挑戰與危機：水、糧食、能源、環境

水資源分配、河川與海洋汙染、土壤污染、土壤鹽化與退化、人口爆炸與糧食危機、環境汙染(交互作用、跨地域性)、能源短缺

環境和人類脆弱性 (Vulnerability of People) （2）：世界風險指數 （World Risk Index）

2011/08/30
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環境和人類脆弱性 (Vulnerability of People) （2）：世界風險指數 （World Risk Index）
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. 為什麼需要評估世界風險指數？

2. 剛剛發表的世界風險指數有什麼用途？

圖1：2011年6月15日發表的《世界風險報告 2011》(德文版，英文版預計2011年9月初發表)封面。 （圖片來源：http://www.ehs.unu.edu/file/get/8696）

極端氣候或自然災害的消息近年來成了全球媒體關注的對象。但是天災對人類社會的衝擊，卻因為各個地區政治經濟發展條件的不同而有很大的差異。傳統的風險分析強調自然領域，缺乏對人類社會應變的能力和長期策略的評估。因此，聯合國相關單位與數個重要救援團體合作，2011年6月15日發表《世界風險報告 2011》（圖1）。此報告的核心就是在自然天災風險考量中整合放入「脆弱性」和「恢復力」的社會性因素，整體評估出「世界風險指數」，幫助決策者和民間團體能夠及早準備應變的措施和策略。

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環境與人類的脆弱性 (Vulnerability of People) （1）：概念與應用

2011/08/30
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環境與人類的脆弱性 (Vulnerability of People) （1）：概念與應用
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. 脆弱性和風險的概念有何不同？

2. 脆弱性的分佈不平衡與環境問題有何關連？

自然環境的變動牽涉到複雜多元的因素，而現代化社會的特徵也是功能分化越來越細微，複雜度越來越高。環境問題的特色之一，就是要面對各種形式的不確定和風險。近年來「脆弱性」（vulnerability）的概念成了傳統的風險分析的重要延伸。傳統的風險分析主要強調了自然災害，而脆弱性已經成為食品安全隱患（food insecurity）、貧困（poverty）、生計（livelihoods）和氣候變化（climate change）等研究的核心概念。

圖1：貧困是威脅個人安全的主要成因之一。圖中簡易房屋沿河口而建造延伸，使居民面臨巨大風險。貧困人民若無適當支援，很難改善他們本身的脆弱性問題。 （圖片來源：《全球環境展望4》，p.313）

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生物多樣性變化和能源（II）

2011/08/30
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生物多樣性變化和能源（II）
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. 說明再生能源也可能危害生物多樣性的例子？

2. 要平衡能源使用和生物多樣性之間的衝突需要哪些轉變？

能源優先還是生物多樣性優先？

幾乎所有的能源使用方式都會影響到生物多樣性，所以選擇能源必須瞭解所有具體情況下的權衡得失以及對生物多樣性和人類福祉的影響。當前，生物多樣性管理已經成為減緩和適應氣候變化影響的關鍵工具：從避免森林濫伐到進行生物多樣性補償，同時生物多樣性管理也保護了各式各樣的生態系統服務。表1整理能源和生物多樣性的密切互動關係。

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生物多樣性變化和能源（I）

2011/08/30
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生物多樣性變化和能源（I）
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. 生物多樣性，能源使用，氣候變化這三者之間的互動關係為何？

2. 貧困與富裕對能源使用和對生物多樣性的衝擊有何差異？

生物多樣性 vs 能源

許多種能源都是生態系統服務的產物，不論是現在的再生能源，還是久遠以前以化石燃料形式存留下來。相反地，社會發展對能源的需求表現在能源的開發和利用方式上，因此導致了生態系統的顯著變化。既然能源是所有經濟發展的基本要件，我們面臨的挑戰是如何在生物多樣性不再進一步流失的情況下持續地供給能源。這就必須界定權衡取捨，並制訂適當的緩解和適應策略。

預計到2030 年，人類的能源需求將至少增長53%。2030 年之前來自生物質能和廢物的能源預計能提供世界能源總需求的10%（圖1）。但是，這個預測是假設有足夠的化石燃料供應來滿足絕大部分的能源需求增長量。一些研究人員認為這項假定不切實際。此外，預計2030 年之前，能源產生的二氧化碳排放量的增速率會比能源使用量的增速率快一些。

圖1：各種來源的初級能源供應及2030年預測值 （圖片來源：《全球環境展望4》 p. 176）

(點擊圖片可放大觀看)

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生物多樣性變化和人類健康 (II)

2011/08/30
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生物多樣性變化和人類健康 (II)
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. 生物多樣性為何對傳統醫藥和現代醫學有重要的貢獻？

2. 生態系統過度消耗的例子和解決方案？

生物多樣性與藥品來源

生物多樣性也是許多治病藥品的來源。2002 – 2003 年之間，全球80%新化學類藥物可以追溯到天然產品或受天然產品的啟示。開發這類藥物的利潤極大。例如，一種從海藻中提取的治療皰疹的化合物，其利潤估計為每年0.5億～1 億美元；海洋生物體中提取的抗癌藥物，價值每年高達10 億美元。

傳統藥物主要從植物中提取，是發展中國家絕大部分人口基礎衛生保健的主要藥物。據估計，發展中國家約80%人口依靠傳統藥物，就連發達國家的最常用處方藥物中超過一半也是來自天然植物。

圖1：在Antananarivo, Madagascar市場上的傳統藥物多來自植物。 （圖片來源：http://en.wikipedia.org/wiki/Traditional_medicine）

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生物多樣性變化和人類健康 (I)

2011/08/30
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生物多樣性變化和人類健康 (I)
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. 生物多樣性與健康密切相關的例子有哪些？

我們對生物多樣性與環境的複雜互動關係瞭解還十分有限。生物多樣性，人體健康，以及人和其他物種疾病發生率之間的關係，還是有待研究的領域。但是一些基本的因果關係概念卻是很明確的（圖1）。許多具體的例子清楚顯示生物多樣性與人體健康密切的關係，例如：熱帶雨林和其他生態系統受到破壞和解體之後所引起的新疾病，野生動物與人類的疾病之間的關聯（例如：萊姆疏螺旋體病（Lyme disease）、西尼羅河病毒（West Nile virus）和禽流感（avian influenza）等），許多在自然界找到的治病藥物，生態系統服務對人類健康的貢獻，以及我們逐漸認識到的內分泌干擾物對動物和人類健康的影響等。

圖1：生態系統變化對人類健康的有害影響的幾個重要例子。 （圖片來源：改編自《全球環境展望4》，p.181）

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酸雨 (acid rain) ─傷害與防制

2011/08/30
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酸雨 (acid rain) ─傷害與防制
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. 酸雨的形成如何侵入地表水源？

2. 歐洲防制酸雨成功的關鍵何在？

酸雨對水中生態的影響

酸雨會影響河川或湖泊的pH值，當pH值小於6將影響到水中生物的生存或繁殖，當pH值小於5將導致水中生物大量死亡。可能會影響到養殖魚業。酸雨進入水源的途徑由圖1顯示。當地表水源附近出現酸雨沈降物質（SO42- and H+離子）時，水文過程（hydrologic processes）會將這些物質帶往土壤和床岩，然後在那裡與石灰岩（limestone）和含鋁的矽酸鹽礦物反應。化學反應之後，這些滲入物質繼續移動直到水源處。而進入水中的滲入物質的酸性由水源附近的土壤和床岩組成來控制。如果土壤和床岩裡面石灰含量豐富，那麼進入水源的物質酸性會被抵消。如果土壤和床岩裡面的含鋁的矽酸鹽礦物豐富，那麼帶毒性的鋁（或其他有毒性的重金屬）可以滲入水源中。

圖1：湖泊或其他地表水源酸化的示意圖。 （圖片來源：http://www.eoearth.org/article/Acid_rain?topic=49506）

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酸雨 (acid rain) ：組成和途徑

2011/08/30
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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）

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土地退化 (Land degradation)

2011/08/30
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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。

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人類與環境的相互聯繫（三）氣候變化(climate change)的多重效應

2011/08/30
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人類與環境的相互聯繫（三）氣候變化(climate change)的多重效應
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. 台灣地區近年來豪大雨的強度與頻率都有增加的趨勢，這樣的氣候變化對台灣的環境與生態會造成那些改變？

2. 台灣現有的水庫蓄水量逐漸減少，可能的原因是甚麼？你覺得可以如何改善？

人類活動對環境、生態系統服務及人類福祉都有多種直接影響。例如，二氧化碳的排放既能導致氣候變化，又可導致海洋酸化。人類活動造成多重環境影響的另一個典型例子就是氣候變化。

氣候變化與環境的多重影響

氣候變化和生物多樣性之間的聯繫，可以分別透過陸地、水及大氣之間的交互影響進行說明(圖 1)。在很多例子中，生物多樣性受到多種壓力的影響，這些壓力包括：土地退化、土地和水的污染及外來物種入侵等。

圖1：土壤沙漠化 (desertification)、全球氣候變化及生物多樣性損失之間的聯繫和回饋圈。

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