不需要用電的自然空調系統，白蟻的巢穴是怎麼做到的？
炎熱的夏天，當你悶坐在房中，如果沒有空調、沒有風扇你會不會很絕望？尤其這個房子里還跟你一樣擠了成千上萬號人的時候？
在非洲、美洲的熱帶地區，也有一群小昆蟲每天面臨著這樣的處境。不過它們不一樣，它們會建一種帶有自然「空調」效果的房子，不僅可以實現冬暖夏涼，而且還能自動換氣，使之在酷熱和乾燥中也能舒適地生存。
它們就是大白蟻亞科（Macrotermitinae）的小白蟻們。
大白蟻亞科（Macrotermitinae）白蟻（圖片來源：https://home.czu.cz）
我們都知道，作為一種社會性昆蟲，它們過的都是集體聚居的生活，因而保持一個穩定的溫度、濕度及定期換氣的環境將十分重要。尤其是像大白蟻亞科的白蟻們，它們甚至還在巢中「耕種」了可以作為食物的共生真菌，因為維持一個穩定的氣候條件更加重要。
Macrotermitinae白蟻在巢穴中「耕種」真菌（白色）作為食物來源（圖片來源：https://home.czu.cz）
大白蟻亞科昆蟲的巢體建築物，可以說是白蟻這個種類中最大且最複雜的。大白蟻亞科的動物們可以將它們的唾液分泌物與土壤顆粒混合在一起，形成堅固的「混凝土」，用以建造凸出地面的巢體土丘（mounds）。這些土堆在地面上可達8~9米高，甚至在剛果（金）還曾發現過高達12.8米的白蟻土丘。
白蟻丘（圖片來源：Wikipedia.org）
不過白蟻們可不經常呆在這個巨大的土丘中，它們更多地生活在土丘下的巢穴（Nest）「房間」中。而地上的土丘結構則遍滿了四通八達的隧道和管道。這些管道結構基本上由一個或多個位於土丘中央的管道（稱之為「煙囪」（chimney））和許多接近土丘表面的小管道網組成。這些管道網四通八達、結構複雜。曾經有人嘗試過，往其中一個孔道灌注石膏就可以很輕鬆地填滿整個管道網。正是這些結構形成了白蟻土丘的「氣管」，使之能像動物的肺臟一樣輕鬆地實現「呼吸」。
白蟻丘內部的密集管道網（圖片來源：https://asknature.org）
這是怎麼做到的呢？
不同的結構有著不同的原理。對於有一些土丘而言，在它的表面布滿了聯通管道的小孔。當白天有風吹過時，炎熱的氣流便通過小孔進入土丘內部，並且經過土丘管道中的彎彎繞繞，從而冷卻，併到達巢穴中央，同時更換了巢穴中原本悶舊的空氣。
而對於另外一些表面光整、無孔道裸露的土丘而言，情況則稍微複雜一些。
Odontotermes obesus（O. obesus）是一種在南亞廣布的大白蟻亞科白蟻。它們所建造的土丘表面是幾乎沒有裸露的孔道的，即使有偶被破壞的，也很快會被白蟻們修復。不過，儘管氣體不能直接與外界相通，但實際上土丘表面的透氣率相當高，這也方便了內、外部氣流在濃度梯度下進行交換。
白蟻丘的內部結構（https://www.dkfindout.com）
科學家們採用儀器，對O. obesus白蟻所建造的土丘中的溫度、氣流及二氧化碳含量進行了實時監控，並發現了明顯的周期性波動現象。以溫度而言，夜間的時候中心溫度高於外周，而等到午後炎熱之時，中心溫度又明顯涼快於外周管道；以氣流情況而言，夜間外周的管道氣流以下降氣流為主，而到了白天則以上升氣流為主；二氧化碳的情況同樣也是這樣，呈現一種顯著的晝夜波動現象。
即使是已經荒廢了的、外表破損的廢棄白蟻土丘（Dead mound）也呈現了相似的晝夜波動現象。
對在住的
O. obesus白蟻土丘和廢棄的白蟻土丘進行氣流、溫度計二氧化碳濃度監控（圖片來源：參考文獻 [1]）
這說明晝夜的溫度更替驅動了土丘內部的氣流循環。白天，土丘表面被加熱，接近土丘表面管道中的氣流上升，並沿著中央「煙囪」推動這裡面較冷的氣流下沉，到達巢穴中央；夜間，則發生逆轉。當然，就算同是白天，太陽照射土丘的方向不同，造成溫度的差異，內部產生的氣流也會隨之變化。
O. obesus
白蟻土丘內部白天及晚上可產生不同的氣流流動（圖片來源：參考文獻 [1]）
這種流動的連續性，保證了巢穴中央有連續的新鮮氣體進入，同時產生自巢穴的廢舊氣體又能連續地運送到土丘表面進行交換。
很明顯，白蟻的建築看似簡陋，卻是能源可持續的；而對比我們人類的所造的普通建築，雖然華麗，但卻是能源消耗型的，因為我們必須要通過外部能源消耗（電力），才能不斷保持大型建築內的通風與舒適。
當然，類似的仿生學研究確實已經越來越多，建造一棟完全或部分由外部環境所驅動的自然空調建築也早已不再停留於圖紙上。有興趣的朋友也可以看看這個TEDx talk（http://v.youku.com/v_show/id_XNzA2MDc4ODg4.html?spm=a2h0k.11417342.soresults.dtitle），看看這位建築師Ben Bronsema是怎麼利用白蟻的智慧的。
Ben Bronsema設計的自然空調建築（圖片截圖於參考文獻 [2]）
參考文獻
[1] King H, Ocko S, Mahadevan L. Termite mounds harness diurnal temperature oscillations for ventilation[J].Proceedings of the National Academy of Sciences, 2015, 112(37): 11589-11593.
[2] https://tedxinnovations.ted.com/2015/05/20/spotlight-tedx-talk-air-conditioning-inspired-by-termites/
原創聲明：
1. 本文為創享空間特邀科普作者Mr-HH的原創文章，歡迎分享至朋友圈，轉載請務必聯繫後台，感謝支持原創！
TAG:華大創享空間速報 |