星期五, 3月 27, 2009

090322 北海岸清水之旅

如何利用大自然的恩賜


去年最新一期的007量子危機中,固然少不了龐德矯健的身手,以及令人驚嘆的大場面調度,但讓我印象深刻的卻不是這兩者,而是編劇在此片中所羅織的壞人組織-量子,以及他們的目標-水。隨著劇情的展開,一般我們都會認為量子組織的目標是在於石油,出人意料之外的,原來他們的目標是水,而且我們也才恍然大悟,控制了水源,就控制了一個國家。你可以幾天不用石油,但卻不能不喝水。住在桃園,對此特別有感觸,因為我不禁想幾年前大停水時的生活不便。

不過,對於今天所造訪的北海岸來說,水的來源不成問題,從大屯山來的許多溪流與地下水,在在都是上天的恩賜,所以即便別的地方缺水,這裡也少見此種問題,問題只在於要如何利用這些水,尤其這些溪流,河短坡急,水一下就流入海了,要怎麼利用呢?由此就可看出先人的生活智慧,以及今人的生活創意。

其實,去年的大屯溪古道之旅,即已初步見識先人如何利用大屯溪的水來幫助大菁泥的製做。其實原理都有些相似,是在上游的地方即先開鑿渠道引水,不待河水流到低位才取水,如此不需多花能量,即可取水。此時,取得的水在渠道中,仍處在高位,只善加規劃渠道系統,僅利用重力即可將水運到所有需水的農田,真的是很聰明的方式呢!

就如下圖拍攝於八連溪的上游端,最上兩圖就是取水渠道的證明,左邊圖中的水泥建築就是取水引道,將部份的水從河中引入渠道,而右邊的碑則明顯告訴我們這是木屐寮上圳的起點(0K+000)。底下四圖則是我們繼續往八連溪的上游上溯一小段,看到中間兩圖,我就會回想起八連溪那沁涼的溪水;左下圖中,伙伴指的那塊大石頭是火山融岩的證明;右下圖則是辮子流道,左方乾涸的溪道,只有在水多的時候才會有水流過。

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也正因為發達的水渠系統,這個地區才會有不少的梯田,也才會有吸引人的梯田美景,就如下圖。最上面兩張就是梯田美景,它不只是美而已,更讓我們看到農人們的勤奮,而左中也是梯田,只是其中遠景是濕的梯田,而近景是乾的梯田,在乾梯田中,就不需有溝渠等結構。而在梯田仰賴的灌溉系統在道路兩旁看的一清二楚,而且還有土地公保佑,如右中的圖即是一座沒有神像的土地公,即使沒有神像,農民是不忘上香,祈求土地公保佑。而最下兩圖即是灌溉渠道,渠道在此分流三個方向,灌溉著不同區域,而土地公就鎮守在三股渠道之中。

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而水的利用不僅如此,我們還到附近的一座農莊,看到農莊主人設置的水力發電機。他們利用管線引來八連溪的溪水,再利用此溪水帶動水車(如下圖中的上兩圖),而水車的轉動又透過齒輪和輪軸等機械裝置來加快轉速(下圖中的下左),從而帶動發動機來發電,只要有水就能發電,也不必跟台電買電了,又是一個利用水的好例子。不僅今人能利用水力,古早的人也懂利用水力,下圖左下的圖就是古早人利用水力的遺跡。柱子上灰色的長條部份,其實就是水道,從上游引來的水藉著架高,一直保持在高位,在此讓其掉落而沖刷水車,而使水車轉動,水車又帶動店裡的磨或杵,即可不費人力的進行搗米等工作,真的是很聰明。

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看看這個區域水的利用,以及人與水之間的互動,也許現在的我們也該好好思考,如何與水相處,如何利用水,尤其在水資源益形珍貴的今日,這真的是一個很大的課題。

最後再送上一張圖給大家欣賞。

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(圖片解說:上兩張是另一個梯田區的美景,右上那一張還隱約看得海喔!下兩張都是田埂上,目前很常見的小花,左邊是半枝蓮,又稱向天盞,而右邊則是圓葉節節菜,又稱水豬母乳)

後記:最近召開的世界水資源論壇在討論一項議題,水資源到底算是人類的基本人權,還是基本需求呢?(新聞見此)雖然會覺得這只是文字遊戲,但這卻是很嚴肅的一個問題。如果只是基本需求,那政府或與水相關的企業在滿足人民水需求的時候,是可以以營利的觀點來提高價格,甚至水資源是可以被視為私人資產的。但如果是基本人權,那麼水資源就應該是公共財,且政府是責任讓每個人都享受到乾淨的水。

可惜的是,最後發表的部長宣言,卻認定水資源屬於人類基本需求,而非基本人權的一部份。我不敢說這是許多跨國企業施加壓力的結果(我不禁想到量子),但的確是頗令人失望的結論。但此份宣言,引發了許多國家(大部份是開發中國家)聯合簽署一份反宣言,認定水資源和衛生環境的獲得屬於基本人權,並承諾將採取一切必要行動來漸次實行此一權利。看來這個議題,還有得討論。惟一能確定的是,在全球天氣益形異常的今日,水是我們不得不正視的一個問題。

星期三, 3月 18, 2009

090315 三磺溪之旅 – 採硫之旅

這次的三磺溪之旅,對學化工(不是化學喔)的我來說,感覺像是一次元素認識之旅。先是藉著對美麗的鏽染紋了解到鐵的發現與應用,接著透過老師指定的資料(淡北海岸的甦醒),以及近距離觀察硫磺嘴及硫磺結晶,對於硫似乎更多了一份認識,而不只是課本上的幾句介紹而已。

這次的旅程主要是探訪三條大屯山系流下且跟硫磺有關的溪-萬里磺溪、金山的磺溪以及龍鳳谷的磺溪。特別是龍鳳谷,就是郁永河當初來台採硫、煉硫的地方。但為什麼郁永河要來台灣採硫,原來是因為福州的火藥庫爆炸,為了彌補損失,決定派人來台灣採硫,郁永河就接下了這個工作。不過,郁永河不僅採硫、煉硫,更以他的筆為此採硫行程做了詳細的記錄(《裨海記遊》),為後人留下了珍貴的資產。

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(圖片說明:龍鳳谷旁所立的「郁永河採硫處」紀念碑)



三句話不離本行,對於《裨海記遊》中所提的煉硫過程,我還滿好奇的,原文記載如下:

煉法:槌碎如粉,日曝極乾,鑊中先入油十余觔,徐入乾土,以大竹為十字架,兩人各持一端攬之;土中硫得油自出,油土相融,又頻頻加土加油,至於滿鑊;約入土八九百觔,油則視土之優劣為多寡。工人時時以鐵鍬取汁,瀝突旁察之,過則添土,不及則增油。油過不及,皆能損硫;土既優,用油適當,一鑊可得淨硫四五百觔,否或一二百觔乃至數十觔。關鍵處雖在油,而工人視火候,似亦有微權也。

也就是將晒乾的硫土倒入鍋中,混以油,加熱後,藉著硫與土的比重不同,比重較輕的硫會浮在上層而可舀出(有點類似分離法中的浮選法),而重點在於油土的比例以及硫土的品質。這個煉製方法和天工開物所列的又有些不同,天工開物的記載及附圖如下:

凡硫磺乃燒石承液而結就……掘取其石,用煤炭餅包裹叢架,外築土作爐。炭與石階載千斤於內,爐上用燒硫舊渣掩蓋,中頂隆起,透一圓孔其中。火力到時,孔內透出黃焰金光。先教陶家(燒製陶器工人)燒一畢盂,其盂當中隆起,邊弦卷成魚袋樣,覆於孔上。石精感受火神,化出黃光飛走,遇盂掩住,不能上飛,則化成液汁,靠著盂底,其液流入弦袋之中,其弦又透小眼流入冷道灰槽小池,則凝結而成硫磺矣。

有點類以焢窰,先堆積煤碳,再於外層以硫土塊堆積,上留有一小孔,小孔上覆以一陶器製的容器。當燃燒中間的煤時,硫會被加熱成蒸氣,遇到陶器則會冷凝成液體,則可收集了。據說有些同學想試試看煉硫,兩種方法都可以考慮考慮。

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不僅如此,天工開物裡面也有提到,硫為純陽質,硝為純陰質,常兩者陰陽交會則可放出巨大能量而產生爆炸,這也就中國所發明火藥的成份:硫磺、木炭及硝石(硝酸鉀),而這種成分的記載最早在唐朝的書藉中即可見到。這種火藥現在稱黑火藥,目前在煙火或爆竹裡所用火藥即為此類,但現在黑火藥也只用在煙火或爆竹裡了,因為成力強大的後起之秀,如無煙火藥、黃色炸藥(三硝基甲苯)已經取代它了。

說了這麼多,還是趕快來看硫磺結晶之美,那可是只能觀賞的一種美,一碰就會破碎消失的美,不過事先說明,照的不是很好,想看真正硫磺結晶之美,要不是去找賊頭要相片,就是再走這一次的行程囉。

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(圖片說明:這是在庚子坪及萬里磺溪所拍攝的。最上兩張是硫磺結晶,右邊那一張還是硫磺嘴,很難得;中間兩張及下左都是在同一個溫泉露頭所拍的,那個湖(小池)呈現一種乳藍色,襯著青山與黑石,真是美極了;而左下那個池,溫度剛好,空間又剛好兩個人,真是現成的情人池;右下則是萬里磺溪與清水溪的交會處,含有硫而呈褐色的萬里磺溪與清澈的清水溪,涇渭分明)

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(圖片說明:這裡則是在四磺坪(死磺坪)的一處硫礦場所拍攝的。最上兩張一樣是硫磺結晶;左下是礦場入口的警告標示,但應該已經沒有在採了,一來這裡是國家公園,二來現的硫都是石化工業的副產物,價廉物美,傳統採硫、煉硫的製程成本太貴已幾乎沒人使用了;右下則是礦場內溫泉取水裝置,應該是天籟或其他民宿的)

從去年的大屯溪古道的大菁嚳,到今年三磺溪的硫磺結晶,劉老師帶我認識了大屯山的不同面貌,更讓人期待下次造訪大屯山。

ps:找到一個網站有裨海記遊的原文,有興趣的可以看看,至少其中找硫磺的一段遊記有被拿來做國文教材喔。 (http://club.xilu.com/wave99/msgview-950484-15999.html)

ps:不想看原文的,推薦網路上有名的tony所寫的三百年前臺灣西部大旅行-讀《裨海紀遊》(上卷)(中卷)(下卷),寫的很不錯又很詳盡

ps 最後一個ps,家中如果有小朋友讀理化,想讓他們更識硫的,可以看這一篇《硫的自述

星期二, 3月 17, 2009

090315 三磺溪之旅 – 意外之喜 鏽染紋

這次與鏽染紋的相遇完全是因為一個美麗的錯誤,感謝司機大哥(還是報路的…)忘了在該下的交流道下車,所以才有了這個多出來的行程。

先來看看這次所拍的鏽染紋吧!



真的很美吧!那種線條,那種花紋,真可說是大自然的傑作,不是任何人工所能模仿的。強烈建議一定要到現場感受那種美,因為照片能傳達的僅是百中之一啊!

其實典型的鏽染紋主要出現在節理的兩側,成因是由於地下水延著節理滲透時,順道將鐵離子帶入,當條件配合時,鐵離子即能沈積而將節理塞滿,亦有另一說法是地下水直接攜帶氧化鐵。又因為氧化鐵較一般砂岩不易被侵蝕,所以在北海岸常可以在岩石上看到由氧化鐵形成的一格一格的紋路,或是在節理的面上有一整片的暗紅色的氧化鐵(如下圖)。

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至於不是在節理面出現的鏽染紋,一般都是因為地下滲入砂岩中所形成的,所以那些線條與紋路都是水的流動所造成的,絕不會兩處一樣的鏽染紋,它的美是獨一無二的。

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(圖片說明:我很喜歡這片紋路,像雲一樣,在極剛之石上有著極柔之紋路,有趣的反差)

除了鏽染紋的形成之外,老師也說明了,正因為這一層氧化鐵的不易被侵蝕,人類從而發現了鐵,鐵器時代才得以展開。聽了這個,我自己也回想,學化工的我雖然背了元素週期表,但對於每個元素是如何被人類發現,從而被應用的問題,幾乎不知道,也從來沒有想過,大概只知道鐳是被居里夫人發現的。老師的說明引起了我的好奇心,比如說人類應用金屬的歷上,為什麼是銅先於鐵呢?

回家找了一下資料,在這裡跟大家分享一下,如果有錯的話,也請指教、更正。

先說說鐵的性質吧。鐵是地殼中含量第四多的元素,而且就像鏽染紋,鐵,或說是氧化鐵可說是到處可見,但鐵器的應用就是比銅的應用晚,這有兩個原因。第一個原因是鐵的活性比銅好,所以鐵比銅更容易氧化,講白話一點,就是鐵比銅更容易生鏽,也正因如此,自然界還能找到純銅礦,但幾乎找不到純鐵礦,大部份是赤鐵礦(氧化鐵),甚至一般專家都認為人類首次應用的鐵應該來自隕石,因為只有經過高溫的隕石才能擁有純鐵。即便如此,如果人類不能開採鐵礦來煉鐵,鐵的應用應開不會這麼早開始,所以氧化鐵的露出應該在人類文明的展開佔有一定的重要性。

第二個原因是鐵的熔點(1535°C)比銅的(1085°C)要高的多,使得鐵較難熔煉,所以也推遲了鐵的應用。不過據考古發現,3000多年前人類就開始煉鐵了。雖然考古無法得知,但我更好奇的是,以前的人是怎麼發現加入碳可以煉鐵的呢?這對學過化學的人雖然是基本常識,但前人是如何發現的呢?不過,這應該是個難解之謎了。