地球科學

地球磁場的變化（Earth’s Inconstant Magnetic Field）
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師

地球磁場近似一個棒狀偶極磁鐵的磁場，其中的磁北極在加拿大的北極圈內，磁南極在澳洲南方南極洲的海岸邊，磁北極是地表磁力線最終的匯集點，故磁力線垂直於地表進入地球內部，也就是磁傾角達90度，水平方向磁場強度為零的位置。磁北極是會緩慢移動的，加拿大地質調查所持續地調查及追蹤它的移動路徑，並決定出磁北極的位置，最近一次調查在2001年五月完成，並推測未來幾年的移動路徑為2002年在111.6°W; 81.6°N，2003年在112.4°W; 82.0 °N，2004年在113.4°W; 82.3°N，2005年在114.4°W; 82.7 °N。

科學家James Ross在1831年第一次紀錄地球磁北極，但是此後這附近海域冰封不易進入調查，直到1904年科學家Roald Amundsen才在距離第一次發現磁北極的位置約50公里遠的地方再次發現磁北極。根據實際的觀測發現，地球磁北極從1831至2001年共移動了1100公里，其移動路線及位置如右圖，且至今仍在移動中，平均速度大約每年10公里。大約自1970年以來，它的移動速度加快，甚至達到每年40公里，再過約50年它可能離開北美洲而到達西伯利亞，所以科學家的追蹤及測量磁北極的工作必須更頻繁。

地球引潮力（Tidal Force）
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師

在做潮汐現象的教學時，多數學生會死記「地球自轉一圈會經過2次滿潮和2次乾潮」，但常常只能說出地球面向月球一側，海水受到月球萬有引力的影響而發生滿潮，對於另一側的地球海水為何會是滿潮現象卻不能詳述。影響地球的潮汐水位高低的引潮力，主要受兩種力所影響，一為地月對偶旋轉離心力，另一為萬有引力，以下分述。

「地月對偶旋轉離心力」是指月球繞地球公轉時，兩者是繞著月球和地球的質量中心Cem旋轉，而非地球的球體中心Ce旋轉，故在背向月球的位置會產生「地月對偶旋轉離心力」。因為月球和地球是同步旋轉，所以此力在地球內外任何一點、任何時間下，必定完全大小相同且方向一致，即是與Cem和Ce的連線平行，且背向月球方向，如圖中藍色箭頭所示。

艾克曼海水運動（Ekman Current）
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師

極表層的洋流主要是由風吹海面所造成，當風吹拂海面時，水與風之間的摩擦力導致表層海水流動，海水在流動的同時，一方面因為科氏力的影響會向右偏約45度（南半球向左偏），另一方面摩擦力也會帶動下一層的海水運動，然後一層帶動一層，流速隨深度逐漸減小，流向亦隨深度增加而呈順時針（南半球逆時針）旋轉，一直到摩擦力影響不了的深度，使各層海水的流向形成螺旋狀的分布，即為艾克曼螺旋（Ekman Spiral）。被驅動的整層水平均流動方向會往風的右邊90度前進（南半球偏左），我們稱為艾克曼傳輸（Ekman Current）。

海水酸化的影響（Ocean Acidification）
臺北市立南湖高級中學地球科學科董家莒教師/國立臺灣師範大學地球科學系吳朝榮副教授責任編輯

海洋是二氧化碳的最大儲存場所，每年大約有20億噸的溫室效應氣體儲存於海洋並形成碳酸。由長期的監測資料得知，18世紀以來海洋中的酸化程度已經增加了10％，有些研究認為珊瑚礁體的建造速度因此而嚴重地減緩。雖然許多研究證實海水酸化會影響珊瑚礁生長，但都是侷限在水族箱中的基礎實驗，而真實的情況比實驗室中複雜許多，例如藻類的光合作用和動物的呼吸作用，都會影響海中二氧化碳的含量，而使海洋的酸度隨著時間有自然的波動。

Chris Martens與Niels Lindquist是美國北卡羅萊納州立大學的海洋生物化學家，他們在一座13公尺長的海下實驗室（Aquarius）中，探究海洋酸化對珊瑚礁的衝擊。他們帶著許多測量儀器來瞭解珊瑚礁在海洋中的生活原貌，這是一種史無前例的真實測量「把實驗室帶入海洋中」測量自然環境下的生物活動與海水酸度變化。