」來確保士兵的安全。指數反映溫度的綜合指標，除了溫度外，還會考慮濕度和其他環境條件。當指數達到29°C，未適應操練的士兵就會停止練習；倘若指數達32°C，美軍會發出紅色警戒，並停止所有激烈操練，規定休息時間和適度補充水份。

為熱浪命名: 與為颱風命名類同，雅典及美國的佛羅里達州正考慮為熱浪命名，並按嚴重程度分等級，讓市民提高警覺。

溫度感應器: 美國北卡羅萊納州的研究所，正研究如何更有效追蹤人體體溫。收集到的數據會連接到個人電子健康記錄內，以便監測人們在高溫情況下的健康狀況。

而在香港，天文台亦就炎熱天氣制定各種提示和警告：

熱夜: 全日最低溫度在 28°C 或以上

香港暑熱指數:與美軍的「暑熱壓力指數」相若，主要綜合反映溫度、濕度、風速及太陽照射的影響。一般當指數在30或以上，市民便應採取適當的防暑措施。

酷熱天氣警告: 天文台綜觀大氣環境，考慮各區天氣情況，亦參考「暑熱壓力指數」，當氣溫達到33°C，就會發出酷熱天氣警告。近年天文台夥拍長者安居協會、衞生署及勞工處，透過多元合作及科學分析，逐步提升酷熱天氣警告服務和其他注意事項，以更切合長者及慢性病患者的健康需要。

炎熱天氣特別提示: 若天氣條件未達發出酷熱天氣警告的水平，但有可能增加中暑或熱衰竭的風險時，天文台就會發出炎熱天氣特別提示。

天文台熱夜

天文台Facebook貼圖

炎熱天氣勢必越來越頻繁，過往不同的調查結果都顯示，弱勢群體（例如基層家庭、老人、兒童等）在極端天氣下受到的影響，分外深遠。其中，關注基層住屋聯席在7月份發佈了最新的《炎熱天氣對劏房及天台屋租戶生活影響》調查，訪問了不適切住屋人士（包括居於天台、大廈頂樓、單位內無通風窗戶的劏房、寮屋或鐵皮屋等），發現有逾四成住戶的室內平均氣溫達 30 度或以上，九成住戶水電費在炎熱天氣下開支增加，炎熱天氣更增加居民患病的機會。

從防災的角度來說，為炎熱天氣作預警和通報固然重要，但政府及相關團體亦需從民生和其他政策層面作出考慮，減低相關影響，例如：

城市及建築物設計方面:考慮更多通風、綠化及隔熱等城市及房屋設計元素

公眾教育及公共衛生層面：提升公眾對炎熱天氣與健康之間關係的認識，增進預防中暑的警覺性

對弱熱群體的支援: 支援基層家庭改善其經濟及基本住屋條件，並在社區設立機制，照顧和支援居家的長者及長期病患人士等

香港賽馬會災難防護應變教研中心亦設立一站式防災資訊網站，當中的識者生存酷熱天氣篇提供了一些應對炎熱天氣的建議，讓大家輕鬆掌握防災小貼士，歡迎瀏覽。

識者生存: 酷熱天氣篇

識者生存酷熱天氣篇

延伸閱讀: 「熱浪」的定義和成因

「熱浪」(Heatwave) 是世界上通用的一個天氣術語，它普遍指天氣在某一段時間內持續保持異於平常的高溫，亦有可能伴隨很高的空氣濕度。按世界氣象組織 (World Meteorological Organization)的定義，每日最高溫度較1961至1990年間的平均氣溫高出5°C，並且持續超過五日，就算是「熱浪」。由於對一個較熱氣候的地區來說是正常的溫度，對另一個通常處於較冷氣候的地區來說可能是熱浪，因此「熱浪」的定義會因應不同地區的氣候特徵而定，國際上沒有統一的熱浪標準。

「熱浪」的出現是由熱蓋(Heat Dome)所造成，其成因如下圖。

熱蓋成因示意圖 (圖片來源：BBC)