化石學問大
暑假自然探索趣──生活問題大哉問
摘要
我們前往台南玉井挖掘化石，首先我們認識了當地地質的狀況和當地出土的化石種類，接著還了解挖掘化石的方式以及工具。之後還進行了化石的清修以及種類的鑑定，而且也利用挖掘到的化石推測出當地的環境以前是溫暖的海域。並透過實驗證明了珊瑚礁化石含有碳酸鈣的成分。最後，我們還製作出一款可辨識化石種類的APP，並探討後發現可能會影響辨識正確率的因素。
I- 研究動機
我為什麼會製作的這個主題呢?原因其實是因為我在暑假時參加了「小小古生物家」的營隊，因此我想使用挖掘出的化石來作基礎科學研究。
II- 認識該區域地質狀況
挖掘區域：玉井鄉曾文溪玉豐大橋段化石出土區域
於曾文溪河谷左岸挖掘，主要層面為六重溪層，由西到東為玉井頁岩、鏡面砂岩、北寮頁岩、竹頭崎層、茅埔頁岩，附近有月世界──惡地地形。
III- 認識該區域出土化石種類
該區域的出土化石種類有：牙齒(海豚、鯊魚、魟魚、鸚哥魚)、鯊魚(脊椎)、魟魚(尾刺)、蝦(足)、螃蟹(饅頭蟹)、藤壺、有孔蟲、珊瑚(蟲、礁)、海膽綱、腹足綱(螺類)、斧足綱(蛤類)、象牙貝、闊船蛸、植物(碳化木、樹葉)
IV- 挖掘需要的工具與方法
採集工具
鐵鎚、平口鑿子、尖口鑿子、十字鎬、鐮刀、耙子、手套、塑
膠、油漆烤肉刷、瑞士刀、打火機、全罩護目鏡以及快乾膠。
採集方法
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1. 敲擊法：鐵鎚、平口鑿子、尖口鑿子以及十字鎬併用，主要用於敲碎大石塊，獲取石頭中的化石，或是從露出部分的化石從岩石中敲出整體化石。 |
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2. 挖掘法：使用耙子翻動土壤或碎石，通常與敲擊法並用。 |
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3. 撿拾法：徒手撿拾以及輕輕翻土(僅適用於珊瑚) |
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V- 實際上挖掘到的化石種類
以下是當時挖掘到的化石
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扇貝化石
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蛤類化石
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螃蟹化石
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植物化石 |
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珊瑚化石
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鯊魚牙齒化石 |
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VI- 推測古代環境
因為該地區出土的化石多為海洋生物，所以推測很久以前，此地區位於海中，而且出土的物種還包含了珊瑚，因此可以推測當時的海洋非常溫暖且無遭受污染。
VII- 化石清修作業
概要
因為在化石在運送途中便有可能因為被泥沙給附著，因此回到家時我們在客廳搭了個簡易清修台，以方便清理化石，回復現場的樣貌。
清修工具
油漆烤肉刷、舊牙刷、美工刀、快乾膠、小塑膠漏斗、切割墊以及護目鏡。
清修過程
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1. 將化石清修台組立好之後，把化石分類，擺好工具。 |
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2. 利用小油漆刷及舊牙刷稍微將化石沿著紋路將表面的沙塵刷掉。 |
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3. 使用美工刀刮掉邊緣黏著的沙塵，並用小漏斗吹散。 |
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4. 回到步驟2，繼續清理至表面清晰時即可。 |
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※ 在清修時發現扇貝化石上好像有一塊疑似石英的物體。 |
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↑刀口指的區域 ↑使用手機顯微鏡拍攝 |
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VIII- 碳酸鈣實驗
概要
因為我想要證明網路上所說珊瑚礁化石的成分為碳酸鈣(CaCO3)，後來發現在碳酸鈣(CaCO3)內加入鹽酸(HCl)便會產生二氧化碳(CO2)，而且將二氧化碳(CO2)加入澄清石灰水，顏色便會變白、混濁，便可證明珊瑚礁化石的確含有碳酸鈣(CaCO3)。
實驗器材
手套一雙、吸引瓶、500ml燒杯、50ml量筒、玻棒、矽膠軟管3尺、矽膠塞、珊瑚礁化石少許、水(H2O)500ml、熟石灰(Ca(OH)2)、鹽酸(HCl) 30ml。
實驗步驟
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1. 我們按照水(H2O)：熟石灰(Ca(OH)2)=500(ml)：0.75(g)比例調出澄清石灰水，然後將器材組裝好。 |
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2. 在吸引瓶內放入珊瑚礁化石，將30ml的鹽酸(HCl)加入，並立刻將矽膠塞塞住瓶口。 |
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3. 搖晃吸引瓶，產生更多化學反應。 |
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4. 觀察澄清石灰水的顏色以及混濁度變化。 |
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↑實驗前 |
↑實驗後 |
實驗結論
由此實驗便可證明珊瑚礁化石中含有碳酸鈣(CaCO3)之成分。
IX- 化石辨識APP製作
概要
「這個化石到底是什麼種類的呢?」這個問題是我在挖掘化石的時候突然想出來，雖然都有帶隊的專業老師幫我們解答，但是如果有初學者自行前往挖掘，便有可能不知道挖掘出來的奇石是否為化石，或是不了解種類為何。雖然我想到可以在挖掘時查詢圖鑑，可是攜帶相當不方便，所以我便想到現在AI人工智慧相當發達，因此我便想研發一款APP，可以利用AI辨識化石的種類，所以我使用美國麻省理工學院(MIT)所研發出的MIT APP INVENTOR(MIT應用開發者)網站，製作出一款名為「化石辨識器」的APP，並利用「Personal Image Classifier」網站進行AI建模。
製作過程
1. 首先於MIT APP INVENTOR網站設計APP在於Android手機所顯示的使用者介面。
2. 設計拍照按鈕（因有著作權問題）
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3. 接著在Personal Image Classifier網站上傳建模用的照片，並進行AI建模，並下載建模完成之檔案。
4. 之後在MIT APP INVENTOR網站上傳模型檔案，再點選「程式設計」，並撰寫完整程式。
5. 最後點選「打包apk並顯示二維碼」之按鈕(隱藏於照片更上方)，並用手機掃描出現之二維碼(QRcode)，點擊「安裝」後再開啟便完成。
下載QRcode (打開QRcode即可安裝，不過僅支援作業系統為Android的手機)
使用說明
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操作APP辨識化石種類 |
按鈕「轉換鏡頭」── 轉換前後鏡頭。
按鈕「照相機」── 拍照。
「辨識結果」── 顯示辨識出的化石種類。
中間「圖像框」── 顯示攝影機鏡頭畫面。
只要對準辨識物體，按下「照相機」按鈕，就會顯示辨識結果。
辨識率實驗
l 實驗目的
我們總是覺得有一些種類的化石辨別較不容易，到底是為什麼呢？所以我們將每種化石用不同角度辨識50次，並將辨識是否正確紀錄於紀錄表上，最後在算出辨識率，了解辨識率低的物種。
l 器材
裝有該APP的手機、5種化石
l 步驟
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1. 將其中一種化石以APP辨識50次，並將結果紀錄於紀錄表上(如果辨識結果為該種類即｢正確｣，反之，如顯示無法辨識或變是成其他物種則是｢錯誤｣) |
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2. 重複步驟1至五種化石都實驗完成。 |
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3. 將辨識正確的次數轉換成辨識正確率(%)。 |
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l 結論
經過實驗之後，我們的APP能辨識出我們挖掘到的化石，扇貝、螃蟹以及鯊魚牙齒的化石辨識率較高，但是植物以及蛤類化石辨識率相對較低。
l 討論
經過實驗之後，發現植物以及蛤類化石辨識率相對較低，到底是為什麼呢？請教專家之後，發現有可能是背景顏色或是輪廓的問題，所以未來希望可以在建模時增加更多種類之背景，拍照時將焦點聚在輪廓，提高辨識率。
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詢問AI專家──李宗龍老師 |
影響APP辨識正確率的因素
經過討論之後，我們發現可能會有以下因素：
l 化石樣本太少──因為挖到的化石樣本過少，導致有可能辨識錯誤。
l 物種種類太少──因為樣本種類太少，如果遇到其他物種，就有可能辨識錯誤。
l 化石清理程度──化石清理程度可能會影響辨識結果。
l 背景問題──野外的背景有可能不同。
l 進行野外實測──因為在野外使用時有可能會出現問題，所以必須要進行野外實測。
l 多物件化石──如果在化石的母岩上有多種化石，無法聚焦在某顆化石上，便有可能辨識錯誤。
l 化石及背景的顏色光澤──化石以及背景的顏色光澤有可能會辨識錯誤。
l 未能做到深度分類──本APP僅可做到初步分類，無法做到細項的深度分類。
X- 參考資料
網站
l 地質資料整合查詢
https://gis3.moeacgs.gov.tw/gwh/gsb97-1/sys8/t3/index1.cfm
l 地質雲加值應用平臺 - 基本地質圖
https://www.geologycloud.tw/map/Stratum/zh-tw
l 玉井曾文溪海相化石區(台南市) - 自然保育網 - 林務局
https://conservation.forest.gov.tw/0000197
書籍
l 王良傑、陳志鵬（民 96）。南瀛化石誌。臺南縣：臺南縣政府。
l 王嘉祥（出版年不詳）。台灣海膽化石。臺北市：田野影像出版社。
l 黃婉玲、李孟哲（民 96）。尋找石頭記憶 台南縣菜寮化石館。臺北市：文建會。
l 鐘廣吉 et al （民 80）。台南縣左鎮 菜寮溪化石研究專輯。台南縣：台南縣立文化中心。
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