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2014年6月15日 星期日

由野外常見的鳥看外來物種入侵的的問題





       外來種對環境的衝擊已是大家所熟知的,不僅破壞生態環境,有時還會造成人類經濟損失,著名的例子有紅火蟻、福壽螺、布袋蓮、非洲大蝸牛、巴西龜、松材線蟲等,這些物種引進台灣可能是因為經濟利益,例如,福壽螺或巴西龜,或在不知情狀況進入,如紅火蟻或松材線蟲,但由於非常適應這裡環境,大量繁殖後造成原本生態環境的嚴重破壞。
       近年來,外來鳥種入侵的問題似乎有越來越嚴重的趨勢,像是到處可見的籠中逸鳥"八哥",原是許多人飼養的外來種,但逸逃到野外後,與台灣原生種八哥競爭棲地,造成原生種八哥族群數量大幅度減少,在臺灣本島,已經很難在野外看到其蹤跡,2008年已被列入農委會列入保育類名錄加以保護。
       另一個外來鳥種入侵衝擊生態的例子則是屬於朱鷺亞科的埃及聖鹮 (Threskiornis aethiopica),原產於非洲多國及伊拉克東南方,由於許多動物園喜歡引進展示,世界許多國家如法國、西班牙、荷蘭等歐洲大西洋沿岸國家都可輕易發現其蹤跡。
       在臺灣,1984 年在臺北關渡地區就已經有發現埃及聖鹮的觀測紀錄,數量由個位數穩地成長,根據台大森林環境及資源系的袁孝維教授研究,目前個紀錄已達到數百隻,分布區域已經由原來發現的台北地區擴展至西部沿海的各大溼地,最遠可達台南。由於埃及聖鹮的的棲地與覓食區域,幾乎都與本土鷺科鳥類混群重疊,今天在關渡地區就看到數量頗多的埃及聖鹮,和小白鷺、夜鷺或其他鷺科動物一起出現在河岸濕地覓食。研究也發現,埃及聖鹮還會捕食其他鷺科鳥類的蛋及幼鳥。可見,埃及聖鹮不在只是少數籠中逸鳥,經過30多年來在野外的繁衍,已經進一步變成外來入侵種,開始威脅到臺灣原生的物種了,臺灣外來物種入侵的例子又添一樁。
       由於埃及聖鹮問題已相當嚴重,農委會林務局委託台大森林環境及資源系的袁孝維教授研究牠的入侵模式和移除的方法。袁教授的研究發現,埃及聖鹮對於環境的高適應力的鳥種,能容易的存活於河口泥灘、紅樹林、廢棄漁塭、農田、沼澤地、小型淡水池塘及沼澤樹林等環境,食物則包含昆蟲、甲殼類、軟體動物、魚類、蛙類、鳥類的蛋以及小型的哺乳動物,食性也非常廣泛,由於其適應力強,引入後容易造成環境中原生物種的危害。
       那有甚麼辦法可以降低其對環境的衝擊呢?袁教授的團隊用噴油方式,在蛋上噴玉米油,可有效的抑制孵化率,希望這一個方法可以成功,已降低這個外來強勢鳥種對台灣本土鷺科鳥種,如小白鷺、黃頭鷺、夜鷺等鳥類的傷害。

2014年6月6日 星期五

小白球的科學(二)

在第一部分中,我們討論了高爾夫揮桿的科學原理,接下來,我們將討論焦點放在球本身。你是否覺得好奇,為何球面上會有許多小凹洞?是裝飾還是有其目的呢?15世紀的古羅馬就有類似現代高爾夫的運動,但當時的球表面並沒有小洞,材質也不一樣;19世紀時,實驗發現,表面有傷痕的球,飛行的表現比光滑的球優異許多,因此開始生產有花紋的球,經過時代演變,才成為現在模樣。
大部分的標準球都含有332個凹洞,但每一種球數目並不固定。這些小凹洞並非裝飾,它可以讓飛行距離增加,研究指出,與相同大小但表面平滑的球相比,可增加2倍以上距離。這些小洞究竟有什麼魔力?可以讓球的飛行距離加倍。
要回答這個問題,就要由空氣動力學談起,空氣對高爾夫球的作用力分為兩類,其中一個是與運動方向相反的阻力,另一個則是與運動方向垂直。高爾夫球的阻力要以邊界層理論」來解釋
當空氣流經物體表面時,受到物體的表面摩擦力影響,會產生一層很小的薄膜,稱之為層流邊界層」。空氣相對於物體會作層流運動,使前方產生正壓區,後方因氣流分離而產生負壓,物體前後壓力差就是飛行的阻力來源,這和拿著一把傘頂著風前進類似。當表面摩擦力變大,或是球速很快時,會產生不穩定的亂流,造成邊界層的厚度減小,使得平滑的氣流順著球多往後走一些,而減小氣流停滯區的範圍,連帶使得阻力變小。高爾夫球就是運用這個觀念,在球面做出許多小凹點,使得流過的空氣形成亂流,讓表面的邊界層變薄,降低阻力以增加飛行距離。
高爾夫球面的凹洞數在300~500之間,平均深度約為0.025公分,通常是圓形的,但也有其他形狀,例如,凱樂威公司的HX高爾夫球就是六角形。
飛行過程中,球的旋轉提供了另一個作用力,如果球以逆旋方向行進(如下圖),球下方風速將比上方來得慢,根據白努力原理,將會產生一個升力,反之,則會有升力下降的情形,升力提高有助於增加飛行距離。

高爾夫運用的科學原理相當值得學習,目前提到的僅是一小部分,還有很多值得你進一步探究喔!

小白球的科學(一)

近幾年來,在臺灣高爾夫球好手曾雅妮在LPGA的優異表現,不僅讓臺灣在世界體壇的能見度提高,也在國內颳起一陣小白球旋風,越來越人關注高爾夫球運動。當我們在幫妮妮加油時,如能瞭解其中所運用的原理,不僅可以欣賞世界級的高超球技,也同時充實了科學知識,可使球賽更添樂趣。
高爾夫球是一種『擊準運動』,打球者必須克服自然及人為障礙,將小白球打入遠方果嶺上的小洞,致勝關鍵在於擊球的「準確性與距離」。由於整個過程相當複雜,討論的焦點將集中在球的飛行。
高爾夫球球桿面與球接觸的面積相當小,桿身又長,要精準將球打得又直又遠絕非易事。球受撞擊後,經歷了球桿能量轉移、球起飛軌道、飛行歷程與滾動距離等四個過程。
球受到撞擊後,小白球獲得能量飛出,根據研究,影響飛行要素有1.旋轉,2.發射角度,3.初速,4.空氣動力學。

資料來源:洪欽山,2005,屏東科技大學碩士論文。
高爾夫球速度與選手本身及球桿兩部分因素有關,前者包括手臂長度、擊球的準確性和揮桿速度等因素,後者則與球桿桿身和桿頭重量兩項因素有關。高爾夫球桿有很多種,若以桿頭材質而言,分成木桿與鐵桿兩種,前者是用來擊出遠距離的球,後者則是用來接近目標。在1980年代後,原來以柿木製的木桿頭已經被不銹鋼、甚至是鈦合金取代。
根據研究,發球時,球桿擊中球瞬間,桿頭速度為160 km/hr,透過動量的轉移,球以時速216公里飛出,如果將球桿頭質量加倍,例如,由 200增加至400公克,相同樣條件下,球速將增加為 238 km/hr,即使重量大幅增加1000倍,球速亦僅達238 km/hr,因此,桿頭的質量並非影響球飛行主要因素。
但增加揮桿速度,球速的變化情形如何?如果揮桿的速度增加,讓桿頭的速度提升為兩倍,則球速幾乎也是以兩倍的速度飛出,這也是為何在每一洞開球的時候,選手要以大幅度的方式揮桿,其目的就是為了以提高速度。此外,做為遠距離開球用的1號球桿,比其他球桿來得長,在相同條件下揮桿,球桿頭的速度是最大的,高爾夫球跑的距離因此是最長的。
高爾夫球雖然看似小小一顆,但要打好球卻不容易,運用的科學原理並不少,千萬別「小」看它喔。

從蓮花的自潔現象談奈米

    「奈米」這個名詞出現時間並不長,原來是科技界使用的名詞,對許多人而言已不陌生,甚至是現在熱門名詞。一般人對奈米「只聞其名,不解其意」,只知道是新科技,並沒有真正理解它是什麼?對人類生活帶來哪些影響?
那奈米究竟是什麼呢?人類對大自然充滿了好奇,在探索自然奧秘的過程中不斷突破極限,科技的發展,讓人類得以透過望遠鏡,更清楚看到了浩瀚宇宙的美,也藉由顯微鏡,一窺原本視而不見的細胞、病菌等微小生物,甚至是組成物質的基本單位:原子、分子。要適當的描述這些物質大小,便不能用一般常用的:公尺(又稱為米)或公分,而是它的十億分之一,也就是奈米
事實上,自然界本來就存在著奈米現象,像是有些種類蝴蝶,翅膀鱗片具有奈米級的樹枝狀構造,能反射白光中某一特定波長的光,並會依觀察角度不同而產生變化,因而能展現出繽紛的色彩。第二個例子則是長途旅行的動物,如海龜、候鳥和鮭魚等,雖沒有使用GPS導航,但卻不會迷路。研究發現牠們腦中具有奈米磁粒,能感應地球磁場,像指北針一樣導引動物找到正確方向。第三個例子則是「出污泥而不染」的蓮葉,表面因具有奈米尺寸的纖毛而變得更粗糙,可以降低表面張力,及增加水滴與表面的接觸角,提高了「疏水性」,水滴因而能在葉面上滾動;加上汙染物和葉面的引力很小,很容易被滾動的水滴帶走,因此具有自潔的功能。
隨著科技的發展,人類不僅看到了奈米現象,更進一步將「奈米科技」運用在生活中,製作出奈米等級的材料或藥物。例如,科學家由蓮葉獲得靈感,將疏水性的奈米顆粒加入衣料中,讓衣服跟蓮葉一樣,變得不易沾油或灰塵,達到更耐髒的效果;或是將奈米碳管添加在衣服之中,讓衣服具有抗輻射效果,穿起來更健康;也有人運用銀離子具有抗菌除臭的特性,將奈米級的銀顆粒加入鞋墊或襪子中,可大幅提昇除臭效果。更多的產品如衛浴、家電、化妝品……等,也運用奈米科技來提升效能。

奈米雖不像米一樣可以吃,但對生活帶來新的體驗與衝擊,值得我們深入了解,以下網站值得進一步閱讀:奈米新世界:http://nano.nstm.gov.tw/

2014年6月1日 星期日

      雖說春天開花的植物比較多,像是近年來,許多人在過完農曆年,就開始到處賞櫻,此外,有五月雪之稱的油桐花,在政府的推動下,賞桐花也成為新國民運動。
      時序進入夏天,各種植物像是在進行接力賽,為了傳宗接代而努力,各種花爭奇鬥艷,想盡辦法要吸引動物的注意,為其傳遞花粉。
    近來,許多公園或校園都可見到的植物:軟枝黃蟬,已進入了花的盛開期,黃色的花朵像是熱情的太陽一般,跟路過的人打招呼,讓人不注意都很難。
    雖然軟枝黃蟬屬於夾竹桃科植物,全株具有毒性,尤其受傷後流出白色的乳液毒性最強,還是忍不住鮮艷美麗的黃色花朵吸引,停下好好端詳一番。
    仔細觀察許久,怎麼都看不到他的花蕊?一般而言,像是下面的月桃花,花蕊輕易可見,讓花粉可以輕易的傳播至別朵花,然而,軟枝黃蟬花的內部很乾淨,看不到一根根細長的花蕊,再仔細觀察後,在花冠的最下方,有一個突起物,撥開發現,原來花蕊藏在裡面(如最下圖),外型像是綠色鐘槌的雌蕊,被雄蕊所圍繞。
    花蕊藏的這麼隱密,究竟要怎樣傳播花粉呢?根據台灣大百科的資料,軟枝黃蟬也是蟲媒花,是由螞蟻擔任做傳宗接代的角色,只不過拍攝的當下,沒看到螞蟻的蹤影。軟枝黃蟬不難見到,雖然有毒,但只要不去摸它,並沒有危險,不小心碰到,只要去洗手就沒有什麼危險。下次見到它,除了好好欣賞花的美之外,要仔細端詳到底誰是它的媒人。