探測「內太空」——海洋研究在台灣

我們生存其上的這個行星叫做「地球」。在研究海洋的人看來，地球表面十分之七被海水覆蓋，只有十分之三是陸地，其實該叫「水球」。

這不僅僅是在玩弄文字遊戲，海洋對環境、生物的重大影響，的確值得地球為之改名。也許從觀察其他行星，我們會更明白它對「地」球的獨特貢獻——通常在判斷別的星球上有沒有生物時，所依據的標準就是那兒有沒有大氣和水。

圖2.：多目標研究船「海研一號」，正在藍天碧海的台灣南部海域作業。（張良綱）

海洋是生命的根源

地球上飽含水分和養分的海洋，不但孕育了三葉蟲（現有最古老的生物化石）；而且很可能是所有生命的源頭。要經過漫長的演化，才逐漸有生物上岸，以陸地為家鄉。

對於地球能維持大致溫和的氣候，海洋厥功甚偉。滋潤大地的雨、霧、雪，最大的來源是海面豐富的水氣；海洋又以龐大的體積，在氣溫高時蓄積能量，氣溫低時放出熱能，使全球的氣溫保持相當平衡。

世居陸地的人類，雖然很早以前便會航海、捕魚，但對於海洋的瞭解只是代代相傳的片段經驗。一直要到十九世紀，在殖民主義擴張領土的背景下，海洋才成為人類新的探索對象。

一八七二年，英國海軍和皇家學會支助「挑戰者號」從事環球海洋研究。這艘船在三年半的航程中，蒐集了各式各樣的資料，從海水樣本、海底沉積物、海中動物到海面溫度、鹽度、海流路線等，所有的記載最後輯成五十大冊，動員了七十六人，花了二十三年才整理完成。

圖1.：用鋼纜把採水瓶送入深海。（張良綱）

「內太空」科技

廿世紀初，鑽探海底油氣的嘗試，在美國加州外海第一次獲得成功，開發海洋資源頓時躋身熱門科技。有人因此把海洋比做「內太空」。不只是因為研究海洋和研究外太空一樣，都需要許多不同學科的知識，必須大量吸收各類專門人才；也因為海洋雖然近在眼前，許多部分卻像太空般遙不可及，探測工具往往得耗鉅資，包括船舶、儀器、設備維護等等。

所以當今在海洋研究領域執牛耳的，自不免是那些自然科學基礎穩固、國力強盛的西方科技先進國家。

國內鑑於臺灣的海島地形，不論經濟、國防、環境方面，海洋和我們的關係都極密切，民國五十七年在臺灣大學成立了海洋研究所，次年又將海軍艦艇「九連號」由救難船改裝為研究船，撥交臺大使用，正式揭開研究海洋的序幕。

十多年來，臺大和其他學校，如海洋學院、文化大學的相關係所，一方面培育人才，另一方面負起研究的責任，從零開始，點點滴滴地對臺灣附近海域進行研究，逐漸累積了一些成果。五年前成立的中山大學目前也設有海洋生物研究所和海洋資源系，更打算在八十學年度從理學院獨立出來，擴充為三系三所的海洋學院。

圖2.：船上電子儀器室中，架設了各種裝備。右下角是魚探機的螢幕。綠色的波紋代表從海水中傳回的雜訊；若有粉紅色的波紋，則代表收到強而穩定的訊號，可能是魚群。（張良綱）

海洋開發單位亦佔一席

此外國內還有不少偏重應用、技術研究的海洋開發單位。

其中以臺灣省水產試驗所規模最大，總所之下有七個分所、五艘漁業研究船。最小的一艘只有廿六噸，最大的海功號有七百餘噸。水試所的研究偏重在漁業資源、養殖、加工等經濟層面。

其他如：中油公司的海域探勘處以油礦資源的開闢為主，海軍的海洋測量局以製圖為重，臺中港建港時成立的港灣技術研究所著重在海洋工程方面的探討。

但整個來說，仍以散佈在各學校和中央研究院地球科學、動物、化學研究所的學者，為研究海洋科學的中堅。

最令海洋研究學者振奮的，大概是前年起造，今年一月底回到國內的「海研一號」研究船。

這艘新研究船花了國科會六百廿萬元美金。國科會副主任委員王紀五帶領九位教授到挪威卑爾根的造船廠接船，好幾位教授在參觀時忍不住讚嘆：「Love Boat!」

圖1.：在一望無際的大海中航行，偶而有迷途的鴿子飛來作伴。

愛之船「海研一號」

「海研一號」的基本船型屬於遠洋拖網漁船，排水量一千零二十噸，全長五十公尺，寬十．三公尺，並不算大，更沒有客輪的豪華設備。但是在這些上過「九連號」的教授眼裡，比起船齡已逾四十，原始設計不是為研究用的「九連號」，這艘完全為海上研究而設計的船，裝備新、空間利用佳、操縱靈活，真是越看越可愛。

由性質來分，海洋科學屬於基礎科學的範圍。雖然有個「海洋」的頭銜冠在研究計畫的名稱上，似乎探討的是個有形的實體，感覺起來實際應用的意味較濃。但是隨便翻幾份臺大海研所研究報告，映入眼簾的是「海洋沉積物中之原始烷與植物烷」、「臺灣宜蘭平原沿海的地磁走向」、「蘇澳海域之海流特性」……，可知海洋研究實用性不一定比其他自然科學來得高。

實用性既然不高，政府安排經費，一向又以經濟、科「技」為優先考慮，為什麼國科會竟然肯撥兩億五千萬元新臺幣，購買一艘不「實」用的研究船？據保守估計，買來之後，每個海上工作天的支出，至少要十一萬元。

圖2.：「多頻道震測儀」和「岩心採樣器」的功能圖解。左邊照片裏，畫上人臉的氣球下面繫著空氣槍，可標識位置。圖2.：「多頻道震測儀」和「岩心採樣器」的功能圖解。左邊照片裏，畫上人臉的氣球下面繫著空氣槍，可標識位置。（張良綱）

海研先鋒，以實力換來重視

臺大海研所教授陳汝勤說：「海洋研究所一年經費大約新臺幣四千萬，國外類似機構有的是我們的五十倍，相當於工業研究院一年廿億元的經費；然而如果和國內其他基礎科學放在一起，例如：數、理、化、生物、大氣等，海洋算是頗受重視的了。」

海研所第一屆畢業生、現在是臺大教授兼海洋物理組主任的范光龍說：「早期能夠申請到研究經費的，都是應用性的計畫。想做一些『沒有實用價值』，但是自己感興趣的題目，就要靠建教合作計畫中添購的儀器，另外再想辦法東拼西湊，把開支彌補過來，才能做成。」

范光龍說，「國科會所持的態度是只肯錦上添花，不肯雪中送炭。他們要看到好的研究成果，下次才會撥較多的研究經費。」「不過，若要鼓勵好好做研究的人，這其實是正確的做法。」他又說。

國內的海洋研究好不容易度過了開始的「織錦」階段，漸有「花朵」一枝枝添加上去。臺大海研所所長楊榮宗說：「我們目前的研究是基礎和應用並重。」而籌畫了五年的申購新研究船，也在國科會副主委王紀五的支持下，成為事實。

海洋科學雖是一門科際整合的學問，往往在探討一個問題時，要牽涉好幾個學科；然而研究海洋的人仍然有自己的專長，通常這一門大學問可大致區分為四類：物理、化學、地質、生物。

圖：施放大型浮游生物網的情形。（蔡敬弘提供）（蔡敬弘提供）

海洋物理研究海水的運動

所有進出港口的船隻都明白潮汐的重要，它們有一個漲、落潮的時刻表，據以選擇水位高的時候進港或離港。潮汐或其他跟海水運動有關的，如海流、海水的密度、溫度等，都是海洋物理的研究對象。

臺灣附近有一些現象特別吸引海洋物理學者，其一是流經東邊的暖流黑潮。黑潮發源於菲律賓東方，往北一直流到日本附近，由於它從南北上，溫度比周圍其他海水高，所以不但影響流經沿岸陸地的氣候，甚至挾帶暖而濕的空氣同行，一路製造「事端」，常讓氣象預測人員感到頭痛。

研究人員好奇的是，它始終沿著差不多的路徑流動，這是那些力量互相作用而形成的？有時候它彎彎曲曲地流，這種「蛇形運動」能不能預測？相關的問題還包括水溫不同，群集的生物和附近有什麼差別；流速和範圍對船隻航行的影響等等。

海洋化學研究海水的化學成分。海水含有多種稀有金屬，有些已經能夠做商業性提煉，如鎂和溴。據說，如果將所有海水中的金屬成分抽出，足可平鋪地球表面達五十公尺高。

圖1.：用浮游生物網撈上來的三隻透明小水母，實際身長只有一到一．五公分。（張良綱）

海洋化學與汙染

化學成分當然不只金屬一項，還有溶解在海水中的氣體，各種可做為浮游植物養分的有機、無機鹽類……。有時候，從海水成分的不同，可以推知生存其中的浮游生物種類也不相同。陸上工廠廢水排到海裡，更會造成海水成分的改變和生物群相的轉變。

臺大海研所教授、中研院化學研究所研究員洪楚璋說，人類汙染海域的主要四種物質是重金屬、農藥、放射性物質和碳氫化合物。雖然這些汙染物在海水中遭到稀釋，以致含量極微，但是植物性浮游生物仰賴海水中化學成分生存，連帶吸收了汙染物質，而且累積在體內，可以達到海水中原來濃度的六萬倍。

動物性浮游生物以植物為食，海中大型動物再以動物性浮游生物為食，毒物一再累積，數量和濃度有增無減，最後若進入人類口腹，恐怕就要造成中毒事件了。

因此化學學者往往和研究生物的人合作，進行海洋環境汙染方面的調查研究。

在這方面，貝類是很好的指示環境狀況的動物。游魚活動範圍大，很難定出其生存空間。貝類則是底棲性動物，移動的幅度有限，可以適當反應某地區的環境。臺灣西部養殖的貝類，正好可以和野生的種類合起來提供更多資料。

海洋地質學者的興趣在於海底的構造及構成物質。在理論上，可以探討地球歷史，應用上，則可開發海洋礦產。

前者又是地球物理的研究範圍。目前地球物理學者已在海洋中找到證據，支持「板塊構造說」。

圖2.：沈積在海底的矽藻化石，在電子顯微鏡下顯得晶瑩可愛。這是原物的五百倍放大圖。（陳民本提供。（張良綱）

海底藏著地球歷史

他們發現大洋中，藏在深海下面有一座綿延不斷的山脈。這座山始終在成長：地底的岩漿向上冒，遇到冰冷的深層海水馬上凝結起來。它成長的結果是把山脈兩邊往外推，以太平洋為例，這條南北走向的「中洋脊」，一面往東推展，擠壓南美洲，一面往西擴張，擠壓歐亞大陸。臺灣就位於歐亞板塊和菲律賓板塊（太平洋板塊的一部分）交界處，很可能和日本、琉球群島一樣，是由於兩個板塊邊緣摩擦而隆起的島弧。

尤其耐人尋思的是，臺灣地區附近板塊實際包含的區域和運動方向，到今天還沒有定論。因為此處情況複雜，不斷有新的證據出現，推翻先前的假說，所以吸引不少國內外的學者研究，想提出最好的解釋。

另一頗具吸引力的地質現象是，臺灣海峽和臺灣的西北方是一片平緩的大陸棚海域，海底堆積了厚達兩公里的沉積物。其中包含從陸上沖刷下來的大量養分，富含有機物，不論現在或過去，生物繁衍的條件都很優良。因此沈積物裏擁有許多生物化石，海底極可能有石油蘊藏。若利用儀器探知地層岩石構造，即可選擇適當地點鑽井探勘油氣。中油從民國五十七年開始，陸續試鑿的井已超過六十口，有些發現有油、氣，但尚未做經濟開採。

海洋生物可說是海洋研究當中，最有趣的一門。諸如海底壯觀的珊瑚、奇特的生物行為、長相怪異的海中動物，在介紹大自然的電視影集中早以奇聞異事的姿態露面，讓觀眾嘆為觀止。

圖3.4.：採得的海水樣本，帶回實驗室進一步分析其化學成分。

海洋生物賞心悅目

海洋生物研究者同樣可以看到賞心悅目的「鏡」頭。顯微鏡底下，肉眼看不見的植物性浮游生物一一現身，這種種幾何形狀的單、多細胞藻類，構成海中食物鍊的頭一個鍊，餵養了所有其他海洋生物。

全身多半透明，要用放大鏡才看得清的動物性浮游生物，具體而微地展現了各種大型生物的迷你模樣——大眼睛的各類魚苗，蝦蟹的幼生，像極了小蝦、卻再也長不大的橈腳類……。

海洋生物當然還有更實際，也頗令人歡喜的一面，比方漁業資源。根據海水的溫度、含有營養鹽或浮游生物多寡，可以推測那裏有漁場。利用魚探機類似聲納的作用，更可確知海水下面的魚群位置。試捕數條，便曉得種類並可判斷數量大小。然後能較精確地評估漁獲量是否恰當；魚網的網孔是否太小，斷了魚兒生路。這類兼具開發、維護意義的漁業研究更合乎長遠利益。

從生物到化石、從波浪到海底地層、從過去歷史到未來開發，這些鉅細靡遺的探究海洋工作，必須由下海蒐集資料開始做起。

3.是測定ATP含量的一個步驟，ATP含量高即表示水中活的浮游性生物體多，水質適合生物生長。圖4.是在分析海水中有機碳的含量，可據以推測生物體及有機汙染物質的多寡。（張良綱）

潛水蒐集一手資料

真正第一手的親身接觸，只有潛水了。若不靠特殊潛水裝置，人類的體能最深只能到海面以下五十公尺左右。在五十公尺的深度，安全的工作時間是十五分鐘，若待太久，或潛再深一點，潛水的人會出現「氮醉」徵狀，神志不清，無法工作。

因此，潛水觀察只限於淺海地帶，例如屬於墾丁國家公園的南灣地區，珊瑚礁生態便適合潛水細觀。另外需要潛水的就是把儀器帶下海，固定在某一個特定位置。

不少研究人員受過潛水訓練，對這份體力消耗大的工作也很有興趣。但是「不一定每次下水都有珊瑚礁、熱帶魚可看，如果在西海岸，全是混濁的泥沙，下去一片茫然，什麼也看不見，所有的工作都要靠摸索。萬一被漁民掉在海底的魚網纏住，一緊張就危險了。」臺大海研所技士劉純琪說。

絕大部分的研究，還是要透過儀器的協助，採得樣本或是接收訊號。由於儀器越來越精密，功能越多，因此所得到的「二手資料」內容豐富廣泛，足可完成許多推論。

漁船在沿岸作業

沿岸地區的調查，常要租小漁船作業。因為小船靈活，起動和停止都方便，如果小範圍內有許多站需要停下作業，或者水淺礁石多，一千多噸的研究船不免處處掣肘，難展長才。

小船的麻煩是顛得厲害，小風浪就能把船整得亂晃；但是扛儀器、瓶罐上船十分不易，既已開始，就是歪歪倒倒，也要把該灌滿的海水、該紀錄的數字通通做完，才能夠下船。

漁船通常只租一天或半天，若要長期出海，仍賴專門的研究船。而多數研究計畫的調查範圍不僅限於岸邊，有一艘能走遠洋的船相當必要。多功能的「海研一號」有持續航行四十五天的能耐，而且處女航便從北歐一直南行，繞過南非好望角回到國內，等於跑了地球大半圈，也證明瞭它的遠航能力。

對地球物理和地質學者而言，研究船上有套設備最令他們雀躍，就是「多頻道反射震測儀」，價值一百萬美金，也是船上最昂貴的研究設備。

想瞭解海底地形、地層結構，除非有潛水艇，否則無法直接觀察。震測儀卻利用氣槍放出含有各種頻率的震波，震波撞及海底，再反射回來，被水中聽音器接收，經電纜傳回船上電腦自動解析設備，便可根據震波回收的先後推算出海底高低起伏；而不同頻率的震波對地層的穿透力也不同，所以又可得到地層結構的資料。

這項設備的優點是聽音器有廿八對，連成一條長達八百公尺的直線，和過去相比，從前震測儀只能做「點」的探測，現在則可得到「線」的完整資料。以後如果擴充設備，甚至可以得到「面」的地層資料。

地層結構探秘

這若再配上「岩心採樣器」，對當地海底結構的瞭解就更紮實了。岩心採樣器是一個很重的空心管子，由鋼纜送下，它會像根樁子一樣插進海底的泥土或沙石或岩塊裡。插下去的同時，中空的部分便把泥、沙、石等吸入，當鋼纜絞回船上，把採樣器內藏的塑膠管抽出，縱面剖開，便可看到上下排列次序、厚度，和原來海底情形一樣的「岩心」標本了。

這些採到的岩石帶回去仔細檢驗，有時候可在電子顯微鏡下面發現許多「微化石」，其前身是植物性浮游生物的遺骸。這時可用年代檢定的方法，判斷岩層的形成年代，更可分析該類浮游生物生存的條件，從而推測當時海洋的環境，例如：溫度、鹽度、營養成分等等。

在沿岸地區之外，海洋的深度平均為四千公尺；人類不管游泳、潛水或乘船，都只能算是在海的表面漂浮，因此幾乎所有的探測工作，都是靠一根鋼纜，帶著設備垂到海中去收集所需要的東西。所以你若恰巧搭另一艘船經過，大概只看得到兩、三個人呆立在「海研一號」的甲板上，要是沒人指點，恐怕還找不著那根細細的鋼纜呢。

鋼纜一物百用

那幾個「呆立」的人，其實不是正在收、放鋼纜，就是在等待鋼纜到達指定的深度，採回水樣或傳回該處的溫度和鹽度，好進行下一步作業。

唯一比較熱鬧、看得見動靜的，是海水表面的採樣。由於鋼纜只需放下短距離便可收起，所以這邊，採水瓶不斷從鋼纜取下，又裝上新瓶；那邊，瓶中的水被倒出來，裝滿四個大塑膠罐，外帶兩個小罐；瓶瓶罐罐在工作臺上此起彼落。要不然就是在撈起浮游生物網的時候，海水四洩，只留下底部一點點水和幾十隻米粒大的小動物，半擠半倒地被裝入瓶中。

浮游性動物一「出海」，必須立刻加入福馬林，當做「屍體」處理，以免分解腐化。等上了岸運回實驗室，再在顯微鏡下計算有多少只，屬於什麼種類。

分析海水樣品，部分初步工作得在船上完成，譬如：測量溫度、鹽度、溶氧度、酸鹼值。進一步的分析，則要帶回去做；在船上時須把海水冷藏在攝氏四度左右，以保持原來狀況。

「海研一號」另一頗受研究人員稱道之處，便是研究室和實驗室有好幾間，留有充分的空間放置器材。

船上做好，下船不忙

在電子儀器室裡，除了最貴的震測儀，還放了次貴的魚探機，有類似雷達掃瞄的螢幕，可尋找不同深度的魚群。另外船上還購置了一部微電腦，不少工作可以在拿到資料後，立刻分析，毋需等航次結束。

國內目前只有「海研一號」一艘多目標的海洋研究船，它的主權屬於國科會，管理權屬於臺大，船上的技術人員都來自臺大海研所。他們在船上的生活和船員相去不遠，每天廿四小時輪班。船一開到工作地點，不論白天、黑夜，都得馬上開始作業，船期才不致於拖延，可以多排些計畫，充分使用研究船。

海上的各種探測工作，性質大同小異，做久了難免單調。這批技術人員多半從「九連號」時代就開始上船，已有十年以上的經驗，經歷過不少「風浪」，也頗能自我排遣。

每年從秋天到第二年春天，臺灣附近海域吹東北季風，海上行船不穩，剛出海時，多半的人都會不舒服。這時船還未開到作業地點，技術人員可以躺著休息。等到作業站到了，不管颳風下雨，只要船能停，技術人員就得起來工作。

下雨最麻煩的是滑。船本來就搖晃不定，不易站穩，一加上雨水，不只地板滑，連平常扶靠的地方都一片滑溜，毫無著力之處。刮強風或海上暗流強時，鋼纜容易刮到船舷，儀器若碰壞了就划不來了。更危險的是纜繩上繫的桶、瓶等等，收起時若一個晃蕩，打到了人，那可更慘。

技術人員功勞大

然而這批技術人員一個個活力充沛，膽大心細，扛得起重東西，也修得了儀器的小故障。走在廊道裡，別人要東扶西碰，靠著牆壁還跌跌撞撞，他們卻早已摸清了船晃的韻律，來去自如。

不輪班的時候，有的口袋插本小說，有的圍著棋盤，或趁月黑風高的晚上，在船尾拖根魚線，等大魚上鉤。

他們在船上扮演的，是不折不扣的重頭戲角色。許多教授在研究報告前面，會特別向他們致謝。

「海研一號」之所以取名一號，顯然期待著二號、三號……。楊榮宗教授說：「在長遠的計畫中，二號是一艘生物研究船，三號是一艘潛艇。」

對於國內目前的海研工作，許多教授認為雖有成果，卻嫌零散。他們覺得或許可以效法韓國，成立綜合的海洋研究機構，來統籌全國的研究和開發計畫。或者至少有一「海洋資料中心」蒐集海洋資訊，方便需要使用的人；同時讓大家有個累積研究成果的地方，不要重覆別人已經做過的事情。

海洋學院海洋系主任李賢文便這樣主張，但他也提及一層憂慮：「現在問題是海洋研究人才不夠，最好是有了足夠的人才之後，再成立一統合的組織。可是話說回來，也正因為現在沒有這樣的機構，很多學海洋的人找不到本行工作，只好轉行。」

國科會推動大型研究計畫

國科會現階段的做法，是鼓勵整合性的大型計畫，比方針對某一個海域或某一個問題，做通盤性的研究。這樣必須結合有專長的人，成果似乎也較集中。正在計畫中的有「臺灣西南海域湧升流的基礎生產力研究」，參與的三位專家分別出身於海洋化學、海洋物理和海洋生物。這是區域性的整合計畫。還有和原子能委員會合作的「低濃度核能廢料終極投海處理可行性」調查，這則是就一個問題做多方面的考慮。

也許研究機構的努力、國科會的支持、再加上科技應用單位的響應，我國海洋研究可以結合人力、財力、物力，使研究的成果，和海洋開發單位的需要恰好配合。這是一條常聽人說起、卻不容易走上的路。