環境能源

關鍵區觀測站（Critical Zone Observatory）：美國國家科際整合的環境研究計畫

2011/07/08
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關鍵區觀測站（Critical Zone Observatory）：美國國家科際整合的環境研究計畫
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. 為什麼我們對地表關鍵區缺乏瞭解？

2. 為什麼需要整合不同學科的專業來進行這個計畫？

關鍵區觀測站（Critical Zone Observatory，簡稱CZO）是美國國家科學基金會（National Science Foundation）支持的一個全國性，整合不同科系的研究計畫。所謂的關鍵區指得是靠近地球表面，有滲透性的，介於天空和岩石的地帶，包括樹的頂端往下到地下水深層。這個有生命，會呼吸，不斷演化變動的區帶，也是岩石，土壤，空氣，水和有機物互動的空間（圖1）。這些複雜的互動調節了自然棲息環境，也影響了我們賴以為生的自然資源，包括食物生產和飲水品質。

圖1：關鍵區（Critical Zone）指靠近地表，有滲透性的，介於天空和岩石的地帶區帶，包括樹的頂端往下到地下水深層。 （圖片來源：http://criticalzone.org/Research.html）

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地表環境變遷
平流層臭氧消耗

平流層臭氧消耗

2011/07/06
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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）

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《蒙特婁議定書》和管理臭氧層破壞物質

2011/07/06
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《蒙特婁議定書》(Montreal Protocol) 和管理臭氧層破壞物質 (Ozone Depleting Substances，ODS)
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《蒙特婁議定書》被認為是最成功的國際協議？

2. 管制臭氧層破壞物質的努力，哪些地方有了收穫？哪些困難還要克服？

平流層臭氧可以阻擋有害的紫外線進入到地表，對於保護地球上生態系統非常重要。自從1974年兩位美國科學家Frank Sherwood Rowland和Mario J. Molina提出人造氟氯碳化物 （也稱作氟利昂）（chlorofluorocarbons 簡稱CFCs) 會破壞臭氧層的說法以來，陸續出現的觀測數據已經證實CFCs 是造成臭氧層破洞的元兇。由於CFCs自從1970年來已經被大量使用在工業產品上，要遏止臭氧層耗損繼續惡化，必須先判定到底哪些物質是會耗損臭氧層，然後才可以提出相關管制措施上的國際合作和行動。

圖1: 1980 — 2100 年國際協議對平流層中存在的消耗臭氧層物質的預測量產生的影響 (圖片來源：《全球環境展望 4》， p. 71)

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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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極地臭氧層空洞(Arctic and Antarctic ozone hole)和對生態的衝擊

2011/07/06
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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 ）

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日本福島第一核電廠事故：氫氣爆炸（hydrogen explosion）

2011/07/02
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日本福島第一核電廠事故：氫氣爆炸（hydrogen explosion）
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. 福島第一核電廠氫氣爆炸的原因為何？

2. 核災的發生的狀況複雜，除了核電廠的多重防護設備之外，還要注意什麼？

氫氣爆炸 vs. 核爆
日本福島核電廠的爆炸不是核爆而是氫氣爆炸。福島核電廠使用輕水式反應器，輕水也就是普通水；從維持核分裂連鎖反應的機制來說，輕水式反應器具有自我抑制的特質，即核分裂連鎖反應不會於事故中失控，於瞬間產生大量的能量，造成反應器的解體。使用輕水式反應器電廠的反應器爐心燃料只會熔毀（nuclear meltdown），不會爆炸。

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車諾比核電廠事故造成的健康傷害

2011/07/02
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車諾比核電廠事故造成的健康傷害
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. 為什麼車諾比核災發生20多年後，國際間對於造成傷害的評估還沒有共識？

2. 德國社會用哪些方式來處理災變後的恐慌？

圖1：TORCH報告中提出的銫-137輻射污染分佈圖。這是1995-98之間歐盟和歐盟會員國在歐洲各地進行量測的結果。單位是（kbq/m2, Ci/km2） 。 （圖片來源：《TORCH報告》， p. 32）

車諾比核電廠事故發生至今已經滿25年了，但是這個災變到底造成多少損失？目前對於傷亡的估計並沒有一致的共識。缺乏共識的原因主要是：1）導致災變發生主要是人為的錯失，牽涉到複雜的政治社會因素。災變當下蘇聯當局刻意隱瞞或模糊事件的嚴重性，也缺乏公開透明的數據資料。2）1991年蘇聯瓦解後，災情最嚴重的三個國家白俄羅斯，烏克蘭，俄羅斯（至今）仍然缺乏賢能清廉的政治運作，官方提供的資料的可信度缺乏民間團體的檢證。3）災變損失涉及經濟生產的變動，人口強制遷移，輻射的長期後遺症，社會心理的創痛等，許多效應是不容易有客觀量化的測量準則。

面對這三方面的困難，必須透過跨國合作（包括官方和非官方組織，以及專家社群的共同參與）才有能力對車諾比災變提出比較有公信力的評估報告。一直到核災發生20年後出現的國際合作的報告仍然有許多爭議點。以下簡介其中2份重要報告。

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車諾比核電廠事故對社會文化的衝擊：以德國為例

2011/07/02
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車諾比核電廠事故對社會文化的衝擊：以德國為例
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. 車諾比核災除了有形的衝擊之外，還有哪些無形的影響？

2. 德國社會用哪些方式來處理災變後的恐慌？

圖1：2003年車諾比核電廠附近Prypiat市的教室， 整座城市災變後居民緊急撤離成為廢成。（攝影：Rüdiger Lubrucht）

1986年車諾比核災除了輻射落塵導致短期和長期的生理傷害，經濟上的損失，也在國際社會間造成社會心理和政治體制上重大的衝擊。以德國社會為例，車諾比核災引發廣泛對核能安全的戒慎警覺態度，出現了「風險社會」的名詞和討論，也因此成立聯邦環境部來應付環境問題的挑戰。文化媒體界則呈現了科學數字無法傳達的，直接和間接受害者的驚恐和創痛。2011年在日本福島核災之後3個月內，德國朝野政黨在廣大民意支持之下，一致支持2022年前境內核能電廠全部除役的決定。這股廢核的決心和行動的起始點，就是25年前車諾比事故的震撼經歷。

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沿海濕地（coastal wetlands）消失後的損失代價：中美洲和美國新奧爾良市的實例

2011/07/01
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沿海濕地（coastal wetlands）消失後的損失代價：中美洲和美國新奧爾良市的實例
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. 濕地有哪些價值和功用？

2. 濕地遭破壞的原因？會有哪些負面衝擊？

2011年，台灣境內兩件濕地開發計畫引發環保團體的強烈抗議和媒體的廣泛報導：其一是開發南港202兵工廠濕地、改建為中研院生技研究園區一事；其二是計畫在彰化縣沿海濕地興建國光石化工業區。不適當開發濕地，特別是海岸濕地，表面上有短近的利益，但是從長期和整體性的角度來考量，損失更為慘重。以下是中美洲和美國新奧爾良市的實例。

圖1：從衛星圖片上可以明顯看出洪都拉斯沿太平洋海岸從1987年（圖左）到1999年（圖右）之間快速開發而帶來的景觀變化。 （圖片來源：《全球環境展望 4》, p.137）

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「人口就是命運」(Demography is destiny) ─ 人口變動與環境

2011/06/26
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「人口就是命運」(Demography is destiny) ─ 人口變動與環境
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. 為什麼人口與環境密切相關？

2. 全球人口變動的趨勢是？為什麼？

人口的發展對一個區域的社會，經濟和文化的發展影響甚巨。也因此，「人口就是命運」（demography is destiny）是常被引用的名言。不管此言是不是如傳言源自19世紀法國社會哲學家孔德 (Auguste Comte)，確定的是，人口增長引發人類對食物、水資源和能源的需求日益增加，也加重了開發自然資源的壓力。所以，人口變化是帶動環境變遷的重要驅動力。

圖1： 世界各區域人口過去20年的變化 (圖片來源：《全球環境展望4》p. 21)

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