悠活在3D向量場 – 參數式和球座標的思維

潛水潛久了,你的世界觀會有什麼改變?

基本上,潛到水下世界你就得活在3D向量場裡,你可以控制深度,同時得考慮3D地形和水流(velocity field)。

先從等高線講起:潛水要維持在同一深度,心中就要有等高線的概念。上潛水長課的時候得練習繪製地圖,用的方法就是繪製等高線,然後標出地標和方向,並估算距離。如果沒有等高線,你要繪製3D地圖就會變得太複雜。

再講極座標:在水下導航,你得知道兩件事情:

1.方向

2.距離

有了這兩項變數,你就知道你和出發點的相對位置,要怎麼知道方向?陽光角度、地標、看指北針。要怎麼知道距離?你可以用手臂的長度測量(arm span),也可以用踢蛙鞋的次數來算(kick cycle)。不過,你還得考慮水流的影響。(還記得導航課練習時,我們把導航簡化成2D極座標,在同一深度沿著同一條直線來回算kick cycle再取平均。),實際當導潛時,我發現沒那麼簡單,尤其是在馬爾地夫,你心中要有參數式和球座標(沒錯,就是你學微積分的時候算3重積分用的球座標)

再講參數式和球座標:潛水時有水流、浮力和踢蛙鞋的影響,假設你在水中的座標是(x,y,z),x / y / z這三個變數不是獨立的,可以由t來表示,t代表時間,假設流很強,你得考慮好入水點和潛點的相對位置,算好你要下多快往哪個方向游,才不會找不到潛點。尤其馬爾地夫有時候水中能見度不好,小潛點(想像一下:海中的小孤島)的最淺處可能超過10m深,小潛點又往往沒綁標示只有GPS座標,如果獨立帶新手下去就很容易迷失,因為新手可能因為耳壓平衡、浮力控制、心理障礙、面鏡沒戴好等等因素作祟下潛不能很快,所以你就得假設不能下那麼快,但不能下那麼快,你就得用球座標估算和潛點的距離+經度+緯度(想像一下我們用球座標算3重積分的時候,要有一個半徑和兩個角度,這兩個角度可以用經緯度來想,緯度就是半徑和z軸的夾角,經度就是半徑投影到x-y平面後和x軸的夾角)。假設你只控制下降速度,x和y由水流來控制,你要想像你的目標是球心,軌跡就是那條半徑,推出你的入水點。也就是說,你得用參數式去想下潛速度和水流的影響,同時得用球座標導航(水平能見度差的時候,你往水平和往深的地方看都可能看不清楚)。

為什麼馬爾地夫的好導潛養成不易?因為在最壞的狀況:流強、能見度差還要帶菜鳥看稀有動物時,就得想辦法悠游在3D向量場,你需要球座標和參數式的思維!

一夫一妻的油彩蠟膜蝦

在巴里島東北邊,接近 Tulamben 的一處叫 Seraya 的潛點看到油彩蠟膜蝦(clown shrimp),可以發現油彩蠟膜蝦常是成雙成對的!Seraya 的海底到處都是小山丘,油彩蠟膜蝦會在沙丘上零星的石頭堆中棲息,跟老婆一起啃海星。

理論上,一夫多妻是動物界最常見的婚配制度,但仍有一些例外,像是一夫一妻制。其中,捍衛配偶理論(mate guarding theory)就是用來解釋一夫一妻制為什麼會被實行的理論。

當:

1.交配後仍可接受其他雄性的精子

2.配偶不易尋找

這兩個條件成立時,就可以預測,該種動物會採取一夫一妻制,而且公的會保護母的。以油彩蠟膜蝦為例,老公會花數周陪伴在老婆身邊,而且是一夫一妻,母蝦大概是每三週會有一很短暫的時間會願意接納另一半。在那麼大一片沙丘,要找到老婆還真的很不容易!

參考資料:

1.Emlen and Lewis. Ecology, Sexual Selection, and Evolution of Mating Syst. Science (1977)

2.Wickler and Seibt. Monogamy in crustacea and man. Z. Tierpsychol (1981) vol. 57 pp. 215-234

火海膽(fire urchin)

火海膽(fire urchin)美麗又有劇毒,分布在熱帶和亞熱帶的海域,直徑大概25cm,整個外型有紅色、黃色、藍色、白色,被刺到的話,疼痛可持續15分鐘到數小時之久。在東南亞主要可以發現兩種:

 

1.Asthenosoma varium

2.Asthenosoma ijimai

 

在火海膽上常常可以發現以下幾種小動物:

 

Coleman’s shrimp,學名:Periclimenes colemani,白底黑斑,常常是夫妻成對出現,母的體型比較大。對於火海膽的依賴非常高,往往只能在火海膽上發現牠們的蹤影。

 

Wentletrap snails,學名:Luetzania asthenosomae,寄生在火海膽上,會吃海膽的軟組織。

 

Zebra crabs,學名:Zebrida adamsii,有斑馬的條紋,附肢有鉤子可以鉤住火海膽,有時單獨出現,有時成對出現,有時也會搭其他海膽的便車。

 

Commensal shrimp,學名:Allopontonia iaini,體型小且長得像火海膽的毒棘,在火海膽的嘴巴旁邊吃海膽的食物殘渣,因此很不容易被發現。

 

Urchin cardianl fish,通常海膽是夜行性的,白天不太動,就被天竺鯛當成庇護所。

海蛞蝓快速分類新法

新幾內亞的海洋無脊椎動物多樣性非常高,特別是後鰓亞綱的海蛞蝓,在這裡長期潛水大開了我的眼界,許多從前只在書本上看到的海蛞蝓,都活生生出現在我面鏡前,大幅增進了我的分類功力以及對後鰓亞綱的興趣。我發現要細分後鰓亞綱的目不是非常容易,特別整理出我的實戰心法:

Heahshield slugs有盾牌狀的頭部,沒有Rhinophores。其中有明顯的外殼的叫bubble snail泡螺。墾丁後壁湖常見的「藍寶堅尼」就是headshield slugs,有被包起來的internal shell。

Sapsucking slug幾乎都吃藻類,蠻多種類都是綠色的,分兩大類:有泡泡狀殼跟無殼的,沒有殼的外套膜會形成滿身的皺摺。Rhinophores捲起來呈管狀,「美葉」就是我們最熟悉的代表。

問題來了,如何分辨sapsucking slugs和海兔?一樣也有rolled rhinophore也一樣吃素,也有parapoda/parapodia。分辨的關鍵在於seahare有oral tentacle,而sapsucking slug沒有。但還要搞清楚一點,sidegill slugs也有rolled rhinophores和oral tentacle,但sidegill slugs的右下側可見鰓。剩下的就是Nudibranchs了。

Nudibranch又分成四種:

Doridina:屁股開花

Dendronotina:代表種Melibe

Arminina:有oral veil

Aeolidina:長身體 有cerata

其中Doridina又分成三類:

Cryptobranch小花可以縮回去。

Porostome小花可以縮回去(但Phyllidiidae科例外,鰓在身體旁邊,屁屁不開花),頭和身體融合在一起。

Phanerobranch小花無法縮回去。

如果以上太複雜,可以只記怎麼分headshield slugs/sapsuckingslugs/seahares/sidegill slugs/nudibranchs

沒有Rhinophores=>Headshield slugs(用sensory bristles)

有 Rhinophores=>

elaborate shapes=>Nudibranchs

rolled=>

without oral tentacles=>sapsucking slugs

with oral tentacles=>

gills located on the right side under their mantle=>sidegill slugs

gills not located on the right side under their mantle=>seahares

簡單來說,就是用Rhinophores + oral tentacle + gill的特徵來快速判斷,先看看有沒有Rhinophores,如果沒有那就是headshield slugs,如果有,就看看形狀,如果不是管狀,而是比較複雜的形狀,那就是Nudibranchs。如果是管狀,那就要看看有沒有oral tentacle,如果沒有,那就是sapsucking slugs,如果有,那就看看有沒有side gill,如果有那就是sidegill slugs,如果沒有,那就是seahares。

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潛水人如何有系統地學習海洋生物辨識?

很多人玩潛水是為了欣賞海底的美麗生物,如果沒有人為你解說在水下看到的生物叫什麼名字,有什麼關於此生物有趣的事實,要自己查相關資料不是一件容易的事。

 

根據心理學家Jean Piaget的Phases of Cognitive Development研究成果,如果把人想像成是科學家想要獨立去研究這個世界的話,我們的心中會有既定的知識框架Schemas,然後套用Schemas去理解新的事物,稱為Assimilation,當現有Schemas無法理解新的事物,也會修改Schemas,稱為Accommodation。

 

舉個例子:

1.在海裡看到看到有鰭 + 有鰓 + 會游泳的動物 => 認出是魚,即使你沒看過這種魚 => Assimilation

2.在海裡和鯨鯊不期而遇,你以為這種超級大的海洋生物就是鯨魚,其實不是,你的教練說那是鯊魚而不是鯨魚 =>你學習怎麼分辨鯊魚和鯨魚 =>Accommodation 閱讀全文

大家好我想介紹我的好朋友 – 海綿寶寶!

海綿是我們潛水的時候很常看到的動物,不過海綿不都是黃色乳酪狀的喔!真實的海綿在顏色和形狀上的組合非常多樣。

海綿主要分成三大類:

Class Demospongiae

在熱帶海域佔多數,有spongin fiber或siliceous spicules,例如桶狀海綿和象耳海綿。

Class Calcarea

在熱帶海域佔少數,溫帶海域比較多,骨針材質是碳酸鈣。

Class Hexactinellida

在熱帶海域休閒潛水範圍內看不到。

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水攝的忍與先

高中的時候,有一篇文章我一直讀不懂,那就是蘇軾的<留侯論>。留侯論講的是<圯上納履>的故事帶給他的啟示,那就是橋上的老公公要教當時還血氣方剛的張良「忍」的重要。我後來終於懂為什麼我當時候我沒有完全搞懂這篇文章,原來是蘇軾只寫到了「忍」,但沒寫到「先」。其實圯上老人要教張良的包括「忍人之所不能忍」,還包括「取得絕對的先」。

請看<史記 留侯世家>:

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留侯張良者,其先韓人也。大父開地,相韓昭侯、宣惠王、襄哀王。父平,相釐王、悼惠王。悼惠王二十三年,平卒。卒二十歲,秦滅韓。良年少,未宦事韓。韓破,良家僮三百人,弟死不葬,悉以家財求客刺秦王,為韓報仇,以大父、父五世相韓故。

良嘗學禮淮陽。東見倉海君。得力士,為鐵椎重百二十斤。秦皇帝東游,良與客狙擊秦皇帝博浪沙中,誤中副車。秦皇帝大怒,大索天下,求賊甚急,為張良故也。良乃更名姓,亡匿下邳。

良嘗間從容步遊下邳圯上,有一老父,衣褐,至良所,直墮其履圯下,顧謂良曰:「孺子,下取履!」良鄂然,欲毆之。為其老,彊忍,下取履。父曰:「履 我!」良業為取履,因長跪履之。父以足受,笑而去。良殊大驚,隨目之。父去裏所,複還,曰:「孺子可教矣。後五日平明,與我會此。」良因怪之,跪曰: 「諾。」五日平明,良往。父已先在,怒曰:「與老人期,後,何也?」去,曰:「後五日早會。」五日雞鳴,良往。父又先在,複怒曰:「後,何也?」去,曰: 「後五日複早來。」五日,良夜未半往。有頃,父亦來,喜曰:「當如是。」出一編書,曰:「讀此則為王者師矣。後十年興。十三年孺子見我濟北,穀城山下黃石 即我矣。」遂去,無他言,不復見。旦日視其書,乃太公兵法也。良因異之,常習誦讀之。

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張良當時候去赴約,沒想到老公公很早就到了,後來張良想通了,乾脆前一天晚上就先到橋上等他,也就是出乎對方的意料之外,以取得絕對的先,也就是孫子兵法所說:「始如處女,敵人開戶,後如脫兔,敵不及拒。」

在海底拍攝動物也是一樣,得觀察動物的習性,要先忍,讓動物沒有防備,才能出乎動物的意料,取得拍攝的先機。假設你要拍攝麒麟魚交配好了,你就得先躲在鹿角珊瑚旁,靜靜地利用紅光對焦,讓麒麟魚沒有防備,並先設定好所有參數,準備按下快門,而且你已經知道麒麟魚大概就是傍晚的時候會交配,那你就在天還沒黑的時候就背氣瓶下去等,這樣就能取得絕對的先。一旦掌握「忍」與「先」的秘訣,要拍出好的水攝照片就只是時間的問題了。

水攝的政略、戰略、戰場、戰術與武器

在海底拍攝動物有好一陣子了,也常常翻閱潛水攝影雜誌看看大師是怎麼拍攝到精采的一瞬間。我後來想一想,其實就是這四句話:

政略決定戰略

戰略決定戰場

戰場決定戰術

戰術決定武器

請看<史記 吳太伯世家>中的一段故事:

四月丙子,光伏甲士於窟室,而謁王僚飲。王僚使兵陳於道,自王宮至光之家,門階戶席,皆王僚之親也,人夾持鈹。公子光詳為足疾,入於窟室,使專諸置匕首於炙魚之中以進食。手匕首刺王僚,鈹交於匈,遂弑王僚。

政略:公子光決定要殺吳王僚

戰略:吳王僚喜歡吃魚,人的喜好往往就是人性的弱點

戰場:公子光的家

戰術:讓專諸去學烤魚,趁端魚給吳王僚吃的時候刺殺他

武器:魚腸劍

雖然吳王僚「使兵陳於道,自王宮至光之家,門階戶席,皆王僚之親也,人夾持鈹」,表示他心中早已有防備,而且防備的很嚴密,從王宮到宴席上,全部都設有自己信得過的親衛隊,可是終究還是敗給了自己愛吃魚的弱點。

其實要拍動物也是一樣的道理,即使動物防備心很重,也可能會偽裝的像周遭的環境,但動物一定有弱點,也就是他們的習性喜好,只要掌握到這一點,就能擬定拍攝的計畫,我舉個例子:

政略:我要拍到麒麟魚交配時釋出精卵的瞬間

戰略:麒麟魚喜歡躲在鹿角珊瑚,並會在快天黑的時候交配

戰場:找塊有麒麟魚的鹿角珊瑚,最好沒有光害,這樣麒麟魚才不會害羞

戰術:在一旁躲著,趁他們交配的瞬間拍照

武器:紅光對焦燈、閃燈、微距鏡、單眼相機

我們不能只有政略,戰略、戰場、戰術和武器都沒有到位的話,不是拍不好,就是根本拍不到。

[BBC 藍色星球 II 大洋篇 導讀] 遷移

海洋生物的遷移,特別是200m-1000m的動物的垂直遷移,其實規模很大,只是無法像非洲賽倫蓋地草原能從空中拍出很壯闊的感覺。

要體會垂直遷移,最好的方式就是玩「黑水」,也就是選一個底下夠深的峭壁地形,至少至少都要200m以上,最好有700m-1000m,然後晚上潛水。

大洋和近岸動物的水平遷移(洄游),也跟覓食和育幼有關,沙丁魚是邊游邊吃一次搞定。珊瑚礁的魚類往往是利用大洋來育幼,例如集體交配後小魚會在外海孵化生長,長大後回到珊瑚礁,反之很多大洋的魚類是在珊瑚礁或是紅樹林等近岸繁殖下一代,例如鯊魚的寶寶可能會在紅樹林&潟湖地形生活一陣子才回到大洋。而像是鮭魚則會回到出生的河流上游產卵。

[BBC 藍色星球 II 深海篇 導讀] 台灣龜山島的熱泉與烏龜怪方蟹

台灣東北部龜山島的熱泉與烏龜怪方蟹,與深海熱泉的動物與熱泉的關係一樣不一樣呢?為什麼科學家得花很多經費下深海去研究熱泉,不在龜山島或是冰島等可以靠休閒潛水就可以到達的熱泉研究就好了!?

其實烏龜怪方蟹吃的是被熱泉燙熟的浮游動物,因為東北角是半日潮,一天會有兩次潮水交換,所以怪方蟹一天會從洞裡出來覓食兩次,撿拾燙熟的浮游動物來吃,其他時間就躲在洞裡,避免被天敵吃掉。

而深海熱泉則是化學自營的生態系,得依賴硫化菌,然後其他動物吃硫化菌或是食腐。所以龜山島的熱泉跟深海的熱泉生物相是差很多的。