環境教育

陽明山國家公園的天然背景輻射

2011/07/13
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陽明山國家公園的天然背景輻射
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 陽明山國家公園的天然輻射來源為何？

瞭解台灣的天然背景輻射的一個代表例子是陽明山國家公園。

火山噴發史
位於台北盆地北緣的陽明山國家公園，面積約11,455公頃，是台灣除了龜山島以外的主要火山分布地區。將時間回溯到280萬年前，此處原始的火山開始第一階段的強烈噴發，噴出的火山碎屑岩及安山岩熔岩流開始堆積；到了70萬年前左右，是第二階段火山活動的旺盛時期；而最後的噴發是在大約30萬年前，紗帽山在七星山南側的山腰形成之後，整個火山群的火山噴發活動便趨於停止。這段期間形成了20多座火山，可分為大屯山、竹子山、七星山、燒粳寮山、內寮山、磺嘴山、南勢山、丁火朽山等8個火山亞群。之後又經過數十萬年的風吹日曬雨淋，才形成了今天的地形地貌。

圖1：陽明山國家公園內的小油坑硫磺噴氣 （圖片來源：http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%8F%B0%E7%81%A3%E6%BA%AB%E6%B3%89）

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台灣的天然背景輻射

2011/07/13
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台灣的天然背景輻射
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 考量本身的天然輻射劑量之後，台灣民眾需要擔憂日本福島的輻射塵？

今年3月發生的福島核子事故，媒體大幅報導電廠周圍輻射劑量數值飆高，甚至推測輻射塵飄到台灣的危害性，引起了一般民眾人心惶惶。其實，自古以來，在我們日常生活環境中就存在許多天然輻射。聞「輻」色變並不是理性的應對態度，重要的是應該分辨容許的劑量範圍，才能判斷應該採取怎樣的防護措施。

天然輻射大致可以分為四類：

  • 宇宙射線（cosmic rays）－來自外太空的高能粒子及這些高能粒子與地球大氣中之原子碰撞所產生之二次粒子與電磁波。
  • 地表輻射－來自地表的土壤和岩石所含之天然放性射核種鈾、釷、鉀及鈾、釷衰變系列核種所產生之輻射。
  • 氡氣 （Radon, Rn）－來自鈾系及釷系元素在衰變過程中產生的一種天然放射性氣體。
  • 人體體內輻射－來自呼吸、飲食進入人體，及人體體內自然存在的放射性核種。

圖1：台灣地區天然地表輻射 （圖片出處：朱鐵吉: 不需要聞「輻」色變。）

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對流層臭氧 （Tropospheric ozone）和平流層臭氧（Stratospheric ozone， Ozone layer）

2011/07/06
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對流層臭氧 （Tropospheric ozone）和平流層臭氧（Stratospheric ozone， Ozone layer）
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. 臭氧在對流層和平流層裡對人類健康有何不同影響？

為什麼平流層臭氧對於生態系統非常重要？

臭氧
臭氧（O3）是氧氣（O2）的同素異形體（allotrope），在常溫下，它是一種有特殊刺激味的淡藍色氣體。英文臭氧（Ozone）一詞源自希臘語動詞ozein，意為「嗅」。這個命名是1840年瑞士化學家Christian Friedrich Schönbein 提出的，1865年瑞士化學家Jacques-Louis Soret首次確定臭氧的分子式，1867年Schönbein證實這個分子式是正確的。

對流層臭氧 （Tropospheric ozone，Low level ozone）
低層空氣中臭氧（也稱為對流層臭氧）屬於一種對生物有害的污染物，是光化學煙霧（Photochemical smog）的組成部分之一，有時被稱為「有害的」臭氧。因臭氧反應活性遠遠比氧（O2）強，是強氧化劑，對植物、動物及很多結構材料如塑膠、橡膠有害。也會傷害肺組織，嚴重時可能導致肺出血而死亡，因此當空氣中臭氧含量過高時，一般建議老人和幼兒不宜於戶外作劇烈運動，以免吸入過量臭氧。

圖1：臭氧層中，臭氧與氧氣的循環。 （圖片來源：作者修改自：NASA， http://en.wikipedia.org/wiki/Ozone_layer）

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輻射 （Radiation）: 基本分類

2011/06/22
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輻射 （Radiation）: 基本分類
大葉大學機械與自動化工程學系吳佩學副教授/美國Stony Brook University王瑜君物理學博士責任編輯

思考問題：

1. 輻射通常怎樣分類？

2. 輻射在日常生活中無所不在，哪些情況是有暴露於過高劑量的危險？

輻射是一種能量，以波或是次原子粒子移動的型態來傳送。輻射的分類，可以依照能量高低和來源天然與否來區分（表1）。

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綠色經濟學的先驅： David William Pearce （1941-2005）

2011/06/22
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綠色經濟學的先驅： David William Pearce （1941-2005）
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. 如何讓環境保護與市場邏輯有雙贏的可能？

2. 經濟學知識如何幫助解決環境困境？



David William Pearce （1941-2005）

「我活在現實政策塑造成的現實世界。我注意摧毀自然的各種力量，試著拿同樣這些力量來保存自然。」（David William Pearce）

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湖泊的翻騰作用（Overturn）

2010/09/16
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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。

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海洋酸化（Ocean Acidification）

2010/09/16
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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（CO32-）。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？

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逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -下

2010/09/16
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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。

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逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -中

2010/09/16
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逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -中
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

(5)地面逆溫：在近地面100公尺的逆溫是常發生的，尤其在晴朗的夜晚，強烈的長波輻射作用常使近地表面的氣溫下降的比較高層大氣為快，因此逆溫層也就形成了。山谷逆溫即屬地面逆溫。在冬季山區，夜間山坡上的空氣冷卻很快，冷空氣重，於是順坡下沈聚到谷底，把谷地中原來的暖空氣抬擠上升，而形成上暖下冷的逆溫現象。

逆溫的形成常常是幾種原因共同作用的結果。無論是怎樣形成的，只要逆溫出現，對天氣均有一定影響。

逆溫層阻礙空氣的垂直運動，使得大量煙霧、水氣等聚集在逆溫層下面，使能見度降低，造成大氣污染。因為地面熱氣上升後，地面就會變冷，這種現象常常會影響該區域熱帶經濟作物，使枯萎甚至傷亡。再者，逆溫層現象像蓋一頂帽子阻止空氣對流或擴散，如果這頂帽子被任何因素破壞了，突然釋放積壓了的對流能量，加上當時的水氣，將可能發生暴風雨，甚至在寒冷氣候下可能下凍雨或造成冰暴的災害。在美國中西部，這種現象也可能發生在龍捲風之前。

另外，因為較高的暖空氣覆蓋著較低的冷空氣，可能會導致空氣汙染物無法散出，影響生物的健康。

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逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -上

2010/09/16
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逆溫與灰霾 (Thermal Inversion and Gray Haze) -上
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

逆溫現象是氣象學上描述大氣對流層中的溫度隨著高度增加而遞增的現象，這與高度越高、溫度越低的正常現象相反，是對流層中氣溫垂直分佈的一種特殊現象。

主要是因為地表溫度較低，由較暖較輕的空氣推動較冷較重的空氣。這類型的逆溫現象發生在溫暖地帶附近，也發生在海水湧升區(upwelling)，有足夠濕氣的較冷空氣層，而煙霧就像是一頂帽子蓋住下方形成逆溫層，例如加州海岸。

逆溫的種類有：(1)輻射逆溫 (2)平流逆溫 (3)下沉逆溫 (4)鋒面逆溫 (5)地面逆溫。

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