氣圈：空氣汙染與酸雨、臭氧洞、溫室效應與全球暖化、聖嬰現象、颱風、龍捲風、沙塵暴
地圈：自然地貌改變(風、河川、海洋、板塊運動、地震)、人為地貌改變(都市化、土地利用、森林減少、海平面上升)
水圈&地圈：颱風、山崩與土石流、地層下陷
生物圈：生物多樣性、外來種入侵、瀕危物種
酸雨 (acid rain) ：組成和途徑
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 酸雨的形成的途徑為何？
2. 口語中的「酸雨」一詞容易引起哪些誤解？
什麼是酸雨
酸雨正式的名稱是為酸性沈降 (acidic deposition)，因為除了雨之外還有其他形式的沈降。主要可分為「濕沈降」（wet deposition）與「乾沈降」（dry deposition）兩大類，前者指的是所有氣狀污染物或粒狀污染物，隨著雨、雪、霧或雹等降水型態而落到地面者，後者則是指在不下雨的日子，從空中降下來的落塵所帶的酸性物質。
圖 1：形成酸雨的濕沈降（wet deposition）與乾沈降（dry deposition）的幾個重要途徑。天然氨氣(NH3) 也可能被轉化成 NH4+。 （圖片來源：http://www.eoearth.org/article/Acid_rain?topic=49506）
土地退化 (Land degradation)
花蓮縣立宜昌國中理化科林建義教師/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 台灣有沒有土地退化的問題呢？一般民眾可以從哪些管道了解相關的訊息呢？
2. 台灣近幾年來缺水問題也年年升高，間接影響農作物的生產，你能為台灣的缺水問題想方法改善嗎？
土地退化的意義
「土地退化」是指生態系統因干擾而長期喪失生態功能和服務，在沒有幫助的情況下，生態系統無法自我恢復。它影響大片的土地表層和全球1/3的人口，窮人和貧困國家受到的影響更大。證據顯示，土地退化與生物多樣性喪失和氣候變化有關，這兩者都是直接原因。
土地退化的直接影響包括：土壤有機碳、養分減少，土壤蓄水量和調節能力下降及地下生物多樣性喪失。間接地，它會導致生產能力和野生動物棲息地減少。 例如，牧場土地退化會擾亂野生動物遷移，使草料發生變化，導致蟲害和疾病發生，增加動物對食物和水的爭奪。
圖1：家畜的過度放牧可能造成土地退化 圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/File:Cattle.jpg
土地退化威脅著永續發展, 人們在過去幾十年就已經認識到這個問題，但是，由於現有資料不完整，特別是有關土地退化的分佈、範圍和嚴重性等各方面的資料欠缺，這個問題一直沒有得到國際的積極回應。
沙漠化 (Desertification)
花蓮縣立宜昌國中理化科林建義教師/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 同樣是北回歸線通過的地區，緯度相同溫度條件應該差不多，為什麼台灣不是沙漠地形，而是得天獨厚的四季如春呢？
2. 台灣每年秋冬之際，常受到大陸沙塵暴的影響，此時應該有那些作為來防範可能的危害呢？
引言
大愛電視台有一則公益廣告，描述北迴歸線飛越地球一圈的過程，途經北美的墨西哥沙漠、北非的撒哈拉沙漠、阿拉伯半島的阿拉伯沙漠、印度巴基斯坦的塔爾沙漠，最後飛越寶島台灣，出現完全不一樣的美景，提醒國人要「知福、惜福、再造福」。實際上，北緯23.5度北回歸線經過地球上16個國家和地區，多屬沙漠和草原地帶，一般稱為“回歸沙漠帶”，唯有經過中國南部與臺灣時卻是另一番景象。這一帶林木繁茂，鬱鬱蔥蔥，雨量充沛，物産豐富，人們稱之爲“神奇的回歸綠帶”。沙漠形成的原因很複雜，「沙漠化」的問題是當前環境領域的重大挑戰。
影響森林生態系統的驅動力 (Drivers and pressures affecting forest ecosystems)
花蓮縣立宜昌國中理化科林建義教師/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 台灣近幾年土石流災害頻傳，是否也和森林生態系統改變有關？我們可以採取哪些實際行動，以減少這類災害的發生？
2. 台灣南部大規模發展水產養殖，這樣的土地利用方式已經造成那些問題？應該如何改善？
土地利用
過去20年全球人口不斷增長，隨著經濟持續發展，特別是新興市場的快速發展，使全球土地用途發生了史無前例的變化。在未來50年，預計人口增長和持續的經濟發展都可能進一步增加對土地資源的開發。其中變化最顯著的是森林植被及其構成、農田擴張和集約種植以及都市擴張的程度，這些土地利用方式的改變造成汙染、水土流失和養分缺失等，使土地發生嚴重退化。
引起土地用途變化的主要原因包括：人口和人口密度大幅增加、生產力提高、高收入與高消費模式、技術、政治及氣候變化等因素。個人對土地利用方式的決定，也受到集體意識、個人經歷、觀念、信仰和理解能力的影響。
改變土地用途的動機也會隨著時間而改變，不同時空背景會因應需求而有所不同。例如，亞馬遜流域的巴西地區在19世紀末到20世紀中期，曾經為了滿足國際市場的需求，而被開發成橡膠的生產地。
地方和附近城市的需求、外界經濟壓力影響著土地用途的改變。在更早期的年代，全世界可靠的歷史資料很少，但晚近數十年有限的資料可以發現，過去20年變化最大的是森林，特別是把森林轉變為農田、林地、草原以及新出現的人工林（詳見表1）。城鎮對糧食、水、原物料和廢棄物處理空間的需求控制了周圍的土地。
表1：全球土地使用：1987 — 2006 年間用途沒有發生改變的面積和發生轉變的面積.（表格來源：《全球環境展望4》p. 86）
注：農田包括耕地和集約化牧場。
太陽活動（Solar variation）與全球暖化（global warming）（2）─太陽活動進入冬眠期
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 太陽活動的紀錄最近出現哪些奇特的現象？
2. 太陽活動降低會對氣候造成哪些影響？
太陽的活動到底對地球上的氣候變化有何影響？有些質疑溫室氣體對氣候變遷的影響的人，例如丹麥物理學家Henrik Svensmark，認為太陽活動對全球暖化的影響比溫室氣體排放來得重要。如果這種看法成立，那麼氣候變遷是自然現象，而不是人為因素造成，國際社會目前各種節能減碳的努力，也是徒勞無功。
政府間氣候變化專門委員會（IPCC）代表主流的專家意見。在IPCC第三次評估（2001）和第四次評估（2007）報告中都認為太陽活動對全球暖化的影響難有定論，但是即使有影響，效果也不顯著。但是爭辯尚無定論，只要有新的數據出現，正反雙方的意見就要被重新檢視一番。
太陽活動邁進停緩期
2006年時NASA預測下一個太陽黑子高峰，應該出現在2011年左右。但是這個高峰沒有出現。目前太陽活動還是偏低 （圖1）。2011年6月中旬，美國天文學會（American Astronomical Society (AAS) ）召開會議，有三組研究團隊分別提出報告，更加證實了目前太陽活動的確邁入了冬眠期。
圖1：1940年以來太陽黑子的週期變化。Nasa's 2006 預測第24週期高峰本應該出現在2010左右，但是一直沒有觀測到。（圖片來源：http://science.nasa.gov/headlines/y2006/images/longrange/predictions3_strip.jpg， http://en.wikipedia.org/wiki/Sunspot）
太陽活動（Solar variation）與全球暖化（global warming）（1）─太陽黑子 (Sunspots) 與歷史紀錄
美國Stony Brook University王瑜君物理學博士/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 太陽活動的紀錄裡面出現哪些變化？
2. 為什麼太陽活動最近又是爭辯的焦點？
太陽活動（Solar variation）
太陽活動是太陽發射出的太陽輻射在總量上的變化。太陽輻射有週期性的變化，主要是11年的太陽週期（或稱太陽黑子週期）（圖2），但是其中還非週期的波動。在最近的數十年中，太陽活動可經由人造衛星直接觀測到；自此之前，則必須藉由一些前期的現象來作預測。近年來，氣候變遷的問題引起氣候專家對太陽活動的注意，太陽活動對地球的影響被稱為「太陽驅動力」（solar forcing）。 到底太陽活動在地球上造成的影響對全球暖化扮演了什麼角色？主流意見認為影響不大，但是專家之間尚無定說，仍然是爭辯中的議題。
圖1：太陽結構的圖解： 1. 核心 （Core）2. 輻射層 （Radiative zone）3. 對流層（Convective zone） 4. 光球 （Photosphere）5. 色球 （Chromosphere） 6. 日冕 （Corona） 7. 黑子 （Sunspot） 8. 米粒（Granules） 9. 日珥 （Prominence） （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Sun）
全球水環境(water environment)變化對於人類和生態系統(Ecosystem)的影響（1）：氣候變化對全球水文體制(hydrological regime)的干擾
國立高雄海洋科技大學水產養殖系張朴性教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 氣候變化對於水文體制的干擾主要發生於哪些領域？
2. 水文體制的干擾對人類的負面影響已經被證實的有哪些？
海洋是全球氣候的主要調節器，也是溫室氣體的重要儲存槽。然而在陸地和大洋盆地(ocean basin)等各層面，水循環(water cycle)正受到長期氣候變化的影響，從而威脅著人類安全。氣候變化影響著北極地區的溫度、海冰和陸地上的冰，包括山地冰川；他們同時還影響著海洋的鹽度和酸化情形、海平面高低、降水模式，也可能引起極端氣候事件，甚至影響世界海洋的循環體系(ocean circulatory regime)。
圖1：珊瑚因和二廠排放的廢水溫度高於一般海水，導致珊瑚的白化。
（圖片來源: 台灣科學教育館http://elearning.ntsec.edu.tw/files/15-1005-7665,c2091-1.php ）
平流層臭氧消耗 (Stratospheric ozone depletion)
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 為什麼會出現臭氧洞？
2. 氟利昂（CFCs）為什麼會被大量使用？與臭氧洞的關係？
臭氧層消耗是地球大氣上空平流層（臭氧層）的臭氧從1970年代開始，以每十年4%的速度遞減的一種現象。在南極，臭氧耗損的情況更為嚴重，稱之為「臭氧洞」(Ozone Hole)。其實臭氣洞並不是真正有個「洞」，而只是表示臭氧含量反常稀少的區域。表示臭氧含量反常稀少的區域。南極臭氧層厚度變化極大，從100至400 Dobson Unit （DU），而厚度若在220 DU以下，即稱為臭氧層破洞。（1 DU是每平方公尺有2.69×1020 個臭氧分子）。
圖1：2006年9月觀測到至今最大的南極臭氧洞。洞的面積平均是9千7百50萬平方公里。藍色和紫色是臭氧密度較低處。 （圖片來源： NASA — http://www.nasa.gov/vision/earth/lookingatearth/ozone_record.html）
極地臭氧層空洞(Arctic and Antarctic ozone hole)和對生態的衝擊
義守大學生物科技學系王瑜琦助理教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯
思考問題：
1. 為什麼南極的臭氧層耗損特別嚴重？
2. 臭氧層耗損會對北極地區生態系統造成哪些衝擊？
南極臭氧層空洞 (Antarctic ozone hole)
南極臭氧層空洞成為國際注目的焦點，是起於1985年發表在《Nature》的一篇文章，其中英國南極觀測站（British Antarctic Survey）的科學家Joesph Farman, Brian Gardiner, 和 Jonathan Shanklin報告他們發現，從1977~1984年，每年南半球的春季時（約9~12月）南極上空的大氣臭氧含量約減少了40%以上。其他研究機構也證實這項發現，並指出臭氧量急遽減少的區域面積甚至大於南極大陸，高度則是介於12~24公里之間的平流層，這就是所謂的「臭氧洞」（圖1）。其實並不是真正有個「洞」，而只是表示臭氧含量反常稀少的區域。南極臭氧層厚度變化極大，從100至400 Dobson Unit，而厚度若在220 Dobson Unit以下，即稱為臭氧層破洞。另一種臭氧層破洞定義方式是指臭氧密度不到1975年值的33％的區域。
圖1：1980-2006年 南極上空臭氧層空洞面積的變化情況 （圖片來源：NASA，《全球環境展望 4》p. 69 ）
