生命科學

酸性沉降(Acid Deposition)與湖泊
臺北市仁愛國民中學自然與生活科技領域黃郁芸老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

『酸性沉降』是一種區域性而非全球性的空氣污染現象，也就是工業活動所造成的酸性化合物的沉降現象；可分為「乾沈降」與「濕沈降」兩類。

乾沉降是指在不下雨的日子，從天而降的落塵攜帶酸性物質的情況。溼沉降則是指所有氣狀或粒狀污染物，隨著雨、雪、霧或雹等降水型態落到地面的情況，也就是一般所稱的『酸雨』。

但，大自然的雨水本就是酸的；這是因為大氣中含有二氧化碳，當二氧化碳在常溫時溶於雨水並達平衡後，雨水的pH值即約為 5.6；甚至火山爆發所噴發出的硫化氫，海洋釋放出的二甲基硫，高空閃電所導致的氮氧化物等，均會讓雨水進一步酸化至pH值 5.0 左右。

因此，在 1980 年代後期已認知為當雨水pH值在 5.0 以下時才稱為『酸雨』。

目前已知酸性沉降對環境的衝擊包括：侵害農作物及植被、改變河川湖泊化學平衡、腐蝕建築物雕像、影響能見度等等。根據記錄酸性沉降對生態造成影響的最先跡象是出現在1960年代初期，北歐、加拿大、美國等湖泊魚類族群減少的記載。

關於這些案例常見的說法是，酸性沉降將許多酸性物質帶入湖泊，使湖水pH值低於魚卵孵化的臨界極限，使得魚卵無法孵化成幼體，導致族群減少。

中養湖（Mesotrophic Lake）與優養湖（Eutrophic Lake）
新竹縣照門國民中學自然與生活科技領域黃銘義老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

(2)中養湖：為貧養與優養的過渡期。湖泊之上游集水區內因雨水的沖刷，帶來含有營養的物質及泥沙與植物碎屑，其中少部分會溶解於水中，但大部分則沈澱於水域底層，造成水體的營養鹽濃度逐漸增加，水深漸減，浮游性動物與植物數量也漸漸增加，水中溶氧量日漸提高，水體透明度減小，水質較差。

中養水域中常出現的藻類有：中養水域中常出現的藻類有：色球藻（Chroococcus sp.）、棋盤藻（Merismopedia tenuis）、團藻（Volvox sp.）等。

(3)優養湖：湖泊內營養鹽濃度隨著時間提高，水域內生物量也相對的升高，水中生物的合成與分解速率漸快，藻類大量生長，數量雖高，但種類變少，常會產生惡臭，而水底底層呈現缺氧狀態，水中懸浮粒子及殘留物質增加，透明度降低，水多呈綠色或黃綠色。優養水域中常出現的藻類有：藍綠藻中的魚腥藻（Anabaena spiroides）、顫藻（Oscillatoria sp.）及甲藻（Peridinium sp.）等。

貧養湖（Oligotrophic Lake）
新竹縣照門國民中學自然與生活科技領域黃銘義老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

湖泊是指由地表低窪地蓄水形成、沒有與海洋直接聯繫的水體，體積或大或小。

通常面積小形狀圓者稱之為「池」、「塘」或「潭」，面積較大者稱為「湖」或「沼」，可能為天然形成或人工開挖蓄水而成，而兼具儲水、發電、灌溉、觀光遊覽等功能的湖泊，則稱之為「水庫」。

湖泊跟據各種不同的環境因子有許多不同的分類，如：依鹽度的多寡來分類，可分為鹽湖、鹹水湖、淡水湖等；依形成的原因，可分為：火口湖、冰蝕湖、偃塞湖等；而依湖水的營養程度可分為貧養湖（Oligotrophic Lake）、中養湖（Mesotrophic Lake）、優養湖（Eutrophic Lake）等。

三種不同營養程度的湖泊，在透光度、溶氧量、藻類的種類與數量等皆有不同，以下分別就三種不同營養程度的湖泊做介紹：

臭氧洞(Ozone)-下
臺北縣新莊國民中學自然與生活科技領域賴俐伶老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

臭氧洞的影響：
也許有人認為臭氧破洞只發生在南極地區跟其他地區沒有關係，可是西元1999年10月美國航空總署衛星影像圖顯示，澳洲上空南方出現第二個臭氧層破洞，玻利維亞的的喀喀湖上方也被偵測到一個小臭氧層破洞，依美國航空總署於1994年偵測資料顯示，臭氧洞的面積由1985年的約1300萬平方公里到1994年已經擴大了2300萬平方公里，相信今天所擴大的範圍絕對不僅於此而已。

世界各地大氣中臭氧都已日漸稀薄，臭氧層在整個大氣層中雖然只是薄薄的一層，但卻保障了地球上的萬物，沒有了它，紫外線毫無忌憚地照射地表，對人體與自然生態都將產生極大的危害。

科學家分析，若臭氧層濃度減少10％，皮膚癌發生率升高26％，全世界亦將有160~175萬名新白內障患者；輻射增加，浮游生物勢必存活在水面下更深之處，光合作用將降低6~12％，浮游生物的存活量也將隨之減少。一旦食物鏈的最底層的浮游生物減少，勢必牽動整個食物鏈，生態系的牽動將造成浩劫。

1987年，在聯合國主導下，由24個國家成立了「蒙特婁協定」，但各國意見紛紜，成效不彰。

1992年聯合國環境規劃署(UNEP)專家經電腦估算，除非將CFCs減產85%，否則禍在眼前。

由於問題實在太嚴重，才經由74個國家簽訂「蒙特婁修正協定」，限制了CFCs及四氯甲烷的生產，目前均在嚴格有效的管控中。

臭氧洞(Ozone)-中
臺北縣新莊國民中學自然與生活科技領域賴俐伶老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯

氟利昂(Freon)因穩定性高，不自燃、不助燃也不易起化學變化，以及對人體傷害較小等優點，普遍使用於各種工業及日常生活用品。其中又以CFC-11(CCl₃F)、CFC-l2 (CCl₂F₂)及CFC-113(C₂Cl₃F₃)三種原料佔最大使用量，使用範圍包括：發泡劑、冷  媒、清洗劑、噴霧劑等。

Freon自l970年開始大量生產及使用，1986年全球消費量達113萬公噸，其中約有70%的量，會排放至大氣中。

氯氟碳化物化學性質相當穩定，生命期更長達數十年至百年之久，因此會在大氣中不斷累積，要上升到平流層才會因受到紫外線的照射而分解，此時其中所含的氯會被釋放出來，與臭氧反應，而使臭氧分解消失。一個氯原子在失去活性以前，足以破壞一萬個臭氧分子，因此對臭氧層造成莫大的威脅。

自1978年開始的十年內，全球各緯度平流層的臭氧含量降低約1.2%至10%不等，南極上空更是臭氧被破壞最嚴重的地區，甚至在春季期間更會出現所謂的「臭氧洞」，面積可達到和英國面積一樣大小。

但CFCs主要是由北半球工業國家所排出，北半球大氣中的濃度也確實高於南半球，但為什麼至今最大的臭氧洞是出現在南極而不是在北極呢？顯然跟南極特殊的地理環境跟氣候狀況有密切關聯。

冬季在極區上空的平流層形成渦旋阻斷了空氣的交換，造成極低溫狀態(低於-80℃)，這種極低溫將有助於極性冰晶雲的產生。

臭氧洞(Ozone)-上
臺北縣新莊國民中學自然與生活科技領域賴俐伶老師/國立台灣師範大學生命科學系張永達副教授責任編輯
   
何為臭氧？
臭氧(O₃)是一種具有刺激性氣味的不燃性氣體，其實它的味道並非很臭，而是有如收割稻草時的獨特氣味，西元1785年時，德國人Van Marum在雷雨後的清新空氣中，所含的草鮮味而發現了臭氧的存在，直至1840年才由Schonbein，以希臘字”OZONE”為之命名，重量約為空氣的1.5~1.7倍。

臭氧層的出現及意義：
太陽紫外線可以提供能量，分解大氣中的氧分子(O₂)形成氧原子(O)，而游離的氧原子又有可能再與另一氧分子結合，就會合成臭氧(O₃)，臭氧又會與氧原子、氯或其他游離性物質反應而分解消失，不斷反覆的生成和消失，使得大氣中的臭氧含量維持在一定的均衡狀態。

實際上大氣中臭氧的總含量並不多，只有0.01~0.04ppm，而且在各地的分布並不均勻，約有90%的臭氧存在於平流層(Stratosphere)的較低層，即離地面20到30公里處，此區被稱為「臭氧層」(Ozone Layer)。

臭氧層可以吸收太陽光中大部分的紫外線，屏蔽地球表面生物，不受紫外線侵害，加上其具有極強淨化殺菌之作用，可使得自然界中的細菌黴菌，無法過度繁殖因而保持平衡狀態，所以這一層雖然極薄，但卻對於地球上的生命非常重要。