高中生地球科學微課程

碳循環

二氧化碳濃度的歷史紀錄可對應全球溫度變化,溫室氣體的累積造成全球暖化,進而引發環境危機。本課程介紹如何利用科學證據覺察地球升溫、探討可能成因,以及有哪些環境機制可以抑制溫度攀升。教授藉由講述甲烷以及二氧化碳的源與匯,讓學生學習碳循環,得知多少碳源自石化燃料的產出;透過實驗室參訪,學生認識四台大型質譜儀與攜帶型溫室氣體檢測儀,以了解科學數據如何取得。

水到哪裡去了?

全球暖化與全球平均海平面上升密切相關,而海平面的上升將導致某些城市遭受淹沒之災。本次課程從海平面的升降為切入點,進而連結陸地水文的變化與人類活動間的關係,例如,抽取地下水、蓋水壩等。研究海平面前需先得知水在各個儲庫的狀況,教授介紹了利用衛星觀測的重力值回推各儲庫水質量的變化、探討可能成因,並使用模擬來預測降雨與蒸發量,引導學生透過模擬與觀測值之間的差異,探討影響模擬過程的機制。

陸域水資源使用與區域氣候變化

陸域水資源與土地利用的變化會影響區域天氣。本次課程從陸域作為探討水資源的源與匯的切入點,進而連結到人類活動、蒸發量以及植物與農作物的蒸散量。延續上週介紹的水儲庫理論,這週透過讓學生身處大自然教室以及大量的問答,帶領他們從科學量測的觀點思考,並進行簡單實驗研究降水與土壤溼度相關性。教授也介紹如何利用罩子、溫度探針、衛星資料等方式推算蒸發散量,並探討全球暖化如何影響山區雲霧帶的生態多樣性,在課程最後討論台灣對全球暖化貢獻為正或負回饋。

光學遙測與氣候變遷

全球暖化造成環境與生態的變遷,例如,冰帽縮小、飛蛾的生長高度隨著暖化上升;暖化也帶來植被危機,特別反應在美加地區。然而,有些區域所受影響相對較少,例如台灣的森林與剛果雨林,引發科學家的好奇,對植物本身的內耗機制做了一番研究。後續教授介紹如何利用遙測技術來剖析植被變化,除了讓學生了解衛星的不同種類,在原理學習部分探討可見光波段及反射率,連結到高中課程內容,最後再讓學生認識光學遙測(光達)的應用實例。

大屯火山群有多老?

了解地球歷史能鑑古知今,為了認識過去的地球,地質定年扮演不可或缺的腳色。本課程探討如何確定大屯火山群的年代,教授先介紹放射性同位素及其衰變的原理,進而解釋母同位素與子同位素之間的關係、各種定年方式及適用的定年年代區間。其中,本課程特別著重鋯石鈾-鉛定年,學生被帶至實驗室參觀鋯石靶的樣品準備過程、觀察光學顯微鏡透射光與反射光下的鋯石。透過觀察岩石手標本與薄片的光學特徵,讓學生們了解火成岩的礦物組成、認識可能的定年材料。

環境汙染物與水資源

自古以來,水在人類生活中扮演重要角色。即便地球有超過70%的面積為水域,但可用的淡水只佔了其中的10%。在聯合國永續發展的目標(SDGs)中,待解決的問題之一即為人人皆能享有水資源。課程介紹國內外面臨水資源耗竭時,採用的決策與工程,例如,加州輸水計畫、薄膜與水回收、興建水壩,並帶出新興污染物、環境荷爾蒙、淨水方法與材質等主題。學生除了在課堂中認識不同水污染事件、探索材料背後的化學原理(例如:氧化還原反應),後續還有參觀實驗室,了解不同材質的製成及水質檢測機器。