自然環境

湖泊的翻騰作用（Overturn）
新竹市私立光復高中生物科呂佳毓老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

溫帶地區，湖水會因季節溫度的變化，造成湖水層的移動，使得溶氧量較高的表層湖水下沉，而和底部營養鹽豐富的湖水混合，形成水層上下的循環，此現象稱為湖泊的翻騰作用（Overturn），這種現象特別常發生於冬季會結冰的湖泊，且經常發生的季節是在春秋兩季。湖泊經過翻騰作用後，整個湖水的溶氧量會增加、而營養鹽會由在湖底沉澱變成整體分布，因此會影響湖泊的初級生產量，那麼湖水在哪個季節翻滾後，再加上日照長，光合作用旺盛，初級生產力會因此提升呢？

A.春季。春季湖面的冰層融化，上下層的水皆為4℃，湖面風的吹拂使上層含氧豐富的水往下沉，而湖底帶有豐富營養鹽的水便對流往上移動，此為湖泊的春季翻騰作用（spring overturn）。

B.夏季。夏季湖泊因受熱由上往下垂直形成三層：上層（upper layer）是溫暖而含氧量豐富的水層、躍溫層（thermocline）是溫度下降很快的薄水層、深水層（deep water）則是水溫低（約4℃）、密度高且缺氧的水層。上層和深水層的水體彼此不會混合，因為有躍溫層隔絕的關係。

C.秋季。上層水冷卻後往下沉，混合消除了躍溫層。垂直水流混合了夏季時形成的三層，使湖水溫度一致，受風吹襲，含氧水往下沉而湖底帶有豐富營養鹽的水便對流往上移動，此為湖泊的秋季翻騰作用（fall overturn）。

D.冬季。冬季湖泊的上層為冰層所覆蓋。密度最高4℃的水位於底部，風不影響冰層下的水，因此水體沒有什麼流通。

海洋酸化（Ocean Acidification）
台北縣中平國中自然與生活科技領域李佟位老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

由於石油、煤炭等化石燃料的使用，加上林地的大量砍伐和開發，大氣中二氧化碳的濃度在過去250年間增加了近40％，其後續所導致的全球暖化、氣候變遷等效應，也已成為全人類需共同面對的問題；但當我們將注意力集中在難以捉摸的新氣候模式時，殊不知另一場風暴，正在海洋中悄悄的形成。

由於CO₂略溶於水，百年來人為所排放的二氧化碳中，便有約1/3～1/2為海水所吸收。

如上列方程式所示，二氧化碳溶解後形成碳酸（H₂CO₃），接著分解為碳酸氫根（HCO₃^–），或進一步解離為碳酸根（CO₃^2-）。過程中釋出的氫離子（H⁺）使得海水pH值下降，接著影響整體的化學平衡，稱為「海洋酸化」（Ocean acidification）。

自工業革命以來，海洋的平均酸鹼值已從8.21降至現代的8.10，目前還正以每十年約0.02單位的速度酸化中。那麼，原本呈現微鹼性的海水變得「比較不鹼」，會對海洋生態造成什麼影響呢？

全球變暗現象（Global Dimming）-下
台北縣碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

三、日光減弱現象在不同地點及時間的差異
研究人員發現，在不同的時間和地點測量日光減弱現象時，會有不同的結果：
1.地點的差異：
因日光減弱而導致全球變暗的研究，主要集中在北半球，根據研究資料顯示，在大城市中日光減弱會特別明顯，主要原因是在這些地區中，通常空氣污染的程度較為嚴重。
舉例來說，在過去的50年中，美國的照光量約下降10％，部分英國地區約減少16％，以色列減少22％，俄羅斯的部分地區，光照量甚至可下跌接近30％。

2.時間的差異：
由於懸浮微粒和雲層的攔截作用，在白天會造成日光減弱，使地球溫度下降，反之，在夜晚會使地表的熱輻射減緩，減少地表熱量的散失，因此能保持地球的溫度。

四、日光減弱現象對環境的影響
由於日光減弱現象而產生的全球變暗效應，對地球環境主要有下列的影響：
1.由於全球變暗的情形日益嚴重，影響到地表水的蒸發量，會干擾到全球的水循環，使某些地區的降雨量減少，甚至可能因而導致旱災的發生。

全球變暗現象（Global Dimming）-上
台北縣碧華國民中學自然領域張世玪老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

近年來科學家發現，自二十世紀五十年代開始，地球表面所接受到的陽光愈來愈少，產生「日光減弱」的現象（solar dimming），隨著光照量逐漸減少，導致地球變得越來越暗，這種情形則稱為「全球變暗」（Global dimming）。

根據估計，全球的光照量在60～90年代間，平均每10年大約下跌2～3％。

一、造成日光減弱現象的原因
由於燃燒化石燃料和其他能源所產生的懸浮微粒，如煤煙、粉塵或二氧化硫等，除了造成空氣污染之外，也會造成日光減弱的情形，其主要原因如下：
1.大量的懸浮微粒會使得能見度降低，減少日光到達地球表面的總量。

2.懸浮微粒會吸收太陽的能量，減少地表的光照量。

3.空氣中懸浮粒子增加，會使陽光折射而無法到達地面。

4.懸浮微粒會成為雲中小水滴的核心，當水量相等時，空氣中的懸浮微粒愈多，會凝聚成更多體積較小的小水滴，使雲量增多，但降雨反而減少，會將更多的陽光反射回太空。

逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -下
台北縣天主教聖心女子高級中學生物科許家榕老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

1952年12月的倫敦發生了一項嚴重的空氣污染事件。12月4日因反氣旋到來而無風，逆溫現象導致非常寒冷，為了燃煤作為保暖，又加上市區內還分佈了許多以煤為主要能源的火力發電站，空氣中充滿來自燃煤後的污染物(二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、粉塵)，形成一層很厚的灰霾籠罩在倫敦上空(存在的柏油顆粒、煙塵、煙霧使其呈黃黑的顏色，因此又稱“pea souper “）。

從12月5日持續了5天至9日，而後就迅速地因天氣改變而消失。

期間由於毒霧的影響，不僅大批航班取消，甚至白天汽車在公路上行駛都必須打開大燈。倫敦雖然已經經歷許多次煙霧事件，本來不以為意。但接下來的數週中，醫療統計造成超過4000人死亡、超過10萬人因此罹患呼吸道疾病。甚至有最近的研究表明，死亡人數可能超過12000人。此一事件並推動了英國環境保護立法的進程。