汞﹝Mercury﹞ ─ 全球各處傳輸量﹝Flux﹞及分布變化之特性﹝上﹞
國立台灣師範大學海環所賴信安碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

一‧汞的特性、種類：

近代的工業生產時代，我們的生產當中釋放出了許多有毒物質，其中之一是「汞」，對「人為來源」而言，它來自於人類社會中煤、石油的燃燒，焚燒廢棄物，或是鋅、銅提煉過程中釋放出來，但由於汞、汞之化合物具有容易揮發的特性，所以除了人為來源外，我們也很有興趣，存在自然界包含陸地中和海洋中的汞，究竟以多少的量、多少的速度揮發至大氣中？甚至是在陸地、海洋、大氣三個區域所含有的量、互相交換的量，正因為汞對於生物含有巨毒，直接影響到生物圈的發展。

﹝圖1 ，汞排放量的年變化趨勢，Willian 1991﹞

如圖1所示，從1975年之後不論是水圈、大氣、或陸地上所排放出汞、汞化合物的含量日趨上升，甚至預估趨勢至2025年時，汞的排放量將達到1975年排放量的2倍之多，在這些有毒物質充斥著生物圈生活周遭的時候，他究竟如果影響生命，對生物體有那些破壞影響，還有這些汞究竟是如果排放出來的，都是科學家極欲想知道的問題。

﹝圖2 ，汞物質的種類，Willian 1991﹞

因汞的凝固點低，且蒸汽壓非常小，故容易揮發為氣態，在大氣中汞的種累主要為「氣態汞的元素態」、以及「乙基汞」，或是氧化後的汞化合物﹝圖2﹞；而水中的汞主要分為溶解的有機汞、溶解的無機汞、氣態汞和顆粒態汞；這些汞物質在大氣和海洋中，以及生地化作用中互相交換循環，而部分顆粒態的汞下沉至深海，最終變成深海海床上的沉積物。

二‧危害人類的傳輸路徑：

甲基汞﹝Methylmecury﹞是屬於汞物種中毒性最強的物質，主要的來源是海洋生物的吸收、食用，然後經由食物鏈：生產者 → 初級消費者 → 二級消費者 → ‧‧‧→ 最終消費者，一層一層往上，甲基汞的含量便在生物體內逐漸累積、增加，所以海洋中的魚類體內會累積大量的甲基汞，而人類往往是吃掉魚類的最終消費者，所以甲基汞最終會屯積在人類體內，對健康產生危害；甲基汞主要破壞人體的中梳神經系統，在許多解剖學研究中，汞破壞的這些大腦區塊，將無法治療恢復；某些研究指出病人呈現的知識異常、四肢的末梢無感覺，可能是由於吸收過量甲基汞，破壞大腦中梳的知覺區塊而造成。

由於魚類是許多國家主要淡白質來源，再加上除了蛋白質外，魚類還提供了許多人體需要的營養素，但考量到食物鏈中的毒物累積，食品管理局應特別重視這些近代毒物汙染的問題，避免吸收了營養，卻也吸收了有毒物質。

三‧海氣 exchange 方式、傳輸量：

﹝圖3 全球海洋、大氣、陸地汞物質通量，Sarah 2007﹞

如圖3所示，大氣中汞的來源主要有：人為排放、陸地上揮發、海水表面揮發，而這些到達大氣的汞，亦會再沉降回陸地及海洋。
人為排放的汞，分為顆粒態的汞HgP、元素態的汞Hg0、二價汞Hg11，排放量分別為 1.0 Mmol / year、6.4 Mmol / year、3.5 Mmol / year 。
陸地揮發到大氣的汞主要為元素態 Hg0 ，揮發量為 10.0 Mmol / year。海洋逸散到大氣中的汞也大多為元素態 Hg0，逸散量為 14.1 Mmol / year。
由以上三者排放、揮發或逸散到大氣中的汞含量而言，人為排放的總量為 10.9 Mmol / year，陸地揮發的總量為 10.0 Mmol / year，海表面逸散總量為 14.1 Mmol / year，由此可知，大氣中汞最大的來源為海洋表面的逸散，而溫度和海表面葉綠素量控制了整個逸散的速率，所以我們非常關切海洋表面這些汞逸散物質、速率。
對於大氣的沉降而言，因為元素態的汞 Hg0 ，在大氣中會進行氧化反應形成二價汞 Hg11，以及附著在顆粒物質上，形成顆粒態的汞 HgP，故大氣中主要沉降的物質為二價汞 Hg11及顆粒態的汞 HgP。這些二價汞主要沉降回陸地和海表面，每年到達海表面的沉降量為 22.8 Mmol / year，到達陸地的沉降量為 11.1 Mmol / year，故大多數二價汞是沉降回海洋。而顆粒態的汞大多數沉降回陸地，每年的沉降量為1.0 Mmol / year。

﹝圖4 全球海洋混合層汞物質通量，Sarah 2007﹞

由於海洋幾乎是大氣主要汞含量的來源，所以特別分析海表面、混合層汞的通量，我們已知大氣中沉降到海洋的汞物質主要以二價汞 Hg11為主，年通量為22.8 Mmol / year；而海水表面逸散到大氣中的汞物質以元素汞 Hg0 為主，因為在汞物質的特性中，元素態的汞有最大的揮發性，所以極易返回大氣。
這些元素態的汞 Hg0 來源是海水中二價汞 Hg11 的還原作用而生成，當然這些二價汞 Hg11並非全部都會被還原為元素態 Hg0，某些二價汞 Hg11會與其他物質結合形成不易反應的汞 Hgnr，而大部分的二價汞 Hg11 是保持原本的狀態，所以海水混合層中，元素態汞 Hg0、二價汞 Hg11、不易反應的汞 Hgnr，三者濃度分別為0.07 pM、0.73 pM、0.71 pM。
圖4所示，混合層中汞的來源主要有來自大氣沉降，以及來是混合層以下的海洋躍層﹝溫度躍層、密度躍層…等﹞的擴散、湧升作用帶來，來自大氣的汞物質總量為 22.8 Mmol / year ，來自躍層之下的汞物質總量為 6.8 Mmol / year，所以大氣的沉降提供了混合層有 90% 的二價汞 Hg11；而每年有 14.1 Mmol / year的汞物質揮發至大氣，每年有 10.7 Mmol / year的汞物質進入躍層以下、深海，每年亦有4.8 Mmol / year的顆粒態汞進入躍層以下。如此的通量在混合層達成平衡，進出混合層的汞物質總量都是 29.6 Mmol / year。而每年由上層海水沉降到深海中的汞含量為8.7 Mmol / year，但沉積物的紀錄顯示出每年會有1 Mmol / year 的汞聚積而形成海床上的沉積物，所以累積在深海的汞每年增加7.7 Mmol / year，深海汞物質的濃度將每年上升 0.7%。

四‧參考文獻
1.Strode, Sarah A. (2007) Air-sea exchange in the global mercury cycle. Global Biogeochemical Cycles 21(1)
2.W.F. Fitzgerald and T.W. Clarkson, Mercury and monomethylmercury: present and future concerns. Environ, Health Perspect 96 (1991), pp. 159–166.
3.Ga°rdfeldt, K., et al. (2003), Evasion of mercury from coastal and open waters of the Atlantic Ocean and the Mediterranean Sea, Atmos. Environ., 37, S73– S84.
4.Lu, J.Y., Schroeder, W.H., Barrie, L.A., Steffen, A., Welch, H., Martin, K., Lochard, L., Hunt, R.V., Boila, G. and Richter, A., 2001. Magnification of atmospheric mercury deposition to polar regions in springtime: the link to tropospheric ozone depletion chemistry. Geophys Res Lett 28 17, pp. 3219–3222.
5.Mason, R.P., Rolfhus, K.R. and Fitzgerald, W.F., 1998. Mercury in the North Atlantic. Mar. Chem. 61, pp. 37–53

海平面（Sea Level）上升與觀測
高雄市瑞祥高級中學莊福泰教師/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮教授責任編輯

經濟學上有一個比喻說,當海潮高漲會抬升所有船隻,意思是當經濟進步時對所有的人都有所助益,但是若是全球海面升高可能對人類就會產生許多問題

在過去100年來全球海平面平均升高了20公分,而且隨著全球暖化可能速度還會加快,到了下一個世紀由於格陵蘭島和南極的冰融化,海平面可能會升高1公尺,比較明顯的災害是水位上升導致洪水增多或是陸地減少,其他可能引發的系列問題比較複雜但多相當嚴重,例如海水溫度升高可能產生更強大的暴風,環境改變引發危及海洋生物例如珊瑚和魚類,而洋流可能被改變而到致地球氣候的極端變化

想要預測未來就要先了解現在和過去,以全球海平面而言,我們的首要工作是準確測量海平面的高度,但這是一大挑戰,過去海平面高度的測量資料來自於全球各地驗潮站的平均潮水位,但自1992年發射Topex/Poseidon衛星、2001年發射Jason-1衛星後,科學家每十天便可精確測量全球海水面高度一次, 而2008年發射OSTM/Jason-2衛星將持續此一艱難的任務 Continue reading →

地熱能（Geothermal Energy）
國立臺灣師範大學地球科學系林忠彥碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

近幾年，因原油價格不斷提高，讓世界各國努力在尋找一些替代的綠色能源。地熱能這個名詞，對於活在21世紀的我們，應該不陌生。此能源的運用，在人類歷史上很早就有前例，例如：溫泉泡澡、農業…等等，但真正利用它來發電是大約在1904年，義大利建造全球第一座地熱發電場，才正式的對附近居民供電，台灣也在1981年，在宜蘭清水建設地熱試驗電廠。在2007年時，地熱能大約有100億瓦特，大約可供當時全球0.3﹪電力需求。不只如此，近幾年來，在世界各國研發努力下，產能每年大約有3﹪的成長，此成長主要在於發電技術的改良，讓發電效率提升。探勘技術的提升，讓更多地熱田有嶄露頭角的機會。地熱能的儲存量比目前人們所利用的總量高出很多倍，加上地熱能還會伴隨地球構造活動所產生的能量，而加以補充。如果我們使用的速度不超過大自然補充的速度，那我們可以視它為再生能源。加上它是大自然自然形成的熱能，直接拿來發電，不會造成像火力發電，燃燒產生一些溫室氣體，而導致溫室效應加大。也不需像水力、風力和太陽能發電，需要考慮氣候因素。因此，它現在己普遍地使用，已大量使用地熱的國家有:美國、菲律賓、墨西哥、義大利、紐西蘭、日本、印尼和冰島…等等。 Continue reading →

地質學明星之一–詹姆斯.赫登（James Hutton）
高雄市瑞祥高中地球科學莊福泰教師/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

詹姆士.赫登(James Hutton MD;1726/6~1797/3) 出生於英國被認為是地質學明星之一，他在地質學的主要理論包括火成論(plutonism )和均變說(Uniformitarianism)

詹姆士.赫登於1726年6月出生於英國愛丁堡一個五個孩子的家庭，父親在他幼年時便去世，母親擔負教育責任，讓他進入愛丁堡高中就讀，高中時，赫登對數學和化學極有興趣，14歲時，以人道學生(student of humanity)的身分進入愛丁堡大學，17歲時，曾擔任律師學徒，但他對法律工作的興趣不大，18歲他擔任醫師助理，並在愛丁堡大學攻讀醫學，1749年，於荷蘭雷登(Leyden)獲得醫師學位，獲得學位後，赫登回到英國，並於1750年夏天回到故鄉愛丁堡，24歲的赫登繼承父親的農場，並開始研究農業改良以及土壤的問題，並讓他開始對氣象和地質產生興趣，他開始研究地球表面包含岩石、土壤等，並於1764年和George Clerk Maxwell開始進行蘇格蘭北部的地質旅行。 Continue reading →

地球的年齡 (Tha Age of Earth)
國立臺灣師範大學地球科學所科學教育組任欣怡碩士生/國立臺灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

十七世紀的Vico 是對人類社會進行歷史分析的先驅者。Buffon以地球為依據，估計一個從假定早期融熔開始的冷卻速度，計算出地球的年齡為75000年。在敬神論者的心中，啟蒙運動關於地球有悠久過去的觀念與法國的政治事件有牽連。結果18世紀末，在大不列顛倒出現了反對大陸無神論影響的運動。

Cuvier和其他突變論者的工作已經證實在人類出現之前，地球本身就經過了一系列世界組成的歷史過程。這個新的時間觀念完全是革命性的，它形成了19世紀早期地質學家的共識。但隨著Scrope和Lyell 的著作問世，開始產生分歧。雙方都認為要使得他們所研究的侵蝕和沈積現象得以形成，就需要很長的時間。 Continue reading →

大滅絕（Mass extinction）的爭論（下）
國立台灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

支持地球內部因素乃是造成生物滅絕主因的科學家，在1980年代提出反駁隕石撞擊說的論點，Katerina PerchNilsen認為在白堊紀滅絕事件後，仍有一些殘留下來的浮游性生物在經過幾千年後才滅絕。顯示，滅絕事件並非突發、短暫的。
美國博物館館長Norman Newell提出三點來反駁隕石撞擊說：
1.滅絕持續幾百萬年，並非災變的結果。
2.分析銥元素異常的物理取樣只侷限在K-T界線，樣本過少並不令人信服。
3.沒有確切的地球上的證據顯示有撞擊證據（隕石坑）。 Continue reading →

大滅絕（Mass extinction）的爭論（中）
國立台灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

一派認為，生物滅絕的原因來自地球內部，西元1954年，美國地質學家Moore（1892-1974）提出古生代晚期海洋動物群的滅絕，主要是因為淺海面積限制了生物群的發展。西元1967年，美國博物館館長涅沃（Norman Newell，1909-2005）則認為環境變遷造成的滅絕是世界性的，並提出除了古生代、中生代的滅絕事件之外，還有寒武紀、奧陶紀、二疊紀以及三疊紀末期，各有一次生物滅絕事件。 Continue reading →

大滅絕（Mass extinction）的爭論（上）
國立台灣師範大學地球科學研究所張文馨碩士生/國立台灣師範大學地球科學系劉德慶教授責任編輯

西元十九世紀開始，科學家有關大滅絕的爭論重點，著重在有沒有生物滅絕這件事上面，有人認為不同年代的生物化石之所以擁有差異極大的器官特徵，其原因在於生物是緩慢演化的，所以生物化石才會有不同特徵的器官。而另一派科學家卻認為，地球歷史上經歷了幾次突發性的災變，導致大量的生物滅絕，所以才會在同一地點不同岩層中發現器官特徵差異極大的生物化石。

主張沒有大滅絕事件的代表人物以拉馬克為主，西元1801年，生物學家拉馬克（Lamarck，1744-1829）在他動物哲學的著作中提出生物進化理論，內容包括「用進廢退說」以及「遺傳論」，他認為生物體器官的增進與萎縮，跟其使用的頻率有關，而且器官的改變可以遺傳，他也同時提到，生物的進化過程是非常緩慢的。 Continue reading →