科學人／深入北極！臺科學家揭極地研究故事 冰川下意外發現「臺灣杉」
破冰前行：前往北冰洋進行研究，經常需要仰賴破冰船才能抵達研究地點。圖／錢樺提供
時間是2024年5月，挪威的斯瓦爾巴羣島（Svalbard）依舊嚴寒。在這塊冰封的土地上，一幢聳立的建築入口前，有羣來自臺灣的科學家，要把臺灣的170種小米種原送入斯瓦爾巴全球種子庫（Svalbard Global Seed Vault）中，爲地球保留珍貴的糧食作物基因多樣性。
臺灣極地科學團隊由中央大學、臺灣海洋大學、農業部農業試驗所國家作物種原中心所組成。這次協助串連入庫計劃、收集種原的清華大學生命科學系教授暨辜嚴倬雲植物保種中心執行長李家維指出，這項計劃不只留存更能適應乾旱、因應氣候變遷的作物基因，也代表臺灣參與地球永續行動所付出的努力。而對團隊成員、中央大學臺灣極地研究中心副主任錢樺來說，護送臺灣小米種原入庫僅是在北極的任務之一。
這不是臺灣的科學家第一次長征北極。從2019年開始，中央大學已數次和波蘭哥白尼大學（Nicolaus Copernicus University）合作，在北極圈裡展開研究。不過北極距離臺灣如此遙遠，爲什麼他們要花費心力研究北極，又會對臺灣帶來什麼影響呢？
研究暖化的前哨站
從臺灣一路往北，跨越北緯66.34度線便能抵達地理上界定的北極圈。北冰洋（Artic Ocean）佔北極圈的大部份，面積約爲1405萬平方公里。陸地主要分佈在極圈的邊緣，包圍北冰洋形成巨大的海盆。北冰洋海面長年覆蓋大量厚實的海冰，隨着季節改變面積大小，冬季結冰、夏季融冰，最中央的海冰甚至已存在長達300萬年。
北極不只是地理上的標誌性，北冰洋的溫度、鹽度較低，帶動洋流系統，讓整個地球的能量得以循環。在科學家的預測模型中，北極融冰導致海水鹽度降低，將使全球洋流面臨崩潰的臨界點。錢樺說明：「近20年來氣候變遷對極區帶來的變化，是其他地區的4~7倍。」隨着全球暖化加劇，與整個地球系統緊密連動的極區也因此成爲研究的前哨據點。
計算波浪：用電腦模擬浮標在海水中的運動情形。圖／擷自科學人雜誌
然而，在北極從事研究並不容易，缺乏陸地且充滿海冰的環境是一大挑戰。對此，常用的做法是把研究船開到海上，讓船凍結在巨大冰層中隨着海流漂盪。如此在海冰上建立基地，再用儀器觀測北極的氣候，或在冰上鑽洞探測冰面下海水的數據，建立北極的科學研究系統。這種研究方式雖然能夠獲得長期及大量的觀測數據，但也因爲無法自由移動，需要仰賴直升機或其他補給方式，而導致成本相當高昂。在極圈附近的陸地、島嶼設立研究基地，是退而求其次的方法。
哥白尼大學長期研究極地，從1975年開始在斯瓦爾巴羣島上建立自己的極地研究站，有豐富的冰川水文學領域研究成果。中央大學與哥白尼大學長期進行學術交流，2019年，中央大學地球科學院的教授羣提起，何不與哥白尼大學極地研究團隊合作，發揮臺灣深厚的地球科學觀測技術，拓展科學研究的範疇？這項合作終於帶來一次新的機會，讓臺灣科學家踏入全新的世界。
在極地該研究什麼？
2021年，臺灣科學家組成第一支北極探險隊，踏上斯瓦爾巴羣島上的北極科學研究重鎮朗伊爾（Longyearbyen），以進行北極實地探查。之後數年，中央大學每年夏季都會派遣一組科學團隊，號召有興趣參與研究的教授到極圈內探索。隨着對北極有更多的認識，這支團隊也逐步加深、加廣研究領域。2023年，中央大學正式成立「臺灣極地研究中心」，希望轉換臺灣在極圈研究領域中的角色：不只是擔任研究者，也能提供研究資料給極地科學社羣，成爲社羣裡共享資訊與合作的推動者。
在摸索極地研究的路上，這羣臺灣的北極先鋒並非一開始就非常確定自己的研究方向。錢樺表示，大家在臺灣都是做與臺灣有關的本地研究，例如自己原本在臺灣研究颱風，「但北極哪有颱風啊？」因此，參與計劃的研究者也只能帶着自己的專業，在北極實地探測的過程中，尋找有趣並有可能拓展的研究方向。
臺灣的研究背景與過往北極的研究歷史脈絡不盡相同，恰好能爲極地研究帶來新的發現。舉例而言，臺灣擁有先進的地震觀測技術，2021年北極探險隊第一次出發時，中央大學地球科學系教授郭陳澔與助理教授張文和便在極地研究站附近布放了40顆地震儀，偵測冰川斷裂時造成的震動。隨着暖化幅度增加，冰川融化、斷裂的頻率也大幅提高。這項偵測技術爲北極帶來冰川水文新的切入角度，提供了與過往研究互補的珍貴資料。
出乎意料的臺灣故事
臺灣極地研究團隊也爲北極地質歷史觀測帶來新的進展。斯瓦爾巴羣島是板塊移動速度最快的島嶼之一，地質活動十分活躍，從盤古大陸移動到目前位置的過程中，地質構造內累積了豐富的化石資料，由於埋藏在冰河之下，過去沒有人能夠接觸到。然而，近年暖化導致的永凍層融化，使得表土裸露出來，讓這些化石第一次有機會展露在人類面前。這些斷層露頭描繪的地球歷史中，甚至可以找到臺灣的故事，例如研究團隊在冰川下的化石中，發現了「臺灣杉」（Taiwania cryptomerioides ）。
李家維說明，臺灣杉是東亞最高的樹種，目前僅零星分佈在臺灣中、高海拔山區以及中國西南部山區。臺灣杉這個物種在地球的歷史中，曾經分佈在哪些地方，仍需要進一步研究調查。李家維說：「如果有機會的話，我很想再回到那個埋藏有臺灣杉的地層，研究這個特殊的物種的傳播路徑。」
除了地質的探測外，錢樺也從洋流的角度探討北極地區暖化對於地球循環帶來的影響。他表示，談及氣候變遷時，一定會提到大西洋經向翻轉環流（Atlantic meridional overturning circulation, AMOC）。AMOC是全球性的海洋環流，輸送熱能與氧氣，維持地球的循環平衡。越來越多研究指出AMOC的流速正在減緩，科學家預估在2025~2095年間，地球有95%機率會面臨AMOC的崩潰，對生態環境帶來巨大的衝擊。上一次AMOC崩潰的時間點，主流說法是在2億5000萬年前，也就是發生在二疊紀晚期的大滅絕。因此如何觀測並預測AMOC的變化，是如今氣候觀測的一大重點。
不同於傳統的衛星觀測方式，錢樺在斯瓦爾巴羣島附近布放了觀測浮標，讓浮標隨着大西洋暖流移動。藉由觀測輸送過程中浮標陣列的變化，持續監測海流的特性與變化。錢樺指出，浮標觀測到海流中小型的渦旋可能與AMOC的形成有關，這是過往因衛星解析度不足而無法觀測到的。這項研究發表在歐洲地球科學聯盟大會（European Geosciences Union）中，與另一組德國研究團隊在研究船上觀測到的現象相互呼應，錢樺與德國團隊也預計進一步合作，揭露環流循環的秘密。
這些研究成果證明了臺灣科學家即使較晚起步，仍能找到獨特的切入角度。雖然研究經費不如其他極地研究大國般充裕、無法把研究船開到最靠近北極點的地區研究，臺灣本土的研究經驗也補足極地研究過往相對缺乏的一角：較重視海洋、相對缺乏陸地與沿岸的研究。
環流翻轉處：斯瓦爾巴羣島位於挪威與北極點之間，是北極圈研究的重要基地，有多國的科學團隊進駐。流經其西部的西斯匹次卑爾根洋流（WSC，紅色箭頭）與東格陵蘭洋流（EGC，藍色箭頭）是研究大西洋經向翻轉環流的重要節點。圖擷自科學人雜誌
擴大臺灣的影響力
不過，中央大學極地研究計劃還有更大的野心，希望藉由極地研究擴大臺灣對國際社會的影響力。2024年5月把小米種原放進全球種子庫中，也是這項計劃的一環。李家維表示，未來幾年內，希望還能夠收集更多小米品系送往北極，讓更多國家有機會研究臺灣小米，「同時也展現了我們臺灣原住民文化的多樣性。」
無論是捐贈種原到世界種子庫，或是在斯瓦爾巴羣島建立自己的研究站，都是讓臺灣的影響力邁出國際的重要方式。中央大學大氣科學系教授王聖翔2023年時第一次參與極地研究計劃，他興奮地提到，斯瓦爾巴是北極的研究重鎮，「抵達朗伊爾時，我發現除了遊客，那裡只剩下科學家，幾乎不見當地的居民。」當地的公共空間，不分酒吧或餐廳，都是科學家彼此交流的基地。王聖翔期待：「能夠進一步參與那裡的科學研究社羣，相信也會爲我們的研究帶來更多新觀點。」這幾年間，中央大學極地研究團隊紮實的研究成果，讓他們在當地的科學社羣中逐漸成爲資訊提供者，進而做出更多貢獻。
極地方舟：2024年5月，臺灣極地科學團隊把臺灣小米種原送至全球種子庫保存，照片前排左三橘衣者爲辜嚴倬雲植物保種中心執行長李家維、右二藍衣者爲臺灣極地研究中心副主任錢樺。圖／錢樺提供
多元的拓展觸角，也讓極地研究計劃成功跨出學術圈。在這次捐贈種原到世界種子庫的旅途中，李家維發揮他善於說故事的功力，引薦長期關注環保議題的點將家董事長陳景鬆認識極地研究，資助極地研究中心，讓中央大學在北極能夠進行更完整的海陸交界研究。李家維提到，科學家如果只埋頭苦幹是不夠的，「科學研究中有許多精采的內容，把它們說給大衆聽也是重要的工作。」這些故事將會成爲指引的路標，引領好奇的人們前來，串連更多不同的可能性。
這些故事也值得讓全體公民聽見。錢樺補充，隨着暖化導致北冰洋夏季融冰比例上升，北海航道的開通迫在眉睫，牽引國際情勢變動。他認爲，要讓臺灣在瞬息萬變的國際局勢中獲得盟友，應該投注更多資源到人類共同福祉之上，面對人類整體未來的挑戰，例如極地、外太空、公海與深海等區域的研究。在這當中，全球暖化更是未來十年中最嚴峻的挑戰之一。透過研究這些面向，科學家也能讓世界各國對臺灣投以更多關注，甚至爲臺灣發聲。
這些都必須投注長期和跨世代的心力，錢樺相信，在關注科學研究之時，給下一代的教育也同等重要。2023年的極地研究計劃邀請了數名高中地球科學教師一同前往，把所見所聞帶回來給更多的學生。2024年8月，他們也與公共電視臺「下課花路米」合作，帶領一羣國中、小學生去到北極，看看科學的精采發展。
期待這趟旅程會在他們心中播下種子，隨着時間發芽茁壯。臺灣的研究旅程也會隨着這些人們與故事，逐步遠航、傳遍全世界。
北冰洋上漂動的國旗
隨波逐流：浮標在北冰洋上隨着洋流漂動，提供了更細部的洋流流動資料。圖／錢樺提供
中央大學臺灣極地研究中心在北極海流研究中使用的浮標，原爲研究颱風時海洋與大氣的交互作用而生。錢樺說明，因爲浮標要放到太平洋上，必須能夠承受颱風中惡劣的海況，並即時以衛星傳送觀測資料。然而，在這個浮標製作完成後的幾年間，始終沒有颱風造訪臺灣，反倒因爲極地研究計劃，得以在北冰洋上展現。
浮標內的偵測技術本身並不複雜，但這項計劃的做法與過往的探測方式不同：過去通常是單一浮標單點測量，極地研究則是以「組」爲單位的多顆浮標，整合多組資料，觀測洋流中更爲複雜且細緻的海流變化，並推算大氣與海洋的熱量通量。
準備工作：錢樺的洋流研究使用一組多顆浮標，以浮標陣列變化計算洋流流動方式。圖／錢樺提供
圖／錢樺提供
延伸閱讀
（本文出自2025.01.01《科學人》網站，未經同意禁止轉載。）