#時事中的知識 #爆紅影片學科學
【挪威滑波房屋崩入海，意外背後意外豐富的科學】Quick Clay 奇譚

「這異象是蝦餃，難道是 2020 年在正常發揮？」 ← 近日大家看到這短片時，涼了半截的心中，或許是這樣 murmur 的。

＊若你未看過，留言區有影片傳送門
　
但身為一個科宅，第一念頭是「咦？很不合理耶」，一眼目測影片中滑落的坡度實在沒多陡。必定要有一層很潤滑、很古溜的物質存在，那會是什麼呢。
　
難道是永凍土在夏天融化了ㄇ？嗯，只是亂猜測亂引用網友的話的話就和總是在囫圇搶快的台灣記者差不多了。我想學到些原本不知道的事，在知識中添加幾塊硬磚頭，就要用正確的方式使用 google。第一訣：若非必要，先不要用中文搜尋XD。
　
首先釐清影片基本資訊，人事時地物：事件發生在今年六月三號，攝影者是眼睜睜看自己家消失在海裡的苦主 Jan Egil Bakkeby 先生，他家位在北極圈內的挪威北部 Alta 市一帶。所幸無人傷亡，但有隻狗狗落水又游了上岸。
　
過了不久我就意外在 @Trust My Science 這個法語的科普粉專意外看到了關鍵字：Quick clay（d’argile rapide）。
　
喔喔喔.....這是啥。感覺和「流沙 quick sand」或「水銀 quick silver」 有關係呢。Quick clay 的中文是翻譯成【流黏土，或是超敏黏土】。但如果只查到名字就滿足的話，就會像費曼先生的爸爸曾經嗆聲的：「你可以把一種鳥在世界上各種語言的名稱背下來，卻仍然對它的習性一無所知。」所以，知曉了名字，再以名為索引去進一步了解它的一些特質是一定要的啦。
　
正是因為查到與學到的結果很奇妙，所以現在才會在這邊滿心激動的發文 XD
　
插入一個又是最早從 Vsauce 得到的冷知識，前述三物名稱中的 quick 意思都不是說那玩意很「快」。在古英語的用法裡 quick 的意思是活跳跳不安定的。出自欽定詹姆士王版聖經有 the quick and the dead（生者和死者）這個熟語——經文的上下文是說耶穌基督是一切生者與死者之審判 [提後 4:1]。
　
首先我學到 quick clay 和崩塌災害的最重點是：這種超敏感的黏土是高緯度的特產，其他地方是沒有的。是由冰河輾壓陸地，使岩石風化後形成的固體微粒，流入海中沉降而成。所以這種黏土與這種災害只常見於挪威、瑞典、俄羅斯、阿拉斯加、加拿大等國。
　
* 是的！其實很常見XD 不是啥末日異像。近年來各種異象似乎變多，自然是因為人手一機錄影增加，和對於爆紅影片渴求的媒體平台的普及，讓大家目擊率上升了。讓普通的事情變得奇特，奇特的事情變得普通。就這麼單純 XD
　
定義中黏土是顆粒直徑小於 0.002 毫米的土壤固體組成。也就是說，尺上的最小格子中可以讓超過五百顆的黏土微粒排排站。而粒徑由大到小是礫 → 沙 → 粉沙（silt）→ 最小顆的黏土（clay）。
　
關於流黏土／超敏黏土的第二個重點是，它們必須原本是海積黏土（marine clay）也就是在很鹹很鹹的海水中形成的黏土。而要脫胎換骨，變得很敏感、不穩定的必要條件是「要再從海裡，升回到陸地上來」！
　
這就很奇妙了，海底怎麼會變陸地呢。況且冰河最盛時期的海平面反而是比今天低的喔（水都凍在兩極了），怎麼會冰河退卻、海平面上升，反而卻有陸地從海裡浮上來呢？
　
最妙的就是這現象：稱為「冰期後反彈」（Post-glacial rebound），陸地會反彈上升是因為兩極冰蓋的那些水實在太重，曾經把陸地壓得都沉降了，當冰冠終於溶化後，這些陸地板塊才慢吞吞的，基於浮力的原理而慢慢升回去。許多沉海的陸地緩慢的浮起，使得前述極圈內的國家的領土，其實一直都在偷偷的變大！（然而俄國還是沒有比 #冥王星 大。）
　
海積黏土遇上冰期後反彈，離開了海，接下來它們繼續變化，主要是由陸地上的淡水逐漸洗去原本海水中的鹽分。這裡的鹽份是廣義的，包括鐵、鋁、鎂、鈣、鉀、鈉等正離子。要專業名詞的話，這叫淋溶作用（leaching）。淋溶除了由降雨來溶以外，有時也會由地區性的豐沛的、自流性的地下水穿過黏土層把鹽分帶走的方式在進行著。
　
話說黏土其實有很多種組成，它們的通性是都由矽和鋁的氧化物所組成，而且都是由地球特色最多的水去攻擊（水解）一大塊岩石——角閃石、長石或雲母等礦物，化學作用所形成的分子碎片，也就是「風化」的產物。#所以若是沒有水就是妨礙風化
　
離題一下，所以當 NASA 送機器探測器到火星，探勘到黏土礦物的時候才會興奮異常！黏土乃是水：大量的水曾經存在的證據是也。
　
黏土的另一個和生活最相關性質是「離子交換」，其實就是前兩段說由淡水去把鹽份（陽離子）淋溶出來的同一件事，一種離子換另一種。而和生活的關係是......呃，有一種黏土叫 smectite 綠土，如果大家不幸腹瀉不止去看醫生，醫生八成會開給你一包無味道的粉末止瀉藥 Smecta ← 此處無業配。也就是說，有時候「吃土」能藉由離子交換的特性，調節紊亂的腸胃滲透壓，吸附毒性物質，進而達到止瀉的效果。有些黏土的離子交換性質高，有些低一點，但都有一定的交換能力。
　
等一下喔，原來大家都知道的黏土，除了會黏可捏之外還有那麼多學（ㄒㄧㄠˊ）問存在。對啊，若不是對於奇怪的話題亂調查，我也不會知道這些事的——或說，若無相關脈絡，那些精妙的知識對我來說沒有太大意義，但即使是一則冷知識的脈絡，知識就自動凝聚形成一則小劇場了。冷的好！
　
所以到底為何失去了鹽分就可以把海積黏土轉變為 Quick clay，造成挪威、加拿大等國家動不動就有土地滑到海裡去呢？
　
* 先前有次這樣被好好拍攝下來的 Quick clay 大型滑波事件是 1978 年挪威 Rissa 發生的，留言區我放一個惠我良多的科普紀錄片的超連結。
　
話說身為台灣人，仙草、愛玉、豆花、洋菜凍這些夏日冰品大家肯定都非常常吃......欸不是，怎麼忽然從黏土講到各種凍咧。理由是，很奇妙的上述各種凍會從液態凝聚成固態，和黏土遇到海水裡的鹽就會沉降，原理其實有點像。也就是鈣、鎂這些陽離子扮演了「橋接」的角色，讓本是一團散沙、彼此看不順眼的分子能夠穩定且和睦的相處。
　
當然更詳細的機制是牽涉到電性中和、擴散電雙層（diffused double layer）、凡德瓦力（van der Waals interaction）這些更精妙的部分......但我覺得大家都能理解的是鹹豆漿。也就是陽離子促成的凝絮作用（flocculation）。和生物化學實驗的鹽析效應也類似。但我現在忽然極度得想吃布丁。
　
→→ 加鹽就會穩定，遇到淡水就會不穩定。極度簡而言之是這樣。
　
有陽離子，而且是越高價數的陽離子例如 Fe³⁺, Ca²⁺, Mg²⁺ 越是有架橋的功能。所以愛玉子要用含有鈣離子的硬水洗，才會讓「膠」（其實是多醣類）凝聚，用含有極少離子的 RO 水是無法凝成愛玉的。
　
其實還有一個微奇妙的要件，植物腐化後形成的腐植質（humus）因為酸性和其多酚成分，也會干擾、把黏土中的陽離子拽走，進一步不穩定化。所以經常 Quick clay 取出來會是黑黝黝的。
　
於是最後的最後，被淋溶而失去那些鹽份：使黏土微粒彼此達到和諧穩定的關鍵被消滅之後，一層超不穩定的 Quick clay 就形成了，電子顯微鏡下這種黏土結構完全就像是一大片「紙牌屋」，橫七豎八的片狀黏土的中間空無一物，空隙中由空氣或水充填，只要遭受擾動就會由一部份崩塌迅速惡化到全體崩塌。一觸即潰。所以這種崩塌常常是海邊先塌一小塊，然後崩潰的前緣逆向往岸上傳遞。
　
而最奇葩的特性是（還有啊?! 對還有），流黏土如其名，它崩塌之後就會完全液化成汁。黏滯性暴跌到原土壤的一百萬分之一......那什麼概念呢，蜂蜜和水的黏滯性差別是一萬倍，就是那個一倍半（對數尺度）的降低。崩潰了的流黏土的顆粒不只不再團結，甚至會彼此排斥，由於都帶有些微的負電，就摩擦力甚小 → 最完美的成災要素齊聚了。
　
查到這，我終於弄清楚影片中那神秘的超級古溜、潤滑了一大片土地讓它滑進海裡的物質的真面目了。流黏土它基本上是液態的潤滑劑，所以即使只有一丁丁的坡度都一發不可收拾。甚至在前述挪威 1978 年發生那次，地面的坡度只有不到 3 度！
　
至於避免的方法就是土壤普查。而因為流黏土通常不是位在地表，而是在表土的下方分布成層，所以要透過鑽探取樣鑽鑽看。而就像台灣在推行土壤液化潛勢圖，加拿大、瑞典、挪威等國也在不斷進行著流黏土地區普查的工作。
　
這和全球暖化到底有沒有關係啊......嗯，不知道。我們知道地下水會進一步使流黏土不穩定化，而永凍層的逐漸融化會不會改變、加重這過程，就有待科學調查了。偶速科宅，偶棉下回再見～～
　
參考資料：
Landslides| Quick clay - NGI (挪威大地工程學會)
https://www.ngi.no/eng/Services/Technical-expertise/Landslides/Quick-clay
　
The Quick Clay Landslide in Rissa, Norway - ISSMGE (國際土壤力學與大地工程學會)
https://www.issmge.org/uploads/publications/1/35/1981_03_0080.pdf
　
Quick clay in Sweden - K.Rankka et al. (2004) 【文件大請注意】
https://www.swedgeo.se/globalassets/publikationer/rapporter/pdf/sgi-r65.pdf

#成語一冷 俗語說「不分青紅皂白」，「皂」為什麼是指「黑色」？兼講肥皂的落落長歷史。
　
※各位不用找惹，本篇不是跟風，與時事無關。
　
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話說，即使在肥皂發明了很久之後，它都不是給人拿來洗澡的。最原始的肥皂，是由每家每戶都會有的爐灶燒出的草木灰燼，混合動物的油脂所製成的，十分簡單。
　
草木灰中含碳酸鉀、鈉等鹼性物質，植物一生中根部從土壤中吸收進去很多水，溶解在水裡的礦物質，最終就會在植物細胞中的「液胞」裡堆積儲存，這些礦物質就是「灰分」。脂肪＝三酸甘油酯，遇到鹼性就會被「水解」被切成了甘油和三個脂肪酸（所以叫三酸）就是皂化反應。脂肪酸的鹼性鹽類就是肥皂的主成分。
　
也就是說肥皂是由他的宿敵：油脂所製成的。咦，相煎何太急，何太急。 #皂化弄人 #濕主這要看您的皂化
　
但古人是用什麼洗澡呢（指除了冷熱水之外），不久前我聽耶魯大學的希臘史公開課，由 Donald Kagan 教授主講，談到地中海克里特島的「米諾斯文明」，和古埃及有的經常的船隻貿易時，一則有趣的題外話被我記住了
　
——早在紀元前 2700 年，青銅器時代的地中海文明就持續從埃及進口香料，用途之一居然是給有錢的貴族男女洗澡。
　
米諾斯文明，同時與北邊的愛琴海文化圈、南邊的埃及文化圈有著貿易往來，希臘的特產橄欖油和埃及的特產香料（其實來自葉門，透過阿拉伯人的先祖進行貿易，貿易路線曾是由埃及掌控）就被人結合在一起洗香香，方法是在沐浴告一段落後，再搽橄欖油來軟化、浸潤皮膚，最後將油和汙垢一起刮掉。
　
橄欖油浴之後，油多少會殘留在肌膚上，「有一種橄味」有的人不喜歡，故需要用香料蓋過。
　
克里特島的宮殿遺跡中，也有發現華麗的雪花石膏雕刻出的澡盆——我們能想像克里特貴妃沐浴的情景。但其實用不著想像，米諾斯遺址的特色是充滿了彩色、栩栩如生的「濕壁畫」。畫中有窈窕仕女，還有可愛的海豚，品味真是一級棒，建議搜尋觀賞。
　
日後古希臘、羅馬文明依然延續塗油軟化這樣的清潔方式，間或使用粗糙的火山浮石粉末摩擦皮膚來進行脫角質的一個動作。在羅馬浴場中，為了刮到背後等地方的汙垢，還有一種金屬製的「不求人」形狀的用具稱為 strigil，用來抓背XD 見附圖。
　
說到這邊照例的岔題一下，說到用油來洗澡，我就想到亞塞拜然共和國有一種暴發戶風格的油浴：泡石油澡。亞塞拜然的納夫塔蘭（Naftalan），當地盛產的黑黑、黏黏、味道刺鼻的石油，據說用來泡澡有治療效果。納夫塔蘭和希臘的關係是？希臘語 naphtha (νάφθα) 就是石油的意思。
　
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回來，話說肥皂這東西在埃及、兩河流域的古文明都有發明——配方實在太簡單，混合動物脂肪和鹼性的植物灰就成了，很難不發現。但目前發現的楔形文字石板（多是買賣紀錄，就是發票和帳簿的作用）上，幾乎沒有提到肥皂的買賣紀錄，有可能是一般人並不用肥皂洗澡澡，而是專門用於產業如皮革、羊毛業的去油脂方面。是工業用的肥皂，而非日常商品。
　
草木灰肥皂流行不起來的原因可能是鹼性太強，太「苛性」會傷害皮膚的緣故？歷史沒有如果，我們也只能這樣猜測惹。
　
前面提過，羅馬人洗澡也不用肥皂。在歷史學家老普林尼《自然史》中有提到，高盧（古法國）的日耳曼男人都會用草木灰和動物脂肪混合物（94肥皂）來保養、呵護他們的頭髮，甚至用的比女人還多。
　
我們看過《魔戒》都曉得，日耳曼民族的長髮和蓄鬍是一種很man的社會地位象徵，附圖中的青銅像是維欽托利（Vercingetorix），他是領導高盧人抵抗羅馬入侵的將軍。雖是現代法國人的想像復原面貌啦，但你看看他那飄逸的髮鬚uwu。難怪男人更加需要肥皂。
　
* 2020 回顧糾錯：可是科宅，高盧人是凱爾特族。凱爾特和日耳曼的唯一共通點只有個「爾」XD。把 Vercingertorix 當日耳曼人他可是會很難過。咩噗。歷史知識要加強喔～～再講錯殺頭。
　
我們也注意到，身為羅馬人的老普林尼是用一種「噁，野蠻人怎麼這樣」的角度去描述肥皂（作為潤髮產品，而可能不用於身體上）的使用。只能說是 culture shock 吧。
　
西元後2世紀，羅馬的醫師蓋倫（Galen）提到肥皂有深度清潔、除汙的功能。表示當時用肥皂的風氣已經傳開了。而由中歐的日耳曼人生產的肥皂也是當時羅馬帝國境內的暢銷商品。那之後羅馬就崩潰了，日耳曼人文化取而代之，可以猜想肥皂仍然是貴族護髮聖品。但出於一些原因，後來的中世紀時期，歐洲人沒有出大事是不洗澡的，相反，洗了澡就表示要出大事。十字軍東征時「法蘭克人」（伊斯蘭世界對歐洲人的通稱）身上的怪味也給了注重清潔的穆斯林好大的 culture shock。 #未戰先臭暈
　
而當越來越多次十字軍，進行一個經由搶劫順便文化交流的動作後，若干「十字軍王國」在中東建立，公共浴池洗澡的習慣漸漸又傳回了歐洲......直到一個陰錯陽差，「東方式洗香香」又在歐洲變成禁忌了。那正是因為 #鼠疫來啦塊陶啊——當時歐洲人認為疾病是透過不好的空氣（miasma）傳染。而洗澡會將身體表面由汗水形成的保護層洗掉，讓毒氣得以從毛細孔進入人體。
　
怎麼覺得有點像雞蛋XD 洗過的雞蛋不利於保存真的是因為類似的理由。
　
總之，歐洲人會一直髒到相當近代，甚至醫師終於搞懂開刀前要洗手，髒污致病的原因是微生物的時候。
　
但相較之，伊斯蘭文明就十分清潔。目前所知最早含有香料、較弱的鹼性、含有甘油而更滋潤肌膚的「香皂」，正是西元八世紀在敘利亞一帶製造的（附圖：敘利亞阿勒波 Aleppo 的肥皂）。考慮到敘利亞這地點絕佳，融會了埃及、兩河、黎凡特、東羅馬、波斯、希臘、中國等等文明的製造技術，也掌控了阿拉伯半島南方葉門的香料貿易，當時阿拉伯科學家有著世界數一數二先進的化學技術（故分離出鹼性物質如碳酸鉀），然後先知穆聖的教導又說人體要清潔，香皂出現就順理成章了。
　
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好像講了幾千字都沒說到標題，真是超惡性風的作者啊。好的，中國話「不分青紅皂白」裡面，皂指的是黑色，那是因為皂這個字有幾千年都不是指肥皂，一直到很近代肥皂一物才由西洋傳入於中國普及。而皂這個字上半是個白的理由很謎，沒有權威性的說法，也不易考據，或認為與「草」字有關。（聳肩）
　
中國古代是用皂角樹（Gleditsia sinensis）的果實——嘿呀，沒有筆誤，豆莢是一種果實——磨碎後的粉末來清潔油汙。皂角樹我目前找不到開源版的圖片，為不侵權請大家自行搜尋觀看謝謝。而因為那種豆莢是黑色的，因此皂＝黑色，這是一種說法。但到底是豆莢得名於皂，還是皂得名於豆莢，誰先誰後就待有心人考據惹，我們跳過XD
　
皂角樹遇水會發泡的原理和肥皂有一點點像，但卻出於完全不同的化學分子：皂角和很多植物一樣，在種子、果實、根莖葉中都會產生【皂素】（saponin），皂素這種分子和肥皂清潔劑有著一共通點，就是分子有一端親油性、一端親水性，可以起到「乳化」的功用讓油水「交融」←形成懸浮乳液的狀態。黃豆煮豆漿會拼命冒泡「假沸騰」，也是因為豆子含有皂素的緣故。
　
植物們例如苦茶、無患子、皂角、甚至黃豆......並沒有那麼好心，生產皂素並不是為了有朝一日能讓人類拿去洗布洗澡。皂素是一種給動物的下馬威，許多皂素分子很苦，難以入口，有些種類甚至有毒。概念上是說，動物意圖去吃植物種子，其中的皂素就會引發腸胃道不適，或更兇猛的毒性反應，動物便學到教訓不會碰它了。
　
以上所說只是概念上，皂素的種類實在一籮筐，欠大量研究，有很多例外（例如甘草酸算是一種皂素，但它是甜的），其中還不乏有藥效的分子存在，特此平衡報導～～就不一味汙名化植物啦。
　
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話說，我一直有個怪想法：既然護膚皂基本上和炸雞排裡的脂肪含有相同的成分→脂肪酸和甘油（為了保濕護膚，把甘油加回去），只是鹹了點、鹼性了點。那麼如果當我落難荒島，在包裹裡找到一盒肥皂，我能不能啃肥皂以獲得和脂肪相當的熱量而活下去，或是吃了會翹翹？
　
是這樣，正常腸胃消化過程中，由「胰腺」分泌的胰液和「肝臟」分泌的膽汁，在十二指腸混合的時候，雞排的油就會像肥皂一樣被拆成脂肪酸和甘油進而被血液吸收了。乳糜化、然後皂化，是十二指腸的正常生理過程。
　
這麼說，吃肥皂不是只替身體省了一步驟嗎XD？但仔細再想，這裡會遇到的問題和植物皂素會造成的腸胃道傷害類似：大量的脂肪酸鹽會破壞細胞。我們的細胞膜基本上就是兩層油脂，遇到清潔劑就會開始被溶解破裂。更別提肥皂還有高滲透壓......腸子會GG 在性命危急時，是否要先用酸（例如胃酸）把肥皂轉換為中性才能吃呢？ #千空醬我問問你
　
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剛剛也說到苦茶，台語中肥皂有兩個講法，第一個是「雪文」（Sap-bûn）←來自葡萄牙語 sabão，拉丁語 sebum 的意思是動物脂肪。也就是說皮脂腺 sebaceous gland 和肥皂 soap 都是同一個字的衍伸，就像肥皂是由他要洗掉的油製成的，拿摸奇怪。
　
第二個講法是「茶箍」（tê-khoo），是由於苦茶籽放進榨油機壓榨後，留下來的圓餅狀苦茶籽的殘渣（箍＝圓，例如桶箍）被人們發現遇水會起泡——其實這又是皂素的作用啦。皂素是一種雜七雜八的統稱，可以是各種形狀的植物性分子，有「界面活性」即是。
　
我們能想像有這樣標榜的肥皂廠商「本產品完全天然，不含任何界面活性劑」，可是瑞凡，肥皂——不管是皂素還是脂肪酸鹽，94界面活性劑啊，那可是字典定義。
　
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說到胰臟的酵素可以把油脂分解，中國北方叫肥皂「胰子」或是「豬胰子」，是因為不曉得哪位天才屠戶發現，把豬的胰腺和腸繫膜的脂肪混合、剁碎，和一些草木灰、香料等物混合成的產物可以用來洗滌......可以，這很肥皂！化學上是相同的。
　
所以當終於在現代，北方中國人接觸到（終於流行起洗澡愛乾淨的）歐洲所進口的（其實製法源自於伊斯蘭帝國的）香皂的時候，會把香皂叫做「洋胰子」了。不，其實我們都念嚕啦拉。
　
久久一更新，取材很費心，希望大家不棄嫌看得開心，不太每日的每日一冷，我們下次見！ｂｙ科宅