高中生地球科學微課程

氣候變遷與預測

人類身處氣候變遷的時代,樹輪、冰芯等證據顯示目前地球的平均溫度是兩千年以來最高,大氣中的溫室氣體濃度則為近一萬年最高。氣候變遷造成了颱風侵襲臺灣的機率變低;晚上的氣溫變高;極端事件的發生頻率增加。若全球升溫超過2°C的臨界值,將造成無法挽回的局面。

為了預測氣候的變化趨勢,科學家在三維空間劃分出一個個「網格」進行模擬,將雲、不同顏色的懸浮微粒、海洋等納入考量;由於計算的資料量龐大,需透過電腦進行,可說電腦掌握著人類的未來。

全球水循環與氣候的變化

大氣、海洋、陸地之間緊密相連、環環相扣。例如,亞馬遜降水的變化反應在河川流量以及海洋鹽度;一年之中,四月為海洋質量最低的月份,此時北半球溫度升高,冰雪消融,不再累積於陸上。為偵測陸地及海洋質量的變化,可透過GRACE計畫的兩顆衛星量測重力。

老師也在課程中介紹棲蘭山雲霧帶獨特的水文特性。此地的蒸發量在上午9點最高,而非正午。因此處的蒸發主要來自葉子上的水,這些水來自霧、露水、或是攔截的雨水;水氣蒸發導致溫度上升變慢,霧更易形成而阻擋了陽光。

自來水處理

老師詳細講解自來水處理的各個步驟:混凝分為快混及慢混,可加入氯化鐵或多元氯化鋁進行;沉澱槽底部為傾斜設計,目的是蒐集汙泥;過濾亦分為快濾及慢濾;消毒的步驟可加入氯或是臭氧。其中,氯碰到有機物會形成具毒性的三鹵甲烷,易蒸發被人體吸入。

另一個水資源的相關議題為鉛對人體的危害。研究指出古羅馬的衰亡跟輸送自來水的鉛管息息相關。即使已汰換鉛管,有些水龍頭為了塑形方便仍含有鉛;鉛不論含量多低,皆會造成危害。

水資源再利用

再生水技術可將生活汙水與事業廢水轉化成供工業使用的水資源,其不易受氣候影響、供水穩定。臺灣的科技龍頭台積電需要高品質純水清洗晶圓,為再生水技術的發展創造巨量需求。

2000年開始,薄膜技術漸趨成熟,老師在2003年即投入了電容去離子化(Capacitive Deionization, CDI)的發展。CDI透過電極分別吸引海水中的正負離子將其分為淡水以及鹽水。作為電極的材料為奈米尺度下多孔性的碳,老師研究如何合成及製造碳材料。課程安排學生前往實驗室分組參觀實驗設備。

綠能的發展與保育

政治生態學為人文地理的子領域,其以全面的視野,解析現象背後的政治經濟結構,思考爭議之中的弱勢族群,分析牽涉層面極廣、並非純粹二元對立的環境議題。

老師以政治生態學的觀點看待彰化發展風電的案例。國光石化及離岸風電皆會影響白海豚生態,但民眾對風電的接受程度遠高於石化產業。然而,綠能即代表環境友善?綠能產出的電會不會支持高污染產業?老師還安排了小組討論,讓同學分別扮演雲林四湖鄉的風機開發商、自救會、返鄉青年以及環境學者,透過換位思考,解析綠能對不同群體所帶來的衝擊。

量體地理

三維空間的議題,過去甚少在社會科學中觸及。無論是空中、地下、海上,過去人類皆難以到達,也不像土地可以輕易劃分。啟蒙運動時期的重要實驗之一為認識空氣。在描摹這場實驗的畫作中,有些人面露震驚,首次體認到空氣的存在以及動物對空氣的高度仰賴。

現今最重要的課題為環境變遷,藝術作品蘊藏的情感能激發出實際作為。比如,藝術家Olafur Eliusson的創作—高掛的火紅太陽、橘紅色的空間,讓人們深切感受到環境的炙熱;Dryden Goodwin的作品—呼吸越加困難的小男孩,讓民眾感受到強烈的窒息感,而發起了相關的環境運動。