跳至主要內容
科技 科普

繞一圈要走 20 分鐘:直徑 500 公尺的樹,只能活在熱搜詞條裡

把熱搜上的巨樹尺寸換算成 20 分鐘的散步與大安森林公園大小的樹幹切面,再用平方立方定律與紅杉水力上限,說明現實最粗的樹停在 11 公尺的原因。

Techroomage 編輯部 閱讀約 7 分鐘
繞一圈要走 20 分鐘:直徑 500 公尺的樹,只能活在熱搜詞條裡

微博熱榜掛出一道沒有事件的算術題;把 500 公尺換成散步時間與公園面積之後,下一個問題是:地球四億年的樹木史裡,為什麼沒有一棵樹長到那個尺寸。

以時速 5 公裏在平地散步,繞行一棵直徑 500 公尺的樹一圈,要走 1.57 公裏,時間接近 20 分鐘。這是微博熱榜近日那條詞條「樹直徑500米是什麼概念」交給每個點進來的人的功課:米就是公尺,數字本身不難,難的是腦中沒有畫面。這篇用幾組換算把畫面補上,再往下一層問:這棵樹在物理上卡在哪裡。

一個單位、一個數字,熱榜掛出一道算術題

這條詞條裡沒有人物、事件與地點,只有一個單位、一個數字和一句提問。熱榜上多數詞條自帶故事,這條自帶的是習題。它被推上排位,本身就說明了一件事:很多人對「直徑 500 公尺」同時失去手感,需要借別人的對照來校準想像。

先校準橫向。直徑 500 公尺的圓,面積約 19.6 公頃;臺北的大安森林公園佔地約 26 公頃,這棵樹的樹幹切面放進去,還剩得下草坪、池塘與步道。再校準縱向:臺北 101 全高 508 公尺,這棵樹橫躺下來,恰好從頭到尾蓋過整棟大樓。做到這一步,500 公尺從一串數字變成一塊比地標建築更寬的木頭。

統計圖呈現繞行一棵直徑 500 公尺的樹一圈等於 1.57 公裏,以時速 5 公裏的散步速度要走接近 20 分鐘

地球樹木史裡,最粗的單幹停在 11 公尺

現存體積最大的單幹樹,是美國加州的巨杉「謝爾曼將軍樹」:樹高約 84 公尺,樹幹基部直徑約 11 公尺,要二十多個大人張開手臂才圍得住。熱搜裡的 500 公尺,大約是它的 45 倍。高度的紀錄由海岸紅杉「亥伯龍」保持,約 116 公尺,與粗度無關,但同樣是個天花板量級。

往地層裡找也一樣。三億多年前石炭紀的鱗木,是那個時代陸地上最粗的木本植物之一,樹幹直徑到 2 公尺。四億年的樹木史翻完,單一樹幹的粗度始終停在兩位數公尺以內,與 500 公尺之間差著兩個數量級。

順帶一提,人類現在有能力從衛星影像辨識地表的森林類型,先前介紹過的ForTy 全球森林地圖就把整體分類準確率做到約九成;但一棵樹有多粗,至今仍要有人走到樹下,用皮尺繞一圈。

清單列出四項現實樹木的體型紀錄:謝爾曼將軍樹基部直徑約 11 公尺、紅杉亥伯龍樹高約 116 公尺、金氏紀錄最大榕樹樹冠覆蓋約 1.9 公頃、潘多美洲山楊根系範圍約 43 公頃

第一道關卡:自重漲得比支撐快

樹幹等比例放大時,體積與重量隨尺寸的三次方成長,負責支撐的橫切面積只隨二次方成長。這是材料與生物都逃不掉的平方立方定律。放大 45 倍,重量是原來的九萬多倍,支撐面積只有兩千倍出頭,單位面積要扛的力放大約 45 倍,而木材能承受的應力有上限。過了臨界點,樹會被自己的重量壓潰或壓折。大象的腿粗得不成比例、螞蟻能扛起身體數倍的重量,都是同一條數學在不同尺寸下的長相。

第二道關卡:水柱有天花板,年輪有時鐘

樹沒有心臟,也沒有幫浦。把水送上樹冠,靠葉面蒸散拉出負壓,靠水柱的內聚力一路相連。樹越高,水柱越長,負壓越接近空化的臨界;導管裡一旦生成氣泡,供水就中斷。植物生理學家科赫與同僚在 2004 年的《自然》期刊上發表對紅杉的水力量測,把樹高的理論上限估在約 122 到 130 公尺之間,與現實紀錄的 116 公尺貼合。熱搜那棵樹若照巨杉的比例長高,會是公裏級的身高,在自重那一關之前,水的問題就先無解。

還有一筆時間帳。樹變粗靠形成層每年往外添一圈,大樹一年大約增加幾公釐到一公分的半徑。要攢出 250 公尺的半徑,就算以一年一公分計,也得花上兩萬五千年。已知最老的單株樹,是一棵約四千九百歲的加州刺果松。時間同樣不站在巨樹這邊。

圖卡呈現平方立方定律對樹木體型的限制:樹幹等比例放大 45 倍時重量增為九萬多倍,支撐面積只增兩千多倍,自重終將壓垮過大的樹

最接近的兩種長法,都繞開了單一樹幹

榕樹的辦法是讓枝條垂下氣生根,落地長成支柱根,靠幾百根「新腳」持續擴張。金氏世界紀錄登記的最大榕樹樹冠,覆蓋約 1.9 公頃,換算寬度一百五十多公尺,仍然只有熱搜數字的三分之一,而且那已經是一片由眾多支柱根共撐的林子,與其說是一根樹幹,更像一片佔地。

美國猶他州的潘多走得更遠。一片約 43 公頃的美洲山楊林,經基因檢驗確認由同一套根系萌發,被當作單一個體看待。若把它想成圓形,直徑超過 700 公尺,確實比 500 公尺還寬;代價是它有數萬根樹幹,每一根都纖細。北歐神話的世界樹,以及各種奇幻作品裡的參天巨木,畫的卻都是單一樹幹的輪廓,那恰好是物理上最不可能的長法。創作本來就不受平方立方定律管轄,這沒有問題;需要設防的,只有把創作裡的數字讀成現實中的可能。

換算兩個動作,大數字就有手感

這條詞條真正留下的練習,是面對大數字時的兩個動作。第一個動作是換算:換成走路的時間,或換成熟悉的地標。19.6 公頃沒有感覺,大安森林公園的一角有。第二個動作是拉倍數:拿數字除以已知紀錄,500 除以 11 得到 45,「誇張」就從形容詞變成可以討論的倍率。這套換法不只服務樹,新聞裡的資料中心、隕石直徑、冰川面積,任何脫離日常經驗的量級都用得上。先前推測恐龍肉味道要往現存親戚身上找用的也是同一種思路:把無法直接驗證的問題,換成一段可以逐步檢驗的推導。

繞一圈走近 20 分鐘、切面塞得進大安森林公園、現實最粗活樹的 45 倍。做完這幾組換算,那棵樹就能安心留在熱搜裡了。

#科普#自然科學#尺度換算